هدف این پایان نامه ارائه روشی جهت بیشینه کردن درآمد واحدهای آبی زنجیره ای در محیط رقابتی بازار از نگاه مالکین نیروگاه های برقابی می باشد، در این مسئله عواملی از قبیل عدم قطعیت قیمت انرژی،احتمال فراخوانی واحدهای برقآبی در بازار انرژی و میزان ریزش نزولات جوی در دوره مورد مطالعه موجب گردیده که برنامه ریزی واحدهای برقآبی را برای حضور بهینه در بازار برق را با پیچیده گی مواجه کند، همچنین در یک مجموعه از واحدهای برقآبی زنجیره ای با توجه به اینکه خروجی سد بالادست، ورودی سد پایین دست محسوب شده لذا برنامه ریزی عملکرد هماهنگ این واحدها برای مشارکت موثر و بهینه در بازار برق یک فرآیند نسبتاً پیچیده می باشد و مستلزم استفاده از تکنیکهای کارآمد بهینه سازی می باشد.

کنترل کننده سیلان توان بین خطی تعمیم یافته (gipfc) یکی از جدیدترین ادوات facts می باشد که قابلیت کنترل ولتاژ باس و سیلان خطوط مبدل های سری خود را دارد. در این پروژه به جایابی و تنظیم پارامترهای قابل کنترل gipfc به صورت بهینه پرداخته شده است. جایابی با تابع هدف بهبود پروفیل ولتاژ شبکه و بهره برداری از خطوط انجام شده است. منظور از بهبود بهره برداری از خطوط حذف اضافه بارها در خطوط و افزایش بار خطوط تا حد حرارتی آن ها می باشد. به عبارتی دیگر خطوط کم بار پربارتر و خطوط پربار کم بارتر می شوند و به این ترتیب الگوی بارگیری خطوط به صورت یکنواخت می شود. بهبود پروفیل ولتاژ باس ها نیز به این معنا است که باس ها هر چه بیشتر به ولتاژ دلخواه بهره بردار شبکه نزدیک شوند. به منظور انجام مطالعات جایابی از الگوریتم ژنتیک که الگوریتمی اثبات شده در این زمینه می باشد، استفاده شده است و روند جایابی بر روی شبکه 39 باسه ieee صورت گرفته است.

خاموشی ها همواره از عوامل اصلی تهدید برای امنیت سیستم های قدرت می باشند. حوادث پی درپی که در ادامه یک حادثه اولیه ایجاد می شوند از مشخصه های رفتاری سیستم های قدرت در فرآیند شکل گیری خاموشی ها می باشد. حوادث پی درپی به تدریج باعث تضعیف ساختار شبکه شده که در نهایت منجر به جزیره ای شدن شبکه و ایجاد خاموشی به صورت ناخواسته می گردد. روند جزیره ای شدن ساختار شبکه قدرت می تواند به شکل طبیعی و کنترل نشده و یا به صورت عمدی وکنترل شده صورت پذیرد. یک راهکار برای جلوگیری از ایجاد جزایر ناخواسته و پیدایش خاموشی ها، تقسیم و تجزیه شبکه قدرت به جزایر عمدی و کنترل شده می باشد. یکی از مراحل اجرای جزیره سازی کنترل شده، شناسایی شرایطی از بهره برداری است که تصمیم به جزیره سازی گرفته می شود. در این پایان نامه، برای شناسایی و تشخیص زمان مناسب اجرای جزیره سازی کنترل شده، شاخص هایی تحت عنوان شاخص های شکنندگی ارائه شده است. این شاخص ها میزان شکنندگی شبکه قدرت در مقابل خروج خطوط را نشان می دهند. با محاسبه آستانه شکنندگی و مقایسه آن با مقدار شاخص ها در هر نقطه کار، میل و حرکت شبکه قدرت به سمت شکنندگی و فروپاشی مشخص می شود. از آنجا که تشخیص زمان مناسب جزیره سازی بسیار مهم می باشد و چون محاسبه این شاخص ها دارای حجم سنگینی بوده و همچنین زمان بر است؛ لذا برای محاسبه سریع این شاخص ها از شبکه عصبی استفاده شده است. با استفاده از سه عامل سطوح بارگذاری، تغییر الگوی بار و تولید و تغییر ساختار شبکه، شرایط مختلفی از بهره برداری شبکه برای آموزش شبکه عصبی ایجاد شده است.

تقاضای روز افزون انرژی الکتریکی و تجدید ساختار در سیستم های قدرت سبب شده است که این سیستم ها نزدیک حدود پایداری خود کار کنند. در چنین شرایطی یکی از مسائلی که در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت باید مد نظر قرار گیرد، پایداری سیگنال کوچک سیستم است. ناپایداری سیگنال کوچک در سیستم های قدرت بهم پیوسته عمدتاً از نوع نوسانات بین ناحیه ای فرکانس پایین می باشد. در حقیقت نوسانات بین ناحیه ای بخشی از ماهیت سیستم های قدرت بهم پیوسته هستند. نوسانات بین ناحیه ای با میرایی ضعیف می تواند منجر به مسائل مختلف همچون محدود کردن ظرفیت انتقال و در موارد شدیدتر ناپایداری سیستم در ابعاد گسترده شود. روش های مرسوم برای مقابله با مسئله ی نوسانات بین ناحیه ای، اضافه کردن کنترل کننده های میرایی همچون پایدارسازهای سیستم قدرت، کنترل کننده های مدولاسیون hvdc و ادوات facts است. این ابزار در واقع راحل های موثر اما طولانی مدت برای مسئله نوسانات بین ناحیه ای می باشند. از منظر بهره برداری سیستم، استفاده از کنترل کننده های میرایی ممکن است همیشه برای حل مسئله امنیتی نوسانات بین ناحیه ای کافی نباشند. در چنین شرایطی استفاده از روش های مبتنی بر تغییر شرایط بهره برداری پیشگیرانه همچون جابجایی تولید می تواند بسیار موثر باشد. از سوی دیگر در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و بکارگیری واحدهای اندازه گیری فازور و سیستم های اندازه گیری گسترده در سیستم های قدرت، امکان شناسایی و میراسازی مدهای بین ناحیه ای با استفاده داده های زمان واقعی به وجود آمده است. بر همین اساس، هدف کلی در این پایان نامه ارائه ی الگوریتمی جهت شناسایی و میراسازی نوسانات بین ناحیه ای بصورت بهنگام با استفاده تغییر الگوی آرایش تولید نواحی مشارکت کننده در نوسان است. الگوریتم ارائه شده شامل دو بخش شناسایی و میراسازی نوسانات بین ناحیه ای است. برای شناسایی مدهای بین ناحیه ای در الگوریتم مورد نظر از روش دو مرحله ای مبتنی بر تکنیک های آنالیز مولفه های مستقل و کاهش بخش های تصادفی برای تخمین فرکانس و نسبت میرایی نوسانات بین ناحیه ای از داده های محیطی استفاده می شود. به منظور شناسایی موثر مدهای بین ناحیه ای توسط روش مورد نظر، پارامترهای تعیین کننده روش همچون سطح راه اندازی و طول بازه ی متوسط گیری در تکنیک کاهش بخشهای تصادفی با در نظر گرفتن ورودی های ناخواسته از قبیل نویز اندازه گیری تنظیم می گردد. پس از شناسایی مد، ادامه ی الگوریتم و ورود به بخش میراسازی منوط به کمتر بودن نسبت میرایی از مقدار بحرانی است. در فرآیند میراسازی مد بین ناحیه ای، تعیین ژنراتورهای مناسب برای تغییر آرایش تولید و جهت جابجایی تولید در آن ها با استفاده از معیار شکل مد صورت می گیرد. تخمین شکل مد نیز بصورت بهنگام و با استفاده روش ارائه شده مبتنی بر داده های اندازه گیری زمان واقعی است. پس از هر تغییر الگوی آرایش تولید تخمین بهنگام نسبت میرایی جهت ادامه یا توقف الگوریتم صورت می گیرد. الگوریتم ارائه شده پس از هر رویداد در سیستم قدرت فعال می شود. این الگوریتم بر روی دو سیستم آزمون پیاده سازی شده است. سیستم آزمون اول شبکه طراحی شده با 6 ماشین و سیستم آزمون دوم شبکه 39 باس ieee است. نتایج حاصل از شبیه سازی، صحت عملکرد الگوریتم پیشنهادی را تایید می کند.

