Orientador: Carlos Alberto de Castro Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T10:34:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BedrinanaArones_ManfredFritz_D.pdf: 1647623 bytes, checksum: f89c901f587a4c3d6782711069ca801c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho de pesquisa é desenvolver uma metodologia robusta e eficiente para o fluxo de carga da continuação ótimo multiobjetivo. O fluxo de carga da continuação se presta à obtenção de um contínuo de pontos de operação da rede para carga e geração variáveis e a determinação do máximo carregamento do sistema. A associação do fluxo de carga da continuação com procedimentos de otimização leva em conta que, para cada ponto de operação da rede, as variáveis de controle disponíveis podem ser ajustadas em valores tais que otimizem algum critério. Na realidade, pode haver o interesse em otimizar mais de um critério, e o procedimento de otimização passa a ser multiobjetivo. No desenvolvimento do trabalho foi abordada a análise de estabilidade de tensão, para isto foram propostas técnicas para o cálculo rápido do ponto de máximo carregamento incorporando técnicas de corte de carga e fluxo de carga da continuação usando técnicas híbridas. Um fluxo de carga ótimo foi proposto para a análise de sistemas malcomportados e singularidades usando métodos de pontos interiores e otimização de passo. O fluxo de carga da continuação ótimo proposto inclui um passo corretor que se mostra eficiente com a inclusão do fluxo de carga ótimo com otimização de passo, e permitiu o traçado correto da trajetória de soluções ótimas considerando os limites de factibilidade do sistema. Os métodos de otimização incorporando restrições de complementaridade foram introduzidos na análise para verificar o desempenho do método proposto. O fluxo de carga da continuação ótimo multiobjetivo proposto inclui as técnicas anteriores e métodos para a obtenção de soluções Pareto-ótimas uniformemente distribuídas. Esta ferramenta computacional permite uma análise detalhada do comportamento de uma rede elétrica de potência no que diz respeito a uma série de aspectos da sua operação, e particularmente ao despacho da geração e estabilidade de tensão. O monitoramento do perfil de tensão e da margem de segurança com relação à estabilidade de tensão é um aspecto crítico para a operação segura de sistemas de potência modernos, que operam estressados nos picos de carga ou em contingências / Abstract: The goal of this research work is to propose a robust and efficient methodology for the multiobjective optimal continuation power flow. The continuation power flow is based on obtaining a continuum of Power system operating points for variable load and generation, allowing the analysis of operation conditions for each point and the determination of the maximum loading possible for which the system is still stable. The merging of continuation power flow and optimization procedures takes into account that the available control variables can be adjusted for each operating point, so as to optimize the operating conditions according to some criterion. Actually, more than one criterion may be optimized, and the procedure becomes multiobjective, requiring multiobjective programming tools. This computational tool allows a detailed analysis of power systems' behavior regarding many operation aspects, including voltage stability. Tracking the voltage profile and the voltage stability security margins are critical aspects for the secure operation of modern power systems that are permanently stressed / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Vivaldo Fernando da Costa, Igor Kopcak / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:02:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valle_DaniloBassetodo_M.pdf: 1084356 bytes, checksum: c124be31abdb8f91a939c17ac7f6d8b5 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é avaliada a influência do controlador IPFC (Interline Power Flow Controller ) no desempenho de sistemas elétricos de potência quanto à estabilidade a pequenas perturbações. Foi utilizado um modelo de injeção de potência para inclusão do IPFC em programas de fluxo de carga, considerando a representação das fontes de tensão do dispositivo em coordenadas retangulares e incorporando as equações que representam sua dinâmica. As análises de regime permanente atestam a capacidade do IPFC de gerenciamento e controle dos fluxos de potências ativa e reativa em linhas de transmissão. Entretanto, o ajuste de potência constante do modo de controle pode diminuir a margem de estabilidade de tensão, por não permitir o aumento dos fluxos nas linhas controladas quando o carregamento do sistema cresce. As análises dinâmicas da estabilidade a pequenas perturbações foram realizadas com a inclusão do IPFC e de um POD (Power Oscillation Damping) no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). Os resultados obtidos revelam que o IPFC possui um grande potencial para a manutenção da estabilidade de ângulo em sistemas de potência quando equipado com controladores POD. / Abstract: This work assess the impact of the IPFC (Interline Power Flow Controller) on the smallsignal stability performance of Power Systems. A power injection model is used to include the IPFC in a power flow routine. The modelling represents the IPFC source voltages in rectangular coordinates and incorporates its differential equations at steady-state. The power flow analysis shows the IPFC effectiveness for the management and control of active and reactive power flows of transmission lines. However, the constant power flow operation mode can decrease the voltage stability margin. The IPFC and a POD (Power Oscillation Damping) were included in the Power Sensitivity Model (PSM) to perform the small-signal stability analysis. Simulation results show that the IPFC with a POD can improve the angle stability of Power Systems. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Takaaki Ohishi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T16:39:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Modesto_SoniaAngelinaGarcia_D.pdf: 7966542 bytes, checksum: e394ce8619b189ec96e83326835c45df (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Esta tese trata do problema de planejamento da operação de curto prazo (operação diária) de reativos. A Cadeia de Planejamento do Setor Elétrico brasileiro inicia com um Planejamento de Longo Prazo, o qual considera a operação do sistema através de modelos equivalentes em um horizonte de cinco anos. Em seguida o Planejamento de Médio Prazo, utilizando um modelo individualizado para cada usina hidrelétrica e termelétrica, analisa a operação para um horizonte de um ano à frente. A próxima etapa é de Programação da Operação, a qual determina a operação do sistema para o horizonte de alguns dias à frente. Finalmente, a solução da Programação da Operação é utilizada pela operação em tempo real como uma referência operativa. Em todas estas etapas, as modelagens representam apenas a geração e transmissão de potência ativa (Modelo DC). Para a parte reativa não há planejamento. Neste estudo sobre a parte reativa, enfocou-se o aspecto das variáveis discretas, mais precisamente os taps dos transformadores. Supõe-se conhecido um despacho de geração ativa, dado pela Programação da Operação, e um despacho de potência reativa, obtido por exemplo através de um caso base, ou através de um modelo de fluxo de potência ótimo reativo. Inicialmente foi estudado o problema de despacho de reativos, o qual considera o operação em um dado instante de tempo (problema estático). Para este problema, foram desenvolvidos três abordagens. A primeira é uma metodologia híbrida combinando Algoritmos Genéticos (AG) e um modelo de Fluxo de Potência Ótimo (FPO). Nesta abordagem as variáveis discretas são tratadas através dos AG e cada indivíduo é avaliado através de um FPO. A vantagem desta metodologia é que esta determina conjuntamente as variáveis continuas (geração de potência ativa e reativa) e as variáveis discretas; a desvantagem é o elevado tempo computacional. Buscando diminuir o tempo de processamento, foram desenvolvidos duas outras metodologias, uma utilizando um método de Busca Local e a outra baseada em Busca Tabu. Em ambas as metodologias, o FPO foi substituído por um modelo de fluxo de potência não linear. O plano de operação reativa ao longo de um dia, aqui denominado prédespacho de reativos, visa estimar uma solução em termos do posicionamento dos taps para cada intervalo do dia, buscando obter um perfil de tensão mais adequado do ponto de vista operativo. A abordagem para o pré-despacho de reativos utiliza o modelo de despacho de reativos baseado em Busca Tabu, mas considera a solução obtida no intervalo anterior. Todas as metodologias utilizaram o sistema IEEE30 como sistema teste / Abstract: This thesis treats the short-term (daily operation) reactive operation planning. The Brazilian operation planning initially performs a long-term operation study. This planning uses a equivalent model representation and take into account a time horizon of five years. The next step is the mid operation planning, that uses a individual representation and considers one year operation. The last planning determines the short-term operation using a more detailed model, including transmission operation constraints through a linear model. Finally, this short-term planning is used as operational guidelines in the real time operation. The models used in these different planning represent only the active power generation and transmission. For reactive operation there are not planning. This study about reactive operation focused the discrete decision. More specifically, the taps are treated as discrete variables. The methodologies supposes that the active and reactive power generations are given. Initially, the reactive dispatch problem is treated, and three methodologies are developed. The first is a hybrid model, that combines a Genetic Algorithm approach with an Optimal Power Flow model. This methodology has the advantage to determine the active and reactive generations and discrete variables values; the inconvenient is the high computer time processing. Two others methodologies are developed in order to obtain more faster approach. One approach is based on Local Search and the other is based on Tabu Search. In both methodologies, the OPF model is substituted by a non-linear power flow. The proposed daily reactive operation planning aims to determines the taps position for each time interval, looking for a more operationally suitable voltage profile. This planning is based on the Tabu Search Reactive Dispatch model. All methodologies used the IEEE30 as test system / Doutorado / Automação / Doutora em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_RafaelSchincariolda_M.pdf: 3440136 bytes, checksum: 042a03fcb6272566cfc1c79d07478e1c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O aumento da penetração de geradores em redes de distribuição de energia elétrica além de diversificar a matriz elétrica proporciona benefícios técnicos e econômicos. Contudo, também levanta preocupações relativas à confiabilidade no suprimento de energia elétrica. Para plantas eólicas conectadas na média e alta tensão são estabelecidos requisitos de "Fault Ride-Through" que determinam que os geradores devem permanecer conectados à rede durante perturbações com afundamentos de tensão e, em alguns casos, fornecer reativos para o reestabelecimento da tensão terminal. Porém, implementar tais requisitos para geradores na baixa tensão não é trivial. Na ocorrência de grandes perturbações os geradores distribuídos devem obrigatoriamente ser desconectados em casos de ilhamento, caso contrário a segurança de pessoas e equipamentos é colocada em risco e a qualidade de energia fornecida não é garantida. Ainda, durante curtos-circuitos os geradores contribuem para ao aumento das correntes de falta e os esquemas de proteção podem sofrer impactos na seletividade e coordenação. Por isso, para atender o requisito de "Fault Ride- Through" seria necessário além de manter os geradores conectados rever os esquemas de proteção de sobrecorrente, sendo necessários estudos dos impactos desta iniciativa e a análise do comportamento dos principais tipos de geradores distribuídos na ocorrência de curtos-circuitos. Nesta dissertação de mestrado, uma rede de distribuição com geradores distribuídos foi analisada através do estudo de sucessivas simulações de transitórios eletromagnéticos. O comportamento de três tipos de geradores distribuídos na ocorrência de curtos-circuitos foi investigado por meio de estudos de estabilidade, da análise das características de afundamentos de tensão e do suporte de reativos. Os geradores síncronos se mostraram com maior capacidade de suportarem faltas temporárias na rede. Os impactos do aumento das correntes de falta nas proteções contra sobrecorrente e da não desconexão do gerador do sistema ilhado também foram analisados. Os resultados mostraram que a presença de geradores distribuídos pode causar problemas na seletividade e na coordenação da proteção, alem de deteriorar o comportamento transitório de geradores ilhados / Abstract: The increase of distributed generation penetration in distribution systems not only helps to diversify the electrical matrix but also brings both technical and economic benefits. Yet, it also raises worries related to energy supply reliability. For wind power plants into the medium and high voltage networks there are the grid codes for "Fault Ride-Through" which stands that wind generators ought to ride a fault with voltage sag and, in some cases, provide reactive power for the terminal voltage restoration. However, implementing such requisites for low voltage connected generators is not a trivial task, as under great perturbations the distributed generators are required to be disconnected from the grid if an islanding situation occurs. Otherwise, people and equipment security would be at risk and the quality of the supplied power cannot be guaranteed. Besides, during short-circuits generators contribute to the increased fault currents along the grid and because of that the protection schemes should experience loss of selectivity and coordination. So, meeting the fault ride-through requirement demand a review of the anti-islanding schemes in order to permit generator islanding, as well as review the protection schemes to guarantee selectivity and coordination. Therefore, studies about the impacts of this initiative are necessary as well as the main generators behavior analysis under short-circuits. In this dissertation, a distribution network was analyzed through successive electromagnetic transient simulations. The behavior of three types of distributed generators under shortcircuits was investigated by stability studies, voltage sag characteristics and reactive power support. Synchronous generators showed to present the best capability to ride through temporary faults on the grid. The impacts on overcurrent protection of increased shortcircuit currents due to the distributed generators and impacts of not disconnecting the generators during islanding situations were also analyzed. The outcomes showed that keeping distributed generators connected might lead to problems on the protection selectivity and coordination and deteriorate the transient behavior of generators / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:32:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LucianoJoseda_M.pdf: 4123648 bytes, checksum: 8230dacb74058918f80eb46ac227e7d6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo desta dissertação é investigar o grau de segurança da rede elétrica do Estado de São Paulo em relação ao risco da ocorrência de colapso de tensão. São considerados no estudo um número significativo de casos base (N-0) e casos com contingências simples (N-1). Métodos baseados no cálculo de curvas