در یک بستر هوشمند، مدیریت انفعالی سیستم‌های توزیع به مدیریتی فعال تغییر می‌یابد. سیستم‌های توزیع فعال نیاز به کنترلی زمان-حقیقی با دقت بالا دارند که توسط ساختار نوین کنترل، حفاظت و پایش ناحیه گسترده (WAMPC) فراهم می‌گردد. اصلی‌ترین اجزای سیستم WAMPC، واحدهای اندازه‌گیری فازوری (PMUs) هستند. نسل جدید PMU ها که به‌طور ویژه برای استفاده در سیستم توزیع ساخته شده‌اند، ریز واحدهای اندازه‌گیری فازوری (μPMUs) هستند. در این پایان‌نامه به مساله جایابی بهینه μPMU به‌منظور رویت‌پذیری کامل سیستم‌های توزیع هوشمند پرداخته شده است. برای این منظور، مدل‌های موجود جهت جایابی بهینه تجهیزات اندازه‌گیری فازوری در سیستم‌های انتقال سه‌فاز متقارن توسعه داده‌ شده‌اند تا دربرگیرنده بعضی از ویژگی‌های سیستم توزیع باشند. در این راستا با درنظر گرفتن ساختار شعاعی سیستم توزیع و شاخه‌های متعدد آن و در نتیجه وجود شین‌های تزریق صفر در مجاورت یکدیگر، یا وجود شین‌های انتهایی در کنار شین‌های تزریق صفر، قواعد ابتکاری جدیدی جهت کاهش فضای جستجو و همچنین کاهش تعداد μPMU ها ارائه شده است. در این حالت تابع هدف، کمینه‌سازی هزینه‌های کلی شامل هزینه μPMU ها و هزینه ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان (PT و CT) که به‌ترتیب برای اتصال هر شین و هر خط به μPMU نیاز هستند، می‌باشد. وجود اندازه‌گیری‌های سنتی در مدل پیشنهادی درنظر گرفته شده است. به‌علاوه، قید احتمالی خروج یک μPMU از سیستم و قید محدودیت کانال‌های اندازه‌گیری μPMUدر نظر گرفته شده است. از آن‌جا که در سیستم‌های توزیع بعضی از شین‌ها دارای بارهای تک‌فاز یا دوفاز هستند یا در بعضی فواصل، اتصال‌های بین شین‌ها تک‌فاز یا دوفاز است، مدل پیشنهادی توسعه داده شده است تا دربرگیرنده ویژگی عدم تقارن سیستم توزیع باشد. در این حالت ترکیبی از μPMUهای تک‌فاز و سه‌فاز در سیستم به‌طور بهینه‌ای جایابی شده‌اند. به‌علاوه با توسعه ویژگی‌ شین‌های تزریق صفر در حالت متقارن به فازهای تزریق صفر در حالت نامتقارن، از ویژگی فازهای تزریق صفر سیستم‌های نامتقارن، در جایابی بهینه μPMU ها بهره گرفته شده است. در این حالت تابع هدف، کمینه‌سازی کل هزینه‌ها است و هزینه‌های تجهیزات جانبی (PT و CT) در هزینه μPMU ها ادغام شده است. به‌علاوه قید احتمالی خروج یک μPMU و محدودیت کانال‌ها در این حالت نیز مدل شده است. مدل پیشنهادی به صورت یک مساله برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح (ILP) فرمول‌بندی شده و توسط نرم‌افزار MATLAB و نرم‌افزار GAMS حل شده است. برای نشان دادن کارآمدی مدل پیشنهادی سیستم‌های توزیع تست استاندارد ۱۳، ۳۴ و ۳۷ شینه IEEE، تحت سناریوهای متعدد مورد بررسی قرار گرفته‌اند. همچنین نتایج عددی با برخی از مراجع مقایسه شده‌ است. در تمام موارد نتایج حاصله اعتبار مدل پیشنهادی را تایید می‌نماید.

