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 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.

Direct methods are an alternative for power system transient stability analysis to avoid the enormous computational efforts of conventional time-domain method. The development of direct methods in last three decades makes it an effective potential approach to both on-line security assessment and off-line analysis tools. Among the direct methods, the Boundary of stability region based Controlling Unstable equilibrium point (BCU) method is the most successful, having a sound theoretical basis and practical application in power systems. It finds the controlling UEP of the original system via a reduced-state system. This thesis investigates the development of direct methods and the related theoretical foundation. Several widely used direct methods are presented and compared. The theoretical foundation and computational issues of BCU methods are discussed. Incorporation of more realistic power system models can be incorporated in BCU methods is introduced. Based on BCU method, some small system cases are tested for a given fault. / text

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um programa computacional para análise de contingências, no contexto da estabilidade transitória, capaz de identificar as contingências críticas do sistema elétrico de potência via métodos diretos. A análise de estabilidade é realizada em diversas etapas, onde serão aplicados diversos filtros, baseados em métodos de análise de ilhamento, não existência de pontos de equilíbrio, PEBS, BCU e simulação computacional, no domínio do tempo, do sistema. Em cada etapa da análise, os casos serão classificadas como sendo estáveis, instáveis ou incertos segundo diferentes critérios, restando portanto, ao fim de cada etapa, um conjunto menor de possíveis contingências críticas. A metodologia proposta foi desenvolvida para modelos de SEPs com rede reduzida, porém as técnicas discutidas neste trabalho aplicam-se também a modelos que preservam a estrutura do sistema de transmissão. / The main objective of this work is to design a transient stability screening contingency program that is able to identify all critical contingencies in an electric power system using direct methods. The stability assessment is performed through several steps by mean of filters based on islanding detection, nonexistence of equilibrium points, PEBS, BCU and time-domain simulation of the power system. In each step of the analysis, all cases are classified as stable, unstable or uncertain cases by different criteria, resulting at the end of each step in a small number of possible critical contingencies. The proposed methodology was designed for reduced models of electric power systems, but all the techniques discussed in this work are also suitable for preserving structure models.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um programa computacional para análise de contingências, no contexto da estabilidade transitória, capaz de identificar as contingências críticas do sistema elétrico de potência via métodos diretos. A análise de estabilidade é realizada em diversas etapas, onde serão aplicados diversos filtros, baseados em métodos de análise de ilhamento, não existência de pontos de equilíbrio, PEBS, BCU e simulação computacional, no domínio do tempo, do sistema. Em cada etapa da análise, os casos serão classificadas como sendo estáveis, instáveis ou incertos segundo diferentes critérios, restando portanto, ao fim de cada etapa, um conjunto menor de possíveis contingências críticas. A metodologia proposta foi desenvolvida para modelos de SEPs com rede reduzida, porém as técnicas discutidas neste trabalho aplicam-se também a modelos que preservam a estrutura do sistema de transmissão. / The main objective of this work is to design a transient stability screening contingency program that is able to identify all critical contingencies in an electric power system using direct methods. The stability assessment is performed through several steps by mean of filters based on islanding detection, nonexistence of equilibrium points, PEBS, BCU and time-domain simulation of the power system. In each step of the analysis, all cases are classified as stable, unstable or uncertain cases by different criteria, resulting at the end of each step in a small number of possible critical contingencies. The proposed methodology was designed for reduced models of electric power systems, but all the techniques discussed in this work are also suitable for preserving structure models.

O presente trabalho tem como objetivo investigar a presença de diferentes escalas de tempo nos modelos matemáticos que descrevem a dinâmica dos sistemas elétricos de potência (SEPs), em particular a existência de duas escalas de tempo distintas: lenta e rápida, e explorá-las no estudo de estabilidade transitória destes sistemas através da utilização de métodos diretos (funções energia). Em particular, o método do Ponto de Equilíbrio Instável de Controle (CUEP) para modelos com duas escalas de tempo será estudado e aplicado na análise de estabilidade transitória de SEPs. As bases teóricas para a análise de estabilidade transitória, de sistemas com duas escalas de tempo, serão apresentadas, assim como funções energia e novos algoritmos numéricos para o cálculo do CUEP nestes sistemas, a fim de evidenciar as melhorias e possíveis limitações deste novo método CUEP em duas escalas de tempo quando comparado ao método CUEP tradicional. Explorando as escalas de tempo lenta e rápida na análise de estabilidade transitória, espera-se que novos algoritmos numéricos mais robustos para o cálculo do CUEP sejam obtidos, assim como a diminuição do conservadorismo dos resultados. / The main objective of this work is to investigate the existence of several time-scales in the mathematical models of electric power systems, in particular the existence of two-time scales: slow and fast, and exploit these features in the direct transient stability assessment. In particular, the Controlling Unstable Equilibrium Point (CUEP) method is studied for two-time scale models of power systems and applied to transient stability analysis. In order to accomplish this aim, a sound theoretical basis for two-time scale transient stability analysis of electric power system models will be provided, as well as energy functions and new numerical algorithms for proper two-time scale CUEP calculations, with the purpose of investigating improvements and possible limitations of this method when compared with the traditional CUEP method. Exploiting the two-time scale features of power system models, it is intended to obtain new robust numerical algorithms for transient stability analysis, as well as to diminish the conservativeness of the results.