PV são utilizados para a avaliação das margens de estabilidade dos diferentes cenários de operação. No entanto, estes métodos não propiciam a identificação de barras ou áreas críticas do sistema do ponto de vista da estabilidade de tensão, as quais representam as melhores opções para a aplicação de medidas de reforço e/ou corretivas contra o problema de instabilidade. A técnica de análise modal é aplicada para a identificação de áreas críticas em relação à estabilidade de tensão, permitindo capturar as regiões da rede elétrica do Estado de São Paulo que requerem maior atenção. Utilizando a metodologia de análise modal foi ainda possível verificar a abrangência das contingências capturadas através do método da curva PV, possibilitando mensurar o impacto de cadacontingência como local, de área ou sistêmico. Os resultados desta pesquisa permitem concluir que a malha principal do Estado é redundante, não havendo a perda sistêmica da estabilidade de tensão para cenários de contingências simples / Abstract: This work investigates the security level of the transmission network of the State of São Paulo with respect to the occurrence of voltage collapse. A number of credible scenarios including base cases (N-0) and single contingency (N-1) cases are considered. PV curve methods are employed for evaluating the voltage stability margin for the selected set of operative scenarios. However, these methods do not provide the identification of critical buses or areas from the perspective of voltage stability, which represent the best options for the application of reinforcement/corrective measures against the instability problem. The modal analysis technique is applied for the identification of critical areas with respect to voltage instability, allowing the selection of the areas of the grid that request special attention. The modal analysis method also provide the means of quantifying the impact area of the contingencies captured through the PV curve method, providing a way of separating a set of credible contingencies into three groups as far as their impact: branch-wide contingencies, area-wide contingencies and system-wide contingencies. The results of this research leads to the conclusion that the main transmission network of the State of São Paulo is redundant, since no cases occurred of systemic loss of voltage stability due to single contingencies / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] O desenvolvimento e/ou a adaptação de métodos numéricos para aplicação em análises computacionais de estabilidade de sistemas elétricos no domínio do tempo costumam despertar interesse em função das dificuldades de solução das equações diferenciais e algébricas (EDAs) que representam a rede e seus componentes. Condições de operações muito carregadas e compensadas dificultam a solução, devido, p.ex., ao mau condicionamento da matriz Jacobiana, instabilidade numérica e singularidade. Uma dessas dificuldades pode surgir durante a solução de equações não lineares, especificamente no problema linear do tipo Ax = b. Para contornar estas e outras dificuldades, a presente tese procurou contribuir no aspecto numérico do problema destacando a aplicação do método iterativo Resíduo Mínimo Generalizado - GMRES na solução do problema. Optou-se por trabalhar na qualidade do pré-condicionador construído com base na matriz Jacobiana calculada no início do processo de solução. Verificou-se que, se esta matriz estiver bem condicionada, a qualidade do pré-condicionador resultante dela é boa para o GMRES atingir a convergência em poucas iterações. Comprovou-se através de experimentos numéricos com diferentes sistemas-teste e diferentes condições de operação, que o condicionamento da matriz Jacobiana é melhorado se escalonada, normalizada e reordenada antes da construção do pré-condicionador, resultando, de fato, num pré-condicionador de boa qualidade, agindo positivamente no desempenho do GMRES e consequentemente no processo global de solução. / [en] The development and/or adaptation of numerical methods when applied to power systems stability computer simulations in time domain are of interest due to the difficulties related to the solution of the algebraic differential equations (ADEs) which represent the network and its components. The solution of networks operating under heavy load conditions and extremely compensated is difficult due to the ill-conditioning of the Jacobian matrix, numerical instability and singularity. It can happen, for instance, when solving linear problems of type Ax = b. In order to overcome this and other difficulties, this thesis aims to contribute in the numerical aspect of the problem applying the Generalized Minimal Residual method – GMRES to solve the problem. The idea is to work over the preconditioner quality constructed based on the Jacobian matrix. It is shown that, if this matrix is well conditioned, the quality of the resulting preconditioner is good enough to the GMRES reaches convergence in few iterations. It is seen through numerical experiments using different test-systems and different operating conditions as well, that the Jacobian matrix conditioning is improved if scaled, normalized and reordered before the preconditioner construction, resulting, in fact, in a high quality preconditioner, improving the GMRES performance.

