[pt] Este trabalho analisa o desempenho do Critério das Áreas Iguais Estendido na avaliação da estabilidade transitória de sistemas de potência. O Critério das Áreas Iguais Estendido consiste em representar o sistema multimáquina por um sistema equivalente de duas máquinas, que é, em seguida, reduzido a um sistema máquina-barra infinita, no qual é aplicado o conhecido critério das áreas iguais. A evolução no tempo do sistema máquina-barra infinita resultante é aproximada por uma série de Taylor truncada. As medidas de estabilidade calculadas, através de expressões algébricas simples, são o tempo crítico de eliminação de falta e a margem de segurança. A análise da estabilidade é feita, portanto, sem procedimentos de tentativa e erro. Os resultados são comparados com os obtidos utilizando um programa convencional de estabilidade transitória. / [en] This work evaluates the performance of the Extended Equal area Criterion for power system transient stability assessment. The Extended Equal Area Criterion consists in replacing the multimachine power system by an equivalent two machine system, which is further reduced to a one- machine-infinite-bus system. The well-know Equal Area Criterion is then applied to the latter system. The time evolution of the one-machine-infinite-bus system is approximated by a truncated Taylor s series. The stability measures are computed by simple algebraic expressions and the transient stability margin. These measures are computed by simple algebraic expressions and the stability analysis is performed without any trial and error procedures. The results are compared to those obtained using a conventional transient stability program.

[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.

[pt] Este trabalho envolve o desenvolvimento de um modelo de compensador estático do tipo reator saturado e sua implementação no programa de estabilidade transitória TRANSTAB, implantado no computador CYBER 170-835 da PUC/RJ. O modelo é composto por bancos de capacitores fixos, responsáveis pela geração de reativos, em paralelo com o reator saturado, responsável pela absorção de reativos. São obtidos em primeiro lugar as equações do modelo e, a partir destas, elabora-se o diagrama de blocos a ser implementado no programa. Vários testes (simulações digitais) são realizados utilizando sistemas de potência, sob condição de distúrbio. Os resultados obtidos são então comparados com outros da literatura e a partir daí se comprova a validade do modelo desenvolvido. Com a conclusão deste trabalho, o programa TRANSTAB passa a dispor de dois tipos de compensadores estáticos: Reator Saturado e Reator Controlado por Tiristores. / [en] The model comprises fixed capacitor banks, for the generation of reactive power, in parallel with the saturated reactor, for the absortion of reactive power. The model equations are obtained in first place and from them the block diagram is developed for implementation in the program. Tests are carried out (digital simulations) using power systems under disturbance conditions. The results are then compared with others from the literature to access the validity of the model. With the conclusion of this work the TRANSTAB program stay with two types of static compensators: Saturated Reactor Type and Thyristor Controled Reactor.

[pt] Programas de estabilidade transitória são ferramentas indispensáveis no planejamento e na operação de sistemas de potência. Compensadores estáticos têm por objetivo o controle de tensão em regime permanente e a melhoria da estabilidade transitória e dinâmica. São equipamentos modernos que encontram no sistema de transmissão brasileiro um vasto campo de aplicação. Este trabalho envolveu a implementação de um programa de estabilidade transitória (TRANSTAB) no computador CYBER 170-853 da PUC/RJ e a inclusão neste programa de um modelo de compensadores estáticos tipo reator controlador por tiristores e de uma rotina de geração de relatórios de saída. O TRANSTAB faz uso das mais modernas técnicas de simulação e está fartamente documentado ao longo deste trabalho. São feitas sugestões de inclusão de modelos que visam adequar o programa ao sistema elétrico brasileiro. Foi realizada uma rápida revisão acerca dos tipos, aplicados e princípios de funcionamento dos compensadores estáticos. O seu sistema de controle foi objeto de uma análise mais detalhada principalmente nos aspectos com a sua representação e modelagem em estudos de estabilidade. / [en] A transient stability program is a very important tool for power system planning and operation. Static compensators are designed to provide voltage control on normal operation and to improve the transient and dinamic stability. They are modern equipments with a great field of application on the brazilian transmission system. This work envolves the transient stability program (TRANSTAB) implementation in PUC´s computer (CYBER 170- 835) and the inclusion of a static compensator (Thyristor Controlled Reactor Type) model and a new output printout routine in this program. The TRANSTAB program makes use of the most recent simulation techniques and it is very well documented in this work. Suggestions are made on the inclusion of new equipment models, in order to extend the program modelling capability. A quick review is made on the static compensator types, applications, and functioning basics. Its control system is the object of a more detailed study, mainly on the aspects related to the modelling and representation on stability studies.

[pt] Equivalentes estáticos e dinâmicos de sistemas externos representam um importante papel tanto em projeto e planejamento bem como na operação de sistemas de energia elétrica (SEE), devido sobretudo à redução da complexidade do modelo conduzindo à melhoria da análise e do esforço computacional. Além desses aspectos, o uso de equivalentes contorna o problema da capacidade limitada de memória dos sistemas de computação e se enquadra na estrutura física e conceitual dos recentes minicomputadores. O modelo para o fluxo de potência de uma certa área de um sistema interligado exige uma representação satisfatória afim de simular corretamente o comportamento do seu estado permanente. Equivalente estático do sistema externo está diretamente ligado com esta representação. O objetivo do equivalente externo é obter o melhor modelo válido para uma faixa ampla de condições de operação. Os equivalentes dinâmicos são necessários para diferentes estudos em SEE onde o sistema interno é representado em detalhe e o sistema externo é representado pelo equivalente para simular os efeitos interativos do sistema externo no sistema interno para perturbações originadas no sistema interno. O grande valor deste tipo de simplificação reside no reconhecimento fornecido sobre a tendência dinâmica do sistema. Esta pesquisa apresenta métodos para obtenção de equivalentes tanto para estudos de fluxos de potência como de estabilidade transitória. / [en] The external system static and dynamic equivalents play na impotant role in electric power system desing and planning as well as in system operation. This is due to a reduction in modeling complexity leading to a saving in computing effort to analyse the system. In addition to that, the static and dynamic equivalents overcome the computer storage capacity limitation and are also suitable for the recent minicomputers. The load-flow model of a certain are an interconnected system requires a satisfactory representation of the ramaining areas in order to simulate its steady-state behavior correctly. External system static equivalent is concerned with this representation. The objective of external equivalencing is to obtain the best model over a wide range of operating conditions. The external system dynamic equivalents are needed for different system studies where the internal system is represented in detail and the external system is represented by the equivalent to simulate the interaction effects of the external system on the internal system for disturbances originating in the internal system. The greatest value of this type of system simplification lies in the insight it provides about the dynamic tendencing of the system. In this research, the equivalents obtained by the proposed methods are for load-flowand transient stability studies.

[pt] O cálculo de equivalentes dinâmicos baseados em coerência apresenta três etapas básicas: a identificação de geradores coerentes, a redução estática da rede e a agregação dinâmica dos modelos das unidades geradoras coerentes. Esta dissertação trata do problema da agregação dinâmica de modelos de estabilizadores aplicados em reguladores de tensão de geradores coerentes, visando o cálculo de equivalentes dinâmicos precisos para estudos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica. A determinação de um critério de escolha do melhor modelo equivalente, para uma dada composição de modelos de estabilizadores num grupo de geradores coerentes, é o objetivo principal. O ajuste dos parâmetros dos modelos equivalentes de estabilizadores dos grupos coerentes é realizado, a partir das respostas em freqüência dos modelos individuais de cada grupo, utilizando-se o método de Levenberg-Marquardt, o que caracteriza um problema de otimização multivariável. O desempenho dinâmico dos equivalentes calculados com a metodologia adotada é avaliado em um sistema teste. / [en] The calculation of coherency-based dynamic equivalents has three main steps: the identification of coherent generators, the network reduction and the dynamic aggregation of the coherent generating unit models. This dissertation deals with the problem of dynamic aggregation of power system stabilizer models to calculate coherency-based dynamic equivalents for power system transient stability studies. The determination of a criteria to choose the best equivalent model for a given composition of power system stabilizer models in a group of coherent generators is the main objective. The parameters of the power system stabilizer equivalent models for each group of coherent generating units are adjusted to match the frequency response of the individual models. This multivariable optimization problem is solved using the Levenberg-Marquardt method. The dynamic performance of the equivalents is evaluated in a test system.

[pt] Este trabalho, relacionado com a área de modelagem de cargas para estudos de estabilidade transitória de sistemas elétricos, tem por objetivo discutir a adequação dos modelos clássicos normalmente utilizados, bem como o aprimoramento e desenvolvimento de representações para cargas com características específicas. Inicialmente, são enfocados os aspectos das representações clássicas de cargas e, através de desenvolvimentos teóricos e estudos computacionais, ressaltadas as adequações destas estratégias ao contexto atual. Reconhecendo algumas limitações quanto às técnicas para a obtenção dos parâmetros de motores de indução, apresenta- se procedimentos sistematizados para o tratamento destes componentes de carga. Tendo em vista a busca da melhoria de modelos e respostas aos questionamentos a respeito da relevância da inclusão dos efeitos da variação da freqüência sobre as cargas e parâmetros da rede, o trabalho prossegue com investigações nesta direção. Objetivando a análise do desempenho dos modelos simplificados de cargas através de funções algébricas, são discutidas as propostas atuais e verificadas suas adequações aos estudos de estabilidade. Finalmente, considerando a importância atual das cargas conversoras estáticas, são desenvolvidos modelos apropriados e realizados os estudos necessários à incorporação de unidades retificadoras em programas de estabilidade. / [en] This work, involved with the load modeling for electrical system transiente stability analysis, aim to discuss the classical load models normally used, and to develop and improve representations of specific types of loads. Initially, aspects concerned with classical load representations are dealt with aiming to evaluate, through theoretical and computational analyses, the current employment of such models. Knowing that the techiques to obtain induction motor parameters are still deficient, this work presents some systematic procedures for the treatment of such loads. Additionally, it continues seeking improvements in electrical system component models and answers to the questions about the need for inclusion of the frequency variation effects on loads and network parameters. Moreover, it takes into account the tendencies of using simplified load models represented by algebraic expressions. Some recent proposals in this area are discussed and tested with a view to acess the perfomance of the models in stability studies. Finally, considering the present importance of static load converters, it is developed the related models and presented the necessary studies to include rectifier units in stability programs.

[pt] A metodologia empregada para o cálculo de equivalentes dinâmicos apresenta três etapas essenciais: a identificação de geradores coerentes, a redução estática da rede e a agregação dinâmica dos modelos das unidades geradoras coerentes. Dentre essas etapas, a última é a que menos tem sido tratada, e que vem requerendo maior desenvolvimento. Esta dissertação trata do problema da agregação dinâmica de modelos de sistemas de excitação de geradores coerentes, visando o cálculo de equivalentes dinâmicos para estudos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica. O principal objetivo é a determinação de um critério de escolha do melhor modelo equivalente para uma dada composição de modelos de sistemas de excitação num grupo de geradores coerentes. Os parâmetros dos modelos equivalentes dos sistemas de excitação dos grupos de unidades geradoras coerentes são ajustados numericamente a partir das respostas em frequência dos modelos individuais de cada grupo, utilizando-se o método de Levenberg-Marquardt, o que caracteriza um problema de otimização multivariável. Os desempenhos dinâmicos dos equivalentes propostos são avaliados em um sistema teste. / [en] The methodology used to calculate dynamic equivalents has three basic steps: the identification of the coherent groups of generating units, the network reduction and the dynamic aggregation of coherent generator models. Among these steps, the last one has not been studied lately and deserves more development. This disseration deals with the problem of dynamic aggregation of excitaion system models to calculate coherency-based dynamic equivalents for power system transient stability studies. The main objective is the determination of a criteria to choose the best equivalent model for a given composition of excitation system models in a group of coherent generators. The parameters of the excitation system equivalent model for cach group of coherent generating units are numerically adjusted to match the frequency response of the individual models. This is a multivariable otmization problem, which is solved using the Levenberg-Marquardt method. The dynamic performance of the proposed equivalents is evaluated in a test system.