همزمان با ترویج استفاده از منابع تجدیدپذیر، مطالعه در مورد تعیین ظرفیت سیستم های CCHP و بهره برداری این سیستم ها حائز اهمیت می باشد. در این پایان نامه مدلی جدید به منظور تعیین ظرفیت بهینه تجهیزات یک سیستم CCHP جهت تامین نیازهای الکتریکی، گرمایشی و سرمایشی یک مجتمع مسکونی توسعه داده شده که قادر است علاوه بر تعیین ظرفیت تجهیزات سیستم مذکور، خط مشی بهینه بهره برداری را نیز مشخص کند. این سیستم شامل یک محرک اولیه از نوع موتور احتراق داخلی رفت و برگشتی، یک بویلر کمکی، یک مبدل حرارتی و یک چیلر جذبی می باشد. تابع هدف این مدل شامل کمینه سازی هزینه های سرمایه گذاری و تعمیر و نگهداری و هزینه های بهره برداری سیستم CCHP می  باشد. هزینه های بهره برداری شامل هزینه سوخت، هزینه انتشار آلاینده ها و هزینه(منفی)  درآمد ناشی از تبادل توان با شبکه در مدت زمان عمر پروژه می باشد. از مهم-ترین قیود مساله می توان به تعادل توان های الکتریکی و حرارتی اشاره نمود. مدل پیشنهادی به صورت یک مساله بهینه سازی غیر خطی آمیخته با عدد صحیح از نوع مسائل پویا فرمول بندی شده است. برای حل مساله روشی جدید، ساده و صریح به صورت ترکیبی از روش های ریاضی و روش های تکاملی ارائه شده است. برای این منظور از ترکیب دو نرم افزار GAMS و MATLAB بهره گرفته شده  است. در نهایت مدل پیشنهادی بر روی چهار مجتمع مسکونی در استان خوزستان بررسی و نتایج ارائه شده اند. بر اساس نتایج حاصله در مجتمع های مسکونی کوچک واقع در استان خوزستان خط مشی بهره برداری مبتنی بر بار گرمایی کارآیی بیشتری دارد. همچنین در مجتمع های مسکونی بزرگ این استان، بهره برداری به شیوه بهره برداری ترکیبی مقرون به صرفه تر می باشد.

در این پایان¬نامه مدلی جهت بهره¬برداری بهینه یک سیستم CCHP جهت تامین نیازهای انرژی یک مشترک صنعتی ارائه شده است. سیستم CCHP شامل یک واحد CHP در کنار یک دستگاه چیلر جذبی، یک دستگاه پمپ حرارتی الکتریکی, یک بویلر کمکی و یک ذخیره¬ساز انرژی الکتریکی است. فرض می¬شود مشترک مورد نظر به شبکه سراسری برق وصل است و می¬تواند انرژی الکتریکی را در قیمت¬های ساعتی بازار، با شبکه بالادست تبادل نماید. همچنین فرض می¬شود که بخشی از نیاز مصرف الکتریکی این مشترک قابل انعطاف است و می¬تواند در بین ساعات شبانه روز جابجا شود با این فرض که کل انرژی مصرفی روزانه آن ثابت بماند. در این پایان نامه, بهره برداری سیستم CCHP با فرضیات فوق بوسیله یک مساله برنامه¬ریزی غیر¬خطی آمیخته با عدد صحیح مدلسازی و توسط نرم افزار GAMS حل شده است. مساله بهینه¬سازی برای یک مشترک صنعتی تحت روش کنترل هیبریدی و برای سناریوهای مختلف از مقادیر قیمت گاز, وجود یا عدم وجود محدودیت در تبادل توان با شبکه بالادست, وجود یا عدم وجود بار قابل جابجایی و مقادیر مختلف نیازهای انرژی مشترک بررسی و نتایج تحلیل شده اند.