A variety of factors such as increasing electrical energy demand, slow expansion of transmission infrastructures, and electric energy market deregulation, are forcing utilities and system operators to operate power systems closer to their design limits. Operating under stressed regimes can have a detrimental effect on the rotor-angle stability of the system. This stability reduction is often reflected by the emergence or worsening of poorly damped low-frequency electromechanical oscillations. Without appropriate measures these can lead to costly blackouts. To guarantee system security, operators are sometimes forced to limit power transfers that are economically beneficial but that can result in poorly damped oscillations. Controllers that damp these oscillations can improve system reliability by preventing blackouts and provide long term economic gains by enabling more extensive utilization of the transmission infrastructure. Previous research in the use of artificial neural network-based intelligent controllers for power system damping control has shown promise when tested in small power system models. However, these controllers do not scale-up well enough to be deployed in realistically-sized power systems. The work in this dissertation focuses on improving the scalability of intelligent power system stabilizing controls so that they can significantly improve the rotor-angle stability of large-scale power systems. A framework for designing effective and robust intelligent controllers capable of scaling-up to large scale power systems is proposed. Extensive simulation results on a large-scale power system simulation model demonstrate the rotor-angle stability improvements attained by controllers designed using this framework.

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LeonardodeAraujo_D.pdf: 14156071 bytes, checksum: f544bd5c73e51000deee838abcc80fa7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Nesta tese é introduzida uma nova estratégia de controle que permite a síntese de indutâncias negativas para realização da compensação série de linhas de transmissão. O método, que é baseado na estratégia SDR (Síntese Direta de Reatâncias), opera com realimentação de estados e requer a medição de variáveis locais. Em relação aos métodos tradicionais, usando capacitores, a compensação através de indutância negativa pode ter desempenho superior, pois é possível conseguir sistemas mais estáveis, sem risco de ressonâncias, e com desempenho dinâmico superior, o que permite a realização de outras funções desejáveis, tais como o amortecimento de oscilações eletromecânicas e a compensação de cintilação luminosa. Dada a elevada potência requerida pela aplicação, sugere-se a utilização do Conversor Multinível em Cascata Assimétrico, que apresenta alto rendimento e é capaz de produzir uma tensão de saída de baixo conteúdo harmônico. Para este conversor, foi introduzida uma estratégia de controle que permite uma implementação sem que sejam necessárias fontes CC. Sugere-se também um procedimento para escolha do capacitor de filtragem que permite uma redução da corrente no conversor para uma dada condição de operação. São apresentados alguns estudos sobre a estabilidade da compensação série com indutância negativa. Para a técnica de controle proposta, são realizados estudos de autovalores, que permitem verificar a robustez com variação de parâmetros. Através de simulações, verificasse a estabilidade com a presença de elementos não modelados na planta, como capacitâncias parasitas. Também são apresentados estudos sobre a estabilidade para um modelo de simulação da ressonância subsíncrona, que considera o modelo do gerador e características mecânicas do eixo da turbina. Os resultados obtidos com estes estudos de estabilidade, bem com os resultados experimentais, indicam que a técnica proposta é viável para a aplicação / Abstract: This thesis introduces a new control strategy of realizing negative inductances with static converters for series compensation of transmission lines. The proposed method, which is basedon DRS (Direct Reactance Synthesis) technique, requires state feedback of variables that can be measured locally. The use of negative inductances instead of capacitors may yield performance improvement because there is no risk of resonance and it is possible to obtain higher stability margins and better dynamic performance. Consequently, it is possible to realize some useful functions that are not possible with conventional strategies, just as flicker ompensation and smoothing of electromechanical oscillations. Series compensation requires high power static converters and, due to this, the use of the Asymmetrical Cascaded Multilevel Converters (ACMC) is suggested. This high efficiency power converter is capable of producing a low THD output voltage using less power switches than other topologies. This thesis also introduces a DC control strategy for ACMC, which may allow negative inductance implementation with no DC sources. It is also suggested a design procedure for choosing the filter capacitance that reduces the required current capability of the power converter. Some studies regarding the stability of series compensation with negative inductances were carried on. For the new control strategy, it was possible to perform the eigenvalues analysis, that proved therobustness under some parameters variations. The stability considering elements that were not modeled, just as stray capacitances or generator and turbine shaft, were tested through simulations. The simulations and experimental results corroborate to prove that the control strategy is suitable for this application / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica