[pt] Esta dissertação apresenta uma metodologia para a correção do perfil de tensão dos barramentos de um sistema elétrico de potência. Esta correção corresponde a um redespacho de potência reativa efetuada através de mudança das tensões-base nas barras com geração variável de potência reativa, da mudança dos tapes dos transformadores, e do chaveamento de bancos de capacitores/reatores em paralelo. O método consiste na resolução da equações nodais não lineares de fluxo de carga e das equações associadas aos limites violados. Isto é feito através do método de Newton- Raphson. O modelo linearizado, utilizado em cada iteração do método de Newton-Raphson, é reduzido à parte reativa utilizando- se a técnica de acoplamento implícito com a parte ativa (CRIC) sugerida pro J. Carpentier. Como o sistema linearizado admite infinitas soluções escolheu-se aquela que minimiza o desvio quadrático da tensão de todos os barramentos do sistema e dos tapes dos transformadores. Isto é feito através do uso da matriz inversa generalizada de Moore-Penrose. / [en] This dissertation presents a methodology for correction of the bus voltage profile of an electric power system. This correction corresponds to a redispach of reactive power which is effected by means of voltage set-point changes in buses with variable generation of reactive power, transformer tap changes and shunt capacitors/reactors swithing. The proposed method consists of solving the non-linear power flow equations as well as the equatios associated with violated limits. This is done by using the Newton- Raphson method. The linearized model used in each iteration of the Newton- Raphson method is reduced to the reactive part by means of Carpentier s Reactive Implicit Coupling (CRIC) technique. As the linearized system admits several solutions, it is chosen the one which minimizes the quadratic deviation of all bus voltages and transformer taps. This is done by means of Moore-Penrose generalized inverse matrix.

[pt] Study of the UPCF applied to long lines O avanço da eletrônica de potência e de sua aplicação em Sistemas Elétricos de Potência proporcionaram uma nova tecnologia denominada FACTS - Flexilble AC Transmission Systems . Sob o conceito FACTS, encontram-se encontram-se equipamentos para a compensação da potência reativa, regulação de tensão e controle estático e dinâmico do fluxo de potência ativa em linhas de transmissão. Os equipamentos FACTS atualmente pesquisados vêm apresentando novas perspectivas de controle para os sistemas de potência até então não verificadas com o uso de compensadores convencionais. Dentre os equipamentos FACTS pesquisados está o Compensador Generalizado. O Compensador Generalizado oferece a possibilidade de um controle simultâneo e independente do fluxo de Potência ativa e das tensões nas barras do sistema. O objetivo principal deste trabalho é analisar o funcionamento do Compressor Generalizado em regime permanente aplicado a linhas longas. É avaliado sua situação operando numa linha de 2400 km. Dois casos extremos foram abordados: compensação sob carga nominal e compensação sob rejeição de carga. Os resultados obtidos com o Compensador Generalizado foram comparados com os resultados prévios obtidos através de uma compensação realizada com o uso de capacitores série e reatores em derivação. Desta forma, foram verificadas as vantagens oferecidas pelo Compensador Generalizado em relação a outros equipamentos e as possibilidades oferecidas aos sistema de transmissão face às novas alternativas de controle de fluxo de potência proporcionadas. / [en] The improvement of power electronics and its application in Power Systems introduced a new technology denominated FACTS - Flexible AC Transmission Systems. The FACTS concept includes equipment for reactive compensation, voltage regulation and static and dynamic control of the active power flow in transmission lines. The FACTS equipment under recent researches is showing new perspectives for power systems controlling, which were not achieved with conventional compensators. Among the researched FACTS equipment, there is the Unified Power Flow Controller. The UPFC provides a simultaneous and independent control of the active power flow and the voltages in the system. The main objective of this study is to analyze the steady state operation of the UPFC applied to long lines, specially the case fo a 2400 km line. Two extreme cases are discussed: compensation under rated load and compensation under load rejection. The obtained results with the UPFC are compared with previous results from a compensation performed with series capacitors and shunt reactors. Thus, this study presents the advantages of the UPFC in regard of other equipment and the possibilities offered to the transmission systems due to the new provided alternatives for power flow controlling.

[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] Dia a dia, técnicas mais avançadas são citadas e utilizadas na análise de sistemas de potência. Os métodos de resolução de fluxo de potência têm merecido especial atenção na medida em que são utilizados em diversos estudos. Programas digitais têm sido elaborados especialmente para cada determinada aplicação prática, onde são definidas as necessidades de rapidez de convergência, de requisitos de memória e de confiabilidade da solução, fatores que quase sempre são interdependentes. A introdução de algoritmos de ajuste convencionais e automáticos da solução de um fluxo de potência em um método moderno chamado Rápido desacoplado é o objeto de estudo do presente trabalho. São analisados os seguintes controles: Tensão na barra primária de um transformador com variação de taps sob condições de carga; fluxo de potência ativa entre áreas do sistema; geração de reativos em barras de tensão controlada; tensão em barras de carga; tensão em barras de carga remotas (sem geração de reativos). Para o bom entendimento da necessidade de se escolher o algoritmo adequado, para cada tipo de aplicação prática, são apresentados conceitos de condicionamento, ordenação e fatorização triangular da matriz representativa do sistema de potência em análise. / [en] Today we can see more and more advanced tecniques being used in the power system analysis. Researchers have been giving more attention to the power flow solution methods because they are used in various studies. Specific digital programes have been elaborated for each pratical application, when the necessities of the convergence rate, memory requests and the confiability of the solutions are defined. In the majority of cases, these factors are interdependent. The topic of this paper is the introduction of conventional and authomatic algorithms for adjusted solutions of pawer flow in a modern methos namad Fast Decoupled. The following controls are analysed: Load-Tap-Changing-Tranformer; Phase-Shifter; Area Interchange Control; Reactive Constraints; Voltage Constraints in PQ-Bus and remote-Bus. Concepts of consition, ordenation and trangular factorization of the power system representative matrix are showed in order to emphasize the necessity of selection of the most convenient algorthm for each practical application.

[pt] Sistemas de isolamento de vibrações são utilizados em uma grande variedade de aplicações (automóveis, edifícios, estruturas espaciais como aeronaves, satélites e em máquinas rotativas) para reduzir a transmissão de vibrações mecânicas geradas por equipamentos ou a eles transmitidas pela vizinhança. Um isolamento é obtido inserindo-se um componente mecânico (isolador) que desempenha o papel de vínculo entre o sub-sistema que contém a perturbação e o sub-sistema a ser isolado. Duas são as quantidades geralmente utilizadas para avaliar a efetividade de um sistema de isolamento: a transmissibilidade e a potência. Neste trabalho foi utilizada a potência, sendo esta uma metodologia mais geral que pode ser facilmente utilizada em sistemas complexos, mas que tem a desvantagem de ser de difícil avaliação experimental. Nesta tese, serão simulados numericamente vários sistemas de isolamento passivo por componentes rígidos ou flexíveis, os quais serão modelados por suas respectivas matrizes de mobilidade ou impedância. Estas matrizes serão obtidas por métodos analíticos ou numéricos dependendo da conveniência de cada caso específico. Os projetos tradicionais de sistemas de isolamento geralmente consideram uma excitação unidirecional e avaliam somente algumas componentes da resposta do sistema, isso devido as limitações impostas pelo conceito da transmisibilidde usados nesses projetos. Além disso, eles não dão a devida importância a alguns parâmetros essenciais de configuração geométrica do sistema (localização e ângulo de inclinação dos isoladores, localização dos apoios de base, etc.). No presente trabalho, será mostrada a relevância desses parâmetros mencionados anteriormente no processo de busca das configurações ótimas e também se verá como essas configurações são fortemente dependentes do tipo de excitação do sistema, para isso serão utilizadas combinações de excitações harmônicas multidirecionais. / [en] Vibration isolation systems are used in a large variety of applications (automotive, buil- dings, spatial structures such as aircrafts, satellites and in rotating machines) in order to reduce the transmission of mechanical vibrations from the equipments toward the foun- ation or viceversa. An isolation is obtained inserting a mechanical component (isolator) that acts as a link between the source subsystem and the isolated subsystem. There are two quantities generally used to evaluate the e®ectiveness of a isolation system: the trans-missibility and the power transmitted. In this work, it has been used the power, being this the most generic methodology that can be easily used in complex systems, but it has the disadvantage of a di±cult experimental validation. In this thesis, it will be studied numerically several passive isolation systems with rigid or °exible components, these will be modeled by theirs mobility or impedance matrices. This matrices are achieved by analytical or numerical methods depending of the convenience in each case. Generally traditional projects of isolation systems consider a unidirectional excitation and evaluate only some components of the response system, this occurs for the limitations in the trans-missibility use. Moreover, they do not give an appropriate attention to some parameters of geometrical con¯guration of the system (location and angle inclination of the isolators, location of the base supports, etc.). Herein, it will be shown the relevance of this pa-rameters in the search process of optimal con¯gurations and it will be also see how they depend strongly on the kind of the system excitation, so it will be used some combinations of multidirectional harmonic excitations. / [es] Los sistemas de aislamiento de vibraciones son utilizados en una gran variedad de aplicaciones (automóbiles, edificios, extructuras espaciales como aeronaves y en máquinas rotativas) para reducir la transmisión de vibraciones mecánicas generadas por los equipos. Se obtiene un aislamiento insertando un componente mecánico (aislante) que desempeña el papel de vínculo entre el subsistema que contiene la perturbación y el subsistema que se desea aislar. Generalmente son dos las cantidades utilizadas para evaluar la efectividad de un sistema de aislamiento: la transmisibilidad y la potencia. En este trabajo se utiliza la potencia, pués al ser una metodología más general, puede ser utilizada en sistemas complejos, pero tiene la desventaja de ser de díficil evaluación experimental. En esta tesis, serán simulados numéricamente varios sistemas de aislamiento pasivo por componentes rígidos o flexibles, que serán modelados por sus respectivas matrices de movilidad o impedancia. Estas matrices se obtendrán por métodos analíticos o numéricos según convenga. Los proyectos tradicionales de sistemas de aislamiento, debido a las limitaciones impuestas por el concepto de transmisibilidad utilizada, consideran una excitación unidireccional y evalúan solamente algunas componentes de la respuesta del sistema. Además de eso, ellos no dan la debida importancia a algunos parámetros escenciales de configuración geométrica del sistema (localización y ángulo de inclinación de los aislantes, localización de los apoyos de base, etc.). En este trabajo, se muestra la relevancia de los parámetros mencionados anteriormente en el proceso de búsqueda de las configuraciones óptimas y también se verá como esas configuraciones son fuertemente dependientes del tipo de exitación del sistema. Para esto se utilizaran combinaciones de exitaciones armónicas multidireccionales.

[pt] O uso da representação de modelos completos em estudos de sistemas de potência pode levar a indesejados níveis de esforço computacional e imprecisão devido às incertezas e complexidade dos sistemas modernos. Para endereçar este problema de tratabilidade, métodos de redução de redes buscam criar um modelo simplificado, com dimensão reduzida, de um dado sistema de potência. As técnicas atuais consideram apenas um ponto de operação no processo de redução falhando em desempenho para uma grande variedade de condições operativas. Adicionalmente, a solução para o fluxo de potência CA (não linear) apresenta pior performance computacional, mas melhor precisão quando comparada à sua contraparte linear (solução para fluxo de potência CC). Infelizmente, a aproximação do fluxo de potência CC desconsidera a perda de energia nas linhas e os efeitos das não linearidades devido as mudanças nos níveis de tensão e potências reativas no sistema. Neste contexto, um novo modelo de fluxo de potência equivalente baseado em otimização é proposto. Assim, para superar as limitações relativas a performance computacional e as imprecisões para multiplos cenários operativos, utilizamos o modelo proposto para produzir um método de redução baseado no fluxo CC, que apresenta bom desempenho em variados pontos operativos. Neste caso, a solução de um problema de otimização linear, que considera múltiplos cenários de fluxo CA ou medições do sistema, determina os parâmetros da rede equivalente. Para garantir a precisão do modelo, consideramos um conjunto de cargas artificiais para representar o desbalanço entre os cenários observados e a resposta da rede equivalente. Estas cargas artificiais são funções polinomiais do ponto operativo do sistema, e seus coeficientes são cootimizados com os parâmetros da rede reduzida. A Analise de Componentes Pincipais é utilizada para extrair as componentes relevantes do vetor de cargas que define um ponto operativo, reduzindo a dimensão do modelo, e melhorarando o desempenho out–of–sample. A metodologia é testada contra o equivalente Ward para diferentes condições operativas. Casos de estudo com dados gerados são apresentados com o objetivo de analisar a capacidade de generalização do modelo para diferentes níveis de ruído. Por fim, um caso de estudo com perfís de carga realísticos oriundos de uma companhia de distribuição brasileira é conduzido no sistema de teste IEEE 118–Bus. / [en] The use of full model representation in power system studies may lead to undesirable levels of computational burden and inaccuracy due to modern system complexities and uncertainties. To address the tractability issue, network reduction methods aim to create a simplified model, with reduced dimension, of a given power system. Current techniques consider only one operating point in their reduction process, falling short in properly performing for a wide range of operating conditions. Additionally, a nonlinear AC power flow solution features worse computation performance, but better accuracy when compared against its linearized counterpart (DC power flow solution). Unfortunately, the DC power flow approximation disregards the line losses and nonlinear effects due to changes in voltage levels and reactive power. In this context, we propose a novel optimization–based framework to create equivalent power flow models. Thus, to overcome the computational performance limitations and imprecision for multiple operating scenarios, we use the proposed framework to produce a DC–based network reduction method that performs well in many operating points. The solution of a linear optimization problem, which considers multiple AC power flow scenarios or network measurements, determines the equivalent network parameters. To ensure modeling accuracy, we consider a set of artificial dynamic loads to represent the mismatch between observed scenarios and the response of the equivalent. These artificial loads are polynomial functions of the operating point, and their coefficients are co-optimized with the reduced network parameters. Principal Component Analysis (PCA) is used to extract the relevant components of the load vector defining the operating point, reducing the equivalent model dimensionality, and improving out–of–sample performance. We test the methodology against traditional Ward equivalent for different operating conditions. We present case studies with generated data to investigate the model generalization capability for different noise levels. Finally, we conduct a case study based on realistic load profiles from a Brazilian distribution company within the IEEE 118–Bus test system.

[pt] No atual modelo econômico do setor elétrico, é necessário identificar os agentes beneficiados pelos serviços ancilares à transmissão de potência de forma a alocar adequadamente os custos de investimento, de operação e manutenção do equipamento necessário para a prestação do serviço. Entre os serviços ancilares, destaca-se o suporte de potência reativa para a regulação de tensão. Este trabalho apresenta um método baseado nos multiplicadores de Lagrange de um problema de otimização associado ao cálculo das medidas corretivas necessárias para lidar com níveis de tensão inadequados. Dois critérios de otimização são definidos: mínimo corte de carga e mínima alocação de potência reativa. Os multiplicadores de Lagrange definem a responsabilidade de cada barra quando ocorrem violações de tensão no sistema. O método permite não só identificar as barras beneficiadas pelo equipamento de compensação de potência reativa como também alocar os custos entre elas. É priorizada a confiabilidade do sistema, analisando as contingências possíveis e considerando suas respectivas probabilidades de ocorrência. O programa computacional NH2, desenvolvido pelo CEPEL, é a ferramenta básica para o desenvolvimento deste trabalho. O método é aplicado, a título de ilustração, ao sistema IEEE - RTS de 24 barras e ao sistema da Área Rio. Os resultados obtidos são comparados com um método já existente, que define fatores de alocação de custos medindo os benefícios às barras devido ao suporte de potência reativa. Esta comparação, benefício x responsabilidade, e a própria teoria dos dois métodos, mostram que o método proposto identifica mais adequadamente as barras e os respectivos fatores para a repartição dos custos. / [en] It is important to identify the agents that take advantage of the ancillary services for system operation in the nowadays electricity market. The actual economic design requires that the costs of investment, operation and maintenance of the necessary equipment should be properly allocated between these agents. Among the ancillary services, the reactive power support for voltage regulation is quite important. It is presented a method that identifies the buses that take advantage of the reactive power equipment and allocates the costs between each one of them. The power system reliability is taken into account. The analysis considers possible contingencies and their respective probability of occurrence. The computer program NH2, developed by CEPEL, is the main tool for the development of this work. The method is based on the Lagrangian multipliers of an optimal power flow problem (OPF) associated to corrective measures necessary to deal with voltage violations. Two different objective functions are used: minimum load shedding and minimum reactive power injection. The Lagrangian multipliers define the responsibility of each bus when system voltage violations occur. For the purpose of illustration, the method is applied on the 24 bus IEEE Reliability Test System and on Área Rio system. Results are compared with those produced by other existing method that defines cost allocation factors measuring the benefit due the reactive support. This comparison, benefit x responsibility, and the theory used by both methods, show that the proposed method identifies more appropriately the buses and the corresponding factors to allocate the costs.

[pt] Em alguns países, os sistemas de energia elétrica estão operando próximos aos seus limites devido à falta de investimentos para expansão da transmissão e crescimento natural da demanda de energia elétrica. Esta condição de operação também pode ocorrer em sistemas de potência nos quais a expansão da transmissão é realizada de forma adequada. Neste caso, o carregamento excessivo da rede de transmissão é geralmente originado pela perda de interligações que transportam grandes blocos de energia. Os dois cenários de operação descritos acima têm causado problemas de Estabilidade de Tensão em sistemas de energia elétrica. Os estados de instabilidade de tensão são caracterizados principalmente pela presença de dois mecanismos: a insolubilidade das equações de fluxo de potência e a perda de controlabilidade. Os distúrbios que originam estes dois mecanismos são de natureza aleatória. Conseqüentemente, os índices de estabilidade de tensão, usados para analisar a perda de controlabilidade e a insolubilidade, são variáveis aleatórias. Desta forma, a análise de estabilidade de tensão deveria reconhecer incertezas associadas com parâmetros da rede elétrica, tais como: flutuações de carga e disponibilidade dos equipamentos. Geralmente, a modelagem de incertezas na análise de estabilidade de tensão é realizada usando os seguintes métodos probabilísticos: a Simulação Monte Carlo e a Enumeração de Estados. O principal índice estimado por estes métodos é o risco de instabilidade de tensão. Entretanto, o cálculo do risco de instabilidade de tensão é geralmente realizado contabilizando apenas um dos mecanismos causadores dos cenários de instabilidade de tensão. Além disso, a severidade dos estados de instabilidade de tensão não tem sido devidamente investigada. O objetivo desta tese é desenvolver um método para realizar uma análise probabilística da estabilidade de tensão que contabilize os dois mecanismos causadores da instabilidade de tensão no cálculo do seu risco. Serão também propostos índices probabilísticos, baseados na Análise de Robustez, para expressar a severidade dos estados de instabilidade de tensão. O método proposto se baseia na combinação das seguintes técnicas: Enumeração de Estados, Simulação Monte Carlo, Método da Matriz D’ e Fluxo de Potência Ótimo Não-Linear. Os métodos de Enumeração de Estados e Simulação Monte Carlo são usados para selecionar os estados do sistema resultantes de falhas nos equipamentos e erros de previsão de carga. A identificação da perda de controlabilidade e a restauração da solubilidade dos estados selecionados são realizadas pelo Método da Matriz D’ e pelo Fluxo de Potência Ótimo, respectivamente. A combinação dos métodos citados acima foi usada para obter os seguintes índices probabilísticos: risco de instabilidade de tensão, valores esperados da margem de estabilidade de tensão para as barras, e probabilidades dos estados de robustez. Os resultados dos testes com o método proposto revelaram que as probabilidades de estados instáveis, associados aos dois mecanismos causadores da instabilidade de tensão, são bastante significativas. Adicionalmente, a Análise de Robustez permitiu identificar a causa raiz e a severidade dos problemas de instabilidade de tensão. / [en] In some countries, the electric power systems are operating near to their limits due to the absence of investments in the transmission network expansion and natural growth of the electricity demand. This operation condition can also occur in electric power systems in which the transmission expansion is carried out in appropriate way. In this case, the excessive loading of the transmission network is usually originated by the loss of interconnections that transport large energy blocks. The two operation scenarios described above have caused Voltage Stability problems in the electric power systems. The voltage instability states are mainly characterized by the presence of two mechanisms: the unsolvability of the power flow equations and the controllability loss. The disturbances that originate these two mechanisms are of stochastic nature. Consequently, the voltage instability indices, used to analyze the unsolvability and controllability loss, are random variables. In this way, the voltage stability assessment would recognize the uncertainties associated with the parameters of the electric network, for example: load fluctuations and equipment availability. Generally, the uncertainties modeling in the voltage stability is carried out using the following probabilistic methods: the Monte Carlo Simulation and the State Enumeration. The main index estimated by these methods is the voltage instability risk. However, the voltage instability risk evaluation is usually carried out considering only one of the mechanisms that cause voltage instability scenarios. Furthermore, the severity of the unstable states has not been properly investigated. The aim of this thesis is to develop a method to carry out a probabilistic assessment of the voltage stability that take into account the two mechanisms that cause the voltage instability in the evaluation of its risk. Probabilistic indices, based on Well-Being Analysis, are also proposed to express the severity of the voltage instability states. The proposed method is based on the combination of the following techniques: State Enumeration Method, Monte Carlo Simulation, D’ Matrix Method and Nonlinear Optimal Power Flow. The State Enumeration and Monte Carlo Simulation Methods are used to select the system states resulting of equipment failures and load forecast errors. The identification of the controllability loss and the solvability restoration of the power flow equations for the selected states are carried out by the D’ Matrix Method and by the Nonlinear Optimal Power Flow, respectively. The combination of the methods cited above was used to obtain the following probabilistic indices: voltage instability risk, expected value of the voltage instability margin for the buses, and Well-Being states probabilities. The results of the tests with the proposed method revealed that the probabilities of unstable states, associated with the two voltage instability mechanism, are very significant. Additionally, the Well-Being Analysis was able to identify the root cause and the severity of the voltage instability problems.

[pt] Atualmente, o fenômeno de instabilidade de tensão representa uma das principais barreiras à operação estável das redes de energia elétrica, que tendem a crescer e a se tornarem cada vez mais interconectadas. A dificuldade de manter um perfil de tensão aceitável aumenta substancialmente e a estabilidade de tensão na operação dos sistemas elétricos deve ser preservada ao máximo, a fim de evitar os graves efeitos que a sua perda acarreta ao sistema. Esta dissertação atua na operação do sistema de energia elétrica, mais especificamente na área de operação em tempo real, onde é importante se conhecer a proximidade da condição operativa atual do sistema daquela que corresponde ao ponto crítico de estabilidade. Tal conhecimento permite que ações preventivas sejam realizadas no sentido de se evitar a instabilidade. O objetivo do trabalho é, a partir da comparação entre a margem sistêmica e a margem nodal, calculadas respectivamente pelo Fluxo de Potência Continuado e pelo método da Matriz D, determinar um critério para a margem de capacidade de carga, do ponto de vista de estabilidade de tensão, para a operação segura. No evento de cada contingência, calcula-se o maior crescimento de carga (margem), a partir do caso base, onde os índices nodais ainda são positivos. Define-se como margem mínima a menor dessas margens. A abordagem proposta foi avaliada através dos resultados obtidos com uma versão modificada do chamado sistema Nordic32. / [en] Currently, the phenomenon of voltage instability represents one of the main barriers to the stable operation of electric power networks, which tend to grow and become increasingly interconnected. The difficulty of maintaining an acceptable voltage profile increases substantially and the voltage stability in the operation of the electrical systems must be preserved to the maximum extent in order to avoid the serious effects that its loss entails on the system. This dissertation works in the operation of the electrical system, more specific in the area of operation in real time, where it is important to know the proximity of the operational condition of the current system that corresponds to the critical point of stability. Such knowledge allows preventive actions to be taken in order to avoid instability. The determination of appropriate margins for the various activities carried out in the electric power systems is not a trivial task, motivating the development of this dissertation. The objective of the work is from the comparison between a systemic margin and the nodal margin, calculated respectively by the Continued Power Flow and by the Matrix D method, to determine a criterion for the load capacity margin from the voltage stability point of view, for safe operation. In the event of each contingency, the largest growth (margin) is calculated from the base case, where the nodal indices are still positive. The smallest margin is defined as the minimum margin. The proposed approach was evaluated through the results obtained with a modified version of the so-called Nordic32 test system.

[pt] O cálculo do fluxo de potência em uma rede elétrica consiste em determinar o estado da rede, os fluxos e perdas elétricas nas linhas e as perdas internas totais no sistema. Nesse tipo de problema, a modelagem do sistema é estática e a rede é representada por um conjunto de equações e inequações algébricas. Diferentes métodos de solução foram propostos na literatura para realizar cálculos de fluxo de potência. No entanto, para redes de distribuição, esses métodos devem ser capazes de modelar, com detalhes suficientes, algumas características únicas desses sistemas, como sua estrutura quase radial, a natureza desequilibrada das cargas e a inserção de geradores distribuídos. Além disso, a modelagem do padrão de consumo nos sistemas de distribuição é mais complexa e os parâmetros das linhas são mais difíceis de serem obtidos, quando comparados com o sistema de transmissão. Portanto, a aplicação de métodos tradicionais para cálculos de fluxo de potência em redes de distribuição pode levar a soluções divergentes. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma nova abordagem para cálculos de fluxo de potência em sistemas de distribuição, baseada em Machine Learning. Os modelos propostos utilizam Redes Neurais Artificiais (RNAs) para prever as perdas ativas internas de uma rede de distribuição e os fluxos de potência nas fronteiras com o sistema de transmissão. Simulações numéricas demonstram o desempenho eficiente da abordagem proposta, além de suas vantagens computacionais em relação aos softwares normalmente utilizados nesse tipo de estudo pois, uma vez treinadas, as RNAs podem aproximar, de modo extremamente rápido, cálculos de fluxo de potência, já que apenas operações matriciais são realizadas. Além disso, o trabalho apresenta uma aplicação da metodologia proposta: as previsões, obtidas pela RNA, para os fluxos nas fronteiras com a rede de transmissão foram utilizadas para gerar contratos ótimos de demanda para um sistema de distribuição real no Brasil. / [en] The power flow calculation on an electric network consists of determining the network s state, power flows and electrical losses on the lines, and total losses on the feeder. In this type of problem, the system s modeling is static, and the network is represented by a set of algebraic equations and inequations. Different solution methods were proposed in the literature to perform power flow calculations. However, for distribution networks, these methods must be able to model, with sufficient details, some unique features of these systems, such as their near radial structure, the unbalanced nature of the loads, and distributed generators insertion. Besides that, modeling the consumption pattern in distribution systems is more complex, and the line parameters are more difficult to be obtained when compared to the transmission system. Hence, applying traditional methods for power flow calculations in distribution networks may lead to divergent solutions. Within this context, this work proposes a new approach for power flow calculations in distribution systems based on Machine Learning. The proposed models use Artificial Neural Networks (ANNs) to predict the active internal losses of a distribution network and the power flows at the borders with the transmission system. Numerical simulations demonstrate the effective performance of the proposed approach, as well as its computational advantages over benchmark software programs since, once trained, ANNs can approximate power flow calculations extremely fast, as only matrix operations are needed. Moreover, the work presents an application of the ANN methodology proposed: predictions of the flows at the borders with the transmission network were used to generate optimal demand contracts for a real distribution system in Brazil.