پخش بار یکی از ابزارهای تحلیلی جهت تعیین رفتار استاتیکی سیستم توزیع در طی مراحل طراحی و توسعه شبکه و همچنین هنگام بهره¬بردای می¬باشد. در الگوریتم¬های سنتی پخش بار توزیع، ایستگاه فوق توزیع وظیفه تامین اسلک توان در سیستم را بر عهده دارد. از آن‌جا که در سیستم‌های تجدید ساختار یافته، گاهی محدودیت فنی یا بعضاً اقتصادی ارسال توان از شین اسلک را محدود می‌نماید، استفاده از مدل پخش بار تک اسلکه مناسب نمی‌باشد. با توجه به افزایش نفوذ واحدهای تولید پراکنده در شبکه توزیع، در پخش بارهای نوین علاوه بر ایستگاه فوق توزیع DGها نیز در تامین اسلک سیستم مشارکت دارند. در این پایان نامه روش جدیدی جهت پخش بار سه فاز نامتقارن شبکه توزیع با اسلک توزیع شده، مبتنی بر الگوریتم پس¬رو-پیش¬رو با جمع توانی ارائه شده است. شین ایستگاه فوق توزیع و واحدهای DG با کنترل PV به عنوان DGهای مشارکتی به منظور توزیع اسلک توان حقیقی درنظر گرفته می‌شوند. در روش پیشنهادی، ابتدا با تعیین مسیر پخش توان اکتیو، حوزه هر ژنراتور مشخص می‌شود. سپس با استفاده از مفهوم اشتراکات ژنراتور، ضریب مشارکت و سهم هر DG در تامین اسلک توان اکتیو سیستم تعیین می¬شود. الگوریتم پخش بار پیشنهادی در محیط نرم افزار متلب پیاده¬سازی و بر روی سیستم تست اصلاح شده 34 شینه IEEE تحت سناریوهای مختلف اجرا و نتایج تحلیل شده‌اند. نتایج بدست آمده بخوبی کارایی پخش بار پیشنهادی با اسلک توزیع شده را به نمایش می¬گذارند.

بالغ بر %17 از قدرت عملی نیروگاههای کشور ایران به نیروگاههای برق آبی اختصاص دارد که عمدتاً از نوع نیروگاههای سد مخزنی هستند و در حوزه زاگرس متمرکز می‌باشند. این نیروگاهها به‌صورت آبشاری روی حوزه آبریز کارون، دز و کرخه بنا شده‌اند. در یک صنعت برق تجدید ساختار یافته (مانند صنعت برق ایران)، نیروگاهها از طریق پیشنهاددهی به بازار عمده فروشی روزانه، توان تولیدی خود را می‌فروشند. لذا هر نیروگاهی بسته به ویژگی‌ها، هزینه‌ها و محدودیت‌های خود و به منظور دست‌یابی به سود بالاتر، یک استراتژی پیشنهاد دهی اتخاذ می‌کند که تحت عنوان خود برنامه‌ریزی کوتاه مدت شناخته می‌شود. زمانی که روی یک حوزه آبریز نیروگاه‌های متعددی به‌صورت آبشاری وجود دارند، قیود واحدهای بالا دست و پایین دست و ارتباطات مخازن باعث پیچیدگی برنامه‌ریزی تولید می‌گردد و خود برنامه‌ریزی هر نیروگاه را تحت تاثیر قرار می‌دهد. لذا لازم است که پیشنهاددهی مجموعه این نیروگاهها جهت مشارکت در بازار برق به‌طور همزمان صورت‌ گیرد. از آن‌جا که سازمان آب و برق خوزستان به نمایندگی از نیروگاههای برقآبی تحت پوشش خود در بازار برق شرکت می‌نماید، لازم است روش‌های کارآمد با مدل‌سازی همه عوامل موثر بر فرآیند خودبرنامه‌ریزی، با در نظر گرفتن جنبه های فنی و اقتصادی به‌کار گرفته شود. بر این اساس در این پایان‌نامه یک مدل برنامه‌ریزی مبتنی بر قیمت جهت خودبرنامه‌ریزی یک شرکت برق شامل چندین نیروگاه در یک حوزه آبریز به منظور مشارکت در بازار انرژی روزانه مورد بررسی قرار گرفته است. تابع هدف مدل خودبرنامه‌ریزی، بیشینه‌سازی سود در یک بازه 24 ساعته می‌باشد. از جمله قیود مساله می‌توان به محدودیت‌های هیدرولیکی و منحنی های هیل چارت اشاره نمود. همچنین به‌منظور کم کردن استهلاک نیروگاه‌ها در اثر خاموش و روشن شدن های مکرر در فصل تابستان، هزینه‌های راه اندازی در مدل وارد شده‌ است. به منظور ارزیابی مساله خودبرنامه‌ریزی، دو مجموعه نیروگاه آبشاری روی یک حوزه آب ریز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه شده‌اند. سیستم اول شامل 8 نیروگاه در حوزه آبریز یک رودخانه در کشور اسپانیا است و سیستم دوم شامل سه نیروگاه در حوزه آبریز کارون در کشور ایران می‌باشد. نتایج حاصله در تمام موارد موثر بودن الگوریتم شبیه‌سازی شده را نشان می‌دهد.

 

در این پایان نامه تعیین مکان بهینه‌ کلیدهای جدا کننده در طول فیدرهای شبکه توزیع شعاعی مورد توجه قرار می‌گیرد. کلیدهای موجود در شبکه توزیع هم در شرایط وقوع خطا، به منظور بهبود قابلیت اطمینان شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند و هم در شرایط عادی، جهت تعیین آرایش بهینه شبکه توسط بهره‌برداران شبکه به‌کار گرفته می‌شوند. لذا لازم است در مساله جایابی کلیدها، به هر دو جنبه کاربرد آن‌ها توجه شود. بر این اساس در این پایان‌نامه مدلی جدید جهت جایابی بهینه‌ کلیدهای جدا کننده در طول فیدرهای شبکه توزیع شعاعی پیشنهاد می‌گردد که نه تنها مکان کلیدها را به منظور بهبود قابلیت اطمینان شبکه تعیین می‌نماید، بلکه الگوی باز و بسته بودن آن‌ها را برای حالت دائم شبکه در دو فصل سرد و گرم به‌طور مجزا تعیین می‌نماید. مدل پیشنهادی به‌صورت یک مساله بهینه سازی چندهدفه مقید فرمولبندی می‌شود. توابع هدف مساله شامل کمینه‌سازی هزینه‌های خرید، نصب و نگهداری کلیدها، کمینه‌سازی هزینه انرژی توزیع نشده مورد انتظار (به عنوان شاخص قابلیت اطمینان شبکه) و کمینه‌سازی هزینه تلفات انرژی در بهره‌برداری حالت عادی شبکه می‌باشد که متاثر از آرایش شبکه است. از قیود مساله می‌توان به حداکثر تعداد کلیدهای جایابی شده بر اساس محدودیت‌های بودجه‌ای شرکت توزیع، محدودیت¬های ولتاژها و جریان‌ها و حفظ ساختار شعاعی شبکه هنگام تعیین آرایش بهینه شبکه اشاره نمود. مساله با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-Π) حل می¬شود. همچنین واقعیت¬های سیستم توزیع عملی (به ویژه شبکه توزیع استان خوزستان) از جمله الگوی واقعی مصرف مشترکین مختلف مسکونی، تجاری و اداری-آموزشی در دو فصل سرد و گرم و همچنین هزینه‌های ساعتی تلفات انرژی بر اساس قیمت‌های بازار برق ایران در نظر گرفته می‌شود. مدل پیشنهادی بر یک شبکه تست 33 باسه، تحت سناریوهای مختلف پیاده‌سازی و نتایج ارائه می‌شود. در تمام موارد، نتایج ارائه شده کارایی مدل پیشنهادی را تائید می‌نمایند.

 

در شبکه های قدرت با نفوذ بالای منابع انرژی تجدید پذیر، فراهم سازی سرویس های جانبی متعادل سازی شبکه برای برقراری توازن بار-تولید یک چالش جدی برای بهره بردار شبکه است. پاسخ تقاضا یکی از مهمترین خصوصیات شبکه هوشمند می باشد که در حفظ تعادل بین تولید و تقاضا موثرمی‌باشد. در این پایان نامه فراهم سازی سرویس جانبی تنظیم فرکانسی با استفاده از پاسخ تقاضا در بستر یک شبکه‌ هوشمند مورد توجه قرار می گیرد. یک مجموعه از بارهای پاسخگوی حساس به فرکانس با قابلیت ذخیره انرژی (مانند آب‌گرمکن‌های برقی) برای تنظیم فرکانس استفاده می‌شوند. فرکانس آتش هر تجهیز یعنی فرکانسی که تجهیز در آن از حالت روشن به خاموش یا بالعکس می‌رود، در یک روند بهینه‌سازی تعیین می‌شود. بسته به میزان انحراف فرکانس شبکه از مقدار نامی، تعدادی از تجهیزات از حالت روشن به خاموش یا بالعکس تغییر وضعیت می‌دهند و بدین ترتیب بارهای پاسخگو به تثبیت فرکانس کمک می‌کنند. به منظور ارزیابی الگوریتم شبیه‌سازی شده جهت تعیین فرکانس‌های آتش بهینه تجهیزات، دو جمع کننده یکی با پنج تجهیز و دیگری با 50 تجهیز مورد بررسی قرار گرفته‌اند و نتایج تحلیل‌ها ارائه شده است. نتایج حاصله در تمام موارد موثر بودن الگوریتم شبیه‌سازی شده را نشان می‌دهد.