هدف از این پاین نامه ارائه روشی برای افزایش انعطاف پذیری ریزشبکه جزیره ای شده بوسیله ی قابلیت بقا می باشد. بقا در اینجا به معنی تامین حداکثری بارهای ریزشبکه جزیره ای شده در اثر یک حادثه می باشد. در طول عملیات جزیره ای بارهای ریزشبکه به بارهای بحرانی و غیر بحرانی تقسیم می شوند. ریزشبکه دارای مزرعه بادی، مزرعه خورشیدی و واحد دیزل ژنراتور (DG) می باشد و واحد DG از چند دیزل ژنراتور تشکیل شده است. هر دو مزرعه به سیستم ذخیره ساز انرژی متصل می باشند. پاسخگویی تقاضا از طریق بارهای قابل تنظیم و یک ناوگان از PHEV ها انجام شده است. برای شبیه سازی ریزشبکه از سیستم CIGRE اصلاح شده استفاده شده است.
3 سناریو در این پایان نامه مدلسازی شده است که در آنها تاثیر BESSها و PHEV ها در ریزشبکه برای تامین بارها بررسی می شود. در سناریو اول BESSها و PHEV ها حضور ندارند، در سناریو دوم BESSها به ریزشبکه اضافه می شوند و در سناریو سوم تاثیر BESSها و PHEV ها مورد بررسی قرار می گیرد.
 

 تاکنون مطالعات زیادی در حوزه ترکیب سیستم‌های جریان مستقیم و جریان متناوب انجام شده است و حضور منابع AC و DC نیازمند بررسی دقیق و جزئی جنبه‌های کنترلی در اینگونه سیستم‌ها می‌باشد. مسائل کلیدی که توسط نویسندگان متعددی به آن پرداخته شده است شامل پایداری ولتاژ باس DC و AC، قابلیت اطمینان، کیفیت توان، تبادل توان بین باس‌های AC و DC و توزیع توان در یک ساختار ترکیبی می‌باشد. محققان و نویسندگان متعددی به این موضوع اشاره کرده‌اند که یکی از چالش‌های اصلی در ریزشبکه های ترکیبی، مدیریت و کنترل توان در میان تمامی منابع تولید پراکنده در چنین شبکه‌های ترکیبی است. مدیریت توان نقشی اساسی را در بسیاری از ریزشبکه ها ایفا می‌کند و می‌تواند تضمین کننده عملکرد پایدار و بهبودیافته ریزشبکه در وضعیت دائمی سیستم باشد. در این پایان‌نامه یک ساختار ریزشبکه ترکیبی، در حالت اتصال به شبکه از طریق مبدل پشت به پشت (Back To Back) ارائه می‌شود. درحالی‌که این نوع از اتصال، بین شبکه اصلی و ریزشبکه جریان متناوب، می‌تواند یک اتصال امن، کارآمد و ایزوله کننده باشد، یک اتصال اضافی در باس DC می‌تواند استفاده از ریزشبکه DC را تسهیل نماید. همچنین، باس DC می‌تواند بارهای جریان مستقیم محلی را تغذیه نماید و نیز می‌تواند با بخش‌های جریان متناوب این ساختار ترکیبی تبادل توان داشته باشد. در این پایان‌نامه، فعال‌سازی ساختار ریزشبکه ترکیبی در حالت متصل به شبکه انجام می پذیرد. شارش توان کنترل‌شده بین ریزشبکه‌ها و شبکه اصلی، یک مدل جدیدی از سیستم برای ریزشبکه‌های ترکیبی ایجاد می‌کند که در آن حالت‌های مختلف کنترلی و روش های گوناگون شارش توان، به‌منظور نشان دادن کارآیی ساختار ریزشبکه‌های ترکیبی مورد نظر و کنترل کننده‌های مربوطه، توسعه می‌یابد. به‌منظور تحقق سازی پایان‌نامه مذکور، یک شبکه ترکیبی شامل شبکه اصلی، بارها، منابع کوچک تولید توان در بخش ریزشبکه جریان مستقیم و همچنین ریزشبکه جریان متناوب، مدل شده و توسط نرم‌افزار MATLAB شبیه‌سازی خواهد شد و نتایج شبیه‌سازی بررسی و تحلیل خواهد شد.

 در این پایان نامه به بررسی روش¬های عملی محدود کردن جریان اتصال کوتاه در خطای تک فاز به زمین در یک ایستگاه فوق توزیع نمونه پرداخته شده است. در ابتدا اطلاعات شبکه واقعی مربوط به پست فوق توزیع وحدت اهواز گردآوری، سپس شبکه مورد نظر در نرم¬افزار تحلیل سیستم DIgSILENT جهت انجام شبیه سازی¬ها پیاده سازی شده است. در ادامه حالت¬های مورد نظر شامل قرار دادن مقاومت زمین در مسیر نوترال(NGR)، تغییر در نوع اتصال ترانسفورماتورهای قدرت و استفاده از ترانسفورماتور زمین (GT) و همچنین روش¬های مختلف کارکرد موازی ترانسفورماتورهای قدرت در حالت¬های متفاوت شبیه سازی شده است. با توجه به اطلاعاتی که از شبکه توزیع در دسترس است، نتایج شبیه سازی¬ها نشان می¬دهد قرار دادن NGR در ترانسفورماتور¬های موجود به منظور محدود کردن جریان خطا از نظر فنی امکان پذیر است. همچنین تغییر اتصال ترانسفورماتورها و استفاده از ترانسفورماتورهای با اتصال YNd به همراه ترانسفورماتور زمین (با مقاومت برای محدود کردن جریان خطا) به صورتی که تمام ترانسفورماتورهای ایستگاه از این نوع اتصال باشند نیز امکان پذیر است. طبق شبیه-سازی انجام شده، کارکرد موازی ترانسفورماتورها زمانی مناسب است که ترانسفورماتور با اتصال YNd به همراه ترانسفورماتور زمین به صورت موازی با ترانسفورماتور Dyn زمین شده با NGR قرار گیرد. در حالت¬های کارکرد موازی دیگر جریان خطای تک فاز به زمین و جریان نوترال ترانسفورماتورها نسبت به وضعیت عادی بالاتر می¬رود، از این رو کارکرد موازی در دیگر حالات مناسب نمی¬باشد. بررسی اضافه ولتاژهای ایجاد شده حین خطای تک فاز به زمین در حالت¬های شبیه سازی شده، در کنار بررسی تجهیزات موجود در شبکه نشان می¬دهد این اضافه ولتاژها برای تجهیزات نصب شده قابل تحمل¬ می¬باشند.

در این پروژه حالت گذرای ترانسفورماتور ولتاژ خازنی شبیه‌سازی‌شده و تاثیر آن بر عملکرد رله های دیستانس دیجیتال بررسی‌شده است. برای شبیه‌سازی دقیق‌تر حالات گذرای ترانسفورماتور ولتاژ خازنی، مشخصه ی مغناطیسی غیرخطی هسته ی آن با دقت زیادی مدل‌سازی شده است. مدل استفاده‌شده برای پدیده ی هیسترزیس و جریان گردابی قادر به شبیه‌سازی حلقه‌های هیسترزیس فرعی نامتقارن و شار پسماند می‌باشد. الگوریتم جدیدی برای طراحی بهینه ی مدار تضعیف فرورزونانس فعال با استفاده از مشخصه ی امپدانسی دلخواه پیشنهادشده است که سرعت تضعیف نوسانات فرورزونانس ایجادشده در ترانسفورماتور ولتاژ خازنی را تا حد قابل‌توجهی افزایش می دهد. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که در صورت استفاده از مدار تضعیف فرورزونانس فعال پیشنهادی نیازی به استفاده از تجهیزات حفاظت اضافه ولتاژ در سیستم ترانسفورماتور ولتاژ خازنی وجود ندارد.
در منابع مختلف نشان داده شده است که عملکرد رله ی دیستانس در دو حالت می‌تواند تحت تاثیر پاسخ گذرای ترانسفورماتورهای اندازه گیری قرار گیرد:
• اعوجاج ایجادشده در ولتاژ خروجی ترانسفورماتور ولتاژ خازنی در هنگام وقوع اتصال کوتاه در صفر ولتاژ
• اشباع ترانسفورماتور جریان
در ادامه روش هایی که تاکنون برای جلوگیری از عملکرد نادرست رله های دیستانس در هنگام وقوع هر دو حالت گذرای مذکور ارائه‌شده‌اند؛ بررسی‌شده‌ است. درنهایت الگوریتم مناسبی برای بهبود عملکرد رله ی دیستانس در هنگام وقوع حالت گذرای مذکور ناشی از عملکرد ترانسفورماتور ولتاژ خازنی پیشنهاد شده است.
نتایج مطالعات انجام‌شده نشان می‌دهد که الگوریتم پیشنهادی برای کاهش تاثیر پاسخ گذرای ترانسفورماتور ولتاژ خازنی بر عملکرد رله‌ی دیستانس در بدترین شرایط ممکن مانع از عملکرد نادرست رله می‌شود، بدون آن که سبب کاهش بی‌مورد سرعت عملکرد رله شود.

توسعه سیستم‌های انتقال یکی از مهم‌ترین بخش‌های توسعه سیستم‌های قدرت بوده که نیازمند هزینه‌های زیاد اقتصادی، زیست‌محیطی، عمرانی و ... است. سیستم‌های انتقال هر چند سال یک‌بار نیازمند توسعه بوده که در این راستا لازم است خطوط و سایر عناصر جدید به آن اضافه شود. احداث خطوط انتقال جدید امری هزینه‌بر بوده و بنابرین لازم است بهینه‌ترین برنامه توسعه که با کمترین میزان خط جدید اضافه‌شده امنیت سیستم را تضمین نماید جهت پیاده‌سازی انتخاب شود. در این پایان‌نامه نقش ادوات FACTS در راستای بهره‌برداری موثرتر از شبکه قدرت و به دنبال آن ایجاد تاخیر در توسعه سیستم انتقال مورد بررسی قرار گرفته است. اقدام صورت گرفته در این پایان‌نامه عبارت از پیاده‌سازی روشی مبتنی بر آنالیز حساسیت جهت انتخاب بهینه تعداد و مکان ادوات FACTS، خطوط و سایر عناصر قابل احداث در سیستم انتقال است. با استفاده از روش مذکور توسعه سیستم انتقال دو شبکه 9 و 39 شینه یک‌بار در حالت عدم لحاظ ادوات FACTS و بار دیگر در حالت لحاظ تجهیزات FACTS سری و موازی با استفاده از محیط شبیه‌سازی و کد نویسی DPL در نرم‌افزار Digsilent 15/1 انجام شده است. با توجه به نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ها استفاده از این ادوات موجب کاهش نیاز ده‌ها کیلومتری احداث خطوط انتقال جدید شده و هزینه‌های سرمایه‌گذاری در این بخش را به حداقل می‌رساند. این موضوع تاثیر بالای لحاظ ادوات FACTS در برنامه‌ریزی توسعه سیستم انتقال را به اثبات می‌رساند.

 شبکه‌های هوشمند مجهز به تولیدات پراکنده، تحول عظیمی در سیستم‌های قدرت و انتقال انرژی به¬وجود آورده است. این شبکه¬ها همیشه به¬صورت غیرقابل¬اجتنابی در معرض حوادث طبیعی و گاهاً خطاهای انسانی هستند. بنابراین وجود یک سیستم حفاظتی قوی که بتواند خطاها را در کوتاه‌ترین زمان ممکن تشخیص دهد و جایابی کند، ضروری است. عملکرد صحیح چنین سیستم حفاظتی مانع گسترش خطا، آسیب به تجهیزات شبکه و مصرف‌کنندگان و بروز خاموشی می¬شود. به همین دلیل باید اطلاعات جامع و کاملی از شبکه¬ی تحت حفاظت در اختیار این سیستم قرار گیرد تا بتواند بر مبنای آن به¬درستی تصمیم¬گیری و عمل کند. از طرفی پایش گسترده شبکه با وجود سنسورهایی چون PMU و FDR که قابلیت جمع¬آوری سیگنال‌ها را دارد، فراهم ¬می¬شود. این پایان‌نامه در نظر دارد با ارائه¬ی یک دیدگاه مبتنی بر داده، عمل تشخیص، شناسایی و مکان¬یابی خطا را به¬صورت همزمان انجام دهد. در این روش ابتدا ویژگی¬های سیگنال فرکانس توسط الگوریتم تجزیه پیگیری وفقی با دیکشنری گوسی استخراج شده و سپس با ویژگی¬های استخراجی مجموعه داده¬های آموزشی برای حالات عادی شبکه و انواع خطا ایجاد و به کمک این مجموعه داده¬های آموزشی مدل مخلوط گوسی مربوط به هریک از حالات شبکه آموزش داده می¬شود. با به¬کارگیری این مدل¬ها می¬توان وقوع خطا و نوع آن را تشخیص داد. از طرفی برای تعیین مکان خطا با استخراج ضرایب موجک سیگنال ولتاژ هر باس و مقایسه¬ی آن¬ها، باس خطا تعیین خواهد شد. عملکرد تشخیص، شناسایی و مکان¬یابی این الگوریتم برای چهار نوع خطای قطعی خط انتقال، قطعی بار، قطعی ژنراتور و خطای زمین ژنراتور در شبکه استاندارد ۳۹ باسه IEEE بررسی شده است. مقایسه¬ی نتایج، کارآمدی این روش را نشان می‌دهد.

 سیستم‌های فتوولتائیک از خانواده‌ی سیستم‌های تبدیل انرژی خورشیدی هستند که در سال‌های اخیر به‌عنوان منابع تجدید پذیر، جایگاه ویژه‌ای در سیستم‌های توزیع انرژی الکتریکی، یافته‌اند. این سیستم‌ها به علت داشتن ورودی شدیداً متغیر خورشیدی نیاز به الگوریتم‌های کنترلی با نام الگوریتم ردیابی نقطه بیشینه توان یا MPPT، برای کار کردن در موثرترین نقطه‌ی کاری هستند. در پژوهش حاضر ضمن بررسی کلیه‌ی فنّاوری‌های مرتبط سیستم‌های خورشیدی، دو مدل سلول خورشیدی تحلیلی و تک دیودی شبیه‌سازی و نتایج آن‌ها با یکدیگر مقایسه شده‌اند. سپس دو سیستم خورشیدی متصل به ریز شبکه با حضور باتری پشتیبان مدل‌سازی شده‌اند و عملکرد روش MPPT افزایشی رسانا در ردیابی نقطه بیشینه توان تحت ورودی‌های با تغییر زیاد بررسی می‌شود؛ سپس روش¬های MPPT افزایشی رسانا با روش P&O و روش جدول مرجع در ردیابی نقطه بیشینه توان تحت شرایط متغیر سطح تابش خورشیدی و دمای سطح سلول خورشیدی مقایسه شده و می¬بینیم در روش¬های افزایشی¬رسانا و جدول¬مرجع، بهره¬های کنترلر PI به¬طور استاتیک تنظیم شده و لذا برای ورودی¬های متغیر انحراف از توان نامی بسیار فاحش است. روش P&O خطای حالت ماندگار ثابتی داشته و نیازمند طراحی بهینه است. در نهایت روش MPPT را پیشنهاد می¬کنیم و می¬بینیم که این روش علاوه بر داشتن سرعت پاسخ دهی بالا قادر است نقطه بیشینه توان را تحت ورودی¬های متغیر آرایه¬ی خورشیدی با دقت بالایی دنبال کند.

مدیریت انرژی ریزشبکه‌های مبتنی بر CHP به دلیل وابستگی به دو نوع انرژی حرارتی و الکتریکی، پیچیده‌تر از ریزشبکه‌های فاقد آن است. در این پژوهش یک سیستم مدیریت انرژی برای مینیمم کردن دو تابع هدف اقتصادی و زیست‌محیطی برای یک ریزشبکه نمونه در مدت 24ساعت، مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل این بهینه سازی چندهدفه از روش الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه ازدحام ذرات، برای مینیمم کردن همزمان تابع هدف اقتصادی و زیست‌محیطی استفاده شده است. به منظور بهبود مدلسازی استاتیکی واحد های CHP، قیود عملیاتی نواحی ممنوعه و نرخ شیب درنظرگرفته شده است. برای عملکرد بهینه سیستم مدیریت انرژی از ذخیره‌سازهای انرژی استفاده شده است. در این راستا از یک مدل جامع برای ذخیره‌سازهای انرژی با در نظر گرفتن تلفات آن‌ها استفاده شده است. همچنین یک استراتژی هوشمند برای ذخیره‌ساز حرارتی نسبت به گرمای تولیدی واحدهای CHP برای تامین بارهای حرارتی به‌کار گرفته شده است. سیستم مدیریت انرژی مطرح شده بر روی یک ریزشبکه شامل منابع تولید پراکنده بادی و خورشیدی، منابع تولید همزمان برق و حرارت میکروتوربین و پیل سوختی، ذخیره‌سازهای انرژی و بارهای الکتریکی و حرارتی پیاده‌سازی شده است. سه سناریو بر اساس استراتژی‌های مختلف واحدهای تولید همزمان برق و حرارت درنظر گرفته شده و نتایج حاصل از تخصیص توان بهینه برای آن‌ها با اهداف اقتصادی و زیست‌محیطی به‌صورت مجزا مورد تحلیل قرار گرفته است. سپس بهینه‌سازی چند هدفه برای تخصیص توان بهینه در ریزشبکه و کاهش هزینه بهره‌برداری و آلایندهای جوی به‌صورت همزمان انجام شده است.

 

در این پژوهش مدیریت بهینه انرژی در یک ریزشبکه شامل منابع تجدیدپذیر و تجهیزات ذخیره، در دو چارچوب قطعی و احتمالاتی و برای دو سناریوی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. متغیرهای تصادفی مرتبط با عدم قطعیت در اینجا عبارتند از: خطای پیش بینی تقاضای بار، تغییرات قیمت پیشنهادی شبکه و تغییرات توان خروجی توربین بادی و فتوولتائیک. به‌منطور مدل‌سازی عدم قطعیت این متغیرها از روش تخمین 2m نقطه استفاده شده که این روش با استفاده از گشتاورهای آماری متغیر تصادفی هر نقطه غیر قطعی را به دو نقطه مشخص و قطعی تبدیل می‌کند. از آنجا که این بررسی در یک فاصله زمانی 24 ساعته و برای تمام واحدهای تولید به صورت همزمان انجام می‌گیرد نیاز به یک ابزار بهینه سازی قوی دارد که در اینجا از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. اما آنچه وجه تمایز این پژوهش در مقایسه با کارهای قبلی است این است که در اینجا به شرایط بهره‌برداری واقعی نزدیک‌تر شده است. نتایج عددی نشان ‌می‌دهد، در نظر گرفتن عدم قطعیت، نقطه بهره‌برداری از واحد های مختلف را تغییر می‌دهد ضمن اینکه هزینه نهایی بهره‌برداری را خیلی تغییر نمی‌دهد. لحاظ کردن شرایط واقعی بهره‌برداری (تلفات، اصلاح قیمت‌های پیشنهادی و سناریوی دوم در مدل‌سازی باتری‌ها)، هر چند هزینه نهایی بهره‌بردای را افزایش می‌دهد، اما این افزایش هزینه، واقعی است.

در این تحقیق، روش کنترل سیستم فتوولتائیک (PV) مجهز به دنبال کننده نقطه توان بیشینه (MPPT) به همراه سیستم ذخیره‌ساز انرژی از نوع باتری (BESS)، ارائه شده است. هدف اصلی، فراهم سازی پشتیبانی ولتاژ- فرکانس (v-f) درحالت جزیره ای و کنترل توان اکتیو-راکتیو (P-Q) برای تامین تقاضای بارهای محلی یا بحرانی مانند صنایع و بیمارستان‌ها، درحالت متصل به شبکه است. یک الگوریتم جدید کنترل MPPTو نیز پایداری ولتاژ سمت DC اینورتر به طور غیرمستقیم، از طریق متعادل‌سازی توان اکتیو در مراحل مختلف تبدیل، ارائه و بررسی شده است. روش‌های کنترلی ارائه شده به وسیله کنترلرهای تناسبی- انتگرالی (PI) توسعه یافته اند. ارزیابی و اعتبارسنجی الگوریتم‌های کنترلی در قالب سناریوهای متعدد، هماهنگی موثر میان کنترل v-f (P-Q)، کنترل MPPT و کنترل باتری با درنظر گرفتن قید حالت شارژ (SOC)، را نشان می‌دهد. مطالعات شبیه سازی بر روی فیدر توزیع تست 13 شینه IEEE به عنوان ریزشبکه، در نرم افزار متلب (Matlab) و SimpowerSystem انجام شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی، به‌طور صریح، کارایی و موثر بودن روش‌های مذکور را تایید می‌کند.

 افزایش استفاده از بارهای غیرخطی و نامتعادل سبب ایجاد هارمونیک در شبکه‌های توزیع و کاهش کیفیت توان می‌گردد. این هارمونیک‌ها در سیستم توزیع باعث افزایش تلفات، کاهش ضریب توان و مشکلات بسیار دیگری می‌شوند. برای کاهش هارمونیک‌های جریان معمولاً از فیلترهای پسیو استفاده می‌شود. با پیشرفت عناصر الکترونیک قدرت، استفاده از ادوات توان مشتری برای حذف هارمونیک‌های جریان و ولتاژ همراه با جبران توان راکتیو مقبولیت بیشتری پیدا کرده است. در این پایان‌نامه یک جبرانساز استاتیکی سنکرون توزیع(DSTATCOM) در سیستم توزیع سه‌فاز سه‌سیمه با توپولوژی سه‌پایه جهت جبران‌سازی توان راکتیو بار، جبران‌سازی هارمونیکی جریان‌های بار، تصحیح ضریب توان بار و متعادل‌سازی جریان‌های بار نامتعادل طراحی شده است. روش‌های پیشنهاد شده با استفاده از شبیه‌سازی‌ها تست شدند‌ و نتایج به‌دست آمده کارایی مطلوب سیستم کنترلی مورد استفاده را نشان دادند و اهداف ذکر شده در بهبود کیفیت توان را نیز برآورده ساختند.
لازم به ذکر است در این پایان‌نامه از نرم‌افزار مطلب نسخه 2010 جهت شبیه‌سازی استفاده شده است.

بار شبکه‌های توزیع از مولفه‌های گوناگون مصرف همچون بار خانگی، تجاری، اداری، عمومی، صنعتی و کشاورزی تشکیل یافته است و یکی از عمده‌ترین چالش‌های صنعت برق، تامین بار مشترکین می‌باشد. امروزه با اطمینان می توان گفت که کلیه فعالیت‌های شرکت‌های برق با استفاده از اطلاعات بار که نتیجه مستقیم تحقیق بار است به مرحله اجرا در می‌آیند. تحقیق بار عبارت است از فعالیت‌هایی مشتمل بر اندازه‌گیری و آنالیز مشخصه‌های بار الکتریکی با هدف فراهم آوردن اطلاعات صحیح و دقیق از نمودارها و رفتار کلی مشخصه‌های بار. روش‌های متداول در تجزیه و تحلیل داده‌ها به دو دسته داده‌کاوی‌(آماری) و هوشمند تقسیم می‌گردند.
داده‌کاوی علم استخراج اطلاعات مفید از مجموعه بزرگی از داده‌هاست. جداسازی هر کدام از مولفه‌های بار شبکه‌های توزیع، مهمترین عامل جهت تدوین برنامه‌های مدیریت مصرف است. روشی که در این پژوهش برای پیاده سازی الگوریتم مورد‌ نظر استفاده می‌شود، آنالیز اجزای اصلی‌(PCA) به عنوان یکی از تکنیک‌های داده‌کاوی می‌باشد. این شیوه به کارگرفته شده، راهکاری برای کاهش مجموعه داده‌های چندبعدی به ابعاد کوچک‌تر و مناسب برای انجام آنالیز بر روی آن‌ها است. نتایج حاصل از آنالیز اجزای اصلی را می‌توان به منظور تهیه الگوی بار الکتریکی و دیگر کاربردها در زمینه‌های مختلف، به کار گرفت.
 

ریزشبکه های صنعتی متداول شامل کارخانه ها با منابع تولید پراکنده و بارهای الکتریکی می باشند که بر سیستم های تولید همزمان توان و حرارت تکیه دارند. این در حالی است که انتظار می‌رود ریزشبکه های صنعتی توسعه‌یافته شامل منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی قابل اتصال به شبکه باشند. این پایان‌نامه یک روش برنامه ریزی تولید الکتریسیته و حرارت با در نظر گرفتن تولیدکننده های همزمان برق و حرارت، سیستم های تولید فتوولتائیک کوپل شده با ذخیره‌سازها و وسایل نقلیه الکتریکی را ارائه می کند. روش مدل سازی شده مبتنی بر پخش بار بهینه در طول دوره ی 24 ساعته و شامل قیدهای امنیت پخش بار بهینه، قیدهای کارخانه ها، قید تولید حرارت، قیدهای ذخیره‌ساز سیستـم‌های فتوولتائیک و قیـدهای وسایل نقلیه ی الکتریکی می باشد. برای نشـان دادن کارایی روش مدل سازی شده، نتایج شبیه سازی برای یک ریزشبکه صنعتی شامل 18 باس، 12 کارخانه، سیستم های تولید فتوولتائیک کوپل شده با ذخیره سازها و شش دسته از وسایل نقلیه الکتریکی، در دوازده حالت مختلف آنالیز شده اند. سیستم در دو حالت اتصال شبکه و مستقل از آن در نظر گرفته می‌شود. در این پایان‌نامه برای حل مسئله بهینه سازی از الگوریتم هیبرید تکامل تفاضلی- بهینه سازی ازدحام ذرات در نرم‌افزار متلب استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان دهنده ی آن است که استفاده از توان حرارتی تولیدی توسط سیستم های تولید همزمان برق و حرارت می تواند هزینه ی تولید حرارت توسط بویلرها را کاهش دهد که به‌تبع آن هزینه کلی سیستم نیز کاهش می‌یابد. همچنین همکاری بین کارخانه ها در تامین نیازهای الکتریکی و حرارتی یکدیگر باعث کاهش هزینه کلی ریزشبکه می شود. نتایج نشان می دهند که تبادل توان الکتریکی با شبکه بالادست این امکان را به ریزشبکه می دهد تا در ساعاتی که قیمت برق کم است از شبکه بالادست برق خریداری کند و در زمانی های اوج مصرف اقدام به فروش برق و کسب درآمد کند. همچنین دیده می شود که استفاده از ذخیره سازها اثر مثبتی بر برنامه ریزی تولید توان الکتریکی و حرارتی دارد. به این صورت که توان الکتریکی را در ساعاتی که قیمت برق پایین است یا بار کمتری در ریزشبکه وجود دارد در خود ذخیره می کنند و در ساعات اوج مصرف به ریزشبکه تزریق می کنند. زمان تولید بهینه سیستم های فتوولتائیک در طول روز می باشد و اوج مصرف ریزشبکه های صنعتی نیز همین ساعات است. به همین خاطر در نتایج دیده می شود که وجود سیستم های تولید فتوولتائیک کوپل شده با ذخیره سازها به کاهش هزینه ریزشبکه کمک زیادی می کند. حضور خودروهای الکتریکی قابل اتصال به شبکه باعث افزایش بار سیستم و هزینه می شود و ممکن است در برخی ساعات ریزشبکه به‌تنهایی توان تامین این بار را نداشته باشد. در نتیجه تبادل الکتریکی با شبکه بالادست، ذخیره سازها، سیستم های تولید فتوولتائیک کوپل شده با ذخیره سازها و یا ترکیبی از آن‌ها می¬توانند کمک شایانی به کاهش هزینه کنند.

 مسائل حفاظت محیطی، فاکتورهای اقتصادی، منابع ذخیره انرژی و سرعت افزایش تقاضای بار، باعث ظهور ریزشبکه به عنوان شبکه‌ای برای تولید توان شده است. مهم‌ترین چالش در استفاده از ریزشبکه، کنترل آن است. برای کنترل و عملکرد بهتر، DGها معمولاً با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت مانند VSI به شبکه وصل می‌شوند. لذا هدف اصلی، کنترل اینورترهاست. ریزشبکه می‌تواند به‌صورت مستقل یا متصل به شبکه اصلی کار کند. در حالت متصل به شبکه، کنترل اینورتر برای تنظیم توان اکتیو، اطمینان از کیفیت مناسب توان و دستیابی به پایدار ماندن سیستم در برابر اغتشاشات شبکه لازم است. در هنگام تغییرات بار و زمانی که DGها به شبکه متصل هستند باید توان اکتیو و راکتیو بین بار و شبکه کنترل شود و تقسیم بار بهینۀ توان بین DGها بوجود آید. در حالت مستقل، علاوه بر کنترل توان، کنترل اینورتر برای تغذیۀ بار با ولتاژ و فرکانس مشخص مورد نیاز است. در اینجا روش کنترل توان اکتیو و راکتیو و تنظیم ولتاژ و فرکانس ارائه شده است. هدف از این کار بهبود کیفیت توان تامین شده و اشتراک گذاری توان به‌صورت بهینه (در هر دو حالت متصل به شبکه و جزیره‌ای) و همچنین تنظیم ولتاژ و فرکانس (در حالت جزیره‌ای) است. این کنترلر شامل یک حلقه کنترل جریان داخلی و یک حلقه کنترل توان خارجی مبتنی‌بر قاب مرجع سنکرون و تنظیم کننده‌های PI رایج است. حلقه کنترل توان می‌تواند در دو حالت عمل کند: حالت کنترل توان ولتاژ-فرکانس و حالت کنترل توان اکتیو-راکتیو. الگوریتم بهینه‌سازی اجتماع ذرات که یک الگوریتم جستجوکننده هوشمند است در اینجا برای بدست آوردن پارامترهای کنترل توان بکار رفته است. نتایج سیستم، ولتاژ و فرکانس رضایت بخش، پاسخ دینامیکی مناسب و تامین بهینۀ توان بین DG و شبکه را متناسب با تغییر بار نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که سیستم برای نقطه عملکردی داده شده و تحت کنترل توان پیشنهادی ماندگار است و ریزشبکه می‌تواند به‌عنوان یک واحد تولید کننده توان قابل کنترل برای پشتیبانی شبکه با موفقیت عمل کند، بنابراین وابستگی به سیستم قدرت را کاهش و نفوذ بازار منابع کوچک را افزایش می‌دهد.

ریزشبکه ها با دسته ای از منابع تولید پراکنده که گروهی از بارهای توزیع را در حالت جزیره ای و متصل به شبکه
تامین می کند، شناخته شده است. امروزه، مفهوم ریزشبکه ها یک موضوع کلیدی در عرصه ی شبکه ی هوشمند شده
IEEE است، که خواستار یک حل سیستماتیک برای ایجاد ساختار بهینه ی ریزشبکه ها است. مطابق با استاندارد
1547.4 سیستم های توزیع بزرگ می توانند به تعدادی ریزشبکه دسته بندی شوند. این پایان نامه یک حل بهینه و
سیستماتیک برای طراحی ریزشبکه با قابلیت اطمینان بالا ارائه می دهد. این طراحی بهینه خطاهای دائم وموقت را
بررسی می کند. قابلیت اطمینان سیستم های توزیع هدف مهمی برای طراحی و بهره برداری سیستم های قدرت است.
معمولا از شاخص های استاندارد برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم توزیع استفاده شده است. که این شاخص ها
هستند که به ترتیب متوسط تعداد قطعی سیستم، متوسط دوره ی EENS و MAIFI ,SAIDI ,SAIFI شامل
قطعی سیستم، متوسط تعداد قطعی لحظه ای سیستم و انرژی تامین نشده ی مورد انتظار سیستم نامیده می شوند.
تکنولوژی های متفاوت ژنراتور توزیع بررسی شده است. مساله ی بهینه سازی به وسیله ی الگوریتم ژنتیک در
برای سیستم تست انتخاب شده است. PG&E نرم افزار مطلب حل شده است. سیستم تست دارای 69 باس
برای ارزیابی باثیر ضرایب وزنی بر PG&E چندین مطالعات حساسیت بر روی سیستم توزیع دارای 69 باس
ریزشبکه ها نهایی انجام داده شده است.این مطالعات حساسیت نشان می دهد که ریزشبکه ها بهینه به ضرایب وزنی
وابسته است. قدرت طراحی برای تغییرات بارها و سطوح ظرفیت منابع تولید پراکنده و اضافه کردن منابع تولید به
شبکه مورد بحث قرار می گیرد. نتایج نشان داده است که ریزشبکه ها طراحی شده به تغییرات بارها و منابع تولید
پراکنده حساسیت زیادی ندارد. روش پیشنهاد شده برای طراحی ریزشبکه ها دارای قابلیت اطمینان، در سیستم
توزیع، یک گام به جلو برای داشتن قابلیت اطمینان بیشتر و قیمت بهینه در شبکه توزیع هوشمند است