O presente trabalho tem como objetivo investigar a presença de diferentes escalas de tempo nos modelos matemáticos que descrevem a dinâmica dos sistemas elétricos de potência (SEPs), em particular a existência de duas escalas de tempo distintas: lenta e rápida, e explorá-las no estudo de estabilidade transitória destes sistemas através da utilização de métodos diretos (funções energia). Em particular, o método do Ponto de Equilíbrio Instável de Controle (CUEP) para modelos com duas escalas de tempo será estudado e aplicado na análise de estabilidade transitória de SEPs. As bases teóricas para a análise de estabilidade transitória, de sistemas com duas escalas de tempo, serão apresentadas, assim como funções energia e novos algoritmos numéricos para o cálculo do CUEP nestes sistemas, a fim de evidenciar as melhorias e possíveis limitações deste novo método CUEP em duas escalas de tempo quando comparado ao método CUEP tradicional. Explorando as escalas de tempo lenta e rápida na análise de estabilidade transitória, espera-se que novos algoritmos numéricos mais robustos para o cálculo do CUEP sejam obtidos, assim como a diminuição do conservadorismo dos resultados. / The main objective of this work is to investigate the existence of several time-scales in the mathematical models of electric power systems, in particular the existence of two-time scales: slow and fast, and exploit these features in the direct transient stability assessment. In particular, the Controlling Unstable Equilibrium Point (CUEP) method is studied for two-time scale models of power systems and applied to transient stability analysis. In order to accomplish this aim, a sound theoretical basis for two-time scale transient stability analysis of electric power system models will be provided, as well as energy functions and new numerical algorithms for proper two-time scale CUEP calculations, with the purpose of investigating improvements and possible limitations of this method when compared with the traditional CUEP method. Exploiting the two-time scale features of power system models, it is intended to obtain new robust numerical algorithms for transient stability analysis, as well as to diminish the conservativeness of the results.

As técnicas de análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência desenvolveram-se significativamente nas últimas duas décadas. Atualmente, o principal desafio dos pesquisadores é a obtenção de técnicas que sejam adequadasa análises em tempo real. Neste sentido, as idéias de Liapunov associadas ao Princípio de Invariância de LaSalle têm sido utilizadas para estimar a bacia de atraçãoo dos sistemas de potência. Embora esta filosofia seja bastante adequada a análises de estabilidade em tempo real, existem alguns obstáculos que impedem a aplicação da mesma à análise de sistemas reais. Dentre estes obstáculos poder-se-ia destacar a impossibilidade de utilização de modelos mais realísticos e a limitação da análise ao primeiro "swing". Em verdade, estes obstáculos estão intimamente relacionados com as limitações do Princípio de Invariância de LaSalle. Para superar estes problemas, propõe-se, neste trabalho, uma extensão deste princípio que é mais geral e portanto mais flexível do que o original. Aproveitando esta maior flexibilidade, duas aplicações em análise de estabilidade transitória são abordadas, ambas com o objetivo de reduzir os obstáculos anteriormente mencionados. Na primeira, propõe-se uma nova função energia para sistemas de potência com perdas nas linhas de transmissão. Mostra-se que esta é uma função de Liapunov no sentido mais geral da extensão do Princípio de Invariância de LaSalle, podendo portanto ser empregada para estudos de estabilidade. Na segunda, uma metodologia de análise de estabilidade multi-"swing" é proposta com base em uma análise de coerência de geradores.

As técnicas de análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência desenvolveram-se significativamente nas últimas duas décadas. Atualmente, o principal desafio dos pesquisadores é a obtenção de técnicas que sejam adequadasa análises em tempo real. Neste sentido, as idéias de Liapunov associadas ao Princípio de Invariância de LaSalle têm sido utilizadas para estimar a bacia de atraçãoo dos sistemas de potência. Embora esta filosofia seja bastante adequada a análises de estabilidade em tempo real, existem alguns obstáculos que impedem a aplicação da mesma à análise de sistemas reais. Dentre estes obstáculos poder-se-ia destacar a impossibilidade de utilização de modelos mais realísticos e a limitação da análise ao primeiro "swing". Em verdade, estes obstáculos estão intimamente relacionados com as limitações do Princípio de Invariância de LaSalle. Para superar estes problemas, propõe-se, neste trabalho, uma extensão deste princípio que é mais geral e portanto mais flexível do que o original. Aproveitando esta maior flexibilidade, duas aplicações em análise de estabilidade transitória são abordadas, ambas com o objetivo de reduzir os obstáculos anteriormente mencionados. Na primeira, propõe-se uma nova função energia para sistemas de potência com perdas nas linhas de transmissão. Mostra-se que esta é uma função de Liapunov no sentido mais geral da extensão do Princípio de Invariância de LaSalle, podendo portanto ser empregada para estudos de estabilidade. Na segunda, uma metodologia de análise de estabilidade multi-"swing" é proposta com base em uma análise de coerência de geradores.

Orientador: Juércio Tavares de Mattos / Banca: Paulina Setti Riedel / Banca: Sérgio dos Anjos Ferreira Pinto / Banca: Ricardo Vedovello / Banca: Valter Casseti / Resumo: Apresenta-se a problemática do assunto Zoneamento Ecológico-Econômico (ZEE), a polêmica em torno dele e suas atribuições como instrumentos político e técnico para ordenamento territorial. A hipótese do trabalho foi definida com base na situaçãoproblema ZEE Tocantins, discutindo-se os procedimentos metodológicos e métodos usados. Assumiu-se que o mapeamento e o zoneamento geotécnico tenham uma importante aplicação no ZEE, sobretudo pela forma com que as unidades são caracterizadas, quer seja diretamente ou indiretamente. Demonstrou-se que o mapeamento geotécnico, embasado em unidades de compartimentação do meio físico classificadas por atributos inerentes ao ZEE, permite melhorar a percepção acerca dos usos potenciais da terra, pretendidos em um projeto de ZEE, principalmente pela possibilidade de elaboração de cartas específicas ou de síntese. Trabalhou-se criteriosamente na descrição dos processos de: (i) montagem e organização de uma base de dados geográficos para facilitar e permitir o desenvolvimento das atividades que se apóiam tecnologicamente em SIG e sistema de processamento digital de imagens de sensores remotos; (ii) aplicação do método Seplan-TO usado no ZEE Norte do Estado do Tocantins para a geração do plano de zoneamento ambiental, com ênfase na compartimentação ambiental (unidade territorial básica - UTB); (iii) aplicação do mapeamento geotécnico com base no Método Vedovello para a geração de um plano de zoneamento geoambiental, com ênfase na compartimentação ambiental (unidade básica de compartimentação - UBC) e inclusão de fatores bióticos; e (iv) comparação e avaliação dos resultados obtidos pela aplicação dos diferentes métodos com o intuito de indicar aquele que deve ser usado para estudos de ZEE no Tocantins. Os focos da avaliação foram a compartimentação do meio físico e a execução do ZEE em termos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The problematics of the subject Ecological-Economic Zoning (EEZ) is presented, as well as the controversy about it and its role as a political and technical instrument for a territorial ordenation. The hypothesis was defined based on the EEZ Tocantins problem-situation, discussing the methodological procedures and methods used. It was assumed that geotechnical mapping and zoning have an important application in the EEZ, particularly by the way the units are characterized, whether directly or indirectly. It was demonstrated that a geotechnical mapping based on compartmentalization units of the physical medium and classified by attributes inherent to the EEZ permits to improve the perception about the potential uses of land as intended in a EEZ project, particularly due to the possibility of preparing specific or synthetic charts. A judicious work was performed in the description of the processes of: (i) assembly and organization of a geographic data bank in order to facilitate and permit the development of the activities technologically supported by SIG and a digital image-processing system with remote sensors; (ii) application of the Seplan-TO method used at EEZ Northern of the State of Tocantins for generating the environmental zoning plan, emphasizing the environmental compartmentalization (basic territorial unit - BTU); (iii) application of the geotechnical mapping based on Vedovello Method for generating a geoenvironmental zoning plan emphasizing the environmental compartmentalization (basic compartmentalization unit - BCU) and inclusion of biotic factors; and (iv) comparison and assessment of the results obtained by the application of the different methods, with the intent of indicating that one that should be used for EEZ studies at Tocantins. The assessment was focused on the compartmentalization of the physical medium and the execution of the EEZ in terms of repeatability ...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor