Este trabalho tem o objetivo de utilizar métodos de otimização não linear a fim de desenvolver uma metodologia eficiente para alocação de bancos de capacitores visando a eliminar violações de tensão em redes de distribuição. A aplicação de capacitores em paralelo a sistemas elétricos de potência é comumente empregada com o intuito de se obter melhor controle do fluxo de potência, gerenciamento do perfil de tensão, correção do fator de potência e minimização de perdas. Tendo em vista estes benefícios, a metodologia deste trabalho se dará por meio da resolução de um problema de programação não linear associada com a aproximação linear da relação potência reativa versus tensão para determinar o número, a localização e o dimensionamento dos bancos capacitores ao longo das linhas de distribuição. Desta forma, pretende-se minimizar a injeção de reativos e reduzir as perdas ativas totais de modo que todas as restrições de operação e de carga sejam atendidas. Os resultados são avaliados pelo programa GAMS (General Algebraic Modeling System), pelo MATLAB TM (Matrix Laboratory) e por um programa elaborado em Fortran, sendo possível analisar e descrever as contribuições alcançadas pelo presente trabalho, considerando que este é um tema de grande relevância para a operação e planejamento da expansão dos sistemas elétricos de potência. / This work aims to use nonlinear optimization methods to develop an efficient methodology for capacitor banks allocation to eliminate voltage violations in distribution networks. The application of capacitors in parallel to the electric power systems are commonly employed in order to have better control of power flow, voltage profile management, power factor correction and loss minimization. To achieve these benefits, the methodology of this work will be done through the resolution of a nonlinear programming problem associated with the linear approach of Voltage Variations versus Reactive Power Variation, calculating the number, location and optimal design of capacitor banks along distribution lines. Thus, it looks forward to minimize reactive power injection and reduce losses subject to meeting the operating and the loading constraints. The results are evaluated by the program GAMS TM (General Algebraic Modeling System), by Matlab TM (Matrix Laboratory) and by a program written in FORTRAN TM, being able to analyze and describe the contributions achieved by this work, considering it is a topic of great relevance to the operation and expansion planning of electric power systems.

Este trabalho tem o objetivo de utilizar métodos de otimização não linear a fim de desenvolver uma metodologia eficiente para alocação de bancos de capacitores visando a eliminar violações de tensão em redes de distribuição. A aplicação de capacitores em paralelo a sistemas elétricos de potência é comumente empregada com o intuito de se obter melhor controle do fluxo de potência, gerenciamento do perfil de tensão, correção do fator de potência e minimização de perdas. Tendo em vista estes benefícios, a metodologia deste trabalho se dará por meio da resolução de um problema de programação não linear associada com a aproximação linear da relação potência reativa versus tensão para determinar o número, a localização e o dimensionamento dos bancos capacitores ao longo das linhas de distribuição. Desta forma, pretende-se minimizar a injeção de reativos e reduzir as perdas ativas totais de modo que todas as restrições de operação e de carga sejam atendidas. Os resultados são avaliados pelo programa GAMS (General Algebraic Modeling System), pelo MATLAB TM (Matrix Laboratory) e por um programa elaborado em Fortran, sendo possível analisar e descrever as contribuições alcançadas pelo presente trabalho, considerando que este é um tema de grande relevância para a operação e planejamento da expansão dos sistemas elétricos de potência. / This work aims to use nonlinear optimization methods to develop an efficient methodology for capacitor banks allocation to eliminate voltage violations in distribution networks. The application of capacitors in parallel to the electric power systems are commonly employed in order to have better control of power flow, voltage profile management, power factor correction and loss minimization. To achieve these benefits, the methodology of this work will be done through the resolution of a nonlinear programming problem associated with the linear approach of Voltage Variations versus Reactive Power Variation, calculating the number, location and optimal design of capacitor banks along distribution lines. Thus, it looks forward to minimize reactive power injection and reduce losses subject to meeting the operating and the loading constraints. The results are evaluated by the program GAMS TM (General Algebraic Modeling System), by Matlab TM (Matrix Laboratory) and by a program written in FORTRAN TM, being able to analyze and describe the contributions achieved by this work, considering it is a topic of great relevance to the operation and expansion planning of electric power systems.

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Resumo: As redes elétricas de distribuição em sua maioria apresentam cargas elétricas desequilibradas. Por isso é necessário estudar as potências envolvidas em sistemas trifásicos desequilibrados e a compensação das mesmas. O desequilíbrio aumenta as perdas elétricas e diminui o fator de potência da rede elétrica. Esse trabalho propõe a compensação da potência reativa e do desequilíbrio na rede com a finalidade da diminuição das perdas elétricas e a compensação das componentes de sequência desequilibradas da corrente. A utilização da teoria da potência efetiva em sistemas desequilibrados permite calcular as potências reativas e de desequilíbrio, sendo estas as potências compensadas no método proposto. A teoria da potência efetiva mede a eficiência dos métodos testados. Os objetivos da compensação do desequilíbrio são reduzir as perdas elétricas no neutro e o fator de desequilíbrio da tensão, além da potência de desequilíbrio na rede, potência exclusiva do desequilíbrio e que não realiza trabalho. O método proposto para compensação do desequilíbrio e dos reativos na rede de distribuição a quatro fios consiste na alocação de capacitores em delta ou estrela nas barras trifásicas. O método proposto é comparado com dois métodos existentes na literatura. A comparação entre os métodos permite constatar que o método proposto é mais eficiente na redução do desequilíbrio conjuntamente com a compensação das perdas elétricas. Quanto maior é o desequilíbrio da rede elétrica maior é a vantagem da ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Distribution electrical networks mostly have unbalanced electrical loads. Therefore it is necessary to study the powers involved in unbalanced three-phase systems and their compensation. The unbalance increases the power losses and decreases the power factor of the electrical network. This work proposes the compensation of the reactive power and the unbalance in the network with the purpose of reducing the power losses and the compensation of the unbalanced sequence components of the current. The use of the effective power theory in unbalanced systems allows to calculate the reactive and unbalanced power, these being the powers compensated in the proposed method. Effective power theory measures the efficiency of the methods tested. The objectives of the unbalance compensation are to reduce the power losses in the neutral and the unbalance factor of the voltage, besides the unbalanced power in the network, exclusive power of the unbalance and that do not realize work. The proposed method for unbalance and reactive compensation in the four-wire distribution network consists of the allocation of delta or wye-connected capacitors to the three-phase bus. The proposed method is compared with two methods in the literature. The comparison between the methods allows to verify that the proposed method is more efficient in reducing the unbalance together with the compensation of the power losses. The greater the unbalance in power network, the greater the advantage of the compensation b... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

The reactive power and voltage level control in distribution networks are routine in a power. The customer s voltage levels legislation, allows to the customers with voltage levels out of the limits stipulated by Brazilian Electricity Regulatory Agency receive financial compensation by inadequate service. The coordinated adjust of the equipment, capacitor banks and voltage regulators allocation along the feeders are usual actions to ensure proper voltage levels to the customers. In Brazil, distribution networks are usually large with numerous and long low-voltage circuits. Based on the networks geo-referenced registers, the proposed algorithm uses computational intelligence techniques to optimize voltage levels and reactive power, considering the primary and secondary network distribution. This work provides a tool that will allow the specialist obtain the most cost-effective to simultaneous capacitor banks and voltage regulators allocation, optimizing the primary and secondary voltage levels in distributions networks, minimizing operating costs and losses. / O controle do perfil de tensão nas redes de distribuição é uma tarefa rotineira em distribuidoras de energia. Com uma legislação rígida sobre os níveis de tensão, as unidades consumidoras que estão com o fornecimento fora dos padrões estipulados pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) recebem compensação financeira pelo serviço inadequado. O ajuste coordenado dos equipamentos e a alocação de banco de capacitores e reguladores de tensão ao longo dos alimentadores são ações práticas para garantir níveis de tensão adequados aos consumidores. No Brasil, as redes de distribuição são longas com inúmeros circuitos de baixa tensão igualmente extensos. Tendo como base o cadastro georeferenciado das redes, o algoritmo proposto neste trabalho utiliza técnicas de inteligência computacional para otimizar os níveis de tensão e reativos no sistema de distribuição, considerando as redes primárias e secundárias de distribuição. Este trabalho traz uma ferramenta que permitirá ao especialista obter a melhor relação custo-benefício na alocação simultânea de bancos de capacitores e reguladores de tensão, otimizando os níveis de tensão nas redes primárias e secundárias, minimizando custos operacionais e perdas.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-04T19:04:18Z No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T01:56:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T01:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) Previous issue date: 2016-07-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um algoritmo baseado na técnica de otimização bio-inspirada denominada Monkey Search (MS) para alocação ótima de bancos de capacitores em sistemas de distribuição. O método proposto apresenta modificações e aprimoramentos da técnica MS para representar de forma adequada às características e restrições do problema de alocação de capacitores resultando em um novo algoritmo denominado Modified Monkey Search (MMS). O programa desenvolvido em MATLAB é utilizado para teste em diversos sistemas de distribuição. Os resultados obtidos apontam para um algoritmo com boa eficiência computacional. / This paper presents an algorithm based on bio-inspired optimization technique called Monkey Search (MS) for optimal allocation of capacitors in distribution systems. The proposed method presents modifications and enhancements of the MS technique to represent the characteristics and constraints of the problem related with capacitor allocation resulting in a new algorithm called Modified Monkey Search (MMS). The program developed in MATLAB is used to test multiple distribution systems. The results point to a computational efficient algorithm.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-21T17:53:15Z No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) Previous issue date: 2010-08-13 / A necessidade de redução do custo associado à operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica tem se tornado cada vez mais imperativa no cenário do setor energético. Uma das principais alternativas para resolver este problema é a minimização de perdas de potência ativa nos alimentadores de distribuição. A fim de reduzir as perdas, algumas práticas têm sido adotadas, como a alocação de capacitores em pontos estratégicos do sistema, bem como o ajuste de tapes de transformadores e reconfiguração de redes de distribuição. A solução de problemas desse tipo envolve complexos algoritmos de otimização não linear inteira mista. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma técnica especializada baseada na meta-heurística colônia de formigas para solucionar o problema de minimização de perdas nos sistemas de distribuição de energia elétrica através da alocação ótima de capacitores combinada ao ajuste de tapes, além de considerar restrições de violação de tensão. O algoritmo desenvolvido propõe modificações na estrutura básica do problema, a fim de obter resultados melhores. A metodologia proposta é aplicada a sistemas encontrados na literatura e resultados são comparados com outros métodos. / The reduce the cost associated with the operation of electric power distribution systems has become increasingly imperative in the setting of the energy sector. One of the main alternatives to solve this problem is to minimize power losses in distribution feeders. In order to reduce losses, some practices have been adopted, such as the allocation of capacitors at strategic points in the system as well as LTC adjustment and reconfiguration of distribution networks. The solution of such problems involves complex algorithms for nonlinear mixed integer optimization. Therefore, this paper presents a specialized technique based on meta-heuristic ant colony optimization to solve the problem of minimizing losses in electric power distribution systems through the optimal capacitor placement combined with the LTC adjustment, and consider constraints voltage violation. This algorithm proposes changes to the basic structure of the problem in order to obtain better results. The proposed methodology is applied to systems found in the literature and results are compared with other methods.