علی حسامی نقشبندی

نوسانات الکترومکانیکی از دیرباز از جملۀ پدیده های مشکل ساز و مخرب در بهره برداری ایمن از سیستم های قدرت بوده اند. نوسانات الکترومکانیکی فرکانس پایین سیستم قدرت ضمن توجه به عامل وقوع، به دو گروه نوسانات طبیعی و نوسانات اجباری تقسیم می شوند. سیستم قدرت در قبال نوسانات اجباری و نوسانات آزاد واکنش های متفاوتی را از خود بروز می دهد. نوسانات اجباری، پاسخ سیستم قدرت به اختلالات متناوب خارجی بوده که از جملۀ پدیده های چالش برانگیز در بهره برداری ایمن از سیستم های قدرت تحت تنش بوده و تشدید ان ها با مُدهای طبیعی، تهدیدی ویرانگر برای سیستم قدرت به شمار می آید. در این رساله سه راهبرد جدید به منظور شناسایی منابع نوسانات اجباری تحت تشدید ارائه شده است. در الگوریتم اول، تغییرات لحظه ای در توان های حقیقی و سرعت های زاویه ای ژنراتورها محاسبه می گردد. سپس یک الگوی تعامل چند جانبۀ انرژی محور برای ژنراتورها استخراج می گردد. با تکیه بر نظریه طیفی گراف، مسئله مکان یابی منابع نوسانات اجباری به عنوان یک ماتریس لاپلاسین نرمالیزه شده فرموله می گردد. مشخصه های سیستم قدرت که در این ماتریس نهفته است، از طریق تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه و بردارهای ویژه آشکار می گردند. کوچکترین درایۀ بردارهای ویژۀ مربوط به دو مقدار ویژۀ بزرگتر، مکان منبع نوسانات اجباری را آشکار می سازد. سپس در راهبرد دوم، یک الگوریتم مبتنی بر فرکانس مولفۀ اصلی بر اساس جهت انرژی پتانسیل مبادله شده مابین ژنراتورها پیشنهاد شده است. نخست، یک گراف مستقیم از شبکۀ کاهش یافته به شینه های ژنراتوری، تعریف می شود که در آن وزن و جهت شاخه ها بر اساس یک تابع انرژی محور تخصیص داده می شود. بر اساس جملات کسینوسی ظاهر شده در اوزان شاخه های گراف، تصمیمات متعاقب باتوجه به سرعت های زاویه ای و توان های حقیقی ژنراتورها اتخاذ می گردد. راهبرد سوم، یک روش نوین مبتنی بر فاز سه مرحله ای با الهام از مفهوم تابع انرژی گذرا را ارائه می دهد. در شروع فرآیند، هر یک از شینه های ژنراتوری با زوایای توان حقیقی تولیدی و سرعت زاویه ای شان برچسب گذاری می شوند. در ادامه، اختلاف در زوایای توان حقیقی ژنراتورها و نیز تفاوت در زوایای سرعت-های زاویه ای آن ها به عنوان ضرایب وزنی شاخه های گراف مورد استفاده قرار می گیرند. سپس، سه دسته توابع تصمیم گیری به صورت متوالی بر روی این گراف اعمال می شوند. ابتدا ضرایب وزنی شاخه ها و گره های گراف شبکه به عنوان ورودی به توابع تصمیم گیری اول تحویل داده می شوند. صرف نظر از ابعاد و اندازۀ شبکه، نتیجۀ این مرحله به حداکثر چهار ژنراتور کاندیدا محدود می شود. گام دوم منحصراً بر نتایج حاصل از مرحلۀ اول تمرکز دارد که منجر به معرفی دو ژنراتور به عنوان موارد توصیه شده می شود. مرحلۀ آخر، با تکیه بر خروجی گام دوم، ژنراتور هدف را به طور دقیق معرفی می کند. سری های زمانی از طریق شبیه ساز به هنگام سیستم های قدرت به دست آمده و سپس در محیط نرم افزاری متلب تجزیه و تحلیل شده اند. سناریوهای مختلفی از جمله سیکل حدی، مدولاسیون گشتاور مکانیکی و مدولاسیون سیستم تحریک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند.

در این تحقیق روش سریعی برای شناسایی برخط ژنراتورهای همنوا در یک سیستم قدرت به هم پیوسته ارائه می شود. در اکثر روش های شناسایی همنوایی فقط تاثیر دینامیک فرکانس یا زاویه موردتوجه بوده است. درحالی که در سیستم های قدرت، دینامیک های مختلف تحت تاثیر عملکرد ژنراتورها و تعاملات بین کنترل کننده ها، به یکدیگر وابسته و دارای تاثیرات متقابل هستند. در این پایان نامه با توجه به این واقعیت و تعریف کامل همنوایی، دینامیک زاویه، فرکانس، روکوف و اندازه ولتاژ به صورت هم زمان برای شناسایی همنوایی دنبال شده اند. همچنین دو الگوریتم برای خوشه بندی ژنراتورها پیشنهادشده است که تاثیر هر یک از چهار سیگنالِ ذکرشده بر همنوایی، در آن ها به اختصاص و دقیق فرموله شده است. در این الگوریتم ها محاسبات مربوط به چهار دینامیک مدنظر به صورت موازی انجام می شوند. این ویژگی باعث شده که الگوریتم های پیشنهادی سرعت محاسبات بالایی در شناسایی همنوایی داشته باشند. دنبال کردن هم زمان چهار دینامیک ذکرشده با این الگوریتم ها، سبب شناسایی سریع و دقیق همنوایی ژنراتورها با اطلاعات بازه زمانی بسیار کوتاه می شود، به طوری که می توان تغییرات برخط گروه بندی ژنراتورها را در لحظه دنبال نمود. پس از گروه بندی ژنراتورهای همنوا الگوریتمی برای گروه بندی دیگر شین ها ارائه شده است که در کاربردهایی مانند جزیره سازی سیستم قدرت بسیار مفید و لازم است. روش های پیشنهادی در نرم افزار متلب کد نویسی شده اند و بر روی سیستم های استاندارد 145 شینه، 68 شینه و 39 شینه IEEE تست شده اند.

پخش بار بهینه از ابزارهای بسیار مهم در برنامه ریزی و بهره برداری از سیستم های قدرت است. ساختار کلی آن بر دو بخش تابع هدف و قیود می باشد. در واقع هدف از انجام پخش بار بهینه ، پیدا کردن نقطه کار بهینه در سیستم است . روش های بهینه سازی متعددی برای حل آن پیشنهادشده اند. بعضی از آن ها از مشخصه های همگرایی خوبی برخوردار بوده، که با این وجود، به علت استفاده گسترده از انرژی های تجدیدپذیر در تولید انرژی الکتریکی ماهیت تصادفی آن ها، این ابزار با چالش مواجه می شود. عدم قطعیت حاکم بر مقدار این تولیدات، اینرسی کم و درنتیجه ایجاد اختلال در فرکانس سیستم، تغییر در روش مدل سازی و حل مسئله ی پخش بار بهینه را ضروری می نماید. هر تغییری در تقاضای توان اکتیو یک نقطه به شکل تغییر فرکانس در سرتاسر سیستم منعکس می شود. و با توجه به اینکه توان موردنیاز یک سیستم قدرت بزرگ، توسط تعداد زیادی ژنراتور تامین می شود باید تغییر توان موردتقاضا را بین واحدها تقسیم نمود و در صورت امکان بتوان کمترین هزینه را بر سیستم تحمیل کرد. البته تقسیم بار بین ژنراتورها و کنترل اولیه سرعت توسط گاورنرهای نصب شده بر روی ژنراتورها صورت می پذیرد، لیکن جهت تنظیم دقیق فرکانس در مقدار نامی، نیاز به یک کنترل تکمیلی می باشد که باید در یک مرکز کنترل اصلی انجام شود.در این تحقیق سعی بر آن است که مسائل پخش بار بهینه و مدل سازی آن به طوری کامل تشریح شده و تمامی قیود موجود در یک سیستم قدرت در مسئله پخش بار بهینه گنجانده شود. از طرفی وجود تولیدات تجدید پذیر سبب کاهش اینرسی سیستم و تاثیر آن بر پارامترهای فرکانس می شود و در نتیجه در میزان انحراف فرکانس و امنیت آن تاثیر دارد . همچنین عدم قطعیت این تولیدات که با تولیدات مرتبط از طریق مبدل معرفی می شوند باید در بحث پخش بار گنجانده شود . در این پایان نامه با استفاده از زنجیره ی مارکوف عدم قطعیت سرعت باد و در نتیجه توان مکانیکی آن و نهایتا تاثیر کلی آنها بر فرکانس سیستم بررسی می شود. همچنین مطالعه های موردی آزمایش شده شامل افزایش بار سیستم ،حضور نیروگاه بادی در سیستم با مدل عدم قطعیت آنها و خروج ژنراتور است که در سیستم 30 شینه IEEE مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است که از الگوریتم تکاملی ژنتیک با کدنویسی دودویی برای حل مسئله پخش بار بهینه مقید به امنیت فرکانس استفاده شده است و راه حل پیشنهادی با نرم افزار MATLAB و به کمک جعبه ابزارMATPOWER شبیه سازی شده است.

امروزه، حضور منابع انرژی تجدیدپذیر و منابع مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت(نظیر کانورترها اینورترها و ...) در سیستم های انرژی الکتریکی افزایش یافته است. با توجه به اینکه، این منابع دارای اینرسی پایین و یا فاقد اینرسی هستند، در نتیجه، چنین مسئله ایی چالش هایی را برای اینرسی سیستم های قدرت بوجود آورده است. اینرسی سیستم قدرت، ناشی از جرم های گردان محور توربین ژنراتورهای سنکرون است. وجود اینرسی کافی، مانع افت سریع فرکانس سیستم می شود. در نتیجه پایداری سیستم قدرت را بهبود می بخشد. بنابراین، اگر اپراتورهای سیستم قدرت از مقدار اینرسی موجود آگاهی کافی داشته باشند، می توانند بهترین عملکرد را برای پایداری سیستم های قدرت در برابر اغتشاش های رخداده اتخاذ نمایند. بطوریکه، مسئله تخمین اینرسی به اپراتورها و مرکز کنترل، این امکان را می دهد تا میزان توانایی سیستم قدرت را در لحظات اولیه بعد از اغتشاش تخمین بزنند و سیگنال های کنترلی مناسب اتخاذ و اجرا نمایند. در کارهای گذشته، معادله نوسان مبنای اصلی تخمین و محاسبه اینرسی در سیستم های قدرت معرفی شده است. همچنین دقت در اندازه گیری تغییرات توان و سرعت روتور ژنراتور سنکرون نیز مورد توجه قرار گرفته است. این اندازه گیری ها می تواند با استفاده از سنسورها و اندازه گیرهای معمولی بدست آید و یا از واحدهای اندازه گیر فازور استفاده شود. با توجه به رشد علم و فناوری واحدهای اندازه گیر فازور، استفاده از آن ها دقت تخمین را افزایش می دهند. در این پژوهش دو روش برای تخمین برخط اینرسی ارائه شده است. روش اول، مبتنی بر معادله نوسان و نیز مدلسازی و پیش بینی تغییرات سرعت روتور ژنراتور سنکرون است. در این راستا، فرض بر آن است که تغییرات توان در شین های ژنراتوردار، توسط اندازه گیرها در دسترس هستند. بر این اساس، سرعت روتور ژنراتور سنکرون در یک بازه مشخص، قبل و بعد از رخداد اغتشاش، با استفاده از شبکه های تطبیقی مبتنی بر سیستم استنتاجی فازی، مدلسازی و پیش بینی می شود. در نتیجه، با توجه به معادله نوسان اینرسی سیستم قدرت بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز تخمین زده خواهد شد. در روش دوم، تخمین دینامیکی یا تخمین مبتنی بر شناسایی پارامترهای سیستم مدنظر است. در این راستا، ابتدا با استفاده از یک تخمین گر بازگشتی، پارامترهای مجهول معادله نوسان، تخمین زده می شوند. در مرحله ی بعد، با توجه به روش پیشنهادی خطای تخمین کاهش داده می شود تا دقت تخمین اینرسی افزایش یابد. در ادامه سعی بر آن شده است که تاثیر ماهیت بار، عدم قطعیت و مولدهای مبتنی بر اینورتر (نظیر توربین بادی و منبع خورشیدی فتوولتائیک) بروی اینرسی سیستم های قدرت بررسی شود. در کنار این مسئله پایداری سیستم قدرت نیز مطالعه می شود. در نهایت، با استفاده از اینرسی تخمین زده شده، یک رویکرد جدید برای مسئله هم نوایی در سیستم های قدرت اتخاذ شده است. بطوریکه شدت اغتشاش واردشده به هر ژنراتور تشخیص داده و با توجه به آن، مفهوم شعاع، مساحت و فاز نوسان تعریف می شود. در نتیجه ژنراتورهای هم نوا در سه مرحله مشخص خواهند شد.

امروزه با گسترش مفهوم ریزشبکه و هوشمندسازی شبکه های الکتریکی منابع تولید پراکنده در ابعاد گسترده تری به سیستم های قدرت اضافه شده اند. از آنجایی که این قبیل منابع دارای عدم قطعیت هستند، بایستی تدابیر لازم جهت تامین توان پایدار برای مصرف کننده اندیشیده شود. هدف از انجام این تحقیق، طراحی یک ریزشبکه مبتنی بر منابع تجدیدپذیر با حضور خودروهای برقی می باشد؛ به طوری که بتوان عدم قطعیت های ناشی از منابع تجدیدپذیر را با استفاده از قابلیت ذخیره سازی خودروهای برقی پوشش داد و در عین حال هزینه های بهره برداری از ریزشبکه را نیز کاهش داد. در این راستا عدم قطعیت رفتار تصادفی خودروی برقی با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو مدل شده است. یعنی تعدادی سناریو جهت تعیین زمان ورود و خروج و توان ورود در نظر گرفته شده است تا رفتار تصادفی آن به طور کامل مدلسازی شود. در این پایان نامه دو سیستم پنل خورشیدی/ توربین بادی/ باتری و پنل خورشیدی/ توربین بادی/ باتری/ خودروی برقی با استفاده از الگوریتم چندهدفه بهینه سازی ازدحام ذرات طراحی شده اند که در سیستم اول، بعد از مشخص شدن تعداد اجزای بهینه و میزان هزینه در سطوح مختلف قابلیت اطمینان، یک خودروی برقی با درنظر گرفتن رفتار قطعی و رفتار تصادفی به سیستم اضافه شده و دوباره LPSP را در دو حالت قطعی و تصادفی محاسبه نموده، نشان داده شده که خودرو باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم می شود. در سیستم دوم، از ابتدا تاثیر رفتار قطعی و تصادفی خودرو بر تعداد اجزا و بر LPSP بررسی شده است. در واقع این اولین بار است که تاثیر خودروی برقی بر تعداد اجزای بهینه و LPSP بررسی می شود. نتایج نشان می دهدکه طراحی هر دو سیستم امکان پذیر است اما سیستم اول نسبت به سیستم دوم بهینه تر می باشد چون در تعدادی از LPSP های یکسان، سیستم دوم از توربین های بادی بیشتری استفاده کرده است و همین موجب افزایش هزینه نسبت به سیستم اول شده است.

رخداد خرابی آبشاری عامل اصلی بروز خاموشی در شبکه انتقال است. ازاین رو محققان تلاش می کنند که با ارائه راهکارهای مختلف، از وقوع این رخداد در شبکه جلوگیری کنند یا حداقل خسارات شدید ناشی از آن را کاهش دهند. یکی از راهکار ها در کاهش رخداد خرابی آبشاری، شناسایی خطوط آسیب پذیر و انجام اقدامات در راستای جلوگیری از قطع شدن خطوط آسیب پذیر است. مسئله ارزیابی آسیب پذیری خطوط با رویکرد تحلیل خاموشی سراسری شبکه انتقال در زمینه مطالعات رخداد خرابی آبشاری تعریف می شود و هدف آن شناسایی خطوط بحرانی و ضعیف است که آن ها را خطوط آسیب پذیر می نامند. در این رساله، درگام اول، راهکارها برای افزایش دقت در شناسایی خطوط آسیب پذیر ارائه می شود و در گام دوم، راهکار برای شناسایی سریع خطوط آسیب پذیر در محیط بهره برداری بهنگام تشریح شده و گام نهایی، راهکار برای کاهش رخداد خرابی آبشاری با به کارگیری مسئله ارزیابی آسیب پذیری خطوط در محیط برنامه ریزی تدوین شده است. تمام شبیه سازی ها و مطالعات موردی در نرم افزار Matlab و با جعبه ابزارهای Matpower وMatDyn انجام شده است. مسائل مورد پژوهش در این رساله عبارت اند از: 1) شناسایی خطوط آسیب پذیر با استفاده از مدل سازی تحلیلی بهبودیافته شده پیشنهادی، در مدل پیشنهادی، مدل سازی رخداد خرابی آبشاری ارتقاء یافته است و همچنین از معیار چندمنظوره برای ارزش دهی به خطوط پیشنهاد شده است تا دقت در شناسایی خطوط آسیب پذیر افزایش یابد. ارائه معیار چندمنظوره برای نخستین بار در این رساله مطرح و مورد استفاده قرار گرفته شده است. بعلاوه، در این رساله، برای آنکه مقایسه روش های مختلف حل مسئله ارزیابی آسیب پذیری امکانپذیر شود، معیار ارزیابی عملکرد روش های ارزیابی آسیب پذیری پیشنهاد شده است. کارایی مدل پیشنهادی در شبکه های قدرت 39 و 118 شین مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج نشان می دهند که دقت در شناسایی خطوط آسیب پذیر با استفاده از راهکار پیشنهادی افزایش یافته است، 2) پیشنهاد یک روش تحلیلی سریع در تخمین متغیرهای شبکه انتقال بعد از اغتشاش “N-1” و به کارگیری آن در مسئله ارزیابی بهنگام آسیب پذیری خطوط به ازای اغتشاش “N-1”. کارایی روش پیشنهادی در شبکه های قدرت 9، 39، 118، 300، و 2746 شین مورد بررسی قرار گرفته شده است و نتایج عددی حاکی از آن است که از روش پیشنهادی می توان در ارزیابی بهنگام آسیب پذیری خطوط به ازای اغتشاش "N-1" استفاده کرد، 3) پیشنهاد مفهوم ارزیابی بهنگام آسیب پذیری خطوط با رویکرد تحلیل حالت خاموشی سراسری شبکه انتقال با استفاده از الگوریتم های شناسایی الگو مانند درخت تصمیم، که برای اولین بار در این رساله مورد پژوهش قرار گرفته شده است و منطبق با مفهوم پایش و حفاظت ناحیه وسیع تئوریزه شده است. مسئله مذکور در شبکه انتقال 39 شین مورد ارزیابی قرار گرفته شده است و کارایی آن در شناسایی بهنگام خطوط آسیب پذیری به اثبات رسیده است، 4) راهکار کاهش رخداد خرابی آبشاری و اثرات نامطلوب آن با ارائه طرح توسعه کوتاه مدت شبکه انتقال مبتنی بر شناسایی ناحیه آسیب پذیر و تصمیم گیری در خصوص طرح توسعه مناسب با استفاده از معیار استحکام بخشی به کل شبکه انتقال. مفاهیم ناحیه آسیب پذیر، آسیب پذیری کل شبکه انتقال، و معیار استحکام بخشی برای اولین بار در این رساله مطرح و مورد پژوهش قرار گرفته شده است. کارایی راهکار پیشنهادی در شبکه 39 شین مورد بررسی قرار گرفته شده است و طرح توسعه موثر در کاهش این رخداد در شبکه 39 شین برنامه ریزی شده است. 5) راهکارکاهش رخداد خرابی آبشاری و اثرات نامطلوب آن با طرح توسعه بلندمدت شبکه انتقال با راهکار توسعه ی روبه جلو در زمان و ارزیابی تطبیقی آسیب پذیری خطوط که با نام فرآیند تغییردهنده توپولوژی معرفی شده است. راهکار برای توسعه رویکرد تحلیل، ارزیابی و تصمیم گیری به منظور حل مسئله طرح توسعه چندساله شبکه قدرت برای کاهش رخداد خرابی آبشاری برای اولین بار در این رساله مطرح و مورد پژوهش قرار گرفته شده است. کارایی راهکار پیشنهادی در شبکه های 9، 39، و 118 شین مورد مطالعه قرار گرفته شده است و نتایج عددی نشان می دهد طرح توسعه موثری برای کاهش این رخداد در طی سال های متوالی برنامه ریزی شده است، 6) مکان یابی احداث نیروگاه های منابع تجدید پذیر باهدف کاهش آسیب پذیری کل شبکه انتقال با استفاده از روش حل تحلیل، ارزیابی و تصمیم گیری چندهدفه و مطالعه موردی در شبکه 39 شین. در نظرگرفتن ملاحظه کاهش رخداد خرابی آبشاری در تعیین مکان برای احداث نیروگاه منابع تجدید پذیر برای اولین بار در این رساله مطرح و مورد پژوهش قرار گرفته شده است. نتایج عددی نشان می دهد که احداث نیروگاه های منابع تجدید پذیر در شین هایی که توسط روش پیشنهادی شناسایی شده اند می تواند بروز رخداد

توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر انرژی (RES) در مقیاس بزرگ منجر به سهم تولید قابل توجهی از منابع انرژی تجدیدپذیر متغییر در سیستم های قدرت سراسر جهان شده است. واحدهای RES، به ویژه توربین های بادی متصل به اینورتر و فتوولتائیک ها که اینرسی چرخان فراهم نمی کنند، به طور موثری جایگزین تولیدات مرسوم و ماشین های چرخان آنها می شوند. در این تحقیق رابطه بین توزیع اینرسی، نوسانات بین ناحیه ای و محل منابع متصل به الکترونیک قدرت مجهز به کنترل کننده های میرایی بررسی می شود. ادوات FACTS مانند جبران کننده استاتیکی سنکرون (STATCOM) به عنوان جبرانسازهای مدرن توان اکتیو و راکتیو به دلیل پاسخ سریع در مواجهه با اغتشاش از آنها می توان برای بهبود پایداری گذرای سیستم قدرت و میرا نمودن نوسانات زاویه روتور ژنراتورها استفاده کرد. اثر بخشی این کنترل کننده ها به محل مناسب آنها در شبکه سیستم قدرت بستگی دارد. ابتدا به منظور شناسایی بهترین مکان برای نصب تجهیزات تنظیم کننده میرایی، حساسیت مقادیر ویژه برای مدهای بین ناحیه ای تحلیل می شود. که در آن نمایش فضای حالت سیستم خطی شده توسط شبیه سازی های دینامکی برآورد شده و برای شاخصی مبتنی بر کنترل پذیری مد استفاده می شود. سپس براساس مفهوم مرکز اینرسی یک مطالعه عملی روی تخمین توزیع اینرسی انجام می شود و یک شاخص برای محاسبه توزیع اینرسی در سراسر شبکه معرفی می شود که به طور ویژه به ساختار شبکه و همچنین پارامترهای مختلف از جمله ثابت اینرسی ژنراتورهای سنکرون و پارامترهای خط وابسته می باشد. مبتنی بر این شاخص تجهیزات تنطیم کننده میرایی، بسیار دور از مرکز اینرسی یا به عبارتی در نواحی با اینرسی پایین جایابی می شوند تا دستیابی به بیشترین میرایی نوسان حاصل گردد. در ادامه با استفاده از نسخه دوم الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II) بر اساس مفهوم بهینه پارتو برای جایابی STATCOM به صورت چند هدفه مقید استفاده می شود. با تعریف اهداف به دو دسته : 1) دو عملکرد دینامیکی زاویه روتور (فنی) یعنی میرایی نوسانات بین ناحیه ای و پایداری گذرا و 2) هزینه (اقتصادی) این روش پیاده سازی گردیده است. نتایج بدست آمده از نظر تکنیکی بهترین مکان هایی را نشان می دهند که در آنها دو عملکرد دینامیکی به طور مناسب بهبود یافته اند. روش های طرح شده بر روی سیستم 68 باسه New England-New York استاندارد IEEE با استفاده از نرم افزارهای DIgSILENT و MATLAB پیاده سازی و اجرا شده است.

به دلیل محدودیت های اقتصادی و ملاحظات زیست محیطی، نقاط کار سیستم های قدرت فعلی در حال نزدیک شدن به مرزهای پایداری هستند. بنابراین حفظ یک سیستم پایدار و مطمئن، موضوعی بسیار مهم و چالش برانگیز است که مورد توجه پژوهشگران و طراحان سیستم قدرت بوده است. پایداری یکی از اهداف اصلی و مهم کنترل عملکرد سیستم قدرت است و ارزیابی سریع و قابل اطمینان آن امری ضروری می باشد. خطر سقوط ولتاژ از مسائل مهمی است که همواره پایداری و امنیت سیستم های قدرت را تهدید می کند و می تواند حتی منجر یه وقوع خاموشی تمام شبکه قدرت شود. در این پایان نامه، سعی برآن شده است که ابتدا مفهوم پایداری ولتاژ کوتاه مدت برروی شبکه نوردیک 74 شینه بررسی شود. لازم به ذکر است که این شبکه در نرم افزار DIgSILENT بطور کامل پیاده سازی گردیده است.مدلسازی بار و تاخیر زمان عملکرد رله های حفاظتی، بیشترین تاثیر را برروی پایداری ولتاژ دارند. ...

کمبود توان راکتیو در شبکه قدرت، سیستم را به سوی ناپایداری می کشاند و منجر به ایجاد افت و نوسانات ولتاژ می گردد. در نیروگاه ها با بالابردن تحریک (در حالت فوق تحریک) توان راکتیو توسط ژنراتورها تولید شده، ولی به دلیل مسائلی مانند حرارت سیم پیچ ها، تولید توان راکتیو محدود بوده و ژنراتور نمی تواند به تنهایی تمام توان راکتیو مورد نیاز سیستم را تامین کند. لذا در صورت نیاز به توان راکتیو بیشتر و همچنین برای بهبود ولتاژ، استفاده از ادوات جبران ساز لازم می گردد. در این پژوهش نوع، مکان و اندازه بهینه جبران سازهای دینامیکی توان راکتیو برای دستیابی به اهداف مورد نظر در حالت کار عادی و پیشامدهای احتمالی شبکه، با در نظر گرفتن یک سری قیود تعیین می شوند. باتوجه به اینکه در نظر گرفتن همه اغتشاشات، حل مسئله بهینه سازی را مشکل و در بعضی مواقع غیرممکن می کند؛ در این راستا شاخص صعوبت ولتاژ گذرا (TVSI) برای تعیین بحرانی ترین اغشاشات معرفی شده است. به جهت کاهش حجم محاسبات، یک گزینش مقدماتی انجام گرفته تا تعداد مکان های اختیاری برای نصب منابع توان راکتیو حداقل شود. در این راستا از یک شاخص ریسک برای تعیین شین های نامزد نصب جبران سازها استفاده شده است. برنامه ریزی توان راکتیو به یک مسئله بهینه سازی چند هدفه (MOP) با اهداف به حداقل رساندن هزینه سرمایه گذاری جبران سازها و حساسیت اندازه ولتاژ هر شین به تغییرات توان راکتیو در دیگر شین ها تبدیل شده است. با بهره گیری از روش بهینه سازی مبتنی بر تجزیه MOEA/D به نتایج مطلوبی همچون حداقل کردن هزینه ها، بهبود پروفیل ولتاژ و حفظ پایداری ولتاژ دست یافته شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده در محیط نرم افزارهای PSS/Eو MATLAB بر روی شبکه های آزمون 14 و 39 شینه IEEE، ضمن مقایسه با سایر روش ها، عملکرد موثر طرح پیشنهادی را نشان می دهند.

در ریزشبکه های ایزوله، به منظور حفظ همزمان پایداری ولتاژ و پایداری فرکانس در شرایطی همچون نامتعادلی توان های اکتیو و راکتیو، چالش های فنی همچنان موجود می باشند. روش های ارائه شده تنها برای مرتفع نمودن مشکلات ناشی از ناپایداری فرکانس یا ناپایداری ولتاژ بطور مجزا طراحی شده اند. در این راستا، بارزدایی می تواند به عنوان راه حلی موثر برای فایق آمدن براین مشکلات مد نظر قرار گیرد. در این تحقیق، یک طرح دوسطحی بارزدایی سلسله مراتبی تحت ولتاژ/فرکانس برای تقابل با عدم تعادل توان در یک ریزشبکه، در طول عملکرد جزیره ای ارائه شده است. طرح پیشنهادی مقدار بارزدایی را در هر سطح بر مبنای مقدار سیگنال کنترلی منابع توزیع شده انرژی گسیل پذیر در زمان اضافه بار و نیز مشخصه ولتاژی بارها تعیین می کند. بارزدایی در سطح بالاتر هرگونه کاهش سریع فرکانس ناشی از عدم تعادل را متوقف نموده به نحوی که بطور محلی انحرافات فرکانس اندازه گیری شده به منظور کمک به میزان بارزدایی، بکار گرفته می شود. به محض اینکه شبکه ایزوله در انتهای فرآیند سطح بالاتر به حالت پایدار دست پیدا نمود، سطح پایین تر که برمبنای ولتاژ و اولویت بندی بارها می باشد، فعال خواهد شد. سطح پایین تر یک حاشیه فرکانسی مناسب برای اعمال کنترل ولتاژ در ریزشبکه ایزوله را فراهم می نماید. در طرح پیشنهادی پله های قطع بار از پیش تعیین شده نمی باشد و مقدار هر پله و تعداد پله ها به مقدار عدم تعادل بستگی خواهد داشت. به منظور اطمینان از صحت عملکرد طرح پیشنهادی و تحلیل دقیق تر رفتار فرکانسی و ولتاژی ریزشبکه تحت مطالعه، منحنی مشخصه ولتاژی بارها مد نظر قرار گرفته است. با استفاده از طرح پیشنهادی نه تنها فرکانس سیستم به محدوده مجاز بازگردانده می شود، بلکه همچنین نهایتاً ریزشبکه مصون از ناپایداری ناشی از افت ولتاژ نیز خواهد شد. حذف بار از نقاط با افت ولتاژ بیشتر و طولانی تر در حین افت فرکانس آغاز شده و سرعت، محل و مقدار حذف بار بسته به وضعیت ولتاژی شبکه و نرخ افت فرکانس توسط طرح دوسطحی بارزدایی سلسله مراتبی تحت ولتاژ/فرکانس پیشنهاد می شود. نتایج شبیه سازی در محیط سیمولینک/ متلب، نشان دهنده حذف مقدار حداقلی از بارها ضمن بکارگیری توان رزرو منبع گسیل پذیر است. همچنین طرح پیشنهادی به علت استفاده از مشخصه ولتاژی بار دارای عملکرد خوبی است.

بهره برداری و کنترل سیستم های قدرت با ابعاد بزرگ، بسیار پیچیده است. از آنجا که هدف اولیّه پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) میرا نمودن مُدهای محلی و بین ناحیه ای می باشد؛ از این رو، شناسایی مُدهای نوسانی الکترومکانیکی شبکه به منظور طراحی پایدارساز از اهمیّت ویژه ای برخوردار است. اماّ از آنجا که استفاده از روش های شناسایی براساس مدلسازی تک تک اجزای سیستم و تحلیل مُدال با محدودیت هایی رو به رو است، در سال های اخیر تمایلات به سمت استفاده از روش های تحلیل براساس اندازه گیری رو به افزایش است. با نصب واحدهای اندازه گیری فازوری (PMUs) سعی بر این است که با استفاده از داده های فازوری اندازه گیری شده ی همزمان از نقاط مختلف سیستم قدرت و روش های پردازش سیگنال، وضعیت فعلی سیستم را مشخص کنند. این تحقیق، روشی ترکیبی را برای مطالعه نوسانات الکترومکانیکی فرکانس پایین سیستم قدرت (LFEOs) معرفی کرده است. روش پیشنهادی، ترکیبی از الگوریتم تبدیل موجک پیوسته (CWT) و روش پرونی است؛ بدین ترتیب که پس از محاسبه مُدهای سیستم قدرت به کمک روش تبدیل موجک پیوسته از روش پرونی برای شناسایی مقادیر مانده و تابع تبدیل استفاده می شود. در اینجا به منظور برآورد خصوصیات قابل اعتماد مُدال و نتایج دقیق تر از تابع مورلت مختلط به عنوان موجک مادر استفاده شده است و دستورالعملی برای انتخاب بهترین مقدار فرکانس مرکزی، پارامتر پهنای باند و فاکتور مقیاس بندی بیان شده است. پیکربندی پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت با استفاده از روش مانده محاسبه می شود و به منظور بهبود میرایی و برآورده کردن محدودیت های پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت از الگوریتم بهینه سازی SQPکمک گرفته شده است. در نهایت به کمک نرم افزارMATAB و PST به شبیه سازی روش های تخمین مُد و طراحی کنترل کننده برای دو سیستم آزمون شناخته شده ی IEEE یعنی سیستم دو ناحیه ای با چهار ماشین و سیستم 68 شینه با 16 ماشین IEEE پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها، نشان دهنده کارآیی و عملکرد مناسب روش پیشنهادی در میرایی موثر و بهبود پایداری سیستم های مورد مطالعه می باشد.

نفوذ بالای انرژی بادی در سیستم های قدرت مدرن، چالش های بسیاری را با توجه به طبیعت نوسانی و غیر قابل پیش بینی باد به وجود آورده است. سیستم های قدرت با نفوذ بالای انرژی بادی و خطوط انتقال طولانی، مسائل و رفتارهای پیچیده ای دارند. از آن جمله مسئله نوسانات بین ناحیه ای را می توان نام برد. از آنجایی که نیروگاه های بادی در نواحی دور از شبکه قدرت قرار می گیرند، می توانند به طور موثری به میرایی این نوسانات فرکانس پایین کمک کنند. با توجه به ماهیت متغیر انرژی بادی، امروزه استفاده از ماشین های سرعت متغیر به ویژه ژنراتورهای القایی ازدوسو تغذیه (DFIG)، با توجه به مزایای متعدد آن ها از قبیل هزینه کم، اندازه کوچک، توانایی تولید حداکثر توان در شرایط بادهای مختلف و قابلیت کنترل توان اکتیو و راکتیو به صورت مجزا، به طرز چشمگیری افزایش یافته است. از آنجایی که پیاده سازی یک الگوریتم کنترلی برای سیستم های غیرخطی همواره به صورت یک چالش بوده است، در این پایان نامه یک طرح کنترلی بر اساس روش غیرخطی، مقاوم و زیربهینه معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE)، برای DFIG توسعه داده شده است. ایده اصلی این روش کنترلی، نمایش یک سیستم غیرخطی به صورت یک سیستم خطی وابسته به حالت است. با توجه به دشواری روش های طراحی کنترل کننده غیرخطی برای سیستم های عملی، روش مذکور یک راهکار عملی برای کنترل غیرخطی است که طراحی آن به سادگی طراحی کنترل کننده مرتبه دوم بهینه برای سیستم های خطی می باشد که با حل یک معادله ریکاتی جبری، جایگزین مناسبی را برای حل معادله دشوار هامیلتون-ژاکوبی-بلمن، در رابطه با مسائل کنترل بهینه غیرخطی ارائه می دهد. استراتژی کنترلی پیشنهادی با استفاده از قابلیت تنظیم توان راکتیو ژنراتور DFIG، به بهبود میرایی نوسانات بین ناحیه ای سیستم قدرت و افزایش پایداری آن کمک می کند. شبیه سازی های انجام شده در محیط نرم افزار متلب، برای یک سیستم قدرت دوناحیه ای با حضور یک مزرعه بادی در ناحیه اول آن، نشان دهنده عملکرد موثر کنترل کننده پیشنهادی حتی با وجود نامعینی‎ های پارامتری می باشد. همچنین با توجه به نیاز اساسی ژنراتور DFIG، جهت قابلیت ردیابی مقادیر مطلوب سیگنال های توان اکتیو و راکتیو استاتور، کنترل مقاوم این ژنراتور به منظور ردیابی مقادیر مطلوب متغیر با زمان سیگنال های مذکور، با طراحی یک کنترل کننده ردیاب SDR

در این پژوهش، الگوریتم جدیدی در کنترل اضطراری سیستم های قدرت، به منظور بهبود پایداری سیگنال کوچک با اتکای حداکثری بر اندازه گیری های جمع آوری شده از تجهیزات اندازه گیری، معرفی می گردد. به منظور بهبود پایداری سیگنال کوچک و میراسازی نوسانات بین ناحیه ای در شرایطی که در خطوط واصل بین نواحی نوسانات با میرایی پائین تشخیص داده شدند، از حذف بار به عنوان استراتژی اساسی کنترل اضطراری و از بازتولید ژنراتورها به عنوان مکمل حذف بار به طور هم زمان استفاده می گردد. مقدار حداقل حذف بار و بازتولید در ژنراتورها با استفاده از حل یک مساله برنامه ریزی خطی با تابع هدف حداقل سازی حذف بار و با درنظرگرفتن قیدهای مختلف تعیین می گردد. شاخص مورد استفاده در این کار به منظور تشخیص شرایط بحرانی، حساسیت نسبت میرایی، نسبت به تغییرات توان خروجی ژنراتورها و توان حقیقی و مجازی بارها می باشد. ...

ترتیب قرارگرفتن نیروگاه ها در مدار یا تخصیص واحدها از مسائل اساسی بهره برداری از سیستم های قدرت می باشد که بدلیل ماهیت غیرخطی و ترکیبی همواره از مسائل پیچیده سیستم های قدرت می باشد. در سالیان اخیر با حضور روزافزون منابع انرژی های تجدیدپذیر در سیستم های قدرت از یک سو و نایقینی های مربوط به پیش بینی باد و سایر موارد مرتبط با آن از سوی دیگر، حل مساله تخصیص واحدها پیچیده تر از قبل نیز شده است. اگرچه روش های بهینه سازی مختلفی در حل مسئله بکار گرفته شده اند، اما بهینه سازی مقاوم بدلیل ویژگی ها و قابلیت های مناسبی که در حل مسائلی از این دست دارد، روشی نویدبخش و مورد توجه است. در این پایان نامه از روش بهینه سازی مقاوم در حل مساله تخصیص واحد ها با حضور منبع انرژی بادی در سیستم قدرت استفاده شده است. ....

پخش بار بهینه، یک بهینه سازی غیرخطی برای مشخص کردن مقادیر بهینه متغیرهای الکتریکی در شبکه قدرت است که دارای یک تابع هدف و تعدادی قیود امنیتی است. در واقع هدف نهایی از پخش بار بهینه، پیدا کردن نقطه کار بهینه در سیستم است. با توجه به نوسانهای گاه به گاه در سیستمهای قدرت، پایداری سیگنال کوچک و بهینه سازی مقادیر ویژه را می توان به عنوان یک قید مهم در پخش بار بهینه لحاظ نمود. پخش بار بهینه مقید به پایداری سیگنال کوچک می تواند به عنوان مکمل کنترل کننده های میرایی در سیستم قدرت برای به دست آوردن حاشیه پایداری موردنیاز استفاده شود.در این پایان نامه پخش بار بهینه مقید به پایداری سیگنال کوچک با توابع هدف مختلف و در شرایط احتمالی متفاوت به وسیله الگوریتم تکاملی ژنتیک بررسی می شود و اطمینان حاصل می شود زمانی که اختلال کوچکی در سیستم رخ می دهد، نوساناتی که در متغیرهای حالت مانند سرعت رتور ژنراتور رخ می دهد به سرعت میرا خواهد شد و سیستم به نقطه کار عادی خود بازمی گردد. ... در این پایان نامه برای اولین بار از الگوریتم تکاملی ژنتیک با کد نویسی دودویی برای حل مسئله پخش بار بهینه و پخش بار بهینه مقید به پایداری سیگنال کوچک استفاده شده است همچنین راه حل پیشنهادی به وسیله نرم افزار MATLB و به کمک جعبه ابزارهای PST و PSAT شبیه سازی شده است.

افزایش روزافزون مصرف انرژی الکتریکی سبب افزایش توان انتقالی و گستردگی جغرافیایی خطوط انتقال شده است. با وجود چنین توسعه ای در سیستم های قدرت مشکل پیش رو، افزایش تلفات و کاهش توان قابل انتقال می باشد. برای غلبه بر چنین مشکلاتی، یکی از راه حل های معمول استفاده از جبرانسازهای سری خازنی می باشد. استفاده از جبرانساز سری منجر به کاهش امپدانس شبکه و در نهایت کاهش تلفات و افزایش قدرت قابل انتقال خواهد شد. حال اگر سطح جبرانسازی به گونه ای باشد که فرکانس تشدید این ادوات با راکتانس شبکه سبب اعمال گشتاورهای پیچشی بر محور توربین- ژنراتور گردد، در صورت کنترل نشدن می تواند صدمات جبران ناپذیری به نیروگاه وارد نماید. چنین پدیده ای به نوسانات تشدید زیرسنکرون (SSR) معروف است. درواقع مشکل نوسانات تشدید زیرسنکرون از تقابل بین یک مد الکتریکی شبکه جبران شده سری و یک مد مکانیکی محور توربین- ژنراتور ناشی می شود. راه حل اساسی به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نوسانات زیرسنکرون، کنترل سطح جبرانسازی سری است. به همین دلیل امروزه در سیستم های قدرت به جای خازن های با ظرفیت ثابت، از خازن های با ظرفیت قابل کنترل استفاده می شود که از جمله آنها می توان به ادوات FACTS اشاره نمود. در این پایان نامه، در یک سیستم قدرت جبران شده بوسیله خازن سری به منظور میراکردن نوسانات تشدید زیرسنکرون از جبرانساز سری سنکرون استاتیک (SSSC) بهره گرفته شده است. در واقع جبرانساز سری سنکرون استاتیک، نوسانات تشدید زیرسنکرون ناشی از خازن ثابت را میرا می نماید. تاثیر دو رویکرد متفاوت یکی مبتنی بر منطق فازی که یک روش طراحی کنترلی است و دیگری براساس کنترل کننده میرایی مکمل (SSDC) که یک ابزار کنترلی می باشد جهت کنترل ولتاژ تزریقی جبرانساز سری سنکرون استاتیک و غلبه بر نوسانات تشدید زیرسنکرون به کار گرفته شده اند. همچنین تاثیر دو الگوریتم فرا ابتکاری ازدحام ذرات و رقابت استعماری (ICA) نیز جهت تنظیم پارامترهای کنترل کننده میرایی مکمل زیرسنکرون برای دستیابی به میرایی بیشتر مورد بررسی قرار گرفته است. در این پایان نامه روش های پیشنهادی برروی مدل معیار شماره 2 IEEE پیاده سازی گردیده و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفته اند.

در شرایط بهره برداری عادی، سیستم قدرت قادر به تحمل از دست رفتن هر المان از جمله یک ژنراتور، ترانسفورماتور و یا خط انتقال می باشد. هنگامی که یک سیستم قدرت دچار اختلال گردد، تعادل بین گشتاور الکتریکی خروجی و گشتاور مکانیکی ورودی ژنراتورها به هم می خورد. اگر اختلال کوچک باشد، یک نقطۀ تعادل جدید به وسیله اقدامات کنترلی مناسب یافته می شود، اما در صورتی که پیشامد شامل از دست رفتن چندین خط ارتباطی مهم باشد، ممکن است منجر به پدیده خروج های پی درپی و در نهایت خاموشی کامل سیستم گردد. اگر سیستم قدرت با مشکل ناپایداری شدیدی مواجه شود و کنترل های اضطراری از بازگرداندن سیستم خطا دیده به حالت عادی عاجز بمانند، یک استراتژی جزیره بندی مناسب اعمال گردیده و شبکه ی قدرت به هم پیوسته را با قطع خطوط انتقال منتخب به چندین جزیره مجزای الکتریکی تقسیم می کند. جزیره بندی کنترل شده سیستم قدرت به جزایر مستقل، آخرین اقدام کنترلی به منظور توقف پدیده انتشار اغتشاشات به سایر نواحی سیستم، اجتناب از جداسازی کنترل نشده، جلوگیری از وقوع خاموشی های وسیع و محدود کردن خاموشی های سیستم بعد از وقوع یک اختلال بزرگ تلقی می گردد. در این پژوهش روشی جدید مبتنی بر خوشه بندی طیفی به منظور جزیره بندی کنترل شده سیستم در شرایط بهره برداری مختلف ارائه شده است. این طرح توانایی تشخیص و تفکیک اغتشاشات مهم از غیر مهم را داشته و مانع از جزیره بندی غیرعمد می گردد. روش پیشنهادی بر پایه دو هدف اساسی حداقل شدن قطعی شارش توان و حداقل نمودن ناتعادلی میان تولید و مصرف استوار است. روش پیشنهادی بر روی دو شبکه نمونه استاندارد 9 و 39 شینه پیاده سازی شده و کارآیی آن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.

در شرایط عادی بهره برداری از سیستم های قدرت تولید برابر جمع بار و تلفات می باشد. اما وقوع هر اغتشاشی در سیستم باعث ناتعادلی میان تولید و مصرف می شود. خاموشی سراسری شبکه های قدرت همواره به عنوان یکی از مشکلات صنعت برق مطرح بوده است. سیستم های قدرت به دلایل اقتصادی با حاشیه پایداری نسبتاً کم مورد بهره برداری قرار می گیرند. در چنین شرایطی حفظ پایداری شبکه قدرت و داشتن کمترین میزان خاموشی یکی از دغدغه های بهره برداران است. ....

هدف اصلی این پایان نامه استفاده از عناصر FACTS در پایدارسازی شبکه قدرت است. ادوات FACTS امروزه در شبکه های قدرت بسیار مطرح هستند و ازجمله راه های پایدارسازی سیستم های قدرت محسوب می شوند.اما این عناصر باید کنترل شوند تا بتوانند به طور مناسب عمل نمایند. از رویکردهای نوین در کنترل سیستم های قدرت و به خصوص پایدارسازی آن، استفاده از روش های کنترلی است که یکی از این روش ها استفاده از تابع لیاپانوف برای طراحی کنترل کننده می باشد. این روش برای کنترل عناصر FACTS نیز به کاررفته اند. در این پایان نامه نیز با مدل سازی این روش را برای پایدارسازی گذرای سیستم های قدرت به کارخواهیم برد. پس از ارائه بحث تئوری و انتخاب یک تابع لیاپانوف مناسب، متناسب باانرژی سیستم، کنترل کننده برای عنصر موردبحث در این پایان نامه (یعنی UPFC) محاسبه می شود. با محاسبه کنترل کننده پیشنهادی برای UPFC خواهیم دید که در ساختار این کنترل کننده دو ضریب وجود دارد که می توان آن ها را به عنوان دو درجه آزادی محسوب نمود. ما به عنوان ایده اصلی این پایان نامه، از این درجات آزادی استفاده خواهیم نمود تا در حین کنترل و پایدارسازی شبکه قدرت به یک حالت بهینه نیز دست پیدا کنیم. یک شبکه نمونه ای برای شبیه سازی در نظر می گیریم و با ایجاد یک خطا آن را ناپایدار می نماییم. سپس خواهیم دید که UPFCکنترل شده با رویکرد پیشنهادی به نحو بهینه ای سیستم قدرت را پایدار خواهد نمود

روشهای مبتنی بر سیستمهای هوشمند به عنوان راه حلی نویدبخش به منظور تسهیل ارزیابی پایداری گذرای سیستم قدرت شناخته شدهاند. اکثر کارهای انجام شده در این حوزه با استفاده از یادگیرنده منفرد انجام شده است، که معمولا از دقت پایین و ضعف نسبت به بیش برازش رنج میبرند. در این پژوهش، یک چارچوب جامع، قابل انعطاف و تعمیم پذیر بر اساس نظریه یادگیری گروهی با هدف ایجاد مدلی با دقت بیشتر، مصونیت بیشتر نسبت به بیش برازش و کاهش وابستگی عملکرد سیستم هوشمند نسبت به ویژگیهای پایگاه داده مطرح گردیده است. این سیستم هوشمند از یک منطق مقایسه کننده بهره میبرد بدین گونه که ارزیابی پایداری گذرای سیستم قدرت را روش یادگیری گروهی بهترین از دیدگاه دقت، سرعت و مصونیت نسبت به بیش برازش انجام میدهد. صحت روش ارائه شده روی سیستمهای آزمایشی استاندارد 10 ماشینه و 50 ماشینه IEEE مورد آزمایش و اعتبارسنجی قرار گرفته است.

یکی از رایج ترین مشکلات مواجه شده در پایداری سیگنال کوچک، نوسانات فرکانس پایین سیستم قدرت می باشد. به طور معمول، نوسانات فرکانس پایین به نوسانات مد محلی و نوسانات مد بین ناحیه ای دسته بندی می شوند. مساله عمده پایداری در سیستم های قدرت به هم پیوسته بزرگ، نوسانات بین ناحیه ای کم میرا است. این پایان نامه یک کنترل کننده میرایی ناحیه گسترده تطبیقی مبتنی بر کنترل پیش بین تعمیم یافته (GPC) و شناسایی مدل، برای میرایی نوسانات بین ناحیه ای سیستم قدرت ارائه می دهد. کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی نیازمند مدل ریاضی پیچیده از سیستم نیست و صرفاً مبتنی بر اندازه گیری های موجود می باشد. از یک الگوریتم حداقل مربعات بازگشتی با یک ضریب فراموشی متغیر برای شناسایی مدل سیستم قدرت استفاده شده است. کنترل کننده پیشنهادی یک بار با اضافه کردن سیگنال خروجی به سیستم تحریک یک ژنراتور انتخابی و بار دیگر با اضافه کردن سیگنال کنترل میرایی به جبران کننده استاتیک توان راکتیو (SVC) پیاده سازی شده است. در طرحی دیگر با بهره گیری از کنترل کننده متمرکز پیش بین، توالی بهینه ورودی برای SVC و تحریک ژنراتور به طور هم زمان به دست آمده است. در ادامه این کار، یک روش جایگزین جدید برای طراحی سیگنال های پایدارساز در سیستم قدرت مبتنی بر الگوریتم GPC و الگوریتم بهینه سازی فاخته (COA) ارائه، که GPC-COA نامیده شده است. با استفاده از آنالیز پرونی میرایی اضافی فراهم شده توسط کنترل کننده های ناحیه گسترده محاسبه شده است.

افزایش روزافزون مصرف انرژی و فناپذیر بودن سوخت های فسیلی و محدودیت های زیست محیطی در سالیان اخیر سبب گرایش و تمایل به سمت انرژی های تجدیدپذیر شده است. امروزه با توجه به ملاحظات اقتصادی و محدودیت های زیست محیطی در استفاده از سوخت های فسیلی، تقاضای استفاده از منابع انرژی جایگزین افزایش یافته است. انرژی های جایگزین و برنامه های کاربردی آنها در دهه اخیر شدیداً مورد مطالعه قرار گرفته و تحقیقات در مورد انرژی های تجدیدپذیر همواره مورد توجه بوده است. انرژی خورشیدی یک مورد بسیار امیدوارکننده در این زمینه می باشد که در این میان سلول های فتوولتائیک (PV) بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از محاسن این سلول ها می توان به کاهش اثرات زیست محیطی مانند اثرات گل خانه ای و نیز کمک به کاهش آلودگی هوا را نام برد و از معایب آنها هم بازده بسیار پائین و توان الکتریکی متغیر در شرایط هوایی مختلف را می توان نام برد که با توجه به این مسئله بحث ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) به وجود آمد. در این پروژه با توجه به ورودی های سیستم که تابش خورشیدی و دما می باشند بحث مدل دینامیکی سلول خورشیدی و پیاده سازی آن انجام شده و تمام پارامترهایی که در سیستم وجود داشته معرفی و بررسی شده اند. ...

یکی از مسائل مهم در سیستمهای قدرت، امنیت دینامیکی سیستم در برابر اختلالات مختلف می باشد. روش هایی که هم اکنون برای بررسی امنیت دینامیکی وجود دارند بر اساس شبیه سازی حوزه ی زمان برای بررسی اثر اغتشاشات بزرگ در یک سیستم قدرت عمل می کنند. این ابزارها می توانند اطلاعات کافی از رفتار دینامیکی سیستم تحت اغتشاش ارائه دهند اما در مواقعی که نقطه ی کار سیستم مکررا تغییر می کند نیاز به محاسبات زیادی دارند. یکی از روش های مناسب برای تحلیل امنیت دینامیکی سیستم قدرت روش تحلیل حساسیت مسیر حالت می باشد. تحلیل حساسیت مسیر حالت مکمل شبیه سازی های حوزه ی زمان در تحلیل رفتار دینامیکی سیستم قدرت است. این روش می تواند اطلاعات وسیعی از تغییر سیستم به علت تغییر در پارامترهای سیستم فراهم آورد. پیاده سازی آنالیز حساسیت مسیر به کمک نرم افزار MATLAB انجام شده است. بار محاسباتی معادلات حساسیت با بکارگیری یک روش انتگرال گیری عددی مانند انتگرال گیری ذوزنقه ای کاهش یافته است. در این پایان نامه ابتدا یک روش اصولی برای مطالعه اثر خطا بر عملکرد دینامیک سیستم قدرت با بررسی پایداری گذرا ارائه شده است. سپس به کمک حساسیت مسیر حالت یک تابع هدف جدید برای طراحی پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت ارائه می شود. مورد مطالعه روی سیستم استاندارد 68 شین و 16 ژنراتور انجام شده است. بررسی صحت و دقت پیاده سازی نشان دهنده اعتبار روش در تئوری و اجرا است.

در این پایان نامه یک روش کنترلی جدید مبتنی بر روش های کنترل هوشمند، به منظور بهبود عملکرد میرایی سیستم قدرت در برابر نوسانات بین ناحیه ای در ساختار کنترلی ناحیه گسترده ارائه شده است. از آنجا که سیستم قدرت یک سیستم غیرخطی، متغیر با زمان و مرتبه بالاست، کنترل کننده های سنتی که به شیوه های کلاسیک و خطی طراحی می گردند، علی الخصوص برای سیستم های قدرت وسیع امروزی که در معرض اغتشاشات گوناگون قرار دارند، جوابگو نیستند. اتصالات ضعیف مابین نواحی بزرگ تولیدی و بار، در بسیاری از سیستم های قدرت بزرگ، ، احتمال وقوع نوسانات بین ناحیه ای با فرکانس و میرایی پایین را افزایش می دهد. امروزه با پیشرفت سیستم های اندازه گیری ناحیه گسترده و تکنولوژی PMUها، امکان اندازه گیری سریع و دقیق متغیرهای سرتاسر سیستم فراهم شده است. بدین ترتیب اطلاعات دینامیکی شبکه در کسری از ثانیه در دسترس قرار گرفته و تصویری منسجم از سیستم قدرت را در هر لحظه در اختیار قرار می دهد. این امکانات دریچه های جدیدی را در کنترل میرایی سیستم قدرت می گشاید. زیرا که امکان تشخیص به موقع و کنترل مناسب تر نوسانات بین ناحیه ای را در اختیار قرار می دهد. از سویی دیگر استفاده از روش های کنترلی هوشمند همانند روش های مبتنی بر یادگیری می تواند بیش از پیش یارای طراحان در رسیدن به این مهم باشد. چرا که این گونه روش ها متکی بر نقطه ی کار سیستم نبوده و درنتیجه انعطاف پذیرتر هستند و توانایی کنترل سیستم حتی در برابر اغتشاشات بزرگ را نیز دارند. بنابراین، در این پایان نامه سعی شده است، کنترل کننده ای ارائه گردد که علاوه بر استفاده از اطلاعات دینامیکی راه دور به عنوان ورودی خود، هوشمند نیز باشد. ...

مساله توان در حلقه از مشکلات بهره برداری از سیستم های قدرت بزرگ متصل است که غیر از ایجاد تلفات موجب تخلف از قیود امنیتی نیز می گردد. در این پایان نامه با استفاده از قابلیت های ادوات انعطاف پذیر جریان متناوب مساله تعدیل و کاهش توان در حلقه بررسی و مطالعه می گردد.

برنامه ریزی توسعه شبکه انتقال یکی از مولفه های اساسی در سیستم بوده و از مهمترین اهداف دنباله شده می توان به کاهش هزینه احداث و افزایش قابلیت اطمینان اشاره نمود. این مسئله یک بررسی دینامیکی بوده که در ان علاوه بر طرح نهایی زمان اجرای طرح نیز تعیین می گردد. در این پایان نامه برنامه ریزی توسعه مبتنی بر مدل دینامیکی با لحاظ هزینه های ساخت و تراکم به عنوان معیاری برای سنجش رقابت در بازار و هزینه بر قراری امنیت ارائه شده است که در ادامه با الگوریتم جسجتوی هارمونی مسئله تحلیل گشته و جهت اعتبار سنجی روش ارائه شده از سیستم های انتقال استاندارد IEEE استفاده شده است.

امروزه با توجه به گستردگی، تغییر ساختار، ظهور منابع تجدیدپذیر انرژی و پیچیدگی سیستم های قدرت به هم پیوسته، کنترل بار- فرکانس به یک موضوع مهم در طراحی و بهره برداری سیستم های قدرت تبدیل شده است. برای کنترل بار- فرکانس سیستم قدرت روشهای کنترلی مختلفی مانند روشهای کنترل بهینه، کنترل تطبیقی، کنترل ساختار متغیر و کنترل هوشمند پیشنهاد شده است. عملکرد این روشها مناسب است، اما آنها نیازمند اطلاعات حالت سیستم یا شناسایی روی خط مناسب می باشند. بنابراین ممکن است کاربرد و پیاده سازی این روش ها در عمل مشکل باشد. ...

در چند سال اخیر به انرژی های تجدید پذیر برای تولید انرژی برق توجه زیادی شده است. یکی از مهمترین و پر کاربردترین نوع این انرژی ها، انرژی باد است. در مطالعات اخیر نشان داده شده که افزایش استفاده از انرژی باد، باعث به وجود آمدن چالش هایی برای سیستم می شود. یکی از این چالش ها مسئله کنترل فرکانس است. در ده سال گذشته، مطالعاتی بر روی مشارکت نیروگاه های بادی در پاسخ اینرسی سیستم و همچنین کنترل اولیه فرکانس صورت گرفته است. اما در زمینه مشارکت نیروگاه های بادی در کنترل بار- فرکانس، کارهای جدی صورت نگرفته است. در این پروژه، ابتدا با اضافه کردن یک حلقه کنترلی به ساختار کنترلی واحدهای بادی سرعت متغیر از دو سو تغذیه، قابلیت مشارکت این واحدها در کنترل فرکانس ثانویه بر روی سیستمی مشابه با ساختار سیستم 9 شینه استاندارد IEEE مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه، به بررسی افزایش میزان توان بادی بر روی کنترل بار- فرکانس سیستم پرداخته می شود و سعی شده که اثرات نامطلوب تزریق بالای توان بادی بر روی کنترل بار- فرکانس جبران شود. امروزه برای کنترل بار – فرکانس سیستم قدرت از کنترل کننده های تناسبی- انتگرالی (PI) استفاده می شود. اما با افزایش واحدهای بادی، به دلیل نوسانات خروجی این واحدها، تنظیم کردن پارامترهای این کنترل کننده ها به روش آزمایش و خطا کاری دشوار و غیر دقیق است. در این پروژه، برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده های بار– فرکانس و جهت ایجاد هماهنگی بین واحدهای بادی و واحدهای با ژنراتورهای سنکرون از یک الگوریتم هوشمند جدید بنام الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است. برای بررسی کارایی این الگوریتم هوشمند، از سیستمی با ساختار مشابه سیستم استاندارد 39 شینه IEEE استفاده شده است.

روئیت پذیری، تخمین حالت و شناسائی داده های نامناسب سه عامل مهم برای حفظ امنیت سیستم می باشند. زیرا نتایج آنها اپراتور را قادر می سازد تا امنیت سیستم را حفظ کند. با توجه به غیرخطی بودن سیستم قدرت، عمل تخمین حالت توسط نرم افزار تخمینگر حالت، با استفاده از حل معادلات غیرخطی سیستم انجام می پذیرد و نتیجه حل این معادلات منجر به یافتن متغیرهای حالت سیستم (ولتاژها و زوایای نسبی شین ها) می شود. تخمینگر حالت، علاوه بر یافتن متغیرهای حالت سیستم، بایستی توانایی تشخیص اندازه گیری های نامناسب که از سطح سیستم قدرت جمع آوری و به تخمینگر ارسال می شود را نیز داشته باشد. ...

یکی از شاخص های بسیار مهم در بهره برداری از سیستم قدرت، تضمین و حفظ امنیت آن می باشد. در حالت کلی ناامنی در سیستم قدرت می تواند منجر به ناتوانی سیستم در تامین همه یا بخشی از بار گردد. برای جلوگیری از بروز ناامنی در سیستم قدرت، بهره بردلر سیستم ناگزیر به استفاده از استراتژی های کنترلی متفاوت به منظور کنترل امنیت می گردد. ...

با فراگیر شدن تنظیم کننده های خودکار ولتاژ در سیستم های قدرت، نوع جدیدی از ناپایداری تحت عنوان ناپایداری نوسانی یا سیگنال کوچک در سیستم های قدرت نمایان شد. پایدارسازهای سیستم قدرت جهت حذف نوسانات فرکانس پایین و در نتیجه بهبود پایداری سیگنال کوچک به سیستم های قدرت افزوده شدند. با توجه به تناقض موجود بین رفتار این دو کنترل کننده، هماهنگی بین این دو جهت حفظ پایداری تحت شرایط کاری متفاوت امری ضروری بنظر می رسد. امروزه استفاده از انرژی باد بیش از سایر منابع تجدیدپذیر انرژی مورد توجه قرار گرفته و گسترش روزافزونی یافته است. ورود توربین های بادی به سیستم های قدرت و تاثیرات قابل توجه این توربین ها بر روی دینامیک سیستم و همچنین افزایش عدم قطعیت های حاکم بر سیستم، نیاز به یک تحلیل دینامیکی جامع و همچنین معیاری مناسب و مستقل از نوع خطا و سیستم مورد مطالعه جهت هماهنگی بین این کنترل-کننده ها در سیستم های قدرت بزرگ متصل بهم را بیش از پیش حائز اهمیت ساخته است. این تحقیق به ارائه روش کنترلی و معیاری جدید جهت هماهنگی پایدارساز سیستم قدرت و تنظیم-کننده خودکار ولتاژ در سیستم های قدرت با مقیاس بزرگ می پردازد. معیار ارائه شده با استفاده از رفتار سیستم پس از وقوع خطا و نحوه حرکت سیستم در صفحه تغییرات زاویه رتور ژنراتور (فاز) – تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور (پرتره ای از فضای حالت سیستم)، ابزاری قدرتمند و مستقل از سیستم مورد مطالعه را برای هماهنگی معرفی می نماید. معیار ارائه شده بوسیله معادلات ریاضی حاکم بر سیستم قدرت حاصل شده و جهت طراحی کنترل کننده ای مقاوم مورد استفاه قرار داده می شود. الگوریتم کنترلی ارائه شده با ترکیب دو استراتژی کلیدزنی و بازخور منفی روشی مقاوم در برابر تغییرات بار/تولید را فراهم آورده است. استراتژی کلیدزنی مورد استفاده در این تحقیق بر خلاف روش های کلیدزنی زمان ثابت با استفاده از رفتار سیستم و بر اساس زاویه بین تغییرات ولتاژ و تغییرات فاز به بهبود عملکرد سیستم بازای هر خطای محتمل کمک می-کند. عملکرد مقاوم و مطلوب کنترل کننده ارائه شده بازای تغییرات تولید و بار در سیستم استاندارد 68 شینه IEEE، تایید کننده محاسبات ریاضی انجام شده است. روش ارائه شده در حضور انرژی باد به الگوریتمی جهت هماهنگی پایدارساز سیستم قدرت، تنظیم کننده خودکار ولتاژ و ادوات جبران ساز توان راکتیو تبدی

سیستمهای قدرت تحت استرس در مواجه با اغتشاشات مختلف رفتارهای دینامیکی پیچیده ای نظیر نوسانات بین ناحیه ای و تشدیدهای پارامتری از خود نشان می دهند. چنین رفتارهای پیچیده ای را با ابزارهای متداول نظیر تحلیلهای خطی نمی توان بدرستی بررسی نمود. شکل نرمال میدانهای برداری بعنوان یک ابزار ریاضی شناخته شده از حوزه سیستمهای دینامیکی امکان لحاظ کردن خصوصیات غیرخطی سیستم را در تحلیل رفتارهای دینامیکی فراهم می کند. این روش با اعمال تبدیلات مختصات پی در پی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار سیستم را به ساده ترین شکل مطلوب تبدیل می نماید. تعیین شرایط اولیه در حل این معادلات دیفرانسیل در حوزه شکل نرمال مرحله ای اساسی در کاربرد این روش به منظور تحلیل رفتارهای دینامیک سیستمهای قدرت می باشد. روش های موجود در تعیین شرایط اولیه، تحت رژیم های پراسترس در سیستمهای قدرت گاهی منجر به حصول چند جواب مختلف و گاهی منجر به عدم همگرایی الگوریتمهای عددی و عدم حصول جواب می شوند. هدف از انجام این رساله مطالعه روشهای موجود در تعیین شرایط اولیه در حوزه شکل نرمال و بررسی محدودیتها و مشکلات آنها است. تا بدین وسیله بتوان از قابلیتها و مزایای چشمگیر روش شکل نرمال در تحلیل عملکرد دینامیک سیستمهای قدرت استفاده نمود. چرا که تنها مشکل عملی پیش رو در استفاده گسترده تر از روش شکل نرمال میدانهای برداری تنها در محاسبه شرایط اولیه و بدست آوردن پاسخهای مناسب تر برای آن است. در این راستا یک حدس اولیه مناسب ارائه شده است و شاخصهایی جدید جهت پیش بینی عملکرد دینامیک سیستمهای قدرت تحت استرس با استفاده از شکل نرمال میدانهای برداری استخراج، معرفی و مورد آزمایش قرار گرفته اند. نتایج حاصل از شبیه سازیها حاکی از کارایی و توانایی مناسب این شاخص ها در تحلیل عملکردهای دینامیک سیستمهای قدرت پراسترس می باشند.