محمدحسن مرادی

چکیده: برای مکان یابی تخلیه جزئی در ادوات قدرت، تاکنون روش های مختلفی از جمله روش های ابتکاری و روش اختلاف زمانی (TDoA) پیشنهاد و بکارگیری شده است که ضعف ها و معایب هر یک، کاربرد آن ها را در عمل محدود نموده است. زیرا در وضعیت های دارای اندکی پیچیدگی، مانند حضور نویز، موانع، بازتابنده ها و یا ناهمگنی محیط و ...، دقت نتایج حاصله به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. روش جدیدتر معکوس زمانی که اخیرا در زمینه مکان یابی تخلیه جزئی پیشنهاد شده است، بخوبی توانسته در چنین حالاتی و تنها با بکارگیری یک سنسور منفرد، دقت قابل توجهی را در مکان یابی تخلیه جزئی ارائه نماید. در این رساله روش جدید معکوس زمانی و نیز نسخه ی متفاوت و به روزتری از آن، با نام روش فیلتر معکوس، جهت مکان یابی تخلیه جزئی در GIS، در رژیم الکترومغناطیسی پیشنهاد شده و به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلفی طراحی، و با استفاده از نرم افزار CST-MWS در دو ساختار لوله ای شکل و T شکل، شبیه سازی شده است. نتایج کار نشان می دهد که در صورت بکارگیری معیار کمینه آنتروپی برای تعیین زمان بازتمرکز امواج، این روش در کلیه سناریوهای آزمایش شده با دقت مطلوبی قادر به مکان یابی تخلیه جزئی در GIS می باشد. همچنین در ادامه کار، برای اولین بار روش معکوس زمانی بصورت عملی در رژیم الکترومغناطیسی و روی یک ماکت آکواریوم مانند که از آب پر شده است، پیاده سازی شده است.

چکیده: از اساسی ترین مسئله های برنامه ریزی و بهینه سازی در سیستم های قدرت، پخش بهینه توان راکتیو (ORPD) می باشد. ORPD یک مسئله بهینه سازی غیرخطی بهره برداری است که با انتخاب متغیرهای پیوسته و یا گسسته تصمیم و درنظر گرفتن مجموعه ای از قیود، اجرا می شود. درحالت کلی در این مسئله، متغیرهای تصمیم شامل تعیین توان راکتیو واحدهای نیروگاهی، جبرانسازهای توان راکتیو و محل تپ ترانسفورماتورها می باشند و توابع هدف به دو دسته فنی و اقتصادی تقسیم بندی می-گردند. توابع فنی مانند حداقل سازی انحراف ولتاژ و حداکثرسازی حاشیه پایداری ولتاژ می باشند. توابع اقتصادی مانند حداقل سازی تلفات سیستم و هزینه تولید توان راکتیو هستند. اخیراً، برخی از تولیدات پراکنده همچون نیروگاه بادی با تغذیه دوگانه به عنوان یک تامین کننده توان راکتیو در مسئله ORPD در نظر گرفته می شوند، اما عدم قطعیت آن ها باعث پیچیده تر شدن حل مسئله و افزایش ریسک در بهره برداری می شود. لذا، برنامه ریزی مبتنی بر ریسک بیشتر مورد توجه واقع شده است که درآن ریسک به صورت یک شاخص در فرمول نویسی مسئله آورده می شود. معمولاً شاخص ریسک از ترکیب احتمال و پیامد ناشی از عدم قطعیت ها و یا پیشامدها محاسبه می شود و تجربیات بهره برداران در آن در نظر گرفته نمی شود. همچنین اثرات شرایط آب و هوایی و گسترش پیشامدها که می توانند بر میزان ریسک شبکه موثر باشند نیز نادیده گرفته می شود. در این رساله برنامه ریزی چند هدفه توان راکتیو مبتنی بر ریسک با در نظر گرفتن عدم قطعیت ها (شامل پیشامدهای خروج برنامه ریزی نشده، پیش بینی بار و توان تولیدی واحدهای بادی) در قالب یک مسئله بهینه سازی اقتصادی-فنی ارائه شده است. تابع هدف اقتصادی شامل زیر توابع حداقل سازی هزینه تولید توان راکتیو، هزینه تلفات شبکه، هزینه حذف بار ناشی از وقوع پیشامدها و هزینه تغییر تولید توان اکتیو واحدها می باشد. تابع هدف فنی نیز شامل حداقل سازی زیر توابع ریسک ناپایداری ولتاژ، ریسک انحراف از ولتاژ برنامه ریزی شده و ریسک اضافه بار شاخه ها درنظر گرفته شده است. برای محاسبه ریسک، روش احتمالی-امکانی جدیدی ارائه شده است که علاوه بر احتمال و پیامد پیشامدها، تجربیات بهره برداری، گسترش پیشامدها و شرایط آب و هوایی نیز در آن لحاظ گردیده که کاستی های بیان شده را برطرف می نماید. با استفاده از این توابع هدف و وزن

چکیده: منابع انرژی تجدید پذیر (توربین بادی و فتوولتاییک) از طریق مبدل های الکترونیک-قدرت با ریزشبکه توان مبادله می کنند. مبدلهای الکترونیک-قدرت، اینرسی پایینی دارند و وجود آنها اینرسی ریزشبکه جزیره ای را پایین می آورد. برای غلبه بر اینرسی پایین در ریزشبکه جزیره ای، مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی مطرح گردیده است که از رفتار ژنراتور سنکرون مرسوم (سیستم قدرت) پیروی می کند و سبب بهبود اینرسی و پایداری ریزشبکه جزیره ای می شود. بخش مهمی از عملکرد ژنراتور سنکرون مجازی، کنترل اینرسی مجازی است که به عنوان یک محرک اولیه در هنگام وقوع اغتشاشات عمل می کند و سبب بهبود پایداری فرکانسی ریزشبکه جزیره ای می شود. کنترل اینرسی مجازی در روش های مطرح شده مربوط به کنترل فرکانس ریزشبکه جزیره ای بر روی سیستم ذخیره انرژی پیاده سازی شده است که سبب بهبود پایداری فرکانسی تا حدی می شود، اما اگر اغتشاش های بزرگی به ریزشبکه وارد شود ممکن است این روش به تنهایی موثر نباشد. بنابراین طراحی و پیاده سازی کنترل اینرسی مجازی بر روی منابع انرژی تجدید پذیر مانند توربین بادی و فتوولتاییک می تواند سبب بهبود پایداری فرکانسی ریزشبکه جزیره ای شود. پیاده سازی کنترل اینرسی مجازی بر روی توربین بادی و فتوولتاییک نیز دارای معایبی است که از جمله معایب آن می توان به افزایش زمان نشست مربوط به انحرافات فرکانس ریزشبکه جزیره ای اشاره کرد و این برای سیستم مطلوب نیست. بنابراین علاوه بر طراحی کنترل اینرسی مجازی بر روی توربین بادی و فتوولتاییک، به طراحی کنترل میرایی مجازی نیز بر روی این منابع (توربین بادی، فتوولتاییک) و سیستم ذخیره انرژی پرداخته شده است. طراحی میرایی مجازی بر روی این منابع سبب کاهش زمان نشست مربوط به انحرافات فرکانس ریزشبکه جزیره ای ناشی از اغتشاشات می شود. نامعینی پارامتری ریزشبکه جزیره ای یکی از عواملی است که عملکرد روش کنترل اینرسی مجازی و میرایی مجازی را خطر می اندازد و ممکن است سبب ناپایداری فرکانسی شود. از طرفی دیگر با توجه به اینکه منابع انرژی تجدیدپذیر در ریزشبکه از طریق شبکه های مخابراتی با هم در ارتباط هستند، فاصله میان عملگرها و سنسورها، خطا در خطوط انتقالی و عملیات کنترلی، فیلترینگ و ... باعث به وجود آمدن تاخیر زمانی در ریزشبکه می شود. تاخیر زمانی در ریزشبکه جزیره ای نیز ممکن است سبب ناپایداری فرکانسی

این رساله یکی از مهم ترین اغتشاشات کیفیت توانی به نام فرورفتگی ولتاژ را مطالعه می نماید. فرورفتگی ولتاژ باعث بد عمل کردن پروسه های صنعتی شده که منجر به یک ضرر اقتصادی بزرگ می گردد. تاثیرات آن بر روی بارهای حساس در ریز شبکه ها نیز کاملاً مشهود است. به طورکلی این پدیده به عنوان کاهشی کوتاه مدت در مقدار موثر ولتاژ تعریف می گردد. تعیین محل منبع فرورفتگی یکی از مهم ترین جنبه های آن بوده که با در نظر گرفتن دو ناحیه بالادست و پایین دست نسبت به یک باس مانیتور شده، مشخص می شود. در ابتدا پنج روش توسعه یافته بر حسب مولفه های توالی مثبت لحظه ای به منظور تعیین محل نسبی منبع فرورفتگی ولتاژ معرفی می شود. آنگاه کلیه روش های موجود به همراه روش های توسعه یافته و نیز معرفی چند روش توسعه یافته دیگر به طور کامل مورد ارزیابی قرار می گیرند. سپس روشی جدید با استفاده از یک شیوه ی یادگیری ماشین مقاوم بر پایه ی SVM همراه با کرنل RBF پیشنهاد می گردد. در ادامه تاثیر تکنولوژی های نوین تولید توان با استفاده از مدل سازی منابع DG اینورتری در شرایط قبل و حین فرورفتگی بر روی الگوریتم ها به طور کامل مورد بررسی قرار می گیرند. در کلیه حالات فوق شبیه سازی ها در برابر انواع مختلف فرورفتگی ها بوده است. شبکه های تست موردنظر یک شبکه برق منطقه ای بزرگ واقعی در کشور برزیل (مدل سازی شده در PSCAD/EMTDC) و نیز یک شبکه توزیع کوچک شامل منابع تولید پراکنده سنکرون و اینورتری (مدل سازی شده در ATPDraw) بوده است و داده های خروجی با کدهای MATLAB پردازش می شوند. نتایج به دست آمده: 1- مقدار دقت عملکرد هر روش را بیان و بهترین روش ها را معرفی می کند. 2- عملکرد مناسب روش ها بر مبنای مولفه های توالی مثبت لحظه ای نسبت به روش های اصلی را نشان می دهد. 3- عملکرد خوب روش بر پایه SVM جدید را با احتساب 95% دقت نشان می دهد. 4- تفاوت در پاسخ خطای دو نوع DG سنکرون و اینورتری را مشخص می کند. 5- تاثیرات مثبت و منفی تکنولوژی های نوین تولید توان بر پایه DGهای اینورتری بر روی اکثر الگوریتم ها و حتی الگوریتم های توسعه یافته توسط محقق را نشان می دهد. لذا نیاز است که روش ها در این گونه سیستم ها بهبود یابند.

امروزه برنامه ریزی توسعه پایدار تولید انرژی الکتریکی با توجه به محدودیت منابع متداول انرژی و رشد فزاینده مصرف انرژی، به شدت مورد توجه محققین قرار گرفته است. در همین راستا در این رساله یک روش ترکیبی سیاستگذاری-فنّی پیشنهاد، مدلسازی و استفاده شده که در آن از ترکیب رویکرد های بالا به پایین و پایین به بالا در مدلسازی به منظور درنظر گرفتن تاثیرات متقابل سیستم انرژی بر سایر بخش های اقتصادی، استفاده می شود. در مدل پیشنهادی در رویکرد بالا به پایین جهت مدلسازی سیاستگذاری ها در برنامه ریزی توسعه تولید برق، از روش پس بینی و در رویکرد پایین به بالا برای مدلسازی مسائل فنّی از روش مبتنی بر عامل استفاده شده است. روش پس بینی اهداف کلان را به صورت شاخص های کمّی مطلوب برای سیستم چندعاملی تعریف کرده و عامل ها با تکرار اقدامات تعاملی خود یاد می گیرند چگونه وضعیت سیستم را به وضعیت هدف برسانند. در مدل پیشنهادی هریک از فنّاوری های تولید برق به عنوان یک عامل هوشمند تعریف می شود که برای برآوردن اهداف مدلسازی، در یک محیط مشترک با سایر عامل ها در تعامل بوده و در هر وضعیت مناسب ترین اقدام را برای رسیدن به اهداف سیستم انجام می دهد. این مدل در محیط برنامه MATLAB مدلسازی شده و برای تعیین سهم هر یک از فنّاوری های تولید برق در کشور در افق 30 ساله در قالب سه سناریو اجرا شده است. سناربو مبنا مبتنی بر فرضیات پایه و ادامه روندهای موجود بوده، در سناریو دوم فرض می شود گسترش فنّاوری های نوین شامل تولیدات پراکنده، ذخیره سازی انرژی، مدیریت سمت تقاضا و پاسخگویی بار موجب کاهش حداکثر تقاضا و بهبود ضریب بار سیستم شود، و سناریو سوم اختصاص به رویکرد حفاظت از محیط زیست و کاهش هزینه های زیست محیطی دارد. نتایج مدل با نتایج پروژه «تدوین استراتژی توسعه انرژی الکتریکی کشور در افق 30 ساله با در نظر گرفتن کلیه حامل های انرژی» که در پژوهشگاه نیرو انجام پذیرفته، مقایسه و تحلیل شده است. نتایج گویای عملکرد مطلوب مدل برای برآوردن اهداف برنامه ریزی است. در سناریو مبنا مدل پیشنهادی توانست در دوره برنامه ریزی شاخص های هدف شامل شاخص های سیاستی، اقتصادی، زیست محیطی و فنّی را به صورت مطلوبی برآورده و در مقایسه با مدل مرجع نیز نتایج مناسبی تولید نماید. نتایج دو سناریو دیگر نیز کارآیی مدل را در دو حالت کاملاً متفاوت تایید می کند. در

تقویت هماهنگی و همکاری بین خرده فروشان و اپراتور مستقل سیستم در اجرای پاسخ گویی بار که منجر به مشارکت موثر خرده فروشان در رفع تراکم شود، فرست مناسبی در اختیار اپراتور مستقل سیستم جهت انجام ماموریتش قرار می دهد. برای به عنوان تنها تلاش در این زمینه می توان به مدیریت تراکم در شبکه توزیع بر اساس هماهنگی بین اپراتور سیستم توزیع و تجمیع کنندگان یا خرده فروشان جهت اجرا پاسخ گویی بار اشاره کرد، اما در راستای مدیریت تراکم در شبکه سراسری هیچ راه حلی که منجر به مشارکت خرده فروشان در مدیریت تراکم شود ارائه نشده است. در این رساله روش جدیدی جهت مدیریت تراکم در شبکه سراسری بر اساس مکانیسم بازار ارائه شده است که در آن پاسخ گویی بار بر اساس هماهنگی و همکاری اپراتور مستقل سیستم و خرده فروشان انجام می شود. اپراتور مستقل سیستم از طریق سیگنال های اقتصادی، خرده فروشان را جهت کاهش تقاضا در باس های مشخص تشویق و راهنمایی می کند. یکی از سیگنال های اقتصادی، ماتریس الاستیسیته تراکم می با شد که مقدار کاهش تراکم شبکه به ازای پاسخ گویی بار در باس های مختلف را مشخص می کند. خرده فروشان با استفاده از این ماتریس می توانند منفعتشان از کاهش تقاضا در هر باس را محاسبه کنند. با توجه به این سیگنال های اقتصادی، خرده فروشان از طریق تجمیع کنندگان پاسخ گویی بار اقدام به کاهش تقاضایشان می کنند. سپس اپراتور مستقل سیستم تراکم شبکه را مجدداً برای تقاضا های جدید خرده فروشان، بررسی می کند، این فرآیند چندین بار تکرار می شود تا نقطه تعادل نش که نشان دهنده مقدار بهینه کاهش تراکم و منفعت خرده فروشان می باشد، به دست آید. در ساختار پیشنهادی از نظریه بازی استکلبرگ جهت مدل سازی اثرات متقابل تصمیمات خرده فروشان و تجمیع کنندگان پاسخ گویی بار در اجرای پاسخ گویی بار، استفاده شده است. در این بازی استراتژی خرده فروشان، به عنوان بازیکن های پیشرو، تعیین کم ترین مقدار کاهش بار و قیمت خرید پاسخ گویی بار می باشد. این قیمت بر اساس تابع سود خرده فروشان که با کاهش تراکم متناسب است و همچنین اطلاع آن ها از رفتار تجمیع کنندگان پاسخ گویی بار ، تعیین می شود. استراتژی تجمیع کنندگان پاسخ گویی بار ، به عنوان بازیکن های پیرو، تعیین مقدار کاهش بار شان می باشد که بر اساس تابع سودشان که متناسب باقیمت پیشنهادی خرده فروشان است مشخص می گردد. الگوریتم

گسترش ریز شبکهها از یک طرف و لزوم تامین انرژی الکتریکی با کیفیت و امنیت بالا از طرف دیگر باعث می شود که کنترل واحدهای تولید پراکنده برای بهبود عملکرد ریزشبکه ها از طریق رفع چالش های پایداری و کیفیت توان اهمیت بسزایی داشته باشد. چالش پایداری در ریزشبکه ها عمدتاً از اینرسی پایین منابع تولید پراکنده ناشی می شود که باعث می گردد تنظیم ولتاژ و فرکانس در زمان اغتشاش در ریزشبکه های مبتنی بر اینورتر به راحتی امکان پذیر نباشد. برای حل این مشکل، پایداری باید در طراحی ریزشبکه مدنظر قرار گیرد. از طرف دیگر، ریزشبکه در معرض برخی چالش های کیفیت توان مانند عدم قطعیت در توان تولیدی منابع بادی و خورشیدی قرار دارد. در این رابطه نیز طراحی کنترل کننده باید به گونه ای انجام شود که بتواند کیفیت توان را بهبود دهد. هدف این رساله، بهبود عملکرد ریزشبکه از طریق رفع چالش های پایداری و کیفیت توان می باشد. برای این کار، ایجاد کنترل تجمیعی واحدهای تولید پراکنده از طریق الگوریتم منطقه بندی ریزشبکه پیشنهاد شده است که می تواند باعث انعطاف و افزایش قابلیت کنترل محلی در شبکه های توزیع شود. در این رساله، از یک طرف، طراحی ریز شبکه با در نظر گرفتن معیارهای پایداری انجام گرفته و از تحلیل مکان ریشه در سیستم های مبتنی بر اینورتر و تحلیل شاخص پایداری ولتاژ در سیستم های ترکیبی استفاده شده است و از طرف دیگر برای افزایش کیفیت توان، طراحی کنترل کننده به گونه ای انجام شده است که اولویت تغذیه بار توسط منابع تولید پراکنده به منظور کاهش تلفات، حفظ اندازه ولتاژ در محدوده های قابل قبول و کاهش توان مبادله شده با شبکه اصلی در حالت متصل به شبکه در نظر گرفته شود. نتایج حاصل از شبیه سازی روش های پیشنهادی بر روی سیستم های نمونه، نشان می دهد که طراحی ریزشبکه بر مبنای اصول پایداری و همچنین ارزیابی و بازطراحی بر اساس شاخص پایداری ولتاژ، منجر به بهبود عملکرد سیستم می گردد. همچنین نتایج شبیه سازی و ارزیابی بر اساس استانداردهای کیفیت توان، اثبات می کند که الگوریتم پیشنهادی برای منطقه بندی باعث بهبود کیفیت توان ریزشبکه شده است.

منابع تولید پراکنده، شکل های مختلفی از منابع انرژی های تجدید پذیر در شبکه های توزیع را پوشش می دهند و دارای انواع مختلفی همچون واحدهای قابل کنترل، ژنراتورهای دیزلی، پیل سوختی و میکرو توربین ها و واحدهای غیرقابل کنترل، توربین های بادی و سیستم های فتوولتائیک می باشند. این واحدهای تولید پراکنده به همراه ذخیره سازها، بارها و سیستم های کنترلی و ارتباطی در شبکه توزیع تشکیل یک ریز شبکه را می دهند که بخش غیرقابل انکار از توسعه در شبکه توزیع هستند. ریز شبکه ها در دو مد متصل به شبکه و مستقل از شبکه ( جزیره ای) به کار گرفته می شوند. در مد متصل، ریز شبکه ها در یک نقطه به نام نقطه اشتراک به شبکه متصل می شوند. در این حالت، ولتاژ و فرکانس ریز شبکه به وسیله شبکه اصلی به آن دیکته می شوند اما در حالت جزیره ای، واحدهای تولید پراکنده وظیفه پاسخ گویی برای تنظیم ولتاژ و فرکانس ریز شبکه و تامین بار آن را بر عهده دارند. در این رساله، تمام فاکتورها، شاخص ها و توابع هدف به صورت یک تابع چند هدفه ارائه شده اند. الگوریتم چند هدفه تفاضلی برای بهینه سازی عملکرد واحدها در ریز شبکه ها معرفی شده است. توابع بهینه سازی شامل مینیمم کردن تلفات، بهبود پروفایل ولتاژ و قابلیت اطمینان شبکه می باشند. در بخشی از رساله توابع هدف به منظور ماکزیمم کردن سود مالکان واحدهای تولید پراکنده و مینیمم سازی هزینه های شرکت توزیع ارائه شده است که قیمت های قراردادی با استفاده از تئوری بازی محاسبه می گردند. به علاوه در این رساله یک روش بهینه سازی ترکیبی برای پیدا کردن عملکرد و مکان واحدها در یک ریز شبکه برای تبدیل کردن آن به چند ریز شبکه مستقل ارائه می شود. این عملکرد از طریق پیدا کردن پارامترهای افتی از واحدهای تولید پراکنده بهینه شده است. مسئله بهینه سازی از طریق مینیمم کردن هزینه سوخت واحدهای تولید پراکنده و بهبود پایداری ولتاژ شبکه فرمول بندی شده است. برای حل مسئله نیز از یک روش جدید برای محاسبه پارامترهای افتی و نقاط تنظیمی بر پایه یک الگوریتم پخش بار در حالت جزیره ای بهره گرفته شده است. به علاوه الگوریتمی برای بهینه سازی مکان ایستگاه های شارژ و منابع انرژی های تجدیدپذیر پیشنهاد شده است. تابع بهینه سازی شامل هزینه های مالکان خودرو، تلفات و پروفایل ولتاژ شبکه خواهد بود.