Este trabalho apresenta a metodologia, o desenvolvimento e testes de um sistema de automação independente, baseado em Redes Neurais Artificiais, para redução de perdas técnicas em redes de distribuição subterrâneas reticuladas por meio do controle ótimo dos bancos de capacitores presentes na rede. A metodologia proposta contempla funcionalidades típicas de Redes Inteligentes, incluindo soluções práticas para o posicionamento de sensores de corrente em redes subterrâneas, coleta de medições de campo e transmissão para o Centro de Operação da Distribuição e controle em tempo real dos equipamentos de campo (bancos de capacitores). Portanto este trabalho consiste na implementação da solução através de baixo custo de investimento na mitigação do controle do fator de potência nos pontos de entrega ao consumidor, sendo que com isto ocorrem melhorias nos indicadores de qualidade e confiabilidade atendendo aos requisitos regulamentares e contratuais de fornecimento das distribuidoras. Para validação da metodologia proposta, foram utilizados os dados da concessionária de energia AES Eletropaulo sobre a Rede de Distribuição Subterrânea Reticulada do centro da cidade de São Paulo. As etapas da metodologia proposta e os principais aspectos do desenvolvimento do sistema são também descritos, bem como os testes realizados para comprovação dos resultados e validação do sistema. / This work presents the methodology, development and testing of an independent automation system, based on Artificial Neural Networks, to reduce technical losses in reticulated underground distribution networks by means of the optimal control of the capacitor banks present in the network. The proposed methodology includes typical functionalities of Intelligent Networks, including practical solutions for the positioning of current sensors in underground networks, collection of field measurements and transmission to the Distribution Operation Center and real-time control of field equipment (capacitors banks). Therefore, this work consists in the implementation of the solution through a low cost of investment in the mitigation of the control of the power factor in the points of delivery to the consumer, and with this there are improvements in the indicators of quality and reliability taking into account the regulatory and contractual requirements of supply of the distributors. The energy concessionaire AES Eletropaulo had great participation in this research project, providing the necessary data of the Reticulated Underground Distribution Network of the city center of São Paulo. The steps of the proposed methodology and the main aspects of system development are also described, as well as the tests performed to prove the results and validate the system.

Este trabalho tem por objetivo propor uma nova metodologia para o cálculo das perdas técnicas de energia e demanda por segmento do sistema de distribuição. As perdas técnicas foram divididas em oito segmentos: medidor de energia, ramal de ligação, rede secundária, transformador de distribuição, rede primária, subestação de distribuição, sistema de alta tensão e outros. Neste último segmento, foram incorporadas as parcelas referentes a equipamentos (capacitores, reguladores de tensão, etc), perdas em conexões, corrente de fuga em isoladores, etc. Desenvolveu-se um sistema computacional, para uso em microcomputador, que conta com dois módulos principais. O primeiro módulo destina-se ao cálculo das perdas técnicas em redes específicas. O cálculo é feito de forma hierárquica, por exemplo, selecionada uma subestação específica, são calculadas as perdas na subestação e em todos os componentes a jusante (redes primárias, transformadores de distribuição, redes secundárias, ramais de ligação e medidores de energia). As perdas técnicas, em termos de energia e demanda, são obtidas por meio de cálculo elétrico específico para os segmentos envolvidos, com a utilização dos dados cadastrais da rede, dados de faturamento e curvas de carga típicas por classe de consumidor e tipo de atividade desenvolvida. Com a aplicação deste módulo para todo o sistema da empresa, ou para uma parcela representativa, obtém-se um índice percentual de perda de energia para cada segmento. Estes índices são transferidos para o segundo módulo, que tem por objetivo efetuar o balanço de energia do sistema. A partir dos dados de energia nos pontos de suprimento, da energia total faturada mensalmente e dos índices de perdas por segmento, são obtidos os montantes de energia de perdas em cada segmento do sistema e uma avaliação das perdas não técnicas. O trabalho ainda apresenta um exemplo de aplicação, em sistema de distribuição real, mostrando os resultados obtidos, e termina apresentando as principais vantagens da metodologia. Os resultados obtidos com a nova metodologia são comparados com os resultados obtidos com outras metodologias. / This work focuses on the development of a new methodology for calculating technical losses within the different segments of the electric distribution system. In order to evaluate technical losses the electrical system was divided into eight segments: energy meter, customer connections, secondary feeder, distribution transformer, primary feeder, distribution substation, high voltage system and another segment that represents other technical losses. The latter comprises losses in equipment such as capacitors and voltage regulators as well as losses in electric connections, isolators, etc. A computational system was developed and it comprises two modules. The first one is intended to calculate technical losses in specific networks. The calculation is made in a hierarchical manner. If a distribution substation is selected for the calculation, the losses in that substation and the losses in all components downstream are calculated. The technical losses, in terms of energy and demand, are obtained by utilizing network topological data, consumed energy data and typical load curves per customer class and activity type. An energy losses index, calculated as a percentage of the supplied energy, is obtained for each segment by applying this module to the entire utility’s power system or in a representative part of it. These values are transferred to the second module, which has the objective of determining the overall energy balance. Technical and non-technical losses, in terms of energy, in each segment are obtained by utilizing the total amount of energy supplied to the system, energy consumed and energy losses indices per segment. This work shows the results obtained by applying the computational tool to a real distribution system. Such results are compared with the ones obtained by using other methodologies, and the main advan ages of this new methodology are outlined.

A detecção de furtos e fraudes nos sistemas de energia provocados por consumidores irregulares é o principal alvo em análises de perdas não-técnicas ou comerciais pelas empresas de energia. Embora a identificação automática de perdas nãotécnicas tenha sido amplamente estudada, a tarefa de selecionar as características mais representativas em um grande conjunto de dados a fim de aumentar a taxa de acerto da identificação, bem como para caracterizar possíveis consumidores irregulares como um problema de otimização, não tem sido muito explorada neste contexto. Neste trabalho, visa-se o desenvolvimento de algoritmos híbridos baseados em técnicas evolutivas a fim de realizar a seleção de características no âmbito da caracterização de perdas não-técnicas, comparando as suas taxas de acerto e verificando as características selecionadas. Vários classificadores são comparados, com destaque para a técnica Floresta de Caminhos Ótimos por sua robustez, sendo ela a técnica escolhida para o cálculo da função objetivo das técnicas evolutivas, analisando o desempenho das mesmas. Os resultados demonstraram que a seleção de características mais representativas podem melhorar a taxa de acerto da classificação de possíveis perdas não-técnicas quando comparada à classificação sem o processo de seleção de características em conjuntos de dados compostos por perfis de consumidores industriais e comerciais. Isto significa que existem características que não são pertinentes e podem diminuir a taxa de acerto durante a classificação dos consumidores. Através da metodologia proposta com o processo de seleção de características, é possível caracterizar e identificar os perfis de consumidores com mais precisão, afim de minimizar os custos com tais perdas, contribuindo para a recuperação de receita das companhias de energia elétrica. / The detection of thefts and frauds in power systems caused by irregular consumers is the most actively pursued analysis in non-technical losses by electric power companies. Although non-technical losses automatic identification has been massively studied, the task of selecting the most representative features in a large dataset, in order to boost the identification accuracy, as well as characterizing possible irregular consumers as a problem of optimization, has not been widely explored in this context. This work aims at developing hybrid algorithms based on evolutionary algorithms in order to perform feature selection in the context of non-technical losses characterization. Although several classifiers have been compared, we have highlighted the Optimum-Path Forest (OPF) technique mainly because of its robustness. Thus, the OPF classifier was chosen to compute the objective function of evolutionary techniques, analyzing their performances. This procedure with feature selection is compared with the procedure without feature selection in datasets composed by industrial and commercial consumers profiles. The results demonstrated that selecting the most representative features can improve the classification accuracy of possible non-technical losses. This means that there are irrelevant features and they can reduce the classification accuracy of consumers. Considering the methodology proposed with feature selection procedure, it is possible to characterize and identify consumer profiles more accurately, in order to minimize costs with such losses, contributing to the recovery of revenue from electric power companies.

Este trabalho apresenta a metodologia, o desenvolvimento e testes de um sistema de automação independente, baseado em Redes Neurais Artificiais, para redução de perdas técnicas em redes de distribuição subterrâneas reticuladas por meio do controle ótimo dos bancos de capacitores presentes na rede. A metodologia proposta contempla funcionalidades típicas de Redes Inteligentes, incluindo soluções práticas para o posicionamento de sensores de corrente em redes subterrâneas, coleta de medições de campo e transmissão para o Centro de Operação da Distribuição e controle em tempo real dos equipamentos de campo (bancos de capacitores). Portanto este trabalho consiste na implementação da solução através de baixo custo de investimento na mitigação do controle do fator de potência nos pontos de entrega ao consumidor, sendo que com isto ocorrem melhorias nos indicadores de qualidade e confiabilidade atendendo aos requisitos regulamentares e contratuais de fornecimento das distribuidoras. Para validação da metodologia proposta, foram utilizados os dados da concessionária de energia AES Eletropaulo sobre a Rede de Distribuição Subterrânea Reticulada do centro da cidade de São Paulo. As etapas da metodologia proposta e os principais aspectos do desenvolvimento do sistema são também descritos, bem como os testes realizados para comprovação dos resultados e validação do sistema. / This work presents the methodology, development and testing of an independent automation system, based on Artificial Neural Networks, to reduce technical losses in reticulated underground distribution networks by means of the optimal control of the capacitor banks present in the network. The proposed methodology includes typical functionalities of Intelligent Networks, including practical solutions for the positioning of current sensors in underground networks, collection of field measurements and transmission to the Distribution Operation Center and real-time control of field equipment (capacitors banks). Therefore, this work consists in the implementation of the solution through a low cost of investment in the mitigation of the control of the power factor in the points of delivery to the consumer, and with this there are improvements in the indicators of quality and reliability taking into account the regulatory and contractual requirements of supply of the distributors. The energy concessionaire AES Eletropaulo had great participation in this research project, providing the necessary data of the Reticulated Underground Distribution Network of the city center of São Paulo. The steps of the proposed methodology and the main aspects of system development are also described, as well as the tests performed to prove the results and validate the system.

[pt] A necessidade de simular um ambiente de mercado competitivo para incentivar ganhos de eficiência fez a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estipular metas para indicadores gerenciáveis, dentre eles o nível de perdas não técnicas (PNT’s) das distribuidoras de energia elétrica. Os prejuízos causados pelas perdas não técnicas de energia chegam à ordem de oito bilhões de reais anuais e impactam diretamente nos valores tarifários em exercício. É nesse contexto que a ANEEL, inspirada nas práticas de regulação por incentivo, estabeleceu um modelo econométrico que relaciona o nível aceitável de perdas não técnicas com a complexidade social das áreas de concessão das distribuidoras brasileiras. Entretanto, entidades do setor enxergam no modelo espaços para melhoria nos resultados e na robustez teórica do modelo, com isso, surge a idéia de propor uma abordagem de estimação diferenciada. É importante ressaltar que além da previsão, tem-se por objetivo testar novas variáveis potencialmente relevantes nesta análise, baseadas na recente literatura acerca do tema. O presente estudo demonstra que a variável de interesse, perdas não técnicas, não segue a distribuição normal, sendo assim, buscou-se a verdadeira distribuição dos dados e a modelagem se deu seguindo os arcabouços da abordagem linear generalizada. Os resultados corroboraram a aderência de uma distribuição que pertence a família exponencial (condição para a aplicação da abordagem linear generalizada). Além disso, o modelo proposto obteve boas estimativas, trazendo inclusive novas variáveis importantes para explicar as perdas não técnicas não utilizadas antes em outros estudos sobre estas perdas. O modelo proposto pode ser visto como uma alternativa viável ao modelo praticado pela ANEEL, sendo assim, sua discussão fundamental para o próximo ciclo de revisão tarifária. / [en] The need of simulating a competitive market environment in order to encourage efficiency gains made the National Electrical Energy Agency (ANEEL) fixes targets for manageable indicators, including the level of non-technical losses (NTL s) of electricity distributors. The financial damage caused by losses not techniques reach the order of eight billion reais per year and directly impacts on the electricity tariffs. In this context, ANEEL inspired by the practice of regulation by incentives, established an econometric model that relates the acceptable level non-technical losses to the social complexity in concession areas of each Brazilian distributor. However, entities in the sector find gaps in the model and improvement in the results and robustness of the model should be done, this brings idea of proposing a different approach to the estimation. It is important to emphasize that in addition to forecasting, there is the willing of testing new variables potentially relevant in this analysis, based on recent literature on the subject. This study proves that the variable of interest, nontechnical losses, does not follow the Gaussian distribution, thus, we sought the true distribution of data and modeling took place in the frameworks of general linear approach. The results confirm adherence to a distribution that belongs to the exponential family (condition for applying the generalized linear approach model), in addition, the proposed model obtained good estimates, including the use of new important variables to explain the non-technical losses not used in other studies. The proposed model can be seen as possible alternative to the model used by ANEEL, so, its discussion is really important to the next review cycle of electricity rates.

Submitted by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-05T15:16:09Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1606899 bytes, checksum: 90c3cfba727598d80a41bea38edd76ef (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-05T15:16:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1606899 bytes, checksum: 90c3cfba727598d80a41bea38edd76ef (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present work aims to simulate the effects of connecting photovoltaic power plants in the active energy losses of the distribution system at the west of the state of Paraíba. Initially was done the modeling of the distribution system, which has one supply point, 20 substations 69/13.8 kV and 25 distribution lines 69 kV. For network analysis was used the Newton-Raphson method for solution of power flow after and before the insertion of photovoltaic plants and finally an optimized allocation of solar photovoltaic plants has been proposed with the aim of minimizing losses of active power using genetic algorithms. / O presente trabalho tem como objetivo simular os efeitos da conexão de centrais geradoras fotovoltaicas nas perdas de energia ativa do sistema de distribuição do oeste do estado da Paraíba. Inicialmente foi realizada a modelagem do sistema de distribuição, que possui um ponto de suprimento, 20 subestações rebaixadoras 69/13,8 kV e 25 linhas de distribuição 69 kV. Para análise da rede foi utilizado o método de Newton-Raphson para solução do fluxo de potência do sistema antes e depois da inserção das centrais fotovoltaicas e por fim foi proposta uma alocação otimizada das centrais solares fotovoltaicas com o objetivo de minimização das perdas de energia ativa utilizando algoritmos genéticos.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Werley Silva dos Angelos.pdf: 3115744 bytes, checksum: 6426e6a53fa69a9616988e00882cb314 (MD5) Previous issue date: 2009-08-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work proposes a computational technique for classification of electricity consumption profiles. The approach is based on the assumption that it s possible to find out groups of consumers with similar patterns of energy use. So, given the found groups, which can be also viewed as a normal consumption profile, ones can associate a high chance of fraud or abnormality to that consumers lying more apart from the groups. The methodology comprises two steps. A fuzzy clustering c-means-based is done in order to search for consumers with similar consumption profiles, in the first one. Afterwards, a fuzzy classification is performed using a fuzzy membership matrix and the Euclidian distance to the cluster centers. Then, the distance measures are normalized and ordered, yielding an unitary index score, where the possible fraudulent or abnormal consumers are those with the higher scores. The approach was tested and validated with real data base, showing good performance in both fraud and metering defect detection tasks. / Este trabalho apresenta uma metodologia computacional para classificação de perfis anormais de consumo de energia elétrica. A abordagem parte da premissa que um dado cliente deve permanecer o mais próximo possível de seu padrão de consumo histórico, sendo que os desvios do padrão registrado representam possíveis fraudes de energia ou irregularidades de medição. A parte inicial da metodologia busca de consumidores com perfis de consumo semelhantes é efetuada por meio da técnica computacional de clusterização fuzzy. Já a tarefa de mensurar o desvio do padrão histórico é realizada por meio de uma metodologia de classificação nebulosa, baseada na matriz de partição fuzzy e distância dos elementos aos centros dos agrupamentos. Por fim, as distâncias para os grupos são normalizadas, gerando um índice no intervalo unitário, sendo que os elementos de maior chance de estarem irregular são aqueles com índices mais próximos de um. A metodologia foi validada com uma base de dados de uma concessionária local. Os resultados alcançados foram satisfatórios, sendo obtida adequada performance tanto no processo de detecção de fraudes quanto irregularidades na medição.

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Celso Cavellucci / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:13:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_EdilsonAparecido_M.pdf: 1593593 bytes, checksum: ff2749c689002cc1c4de48ee0899defc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta uma nova visão para o problema de redução das perdas técnicas em sistemas de distribuição de energia elétrica, através de reconfiguração de redes. A principal inovação consiste em abordar o problema com a consideração explícita das variações de demandas, mas impondo-se a restrição de que as configurações devem permanecer fixas ao longo do período de planejamento. Esta característica abre a perspectiva de que a metodologia venha a ser usada na operação diária dos sistemas de distribuição. No entanto, leva a um problema de otimização bem mais complexo do que o caracterizado pela visão tradicional. Formulações para demandas fixas e variáveis são desenvolvidas. Duas metodologias distintas para abordagem do novo problema são elaboradas. A primeira utiliza a metodologia denominada Busca Menor Energia, inspirada na técnica de Abertura Seqüencial de Chaves. A segunda técnica, denominada Árvore de Aproximação, faz uso das idéias de árvore geradora de custo mínimo. Ambas são combinadas com uma busca local, denominada Troca de Ramos Generalizada, baseada na técnica de Troca de Ramos. Explora-se também uma extensão da metodologia Árvore de Aproximação caracterizada por associação com conceitos do método GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Estudos de casos ilustram a aplicação das metodologias em redes de cidades brasileiras / Abstract: This work presents a new point of view for the technical losses reduction problem in electric power distribution systems, through network reconfigurations. The main innovation is the explicit consideration of demand variations and the use of a fixed configuration during the planning period. This last characteristic makes the methodology able to be used in the daily operation of distribution systems. However, it leads to an optimization problem more complex than approaches without demand variations. Formulations for fixed and variable demands are created. Two distinct methodologies for the resolution of the new problem are elaborated. The first one uses the Minimum Energy Losses methodology, inspired by the ¿Sequential Switch Opening¿ technique. The last one, called Approximation Tree, is based on algorithms for the minimum spanning tree problem. Both of them are combined with a local search procedure, called Branch Exchange by Energy, based on the ¿Branch Exchange¿ technique. An extension of the Approximation Tree methodology is proposed by using concepts of the well-known GRASP method (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Case Studies demonstrate the application of the methodologies in Brazilian cities¿ networks / Mestrado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

This master‘s thesis deals with the calculation of losses depending on the configuration of the distribution network. The first part focuses on the general theory regarding some used calculation methods of steady operation. The next part is theoreticly dedicated to the technical losses, possibilities of their influencing and their calculation. In the practical part is carried out the choice of calculation method of steady operation. This method is implicated into the proposed program in programming environment MATLAB.Furthermore, on the basis of a partial measurement in the distribution network and using the proposed program are determined the sizes of offtakes of mesh network. For the existing mesh network is designed its radial operation. In the last part are calculated the losses of this network for both of these mentioned operations.

[pt] A redução das perdas não técnicas de energia elétrica (PNT) constitui atualmente um dos principais desafios enfrentados pelas concessionárias de distribuição de eletricidade nos países em desenvolvimento. Por depender em parte de fatores não gerenciáveis pelas distribuidoras, as PNT no Brasil são repassadas aos consumidores através de tarifas de eletricidade, seguindo os limites definidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Apesar do notável progresso realizado pela ANEEL, à metodologia atualmente empregada pela Agência para definição desses limites apresenta uma série de limitações o que impõem ao regulador a adoção de medidas ad hoc que acaba resultando em metas de perdas pouco condizentes com a realidade das distribuidoras. Nas últimas três décadas diversos modelos matemáticos de Análise de Eficiência vêm sendo desenvolvidos com intuito de mensurar a eficiência relativa de grupos de agente. A adoção desses modelos, no entanto, tem se limitado a temas relacionados a custos operacionais e investimento. Essa dissertação tem por objetivo cobrir essa lacuna, propondo um modelo alternativo para a definição das metas regulatórias de PNT a partir de uma família particular de modelos de Análise de Eficiência – os modelos de Análise de Fronteira Estocástica (SFA). O modelo proposto foi aplicado a um painel de dados contendo observações anuais de 62 concessionárias de distribuição de energia elétrica brasileira no período de 2007 a 2017, resultando em um conjunto de metas de PNT mais aderentes às PNT reais das distribuidoras brasileiras. / [en] The reduction of non-technical losses of electrical power (NTL) are currently one of the main challenges faced by electricity utility companies in developing countries. Because it depends in part on factors not manageable by the utilities, in Brazil is passed on to consumers through electricity tariffs, following the limits defined by the National Electric Energy Agency (ANEEL). Despite the notable progress made by ANEEL, the currently used methodology by this Agency to define these limits has a number of limitations, which have impose the adoption of ad hoc measures that end up resulting in loss targets that are inconsistent with the reality of the utilities. In the last three decades, a several mathematical models of Efficiency Analysis have been developing in order to measure the relative efficiency of groups of agents. However, the adoption of these models by Regulator Bodies around the world has been limited to subjects related to operating costs and investment. This dissertation aims to fulfill this gap, proposing an alternative model for the definition of NTL regulatory targets from a particular family of Efficiency Analysis models - the Stochastic Frontier Analysis (SFA) models. The proposed model has been applied to a data panel containing annual observations of 62 distribution concessionaires in the Brazilian electrical system from 2007 to 2017, resulting in a set of NTL targets more adherent to the real PNT of Brazilian electricity utility distributors.