[pt] Este trabalho analisa o fenômeno da estabilidade de tensão no domínio do tempo incluindo fenômenos rápidos (transitórios) e lentos (longo-termo). As diferentes formas de estabilidade existentes nos sistemas elétricos de potência são definidas e classificadas de acordo com a variável de interesse e com a amplitude do distúrbio. Utilizando-se um simples sistema elétrico de potência, verifica-se através de formulações dinâmicas fatores relevantes ao fenômeno da estabilidade de tensão. Investiga-se a influência de cargas do tipo potência constante e impedância constante sobre a estabilidade de tensão. Compensadores estáticos são incluídos nas análises e verifica-se a existência de regiões de operação onde as ações de controle não apresentam o efeito esperado. Investiga-se através de cenários o efeito adverso de dispositivos de controle com o limitador de sobre- excitação e o transformador de tape variável sobre a estabilidade de tensão. A partir de uma versão do programa de estabilidade transitória TRANSTAB, foram desenvolvidas duas versões do programa computacional VOLTDYN para simular no domínio do tempo o fenômeno da estabilidade de tensão. A primeira versão do programa Utiliza um algoritmo de integração de passo variável usando o método trapezoidal implícito enquanto que a segunda versão utiliza o método de Adams-Bashforth- Moulton. Diversos testes computacionais com as duas versões são realizados comprovando-se a importância desta forma de análise. / [en] This work is concerned with voltage stability analysis in time domain including transient and long-term time frames. Different power system stability forms are defined and classified according to the variable of interest and with the disturbance magnitude. Using a simple power system model, it is shown through dynamics formulations important aspects of the voltage stability phenomenon. Important aspects of load characteristics of constant power type and mixed (constant power/constant impedance) type on voltage stability are investigated. A static compensator model is included in the analysis and it is verified that under specific operation conditions the control actions are not efficient. Scenarios show the adverse effects of long-term control devices such as overexcitation limiters and under load tap changers on voltage stability. One version of the transient stability program TRANSTAB is modified in order to simulate transient and long-term voltage phenomena. The resulting modified computer program is called VOLTDYN. Two versions of the VOLTDYN progran are available. The first version uses a variable step-size algorithm based on the trapezoidal method. The other includes a variable step-size algorithm based on the Adams- Bashforth-Moulton method.

[pt] Tradicionalmente, as avaliações da confiabilidade composta de sistemas de potência têm enfatizado a análise de adequação, avaliando a capacidade dos sistemas de geração e transmissão em suprir todas as cargas considerando apenas os requisitos de desempenho estático. Este trabalho apresenta uma nova metodologia, que estende o conceito e as técnicas de avaliação da confiabilidade composta de modo a incluir os aspectos ligados a segurança. Isto exige a caracterização probabilística do desempenho dinâmico dos sistemas em termos da estabilidade transitória, bem como um melhor entendimento dos efeitos cascata decorrentes do desdobramento de uma seqüência de eventos. A metodologia apresentada baseia-se num processo de simulação seqüencial, que permite representar os possíveis desdobramentos de estados instáveis e especialmente os processos não-Markovianos envolvidos, como os processos de restauração. É calculado um conjunto de índices que mede o nível de segurança do sistema, e ainda permite avaliar o desempenho dos sistemas de proteção, esquemas de emergência e processos de restauração. A metodologia é aplicada ao sistema IEEE-MRTS, Permitindo identificar os fatores que mais influenciam a segurança do sistema, e ainda as relações entre os problemas de adequação e segurança. / [en] Traditionally, bulk power reliability evaluations have concentrated on the analysis of system adequacy, the ability of the generating and the transmission systems to supplhy all loadas within performance requirements. This work presents a new methodology that extends the scope of reliability evaluations to include probabilistic assessment of system security, involving considerations of transient stability and the effects of cascading sequences. The methodology is based on a sequential simulation process which is suitable for representing the effects of system disturbances and non-Markovian processes, like the restoration process. The calculated set of reliability indices may be used to measure the security level, and to evaluate the performance of the protection systems, emergency control schemes and restoration processes. The test system IEEE-MRTS is used to illustrate the application of the proposed methodology, identifying the features that are most influent to system security, and also the relationship between adequacy and security problems.

[pt] A expansão e a interligação de Sistemas de Energia Elétrica (SEE) tem enfatizado o uso de equivalentes dinâmicos pelas companhias de serviço de eletricidade, nos estudos de planejamento e operação, para representação das porções do sistema não pertinentes à sua área de atuação. Com a redução das dimensões do modelo do sistema obtém-se um aumento de velocidade dos estudos com minimização dos custos e do esforço computacional. Além desses aspectos o uso de equivalentes contorna o problema de capacidade limitada de memória dos sistemas de computação e se enquadra na atual estrutura física e conceitual dos minicomputadores. Em estudos de estabilidade de SEE, o objetivo básico de equivalentes dinâmicos é o de simular as reações do sistema externo quando ocorrem distúrbios no sistema interno. O grande calor deste tipo de simplificação reside em sua capacidade de reconhecer a tendência dinâmica do sistema. Esta pesquisa apresenta um método para cálculo de equivalentes dinâmicos para estudos de estabilidade transitória baseado na agregação de geradores que oscilam conjuntamente após uma dada perturbação. O modelo reduzido obtido por transformações topológicas, e constituído de parâmetros similares aos habitualmente empregados na modelagem de sistemas de energia elétrica sendo numericamente estável. Ao final, alguns resultados são apresentados no intuito de atestar a validade do método proposto. / [en] The spread and the interconection of Electrical Power Systems have been stressed the employment of dynamic equivalents by Electrical Power Companies for representing system áreas that they are not responsible for at planning and operation studies. Due to system model dimension reduction, studies have become faster with reduced costs and computational task requiriments. Besides, dynamic equivalents overcome computational system limited memory capability problems ant fit easily into the up-to-date phisical and coceptual structure of the minicomputers. As an aid to Electrical Power System Stability studies, the objective of the dynamic equivalents is to simulate external system. The great merit of this lind of overcoming is its ability on revealing the system dynamic trend. This research shows a method of computing dynamic equivalents for transitory stability studies based con the agregation of the generators that oscilate together from an initial perturbation on. The reduced model, got from topological transformations, is built of parameters that are similar to usually employed on Electrical Energy System modeling been numerically stable. At the end, some results are shown as an attempt to test the performance of the method.

abstract: On-line dynamic security assessment (DSA) analysis has been developed and applied in several power dispatching control centers. Existing applications of DSA systems are limited by the assumption of the present system operating conditions and computational speeds. To overcome these obstacles, this research developed a novel two-stage DSA system to provide periodic security prediction in real time. The major contribution of this research is to develop an open source on-line DSA system incorporated with Phasor Measurement Unit (PMU) data and forecast load. The pre-fault prediction of the system can provide more accurate assessment of the system and minimize the disadvantage of a low computational speed of time domain simulation. This Thesis describes the development of the novel two-stage on-line DSA scheme using phasor measurement and load forecasting data. The computational scheme of the new system determines the steady state stability and identifies endangerments in a small time frame near real time. The new on-line DSA system will periodically examine system status and predict system endangerments in the near future every 30 minutes. System real-time operating conditions will be determined by state estimation using phasor measurement data. The assessment of transient stability is carried out by running the time-domain simulation using a forecast working point as the initial condition. The forecast operating point is calculated by DC optimal power flow based on forecast load. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Electrical Engineering 2017

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-28Bitstream added on 2014-06-13T19:28:04Z : No. of bitstreams: 1 batista_mf_me_ilha.pdf: 3972180 bytes, checksum: 619117071d2971bec37b4fbde27e7368 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a relação entre os principais tipos de bifurcações que ocorrem em sistemas elétricos de potência e em quais ocasiões elas podem ocorrer em máquinas síncronas com ou sem RAT (Regulador Automático de Tensão). Para explorar tais fenômenos, primeiramente o sistema é modelado, sendo utilizado para o caso MBI (Máquina - Barramento In nito) o modelo um eixo e, então, a matriz de estado é calculada para a análise dos autovalores. Para os sistemas multimáquinas estudados, são incluídos dois enrolamentos amortecedores nos eixos d ¡ q. São então apresentados os métodos de análise de estabilidade transitória convencionais, amplamente utilizados, conhecidos como método Tradicional e Método Direto. As condições para a ocorrência de bifurcações são analisadas utilizando os coe - cientes linearizados do modelo de He ron-Phillips para o caso MBI, onde é mostrado que se espera perder a estabilidade para o sistema com regulador automático de tensão através de uma bifurcação de Hopf e para o caso sem RAT através de uma bifurcação Sela-Nó. Por m, é analisado o ciclo-limite para o caso de uma máquina - barramento in nito e para sistemas multimáquinas através do modelo não-linear. A região de estabilidade é analisada no plano de fase, sendo mostrada a necessidade de incluir a variação de uxo no enrolamento de campo para uma análise correta da estabilidade. É também mostrado que este ciclo-limite pode reduzir a fronteira de estabilidade calculada pelo método convencional. / The aim of this study is the relation among main types of bifurcations that occur in electrical power systems and the circumstances they can happen with the synchronous machines considered with or without AVR (Automatic Voltage Regulator). To explore such phenomena, the system is rst modeled with the synchronous machines described by the one axis model for the MIB (Machine - In nite Bus) case , and so the state matrix is computed for the analysis of its eigenvalues. For multimachine systems case two windings dampers are included in d-q axes. The conditions for the occurrence of bifurcations are analyzed using the coe cients of the He ron-Phillips model for MIB case, where it is shown that one expects the system with automatic voltage regulator lose synchronism through a Hopf bifurcation and for the case without RAT through a Saddle- Node Bifurcation. Finally, the nonlinear model is accounted for in order to consider the limit-cycle for the case of one machine - in nite bus case as well as for multimachine system. Since internal voltage a ects the boundary of the stability region it must be considered. Then the phase portrait does not su ce and the trajectories must to be observed in a sub space de ned with the internal voltage. It is also shown that this limit-cycle can reduce the boundary of stability calculated by means of the direct method.

Submitted by MARCOS JOSÉ GONÇALVES null (marcosjg@ig.com.br) on 2018-05-22T03:01:06Z No. of bitstreams: 1 Tese Marcos Jose Goncalves FINAL.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-05-22T12:09:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_mj_dr_ilha.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T12:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_mj_dr_ilha.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) Previous issue date: 2017-11-28 / Este trabalho apresenta um estudo sobre o controle de Sistema de Energia Elétrica (SEE) com vistas à melhoria da estabilidade transitória por meio da atuação de dispositivos FACTS, neste momento considerando os compensadores em derivação (SVC) e em série (TCSC). Propõe-se a inclusão, em dispositivos pré-existentes, a incorporação de um controle adicional visando atuação em face de transitórios eletromecânicos. A influência dos dispositivos sobre a capacidade de sincronização entre os pares de máquinas, avaliada por meio do fator de efeito é inserida na atuação dinâmica/transitória do sistema. A evolução da trajetória pós-falta do sistema é considerada em relação às fronteiras da chamada Região de Sincronização Positiva (RSP) e simulações foram realizadas usando os sistemas-teste Simétrico de duas áreas e New England para Lei de Controle proposta e conclui-se que esta é efetiva na melhoria da estabilidade transitória do Sistema de Energia Elétrica e, com aprimoramentos, poderá ser incluída em procedimentos de operação em tempo real. / The power system transient stability control is approached by means of FACTS devices, and at this first step the SVC and TCSC devices are considered. A certain device acts upon each pair of machines by means of their synchronization capability which is affected by the corresponding transfer admittance as repeated by the FACTS device. This influence is taken into account by means of a parameter named Effect Factor. The boundaries of a region surrounding the stable equilibrium point named Positive Stability Region are used as reference for critical trajectories and the control action intend to reverse the tendency of the trajectory of leaving this region. In view of the shown tested cases the results are very promising since the proposed control has conduced to improvements in fault critical clearing times and so it has potential to be included in online operation procedures.

Os métodos diretos são adequados à análise de estabilidade transitória em sistemas de potência, já que não requerem a resolução, integração numérica, do conjunto de equações diferenciais que representam o sistema. Os métodos diretos utilizam as idéias de Lyapunov associadas ao princípio de invariância de LaSalle para estimar a área de atração dos sistemas de potência. A grande dificuldade dos métodos diretos está em encontrar uma função auxiliar V, denominada função de Lyapunov que satisfaça as condições estabelecidas pelo Teorema de Lyapunov. Neste trabalho é realizada uma revisão bibliográfica das funções de Lyapunov utilizadas para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Analisa-se o problema da existência de funções de Lyapunov quando as condutâncias de transferência são consideradas. Utilizando-se de uma extensão do princípio de Invariância de LaSalle, apresenta-se uma nova função a qual é uma função de Lyapunov no sentido mais geral da extensão do princípio de invariância de LaSalle quando as condutâncias de transferência da matriz admitância da rede reduzida são consideradas. Estudou-se também a existência de funções de Lyapunov no sentido mais geral de extensão do princípio de invariância de LaSalle para modelos que preserva a estrutura da rede. Neste caso, infelizmente não encontramos uma função satisfazendo todas as hipóteses requeridas. / The direct methods are well-suited for transient stability analysis to power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The direct methods use the Lyapunov\'s ideas related to the LaSalle\'s invariance principle to estimate the power system attraction area. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliar function V, called Lyapunov function, which satisfies the conditions of Lyapunov\'s theorem. In this work, a bibliographic review of the Lyapunov functions used in transient stability analysis of power systems is done. The problem of existence of Lyapunov functions, when the transfer conductances are considered, is analysed. Using LaSalle\'s invariance principle extension, a Lyapunov function considering the transfer conductances is presented. The existence of Lyapunov functions for models that preserv the network structure was studied using the LaSalle\'s invariance principle. Unfortunately, in these cases, we did not find a function satisfing all the required hypothesis.

O método de Lyapunov, também conhecido como método direto, é eficiente para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Tal método possibilita a análise de estabilidade sem requerer o conhecimento das soluções das equações diferenciais que modelam o problema. A maior desvantagem da utilização dos métodos diretos, é sem dúvida encontrar uma função (V) que satisfaça as condições do Teorema de Lyapunov, ou seja, V > 0 e V \'< ou =\' 0. Durante muitos anos a inclusão das condutâncias de transferência na modelagem do sistema de potência, com a rede reduzida aos nós dos geradores, foi um assunto que despertou interesse em vários pesquisadores. Em 1989, Chiang provou a não existência de uma Função de Lyapunov para sistemas de potência quando as condutâncias de transferência são consideradas. Essas condutâncias de transferência são responsáveis por gerar regiões no espaço de estados onde tem-se V > 0, não satisfazendo as condições do Teorema de Lyapunov. Recentemente, Rodrigues, Alberto e Bretas (2000) apresentaram a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle, onde é permitido que a Função de Lyapunov possua, em algumas regiões limitadas do espaço de estados, a derivada positiva. Neste caso, estas funções passam a ser denominadas Funções de Lyapunov Estendidas (FLE). Neste trabalho, são utilizadas a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle e as Funções de Lyapunov Estendidas para a análise de estabilidade transitória, considerando o efeito das condutâncias de transferência na modelagem do problema. Para isto, são propostas Funções de Lyapunov Estendidas para modelos de sistemas de potência que não apresentam uma Função de Lyapunov no sentido usual. Essas FLE\'s são propostas tanto para sistemas de 1-máquina versus barramento infinito quanto para sistemas multimáquinas. Para a obtenção de boas estimativas do tempo de abertura, nos estudos de estabilidade transitória, é proposto um algoritmo iterativo. Este algoritmo fornece uma boa estimativa local da área de atração do ponto de equilíbrio estável de interesse. / The method of Lyapunov, one of the direct method, is efficient for transient stability analysis of power systems. The direct methods are well-suited for stability analysis of power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliary function (V) which satisfies the conditions of Lyapunov\'s Theorem V > 0 and V \'< or =\' 0. For many years the inclusion of the transfer conductances in the power system model, with the reduced network, is a issue of interest for several researchers. In 1989, Chiang studied the existence of energy functions for power systems with losses and he proved the non existence of a Lyapunov Function for power systems when the transfer conductance is taken into account. The transfer conductances are responsible for generating regions in the state space where the derivative of V is positive. Therefore, the function V is nor a Lyapunov Function, because its derivative is not semi negative definite. Recently, an Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle has been proposed by Rodrigues, Alberto and Bretas (2000). This extension relaxes some of the requirements on the auxiliary function which is commonly called Lyapunov Function. In this extension, the derivative of the auxiliary function can be positive in some bounded regions of the state space and, for distinction purposes, it is called, as Extended Lyapunov Function. Inthis work, the Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle and the Extended Lyapunov Function are used for the transient stability analysis of power systems with the model taking transfer conductances in consideration. For at purpose in this research, Extended Lyapunov Functions for power system models which do not have Lyapunov Functions in the usual sense are proposed. Extended Lyapunov Functions are proposed for a single-machine-infinite- bus-system and multimachine systems. For obtaining good estimates of the critical clearing time in transient stability analysis, an iterative algorithm is proposed. This algorithm supplies a good local estimate of the attraction area for the post fault stable equilibrium point.

O crescimento da demanda de energia e das interligações entre os Sistemas Elétricos de Potência, assim como a necessidade de prestação de melhores serviços exigem que as técnicas de análise destes sejam cada vez mais rápidas e refinadas. Dentre estas técnicas, as análises de estabilidade transitória através de métodos energéticos são estudadas e o desenvolvimento de técnicas computacionais que permitam a análise em tempo real da estabilidade transitória é o principal objetivo deste trabalho. Os métodos energéticos são métodos diretos adequados à aplicações em tempo real, pois obtém informações a respeito da estabilidade diretamente das equações diferenciais do sistema, sem a necessidade do conhecimento das soluções das equações diferenciais. A aplicação de métodos energéticos aos estudos de estabilidade transitória evoluiu significativamente nos últimos anos. Esta evolução culminou com o desenvolvimento do método BCU. Este método está fundamentado no conceito de ponto de equilíbrio de controle e portanto, garante apenas a existência ou a estabilidade do primeiro \"swing\". Embora este seja um método eficiente, existe uma grande quantidade de casos que são estáveis no primeiro \"swing\", mas o sistema perde a estabilidade em \"swings\" subseqüentes. Para resolver este problema, desenvolveu-se uma técnica de estimativa do parâmetro amortecimento para o caso de uma máquina versus barramento infinito. Estima-se o amortecimento necessário que a máquina deverá possuir tal que a estabilidade nos \"swings\" subseqüentes seja garantida. Esta metodologia é utilizada em conjunto com o BCU garantindo a satisfação da condição de transversalidade exigida no desenvolvimento teórico deste método. Maiores investigações serão necessárias para estimar os amortecimentos em sistemas multimáquinas. / The increase of load demand and interconnection between power systems as well as the necessity of offering better customer services require fast and refined techniques to analyze these systems. In particular, the transient stability analysis is studied and the development of computational techniques suitable to real-time transient stability analysis is the main aim of this work. The energetic methods are direct methods suitable to real-time applications because they obtain qualitative information about the system without the knowledge of the differential equation solutions. The application of energetic methods to the transient stability analysis developed significantly in the last years. This evolution culminated with the development of the BCU method. This method is based on the concept of controlling equilibrium point, therefore it only guarantees the existence of the first swing. In spite of the efficiency of this method, there exists a high number of cases where the BCU predicts stability to the first swing but the system becomes unstable or loses synchronism in future swings. In order to solve this problem, a methodology to estimate the damping coefficient was developed to the machine versus infinite bus case. The damping coefficient that must be applied to the machine to guarantee the stability in future swings is estimated. This methodology is used together with the BCU method guaranteeing the satisfying of the transversality condition required by the BCU theory. Further investigations must be carried out to extend the methodology to multimachine systems.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de algoritmos para análise de estabilidade transitória com esforço computacional reduzido. Com este propósito é desenvolvido uma metodologia para o equivalente dinâmico, a qual é um resultado da eliminação das barras de cargas providas com diferentes modelagens: PQ como constante, PQ como função de tensão e PQ como função de tensão e frequência. O sistema elétrico de potência é reduzido à barras geradoras internas através do método clássico de determinação de equivalentes desenvolvidos por Ward. Uma versão melhorada do equivalente de Ward atualiza a injeção de corrente equivalente nas barras geradoras internas através da utilização das Unidades Medidoras de fasores (PMU\'s) que fornecem os desvios angulares de potência das unidades geradoras e ele uma matriz ele sensibilidade W. A atualização da injeção ele corrente equivalente nas barras geradoras internas é efetuada através da matriz de sensibilidade W para cada novo ponto ele operação. A técnica utilizada para o desenvolvimento da matriz de sensibilidade W foi feita atráves da linearização da equação do fluxo de carga não linear e considerando diferentes modelagens das cargas. Programas que levam em consideração os aspectos acima foram desenvolvidos onde as diferentes modelagens de cargas são incorporadas. Para isto, o sistema AEP de 14 barras foi utilizado como teste para este projeto. / The development of algorithms for analysis of transient stability with reduced computational effort is the main objective of this work. With that purpose a methodology to build reduced equivalents of a power system in a dynamic way is developed. The expression for the injected equivalent currents at the generator buses, is a result of load buses elimination corresponding to different load models, that is: constant PQ loads, PQ as voltage dependency model,as well as PQ as voltage and frequency dependency models. The electric power system is reduced to the generator buses only, using the classic methodology for equivalents developed by Ward. An improved version for the Ward equivalent updates the injected equivalent currents at the generator buses through the use of the phasor measurement units (PMU\'s) and a sensitivity matrix W; those units give the power angle deviation of the generators when some perturbation is applied to the system. In the process of correcting the injected equivalent currents the sensitivity matrix W is updated every time the operating point changes significatively. The technique used in developing the sensitivity matrix W was made through linearization of the load flow equations applied to the different load models. Computer programs taking the considerations above mentioned were developed. The AEP-14 bus power system was used to test the models proposed on this work.