خطای فاز به زمین، محتمل‌ترین نوع خطا در سیستم‌های قدرت است. برای محدود کردن جریان این نوع خطا عمدتا مقاومت زمین در نقطه صفر ترانسفورماتور‌ها قرار داده می‌شود. اما این مقاومت، حساسیت حفاظت دیفرانسیل را کاهش می‌دهد. استفاده از محدود کننده جریان خطا به جای مقاومت زمین، می‌تواند یک انتخاب خوب باشد. محدود کننده جریان خطا، جریان خطا‌های بالا را کاهش می‌دهد، اما ممکن است سیگنال‌هایی که به عنوان ورودی‌های حفاظت دیفرانسیل قرار گیرند، را تحت تاثیر قرار دهد و منجر به عمل اشتباه این حفاظت شود. یکی از مهم‌ترین شرایط، جریان هجومی است که تمایز آن از خطای داخلی دشوار‌تر می‌شود. در نتیجه ارزیابی عملکرد حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور در حضور محدود کننده جریان خطا در نقطه صفر ترانسفورماتور، ضروری است.
در این پایان‌نامه، ضمن بررسی پدیده جریان هجومی در ترانسفورماتور، دو روش گرادیان جریان دیفرانسیلی و انحراف مطلق میانگین تبدیل موجک گسسته، برای تمایز آن از جریان خطای داخلی معرفی شده و نتایج حاصله با استفاده از مدل‌سازی، در محیط نرم‌افزاری با هم مقایسه گردیده است. الگوریتم‌های مورد بررسی بر روی یک سیستم قدرت نمونه شامل یک ترانسفورماتور قدرت سه سیم‌پیچه( kV50/132/220) که از یک خط انتقال kV220 تغذیه می‌شود، پیاده‌سازی شده است. این سیستم با استفاده از نرم‌افزار PSCAD/EMTDC شبیه‌سازی گردیده و الگوریتم‌های مورد بررسی در نرم‌افزار MATLAB پیاده‌سازی شده‌اند.
نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که در حضور محدود کننده جریان خطا در نقطه صفر ترانسفورماتور، خطای عملکرد روش گرادیان جریان، افزایش می‌یابد و روش مبتنی بر تبدیل موجک گسسته، بر خلاف روش گرادیان، در حضور محدود کننده جریان خطا، در تمام حالات قادر به تشخیص صحیح خطای داخلی از جریان هجومی است.

 

 با توجه به مزیت‌های فراوان جبران سازهای سری در خطوط انتقال، استفاده از این عناصر در شبکه‌های قدرت به سرعت در حال افزایش است. با توجه به تاثیر جبران ساز بر امپدانس توالی مثبت خط و همچنین وجود تزویج میان دو مدار موازی در خطوط دو مداره، تشخیص محل خطا در خطوط انتقال دو مداره دارای جبران ساز سری به وسیله رله های دیستانس مرسوم دشوار است. این رله‌ها با کاهش یا افزایش برد مواجه می شوند که این وضعیت باعث عملکرد نادرست آنها می شود. در این پایان‌نامه الگوریتم‌هایی برای مکان‌یابی خطا در خطوط انتقال دومداره دارای جبران ساز سری ارائه شده است. الگوریتم‌های پیشنهادی مبتنی بر امواج سیار است و از تبدیل موجک به‌منظور استخراج زمان دقیق دریافت امواج سیار در محل رله، استفاده شده است. ابتدا تاثیر جبران ساز بر امواج سیار و الگوریتم‌های مکان‌یابی خطا در خط تک مداره دارای جبران ساز سری بررسی گردیده است. در الگوریتم استفاده‌شده برای این نوع خطوط، از تبدیل کلارک به‌منظور تبدیل فاز به مودال استفاده شده است. سپس الگوریتم‌هایی برای مکان‌یابی خطا در خط انتقال دومداره دارای جبران ساز سری معرفی شده است. ابتدا دو الگوریتم با استفاده از امواج سیار یک انتهای خط ارائه گردیده است، یکی برای خطاهای روی یک مدار و دیگری برای خطاهای بین دو مدار. سپس الگوریتمی برای کلیه خطاهای موجود در این خطوط با استفاده از امواج سیار دو انتهای خط ارائه شده است. در هر سه الگوریتم ارائه شده برای خطوط دومداره از تبدیل کارن- باور به‌منظور تبدیل فاز به مودال استفاده شده است و از پلاریته اولین دو موج جریان دریافتی، نیمه وقوع خطاها تشخیص داده می‌شود. در انتها نیز به تاثیر حضور TCSC بر الگوریتم‌های پیشنهادی پرداخته شده و عملکرد درست الگوریتم‌ها در این حالت نشان داده شده است. شبکه مورد آزمایش در نرم‌افزارPSCAD/EMTDC شبیه‌سازی‌شده و عملکردالگوریتم ها در نرم افزار MATLAB ارزیابی گردیده است. تاثیر پارامترهای متفاوت،مانند نوع، محل، زاویه شروع و مقاومت خطا، درصد جبران سازی، محل جبران ساز، تاثیرMOV، امپدانس منابع و حضور TCSC بر عملکرد الگوریتم های پیشنهادی بررسی گردیده اند که نتایج، دقت بالای الگوریتم‌های پیشنهادی در شرایط مختلف را نشان می دهد.

 بخش عمده وظیفه حفاظت سیستم های قدرت با کمک حفاظت دیستانس و هسته آن یعنی رله دیستانس تامین می شود. این رله دارای نقایص متعددی همانند تاثیر مقاومت خطا و پدیده نوسان توان بر تصمیم گیری رله دیستانس می باشد که باعث عملکرد اشتباه رله شده و باعث ایجاد اخلال در روند حفاظت سیستم قدرت به خصوص در شرایط نوسان توان می گردد. این نقایص، امنیت سیستم قدرت را تحت‌الشعاع قرار داده و می توانند در صورت مرتفع نشدن باعث ایجاد خاموشی های گسترده در سطح جغرافیایی وسیعی شوند؛ بنابراین ارائه راه‌حل برای این موارد همیشه از اولویت های سیستم قدرت بوده و در طول سالیان، راه‌حل‌های زیادی ارائه‌شده است. جدیدترین ابزاری که توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته تا به حل کاستی های رله دیستانس کمک کند، واحدهای اندازه‌گیری فازور می باشند. این واحدها با سرعت بسیار زیاد در اندازه‌گیری و قابلیت های متنوع دیگر مثل اتصال به سیستم مکان‌یاب جهانی قادر هستند تا حد زیادی مشکلات رله های دیستانس را مرتفع سازند. هدف از اجرای این پایان نامه مطالعه و بررسی قابلیت های واحدهای اندازه گیری فازور به‌منظور کاهش مشکلات حفاظتی می باشد. در این پایان نامه طرح حفاظتی جدیدی با کمک این واحدها معرفی می گردد که مشکلات رله های دیستانس را نداشته و با ضریب امنیت بالا حفاظت سیستم قدرت را تامین می نماید. با توجه به قیمت بالای واحدهای اندازه‌گیری فازور و عدم امکان نصب در کلیه باس بارهای سیستم، می بایست حداقل تعداد ممکن از این تجهیز به‌گونه‌ای در شبکه نصب گردد که حفاظت کامل شبکه انتقال را تامین کند. برقراری کامل حفاظت شبکه انتقال با مکان‌یابی خطا امکان‌پذیر می باشد؛ بنابراین جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازور باید با هدف رویت پذیری خطا صورت پذیرد. در بخش جایابی بهینه، مفاهیم اولیه و الگوریتم های مختلف مورد استفاده در جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازور توضیح داده می شود. در ادامه مقایسه ای بین روش های مختلف انجام شده و الگوریتم نهایی برای انجام جایابی بهینه انتخاب می گردد. پس از آن، طرح های حفاظتی سنتی و طرح حفاظتی پیشنهادی معرفی می گردد. به منظور صحت سنجی جایابی بهینه انجام شده و همچنین طرح حفاظتی پیشنهادی، چند شبکه نمونه انتخاب شده و شبیه‌سازی‌های هر بخش بر روی تعدادی از شبکه های نمونه انجام می شود. به منظور صحت سنجی نتایج، در انتهای فصل شبیه سازی طرح حفاظتی پیشنهادی، مقایسه ای بین نتایج به دست آمده و نتایج مربوط به مقالات صورت می گیرد. شبکه 9 شینه IEEE شبکه  نمونه اصلی در پایان نامه می باشد و جایابی بهینه و کلیه بخش های الگوریتم حفاظتی پیشنهادی، بر روی آن شبیه‌سازی می گردد. لازم به ذکر است که پایان نامه حاضر بخش عمده ای از پروژه بزرگ «بررسی و امکان-سنجی استفاده از قابلیت های واحدهای اندازه گیری فازور در بهبود عملکرد رله های دیستانس خطوط انتقال شبکه برق خوزستان» می باشد؛ بنابراین در بخش جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازور، علاوه بر نتایج جایابی بر روی شبکه های نمونه، نتایج جایابی بر روی شبکه انتقال 230 و 400 کیلوولت استان خوزستان نیز ارائه می گردد.

برای حفاظت از ترانسفورماتورهای قدرت در برابر اتصال کوتاه داخلی بطور معمول از رله دیفرانسیل استفاده می¬شود. رله دیفرانسیل به هنگام وقوع خطاهای داخلی باید به سرعت عمل کند، این در حالی است که در شرایط غیر خطا همچون جاری شدن جریان هجومی باید پایدار بماند. این پایان نامه، ارائه¬ی یک الگوریتم پایدار¬ساز چند معیاره بر مبنای منطق فازی است که به منظور عملکرد بهتر رله دیفرانسیل در حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت در زمان بروز خطاهای داخلی و همچنین برقدار کردن ترانسفورماتور، انجام می¬شود. هدف از این پایان¬نامه، ارائه¬ی الگوریتمی بر مبنای منطق فازی است تا بتواند از ترکیب فازی سیگنال¬های معیار مناسب که از آنالیز سیگنال¬های جریان اندازه¬گیری شده توسط ترانسفورماتورهای جریان بدست می¬آید استفاده کند تا در حین شرایط مختلف برق¬دار کردن ترانسفورماتور، بدون در نظر گرفتن مقدار مولفه هارمونیک دوم که مقدار آن به دلیل اشباع ترانسفورماتورهای جریان و همچنین استفاده از مواد آمورف در هسته ترانسفورماتورها تغییر پیدا می¬کند، جریان هجومی را به¬درستی تشخیص دهد. این عوامل باعث عملکرد نادرست رله¬های دیفرانسیل با روش مهار هارمونیک دوم می¬شود. همچنین با به¬کار بردن ترکیب فازی سیگنال¬های معیار، سرعت عملکرد الگوریتم برای خطاهای داخلی و میزان حساسیت آن برای خطاهای داخلی جریان پایین(خطای تک فاز حلقه به حلقه) را افزایش دهد. برای ارزیابی الگوریتم مطرح شده در این مطالعه، شرایط مختلف عملکرد ترانسفورماتور توسط نرم¬افزار MATLAB شبیه¬سازی شده است. در نهایت نتایج شبیه سازی ارائه شده با روش سنتی مقایسه خواهد شد.

 

 تخمین حالت، یک عملیات پایه‌ای برای نظارت، کنترل و حفاظت سیستم‌های قدرت به شمار می‌آید. پیاده‌سازی الگوریتم‌های تخمین حالت در شبکه‌های ولتاژ پایینی همچون ریزشبکه‌ها به خاطر مدل غیرخطی و پیچیدگی ساختار عناصر تشکیل‌دهنده همچون مولدهای تجدیدپذیر، تاثیرات بار و خط توزیع بر روی دینامیک آن‌ها امری چالش برانگیز به حساب می‌آید. از این رو در این پژوهش تخمین حالت متغیرهای دینامیکی ابتدا برای ژنراتور متداول سنکرون و سپس برای ژنراتورهای سرعت متغیر همچون ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) و ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSG) در حالت متصل به شین بی‌نهایت انجام شده‌است که متغیرهای حالت ژنراتورهای بادی تحت تاثیر پارامترهای شبکه نمی‌باشند. سپس با استفاده از مدل بار و خط توزیع این منابع تولید انرژی به یک ریزشبکه متصل به شبکه تعمیم داده شده‌ است. در این پایان‌نامه، برای نزدیک‌تر شدن تخمین این ریزشبکه به حالت عملی، یک طرح چندعاملی و یک طرح متمرکز پیشنهاد شده‌است. در طرح متمرکز تمامی متغیرهای اندازه‌گیری و پارامترهای ثابت به مرکز کنترل ریزشبکه ارسال شده و توسط این مرکز تخمین زده می‌شوند. در طرح چندعاملی، برای هر واحد تولیدی یک کنترل‌کننده‌ی محلی در نظر گرفته شده که وظیفه‌ی تخمین متغیرهای حالت بار، خط و ژنراتور موجود در حوالی خود را بر عهده دارد. در این طرح‌ها متغیرهای حالت دینامیکی سیستم توسط الگوریتم‌های تخمین‌گر مختلف که در زیر معرفی می‌شوند، تخمین زده شده‌اند.
تعداد متغیرهای حالت زیاد و میزان غیرخطی‌گری بالای مدل‌های دینامیکی مولدهای بادی و ژنراتور سنکرون انتخاب روش مناسب برای تخمین متغیرهای دینامیکی سیستم قدرت را به یک مشکل اساسی مبدل کرده‌‌است. از این رو در این پژوهش، حدود هفت روش متفاوت که بر اساس روش‌های فیلتر کالمن توسعه‌یافته (EKF)، فیلتر کالمن بی‌بو (UKF) و فیلتر ذره‌ای (PF) هستند، برای تخمین این متغیرها استفاده شده‌است. برای روش فیلتر کالمن گسترش‌یافته مرحله‌ای به روند آن اضافه شده تا در برابر خطاهای اندازه‌گیری مقاوم باشند. علاوه بر ساختار استاندارد روش UKF، از روش فیلتر کالمن بی‌بو اصلاح شده برای بالا بردن دقت تخمین استفاده شده‌ است. فیلتر ذره‌ای نیز همواره به عنوان یک روش قدرتمند در تخمین متغیرهای دینامیکی مطرح است. فیلتر ذره‌ای استاندارد از یک تکنیک نمونه‌برداری مجدد استفاده می‌کند که ممکن است در تخمین یک ماتریس حالت با مرتبه‌ی بالا دچار مشکل شود. برای غلبه بر این مشکل علاوه بر ساختار استاندارد، سه تکنیک نمونه‌برداری مجدد قطعی، طبقه طبقه و باقی‌مانده برای انجام تخمین دینامیکی به کار گرفته شده‌است. این روش‌ها بر اساس دو معیار دقت و زمان تخمین با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

روش‌های حذف بار کاهش فرکانسی و کاهش ولتاژی، برای مقابله با حوادث به‌طور جداگانه طراحی و به‌کار گرفته می‌شوند. از آنجا که در طراحی و اجرای این روش‌ها فقط وضعیت فرکانسی یا فقط وضعیت ولتاژی شبکه قدرت در نظر گرفته می‌شود در حوادث ترکیبی و شدید، این روش‌ها قادر به نجات شبکه نمی‌باشند و منجر به حذف بار نامناسب می‌شوند. به‌منظور جلوگیری از ناپایداری شبکه در سال‌های اخیر روش‌های حذف بار ترکیبی محلی و متمرکز متفاوتی پیشنهاد شده‌اند که در آنها حذف بار با در نظر گرفتن همزمان وضعیت ولتاژی و فرکانسی سیستم انجام می‌گیرد. در روش‌های حذف بار ترکیبی محلی پیشین تنظیمات رله‌ها به‌طور تقریبی و با سعی و خطا تعیین شده است و الگوریتمی برای بهینه‌سازی تنظیمات این رله‌ها نبوده است. در پایان‌نامه حاضر یک روش حذف بار ترکیبی محلی براساس الگوریتم بهینه‌سازی هوشمند ارائه می‌شود که در آن با در نظر گرفتن تابع هدف مبتنی بر کمینه کردن مقدار حذف بار و بیشینه کردن پایداری ولتاژ و پایداری فرکانس سیستم، طرح حذف بار ترکیبی بهینه و کارآمد می‌گردد. همچنین، در ساختار رله تغییراتی نسبت به کارهای پیشین داده شده است. وضعیت پایداری ولتاژ توسط شاخص استاندارد محلی L ارزیابی می‌گردد و رله‌ها از مقادیر محلی ولتاژ، فرکانس و جریان بار استفاده می‌کنند. این طرح حذف بار از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات استفاده می‌کند. برای این منظور، با ایجاد ارتباط بین دو نرم‌افزارMATLAB و DIgSILENTتنظیمات رله‌ها از الگوریتم بهینه‌سازی در نرم‌افزار MATLAB دریافت می‌شود و پس از اعمال این تنظیمات در رله‌های شبکه مورد مطالعه در نرم‌افزار DIgSILENT، با شبیه‌سازی حوادث مختلف بر روی این شبکه تاثیر آنها بر پایداری سیستم قدرت ارزیابی می‌گردد و درنهایت تنظیمات بهینه رله‌ها به‌دست می‌آید. روش حذف بار پیشنهادی بر روی مدل دینامیک و گسترده شبکه خراسان، به‌عنوان یک شبکه بزرگ و واقعی آزمایش شده است. مقایسه نتایج شبیه‌سازی‌های طرح حذف ‌بار پیشنهادی با نتایج طرح‌ حذف بار سنتی و دو طرح حذف بار ترکیبی پیشین نشان می‌دهد که طرح پیشنهادی عملکرد بهتری را داشته است و در مقایسه با طرح‌های دیگر، با وجود کاهش چشمگیر در مقدار حذف بار دارای حاشیه پایداری و فرکانس حالت ماندگار مطلوب‌تری می‌باشد.

به دلیل نیاز روزافزون به انرژی، سیستم‌های قدرت در نزدیکی حدود پایداری‌شان مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. به همین سبب حفظ پایداری سیستم در شرایط خطا، یک موضوع بسیار مهم برای جلوگیری از خاموشی سیستم‌های قدرت است. پس‌ازاینکه تمامی اقدامات جبرانی و کنترلی برای نگهداشت پایداری ولتاژ، کارایی خود را از دست بدهند تنها راه ممکن حذف بار خواهد بود. در این پایان‌نامه، برای پیدا کردن مکان مناسب حذف بار، از یک روش مبتنی بر ضرایب حساسیت مسیر ولتاژ (TSF) استفاده شده است. این روش مقدار و مکان‌های حذف بار را به نمونه‌ای انتخاب می‌کند که با کمترین مقدار بار حذف‌شده و در سریع‌ترین زمان، بیشترین بهبود در پروفیل ولتاژ سیستم ایجاد شود. روش ارائه‌شده در این پایان‌نامه، به‌صورت آفلاین اعمال می‌شود و جنبه مطالعاتی - تحقیقی دارد. با توجه به افزایش حضور توربین‌های بادی در سیستم‌های قدرت، در این پایان‌نامه، عملکرد روش حذف بار ولتاژی، در حضور توربین بادی متصل به ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG)، مورد بررسی قرار می‌گیرد. جهت ارزیابی بهبود پایداری ولتاژ شبکه با انجام حذف بار، از شاخص پایداری ولتاژ سریع (FVSI) استفاده شده است. علاوه بر این با ترکیب دو شاخص TSF و FVSI، یک شاخص جدید به نام حساسیت مسیر شاخص پایداری ولتاژ خط (FVSITS) معرفی گردیده است. عملکرد دو روش مبتنی بر شاخص TSF و FVSITS در شبکه ۱۴ شینه استاندارد ieee، در دوحالت وجود توربین بادی متصل به DFIG و بدون آن، ارزیابی گردیده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد شاخص جدید معرفی‌شده، نتایج بهتری نسبت به شاخص TSF می‌دهد.

مزیت مهم استفاده از رله‌های جریان زیاد در شبکه‌های توزیع، هزینه‌های اقتصادی مناسب آن‌ها است. هماهنگی رله‌های جریان زیاد جهتی باهدف رسیدن به تنظیماتی است که بر اساس آن نزدیک‌ترین رله به محل خطا عمل می کند. بر همین اساس میزان خاموشی بار در شبکه حداقل می شود که این موضوع سبب بالا رفتن قابلیت اطمینان می‌شود. مطالعات مربوط به هماهنگی رله‌های جریان زیاد معمولاً بر اساس یک توپولوژی خاص شبکه موردبررسی قرار می‌گیرد. بهره‌برداری از شبکه‌های توزیع همراه با ایجاد تغییراتی در توپولوژی شبکه همانند ورود و خروج ژنراتورها و بارها است که این عوامل سبب به هم خوردن هماهنگی رله‌ها و یا افزایش زمان عملکرد رله‌ها می‌شوند. از طرفی دیگر افزایش نفوذ DG در شبکه‌های توزیع علاوه بر دارا بودن مزیت‌های مهمی همچون افزایش قابلیت اطمینان و تامین توان پشتیبان در طول زمان قطع بودن واحد و... دارای چالش‌هایی نیز می‌باشند ازجمله افزایش سطح جریان خطا در شبکه‌های توزیع که این افزایش جریان بر صحت عملکرد و هماهنگی رله‌ها تاثیرگذار است. علاوه برافزایش سطح جریان خطا به علت حضور DG در شبکه‌های توزیع این شبکه‌ها از حالت انتقال قدرت یک‌طرفه به انتقال قدرت دوطرفه تبدیل می‌گردند که این مورد به ‌نوبه خود چالشی در عملکرد رله محسوب می‌شود که برای برطرف کردن آن از رله‌های جریان زیاد جهتی در شبکه‌های توزیع استفاده می‌گردد. هدف اصلی این پایان‌نامه هماهنگی رله‌های اضافه جریان جهتی در شبکه‌های توزیع دارای منابع تولید پراکنده بر اساس یک طرح تطبیقی است که در این طرح در صورت تغییر توپولوژی شبکه ابتدا تنظیمات رله‌های جریان زیاد جهتی برای حالت جدید بررسی شده و در صورت عدم هماهنگی تنظیمات به‌روزرسانی می‌گردد. همچنین مشخصه جدیدی برای رله‌های جریان زیاد جهتی استفاده می‌گردد که علاوه بر جریان به ولتاژ شین محل رله نیز وابسته است و این مشخصه اخیراً در مقالات پیشنهادشده است. جهت بررسی هماهنگی رله‌های جریان زیاد از الگوریتم ژنتیک باهدف کمینه سازی زمان‌های عملکرد رله‌های جریان زیاد جهتی استفاده می‌شود که دارای سرعت عمل و دقت بالایی می‌باشد. اطلاعات موردنیاز برای شبکه‌های توزیع شامل جریان‌های بار و اتصال کوتاه با استفاده از نرم‌افزار دیکسایلنت بدست آمده و الگوریتم ژنتیک در نرم‌افزار متلب کد نویسی شده است. همچنین جهت بهبود زمان‌های عملکرد رله‌های جریان زیاد جهتی علاوه بر الگوریتم ژنتیک تک هدفه از الگوریتم ژنتیک چندهدفه نیز استفاده می‌گردد و نتایج با یکدیگر مقایسه می‌شوند. شبیه‌سازی طرح پیشنهادی در ابتدا بر روی شبکه 14 شینه استاندارد مورد آزمایش قرار می‌گیرد و سپس بر روی شبکه 33 شینه استاندارد تست می‌شود.

در سال¬های اخیر وقوع خاموشی¬های سراسری بر اثر حوادث بزرگ و پی¬درپی به یکی از مهمترین مشکلات سیستم¬های قدرت تبدیل شده است. روش‌های حذف بار سنتی فرکانسی و ولتاژی به عنوان آخرین خط دفاعی برای حفظ امنیت و پایداری سیستم قدرت استفاده می‌شوند که بر اساس تنظیمات ثابت و به طور مستقل از هم عمل می‌کنند، لذا ناکارآمد هستند و استفاده از روش‌های حذف بار ترکیبی محلی و متمرکز پیشنهاد می¬شود. هدف این پایان‌نامه ارائه الگوریتم‌های حذف بار متمرکز ترکیبی قابل تنظیم برای خودترمیمی سیستم قدرت است که ضمن حفظ پایداری ولتاژی و فرکانسی سیستم قدرت، مقدار توان و هزینه¬های اقتصادی حذف بار را کمینه می‌کند؛ بدین منظور، در این پایان‌نامه سه طرح جدید برای حذف بار متمرکز ترکیبی پیشنهاد می‌گردد. در طرح اول انتخاب شین مناسب جهت حذف بار بر اساس افت ولتاژ و شاخص خطر پایداری ولتاژ (VSRI) می¬باشد. در طرح دوم علاوه بر شاخص‌های فوق، هزینه¬های مربوط به حذف بار نیز در انتخاب شین مناسب جهت حذف بار در نظر گرفته می‌شود و مقدار توان حذف بار بین تمام بارها، با یک نسبت خاص، تقسیم می¬شود. در طرح سوم حفاظت سیستم قدرت در برابر وقوع خطاهای پی در پی نیز برنامه‌ریزی می‌شود و در ضمن، به منظور افزایش رفاه اجتماعی، انتخاب شین‌های حذف بار به گونه‌ای انجام می‌شود که تعداد مشترکینی که دچار خاموشی می¬شوند نسبت به طرح دوم کاهش داده می‌شود. در این طرح به منظور جبران برخی مشکلات مربوط به شاخص VSRI، از یک شاخص پایداری ولتاژ مبتنی بر محدودیت بیشنه توان عبوری از خطوط انتقال (شاخص L) استفاده می¬گردد. براساس نتایج شبیه‌سازی‌هایی که بر روی شبکه استادندارد 39 شینه IEEE انجام شده است، طرح سوم در مجموع بهترین عملکرد را دارد و در مقایسه با طرح دوم، دارای حاشیه پایداری توان، فرکانس حالت ماندگار و تامین رفاه اجتماعی بهتری می¬باشد، اما مزایای اقتصادی اندکی کمتر دارد.

خطوط انتقال و توزیع برق نقش حیاتی در سیستم قدرت دارند، بنابراین عملکرد صحیح رله های حفاظتی در خطوط انتقال و توزیع از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی رفع سریع خطای رخ‌داده در خطوط انتقال برای بهبود پایداری و قابلیت اعتماد سیستم، ضروری است. در این پایان نامه یک روش جدید برای تعیین مکان خطا برای خطاهای بین دو مدار زمین شده و زمین نشده در خطوط انتقال دو مداره موازی ارائه می شود. روش پیشنهادی بر مبنای امواج سیار و تبدیل موجک است. تبدیل موجک گرفتن از مولفه‌های تبدیل کلارک برای به دست آوردن امواج سیار ناشی از خطا یک روش بسیار مناسب برای تعیین محل خطا است. با به دست آوردن زمان رسیدن امواج سیار به شین یا شین ها، فاصله خطا از شین ها را می توان محاسبه نمود. در این پایان نامه ابتدا محل خطا برای خطوط ساده با استفاده از دو روش تحلیل سیگنال های جریان یا ولتاژ هر دو سمت خط (دو سر خط) و یک سر خط (یک انتهای خط) تعیین می شود. در ادامه مکان خطا برای خطاهای ساده در خطوط انتقال موازی با استفاده از داده های دو سر خط تعیین می شود. درنهایت یک الگوریتم جدید هم با استفاده از داده های دو سر خط و هم با استفاده از داده های یک سر یکی از خطوط برای خطاهای بین دو مدار ارائه می شود. در بخش اصلی این الگوریتم که از داده های یک سر خط برای تعیین محل خطا استفاده می شود، مکان خطا برای خطاهای بین دو مدار تعیین می شود. برای ارزیابی روش پیشنهادی یک شبکه نمونه (خط موازی دو مداره) در محیط PSCAD/EMTDC پیاده سازی شده و سپس داده های خروجی در نرم افزار MATLAB تحلیل می شوند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی به‌درستی مکان خطا برای خطاهای بین دو مدار زمین شده و زمین نشده را محاسبه می کند. همچنین مقاومت خطا، جریان بار، امپدانس منبع و حتی فاصله خطا تاثیری در دقت عملکرد الگوریتم ندارد. برای مقایسه الگوریتم پیشنهادی با روش های دیگر تعیین محل خطا، روش حفاظت دیستانس مبتنی بر مولفه متقارن (با استفاده از داده های یک سر خط یکی از خطوط) نیز برای تعیین مکان خطا برای خطاهای بین دو مدار زمین نشده شبیه‌سازی‌شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی در تعیین مکان خطا در مقایسه با روش مولفه متقارن خطای بسیار کمتری دارد، درواقع مکان خطا بسیار دقیق محاسبه می¬شود.

 در این پایان‌ نامه سیستم‌های قدرت مورد مطالعه شبکه قدرت دو ناحیه‌ای حرارتی– حرارتی و حرارتی–آبی می‌باشند. اختلال بار باعث انحراف فرکانس سیستم و نوسان توان خط انتقال می‌شود. هدف این پژوهش نیز کاهش نوسان‌های فرکانس نواحی و توان خط انتقال در زمان وقوع خطا می‌باشد. واکنش‌های غیرخطی گاورنر در هنگام تغییر ناگهانی بار باعث ایجاد یک نوسان نامیرا در پاسخ‌های گذرا و ماندگار توان درخط انتقال و فرکانس درون ناحیه می شوند. برای پایدار ساختن سیستم به ازای این اختلال بار، دو روش استفاده شده و عملکرد سیستم برای این دو حالت تحلیل شده است. در حالت اول یک شیفت‌دهنده فاز کنترل شونده با تریستور(TCPS) به‌صورت سری با خط انتقال بین دو ناحیه سیستم نصب شده است و هماهنگ با ذخیره‌ ساز انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES) در ترمینال ناحیه دو می‌باشد. در حالت دوم، دو ذخیره ساز انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES) در ترمینال های دو ناحیه قرار داده شده و نتایج شبیه سازی نشان داده شده است. این نتایج در سیستم حرارتی-حرارتی و حرارتی-آبی نشان می دهد که پایداری سیستم در حالت اول بهبود می‌یابد و در حالت دوم (استفاده از SMES در ترمینال دو ناحیه)، پایداری نسبت به حالت اول نیز بهتر خواهد شد. همچنین به ‌منظور عملکرد بهتر سیستم از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) استفاده شده است. از این الگوریتم جهت بهینه‌سازی ضرایب کنترل‌کننده‌های انتگرالی و PID فازی و همچنین پارامتر‌های TCPS و SMES استفاده شده است. در سیستم حرارتی-حرارتی جهت بهبود عملکرد دینامیکی سیستم علاوه بر استفاده از (SMES-SMES) از کنترل‌کننده فازی نیز به‌جای استفاده از کنترل‌کننده انتگرالی استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد، استفاده از کنترل‌کننده فازی به همراه SMES در ترمینال دو ناحیه باعث بهبود عملکرد دینامیکی سیستم حرارتی-حرارتی می‌شود.

روش‌های حذف بار فرکانسی سنتی که تنها وضعیت فرکانسی شبکه قدرت را در نظر می‌گیرند، در بعضی حوادث بزرگ و ترکیبی قادر به جلوگیری از ناپایداری نیستند. به منظور رفع این مشکلات اخیرادر برخی مقالات روش‌های حذف بار ترکیبی پیشنهاد شده‌اند که در آن‌ها روش حذف بار فرکانسی و ولتاژی به نوعی ترکیب می‌شود. در این پایان‌نامه نیز یک روش حذف بار ترکیبی جدید ارائه می‌گردد. روش‌های قبلی حذف بار ترکیبی که حذف بار را با در نظر گرفتن همزمان وضعیت ولتاژی و فرکانسی سیستم انجام می‌دهند، بدون توجه به ابعاد اقتصادی سیستم را نجات می‌دهند، درحالی‌که ابعاد اقتصادی، بخش غیرقابل‌حذف از صنعت برق می‌باشد. ویژگی اساسی این پایان‌نامه، پیشنهاد الگوریتمی است که علاوه بر حفظ پایداری ولتاژ و فرکانس، بهترین تنظیم را ازلحاظ اقتصادی برای رله‌ی حذف بار انتخاب می‌کند. به گونه‌ای که همزمان مقدار حذف بار کمینه و وضعیت پایداری ولتاژ و پایداری فرکانس سیستم پس از حذف بار به سمت بهترین حالت سوق داده می‌شود. وضعیت پایداری ولتاژ توسط شاخص استاندارد محلیL ارزیابی می‌گردد و رله‌ها از مقادیر محلی ولتاژ، فرکانس و جریان استفاده می‌کنند. طرح ارائه‌شده، سرعت، مکان و مقدار حذف بار بهینه را به‌صورتخودکار و تطبیق‌پذیر با شرایط افت ولتاژ و فرکانس تعیین می‌کند. طرح حذف بار ارائه‌شده، با استفاده از زبان برنامه‌نویسی نرم‌افزار(DPL) DIGSLIENTبه‌صورت بهینه تنظیم‌شده و عملکرد آن به ازای حوادث مختلف در یک شبکه‌ی واقعی مدل‌سازی شده در این نرم‌افزاربررسی‌شده است. نتایج شبیه‌سازی، بهبود عملکرد روش ارائه‌شده را نسبت به روش‌های قبلی نشان می‌دهد.