در این پایان‌نامه به بررسی حالت‌های گذرای ناشی از رزونانس و فرورزونانس ترانسفورماتور زمین با شبکه فشار متوسط پرداخته شده است. در ابتدا داده های یک شبکه واقعی مربوط به پست برق شماره 10 شرکت فولاد خوزستان گردآوری شده است. در ادامه با استفاده از نرم‌افزار تحلیل حالت‌های گذرا PSCAD/EMTDC، شبیه‌سازی‌های زیادی به منظور تحلیل حالت‌های گذرا، شامل اضافه ولتاژها و اضافه جریان‌های به وجود آمده در شبکه فشار متوسط مورد مطالعه انجام شده است. سپس حالت هایی از پیکر بندی شبکه که مستعد ایجاد رزونانس و فرورزونانس می باشند، شناسایی شده اند. نتایج شبیه‌سازی نشان می دهندکه جریان نقطه صفر ترانسفورماتور زمین می‌تواند به عنوان یکی از نشانه های رزونانس ترانسفورماتور زمین مورد استفاده قرار گیرد. برای مقابله با رزونانس ترانسفورماتور زمین، استفاده از مقاومت در نقطه صفر این تجهیز برای میرا کردن نوسان های جریان پیشنهاد شده است. در مدار قرار دادن بار به صورت پیوسته برای ایجاد تلفات به منظور میرا کردن اعوجاج های ولتاژ ناشی از فرو رزونانس نیز از نتایج شبیه‌سازی بوده است. در بررسی های به عمل آمده بر روی نتایج شبیه‌سازی مشخص گردیده است که تغییر در امپدانس معادل شبکه با استفاده از خازن‌های جبران ساز می‌تواند با برهم زدن تعادل راکتانس سلفی و خازنی شبکه در حالت رزونانس، از وقوع این پدیده جلوگیری نماید. همچنین نتایج شبیه‌سازی نشان می دهند که در حالت وقوع پدیده رزونانس در شبکه مورد مطالعه، دامنه هارمونیک پنجم به شدت افزایش می یابد و می توان از این پارامتر برای شناسایی وقوع این پدیده استفاده نمود. از دیگر نتایج به دست آمده در این پایان نامه، لزوم تغییر در منطق سیستم حفاظتی و کنترلی پست برق ، جهت جلوگیری از در مدار ماندن ترانسفورماتور زمین پس از قطع برق شین اصلی پست به عنوان راهکار پیشنهادی برای پیشگیری و محدود کردن دامنه نوسان‌های رزونانس می‌باشد. علاوه بر این نتایج شبیه‌سازی نشان می دهند اعوجاج‌های مربوط به این حالت‌های گذرا بر روی شبکه‌ بالادست تاثیری ندارند ولی به صورت مستقیم به شبکه پایین دست منتقل می شوند. شبیه‌سازی های انجام شده نشان می دهند که دامنه شکل موج ولتاژ قبل از بروز اغتشاش یا به عبارت دیگر لحظه کلیدزنی نقش مهمی در دامنه اعوجاج های رزونانس دارد و با افزایش دامنه ولتاژ در لحظه کلید زنی اعوجاج ها تشدید می شوند. این مساله بر لزوم کنترل لحظه کلید زنی در شبکه تاکید می نماید. در قسمتی دیگر از این تحقیق، نتایج شبیه‌سازی نشان می دهند که اتصال مثلث و یا اتصال ستاره زمین نشده تجهیزات بر خلاف اتصال ستاره زمین شده، تاثیر مثبتی در میرا کردن نوسان های رزونانس ندارد. همچنین نتایج نشان می دهند که مقاومت خطا تاثیر مشابه ای با مقاومت نقطه صفر ترانسفورماتور زمین در میرا کردن اعوجاج ها رزونانس دارد.

در این پایان‌نامه، به بررسی اثر هارمونیک‌ها در شبکه توزیع هوشمند 30 شین استاندارد نمونه پرداخته شده است. ابتدا پخش بار با حضور هارمونیک‌های ولتاژ در پست برق این شبکه به کمک روش نیوتن-رافسون انجام گردیده است. سپس، با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی فاخته، خازن‌های مناسب برای کاهش تلفات توان و در نتیجه هزینه، با در نظر گرفتن حد قابل قبولی برای اعوجاج هارمونیکی کل و ولتاژ موثر انتخاب گردیده است. در گام بعدی، اثر حضور شارژر خودرو برقی به عنوان بار غیرخطی مولد هارمونیک جریان، مورد مطالعه قرار گرفته است. این بررسی‌ها با استفاده از منحنی بار روزانه به ساعت‌های مختلف شبانه‌روز تعمیم داده شده و پس از آن به کمک الگوریتم بهینه‌سازی فاخته، ساعت‌های مناسب برای شارژ باتری خودرو در شین‌‌های مشخص‌شده به منظور کاهش هزینه،‌ تعیین گردیده است. در این پایان‌نامه اطلاعات مخابراتی در نظر گرفته نشده و تعیین زمان مناسب برای شارژ باتری خودروها به‌عنوان تعبیری از هوشمند بودن شبکه فرض گردیده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان دهنده‌ی آن است که حضور هارمونیک ولتاژ باعث افزایش تلفات توان می‌شود. همچنین، با محدودتر کردن بیشینه اعوجاج هارمونیکی، میزان تلفات شبکه افزایش و مجموع ظرفیت خازن‌های نصب‌شده کاهش می‌یابد. نتایج حاصل از بررسی اثر حضور خازن نشان می‌دهد که خازن باعث کاهش تلفات توان در ساعت‌های اوج بار می‌گردد، هرچند تاثیر خازن در ساعات کم‌باری بر پروفیل ولتاژ مشهودتر است. تاثیر عمده‌ی خازن‌گذاری بر کاهش فشار هارمونیک‌ها بر ادوات شبکه، بهبود پروفیل ولتاژ شبکه و کاهش تلفات می‌باشد. در بخش دیگری از این پایان‌نامه، اثر خودرو الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است. با اتصال خودروها به شین‌های تعیین‌شده و تزریق هارمونیک‌های جریان ناشی از شارژر این خودروها، افتی در پروفیل ولتاژ شبکه مشاهده می‌گردد. با اتصال خودرو، تلفات توان افزایش می‌یابد، که این افزایش در ساعات اوج بار چشمگیر می‌باشد. همچنین با اتصال خودرو به شبکه، اعوجاج هارمونیکی کل در شبکه افزایش نسبتا زیادی می‌یابد. علاوه براین، شارژ شدن باتری خودروهای الکتریکی تاثیر به نسبت بیشتری در افزایش تلفات توان شبکه در مقایسه با اثر هارمونیک‌های جریان دارد و هارمونیک‌های جریان تاثیر زیادی در افزایش اعوجاج هارمونیکی کل در طول شبانه‌روز دارد. با مقایسه‌ی نتایج به‌دست‌آمده برای بازه‌ی زمانی شارژ خودروها، بیشینه‌ی هزینه در حالتی اتفاق می‌افتد که در تمامی بازه‌های زمانی، خودروها در حال شارژ باشند. این مساله، بر لزوم بهینه‌سازی زمان شارژ خودروها برای شبکه تاکید می‌نماید.

نگرانی محیط زیستی نسبت به آلودگی نیروگاه‎ها و نوسانات قیمت انرژی زمینه‎‎ساز ظهور منابع تولید کننده کوچک توان مانند میکروتوربین‎ها، سلول‎های خورشیدی، پیل‎سوختی و غیره در صنعت برق شده‎است.گسترش حضور منابع تولید پراکنده در شبکه‌های ولتاژ پایین و متوسط مفهوم جدیدی به نام ریزشبکه را مطرح می‌سازد. ریزشبکه قابلیت عملکرد در هر دو حالت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه را دارا می‌باشد. تمرکز اصلی این پایان‎نامه بر روی مسائل کنترل فرکانس و ولتاژ ریز شبکه است و هدف اصلی آن ارائه راهکار کنترلی مناسب جهت کنترل فرکانس و ولتاژ ریزشبکه در حین جزیره شدن است. به طوری که در شرایط وقوع جزیره با از دست نرفتن بارها، ریزشبکه بتواند به کار خود ادامه دهد. برای نیل به این هدف ابتدا سیستم کنترلی برای هر واحد تولیدی ارائه شده است و جهت بررسی عملکرد پایدار منابع تولید و تست طرح کنترلی، از ریزشبکه فشار ضعیف تست استفاده شده است. در ریزشبکه تحت مطالعه در این پایان‎نامه از منابع تولید پراکنده شامل میکروتوربین، دیزل- ژنراتور، پیل‎سوختی، سلول‎های خورشیدی و نیز سیستم ذخیره‎ساز انرژی- باتری استفاده شده است.کنترل اولیه فرکانس در شرایط جزیره‎ای به عهده باتری است. لازم است که بعد از عملکرد سریع باتری سایر منابع توان وارد عمل‎شده تا باتری بتواند با یک ظرفیت باقیمانده از فرآیند کنترل خارج شود. به این ترتیب می‎توان اطمینان حاصل کرد که همواره بیشترین ظرفیت رزرو چرخان در ریزشبکه وجود دارد. به منظور بررسی صحت عمکلرد منابع تولیدی و نیز سیستم های کنترلی آن‎ها شبکه مورد مطالعه در نرم افزار PSCAD/EMTDCپیاده سازی شده‎است. نتایج شبیه سازی کارآیی سیستم کنترلی را نشان می‎دهد و همچنین نشان می‎دهد که عملکرد پایدار چنین شبکه‎ای وابسته به حضور باتری است.

هدف اصلی در این پایان‌نامه بررسی و تحلیل رفتار ژنراتور القایی دو سو تغذیه در خلال حالت گذرا ناشی از افت ولتاژ در گره اتصال می‌باشد و راهکاری جهت بهبود شرایط گذرا ماشین القایی روتور سیم بندی شده با پل کانورتری سه فاز دو تکه با لینک DC که مابین روتور و شبکه متصل شده است ارائه می‌کند و کنترل برداری یک ژنراتور القایی با تغذیه دوگانه (DFIG)، که برای تولید برق در نیروگاه‌های بادی سرعت متغیر بکار می رود، مد نظر می‌باشد. پس از بیان روابط و اثبات معادلات مورد نیاز، یک مدل که نشان‌دهنده‌ی کنترل مجزای توان اکتیو و راکتیو، در ژنراتور القایی DFIG می‌باشد، در محیط Matlab-Simulink شبیه‌سازی و نتایج آن بررسی شده است. سپس از روش کنترلی جهت کنترل کامل شار گردان مغناطیسی استاتور، برای کنترل پل کانورتری در سمت روتور و شبکه وکانورتر جبران گر استفاده می‌شود. در نهایت روشی پیشنهاد می‌شود و آن را با دیگر روش‌ها مقایسه خواهیم کرد و نقاط ضعف و قوت در مدل پیشنهادی نسبت به سایر روش‌ها استخراج خواهد شد. در تمامی بررسی‌ها موضوع پایداری ژنراتوردراتصال به شبکه و همچنین با توجه به اهمیت ویژه توان راکتیو در این نوع نیروگاه‌ها تبادل قدرت راکتیو لحاظ خواهد شد