در این مطالعه با در نظر گرفتن نوسانات زاویه ی روتور ژنراتورها و شناسایی گروه های همنوای ژنراتوری الگوریتمی جدید برای جزیره ای کردن شبکه به صورت کنترل شده پیشنهاد شده است. مبنای اصلی الگوریتم پیشنهادی فاصله ی الکتریکی بین شین های شبکه می باشد به طوری که فاصله ی الکتریکی بین منابع و مصرف کننده ها در هر یک از جزایر که عامل اصلی افت ولتاژ می باشد، با در نظر گرفتن شروط تعادل توان و ظرفیت خطوط در حداقل مقدار ممکن خود قرار می گیرد. در این مطالعه برای یافتن یک استراتژی مناسب الگوریتمی مبتنی بر کوتاه ترین فاصلهپ ی الکتریکی بین شین های شبکه و با در نظر گرفتن گروههای همنوای ژنراتوری ارائه شده است. این روش پیشنهادی از نظر زمانی قابل قبول بوده و در مدت زمان بسیار کوتاهی می تواند استراتژی جداسازی مناسب را برای شبکه تعیین نماید. مراحل این الگوریتم در زیر آمده است. مرحله 1: در این مرحله ابتدا گروه های همنوای ژنراتوری شناسایی می شوند. سپس با استفاده از الگوریتم دیکسترا کوتاه ترین فاصله و مسیر بین هر دو شین شبکه به دست می آیند. در ادامه با یک روش ساده سازی نوین و با استفاده از کوتاه ترین فواصل الکتریکی، ابعاد شبکه به منظور سرعت بخشیدن به فرایند یافتن جزایر کاهش داده می شود. سپس مسأله ی جزیره سازی در قالب یک مسأله ی بهینه سازی خطی تعریف شده و بهترین استراتژی ممکن و مناسب تعیین می شود. مرحله 2: در این مرحله، با توجه به ظرفیت بارزدایی پیش بینی شده برای بار شین ها و همچنین ظرفیت تولید ذخیره (افزایش یا کاهش تولید) ژنراتورهای موجود در هر جزیره، شرایط بهره برداری پایدار و مطمئن از لحاظ محدودیت های استاتیکی زیر شبکه ها (شارش توان در خطوط انتقال، تعادل بین تولید و مصرف هر یک از جزایر و ولتاژ شین های شبکه) فراهم می شود. محاسبات این مرحله به کمک معادلات بهینه سازی غیرخطی در قالب یک پخش بار بهینه می باشند. قیدهایی که برای یافتن استراتژی جداسازی مناسب در این مطالعه به کار گرفته شده است، قید تعادل توان (pbc) ، قید مربوط به گروههای همنوای ژنراتوری (ssc) و قید مربوط به توان عبوری خطوط (rlc) میباشند و در قسمت بهینه سازی غیر خطی در مرحله ی دوم ولتاژ تمامی شین ها در محدوده ی مجاز قرار می گیرد.

با توجه به مشکلات زیست محیطی ناشی از فعالیت نیروگاه هایی که از سوخت های فسیلی و اتمی استفاده می کنند، امروزه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر اهمیت ویژه ای یافته است. در این میان انرژی باد از مقبولیت بیشتری برخوردار است. با توجه به گسترش نفوذ مزارع بادی در شبکه های قدرت، برنامه ریزی توسعه این مزارع با در نظر گرفتن اثرات آن ها بر پایداری شبکه دارای اهمیت ویژه ای است. در این پایان نامه روش جدیدی برای برنامه ریزی مزارع بادی در شبکه های قدرت با در نظر گرفتن مسائل مرتبط با پایداری شبکه قدرت ارائه شده است. با توجه به اثرات مزارع بادی بر پایداری ولتاژ شبکه قدرت و اهمیت آن، مبحث پایداری ولتاژ مورد بررسی قرار داده شده است. در این مطالعه، هدف تعیین مکان و ظرفیت نصب مزارع بادی درسایت های کاندید، با در نظرگرفتن مسائل اقتصادی و پایداری ولتاژ شبکه است. برای در نظر گرفتن رفتار تصادفی باد، جهت بررسی پایداری ولتاژ شبکه، در روش پیشنهادی از آنالیز مودال همراه با روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده شده است. جهت بررسی پایداری ولتاژ، دو نوع ژنراتور القایی قفس سنجابی و ژنراتور القایی دو سو تغذیه، به کاربرده شده است. مدل اقتصادی مسئله مبتنی بر سود تولید مزارع بادی در دوره زمانی عمر مفید مزارع بادی با در نظر گرفتن رفتار تصادفی-آماری باد می باشد. برای حل این مسئله از روش بهینه-سازی چند هدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه 39 باسهieee پیاده شده و نتایج نشان می دهد که پایداری ولتاژ نقش تعیین کننده ای در انتخاب مکان و میزان ظرفیت یک مزرعه بادی در شبکه قدرت دارد.

همنوایی ژنراتورها پدیده ای ذاتی در شبکه های قدرت محسوب می¬شود که در صورت تحریک مد های نوسانی بین ناحیه¬ای در شبکه مشاهده می گردد. گروه های همنوا زمانی ایجاد می شوند که دو سیستم الکتریکی با تعداد زیادی از ژنراتورها بوسیله¬ی خطوط ارتباطی ضعیف به هم متصل می شوند. در نتیجه نوسانات یا مدهایی با نسبت میرایی در زاویه روتور ژنراتورها و یا توان الکتریکی خروجی از آنها دیده می شود. اگرچه این نوسانات مشخصه های پاسخ سیستم به خطای وارده به سیستم هستند که می توانند حتی بوسیله ی یک رویداد کوچک همچون تغییرات نرمال تقاضای بار تحریک شوند. وقتی که شبکههای الکتریکی نزدیک حدود پایداری خود بهره برداری می¬شوند، تشکیل گروه های همنوا موجب ایجاد نوسانات با میرایی ضعیف می گردد که می تواند منجر به مشکلات مختلف مانند محدود کردن ظرفیت انتقال یا در موارد شدیدتر ناپایداری سیستم و خاموشی در ابعاد گسترده شوند. با توجه به موارد مذکور هدف این پایان نامه ارائه ی الگوریتمی موثر و کارامد برای تجریه و تحلیل نوسانات روتور ویا توان خروجی ژنراتورها با کمک تبدیل موجک لحظه ای برای شناسایی گروه های همنوایی است. در این پایان نامه سه مرحله کلی دنبال می گردد: مرحله اول آماده سازی سیگنال زاویه روتور و یا توان الکتریکی ژنراتورها که از طریق تخمین و یا محاسبه اطلاعات خروجی از دستگاه های pmu است که با تجریه سیگنال ها به سیگنال¬هایی با بازه های فرکانسی مشخص توسط فیلتر¬های حاصله از تبدیل موجک لحظه ای انجام می شود. مرحله دوم یافتن شاخص همنوایی مناسب برای تعیین وضعیت نوسان سیگنال های آماده شده ژنراتورها نسبت به هم است که توسط روش تعیین ضریب همبستگی حاصل می شود. مرحله پایانی نیز دسته بندی ژنراتورهای مشابه با توجه به شاخص همنوایی و تعیین نهایی گروه¬های همنوایی در شبکه بعد از وقوع خطا یا اغتشاش است.

تقاضای روز افزون انرژی الکتریکی و تجدید ساختار در سیستم های قدرت باعث شده است که این سیستم ها در نزدیکی حدود پایداری خود کار کنند. یکی از مسائلی که در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت باید مد نظر قرار گیرد پایداری سیگنال کوچک سیستم میباشد. نوسانات فرکانس پایین با میرایی ضعیف باعث کاهش ظرفیت توان عبوری از خطوط سیستم قدرت می گردد و تداوم این شرایط ممکن است خروج متوالی خطوط و در نهایت فروپاشی شبکه را به دنبال داشته باشد. در سالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی و به کارگیری واحدهای اندازه گیری فازور (pmu) و سیستمهای اندازه گیری گسترده (wams) در سیستم های قدرت روش های مبتنی بر شناسایی مدال با استفاده از داده های زمان واقعی به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. بر همین اساس هدف کلی در این پایان نامه معرفی و ارائه یک سیستم پایش نوسانات برای اطلاع لحظه به لحظه از وضعیت پایداری سیگنال کوچک سیستم و همچنین بررسی اقدامات و راهکارهای کنترلی لازم برای میرایی نوسانات تعریف می شود. در این پایان نامه ابتدا به معرفی واحدهای اندازه گیری فازور و کاربردهای آن در سیستم های قدرت پرداخته میشود، و سپس مفاهیم مربوط به آنالیز مدال با استفاده از تحلیل خطی سیگنال کوچک بیان میشود و از تحلیلهای نابهنگام آن در انتخاب سیگنال های مناسب با معیار رویت پذیری برای شناسایی مدها به صورت بهنگام استفاده می شود. در ادامه به معرفی روشهای ایستا و خطی برای شناسایی پارامترهای مدال سیستم قدرت به طور مفصل پرداخته شده، سیگنالهای انتخاب شده برای شناسایی مدها مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به ماهیت غیرخطی رفتار سیستم قدرت واقعی و محدودیتهای روشهای ایستا برای آنالیز این گونه رفتارها و همچنین اهمیت دو چندان مدهای بین ناحیه ای، تبدیل موجک برای تحلیل داده های ناایستا مبنای کار قرار گرفته و تحلیل تغییرات این مدها در حوزه زمان-فرکانس ارائه شده است. و در انتها در جهت کنترل بهنگام میرایی مدها به مفاهیم شکل مد پرداخته و روش های تخمین آن با استفاده از اندازه گیریها موضوع بحث قرار میگیرد. و با این معیار، الگوریتمی برای بهبود میرایی مدها با استفاده از پایدارسازهای سیستم قدرت ارائه می شود.

در این پایان نامه تاثیر تراکم تولید نیروگاه های خوزستان ، بر پایداری ولتاژ ، حداکثر باردهی ، حاشیه پایداری ، نواحی بحرانی و ذخیره توان راکتیو سیستم قدرت ایران بررسی می گردد . همچنین اثرات تراکم تولید در منطقه خوزستان بر سطح اتصال کوتاه شبکه ، به عنوان یک عامل مهم در بهره برداری ، مورد ارزیابی قرار می گیرد. از سوی دیگر به منظور نشان دادن تفاوت افزایش تراکم تولید در منطقه خوزستان ، با حالت بهینه برنامه ریزی تولید نیروگاهها ،آرایش تولیدی مبتنی بر ساختار شبکه قدرت و در جهت بهبود وضعیت پایداری ولتاژ و کنترل نواحی بحرانی با نام الگوی ساختاری پیشنهاد می شود . در طی فصول مختلف این پایان نامه تراکم های مختلف تولید در منطقه خوزستان ، بر روی شبکه 400 و 230 کیلوولت ایران در سال 1393 پیاده سازی شده و ضمن مقایسه با الگوی ساختاری تولید نیروگاهها، تاثیر آن ، برالف) حاشیه پایداری ولتاژ ، توسط منحنی حاصل از پخش بار پیوسته و کوچکترین مقدار ویژه ماتریس ژاکوبین کاهش یافته شبکه ، ب) پایداری ولتاژ ، توسط اندیسهای بدست آمده برای شینهای تغذیه کننده بارهای شبکه ، ج) کنترل نواحی بحرانی( شامل خطوط و باسهای بحرانی) ، توسط ضرایب حساسیت بدست آمده از آنالیز مدال ، د) ذخیره توان راکتیو ، توسط ضریب مشارکت بدست آمده برای نیروگاهها از آنالیز مدال توسعه یافته ، نشان داده خواهد شد.