Neste trabalho são exploradas as potencialidades e efeitos de possíveis aplicações do UPFC (Unified Power Flow Controller) em redes elétricas. Este recente equipamento da família FACTS, apesar de mais complexo, apresenta rapidez e versatilidade de respostas que podem justificar sua aplicação em redes elétricas. São apresentados modelos matemáticos deste dispositivo, para regime permanente e transitório, utilizando transformações para coordenadas ortogonais. Com base nas respostas obtidas, durante as simulações das aplicações estudadas, pode-se constatar que a tensão série e seu posicionamento angular, introduzidos pelo UPFC, desempenham um importante papel no controle rápido e eficiente do fluxo de potência. Como contribuição deste trabalho, explorou-se a conexão do conversor shunt ao enrolamento terciário de autotransformadores, demonstrando a viabilidade do controle do fluxo de potência nestes equipamentos de transformação. O esquema proposto, instalado em transformadores em paralelo, eleva a disponibilidade de operação do UPFC, aumentando a flexibilidade operativa do sistema em implementações práticas. Através da formulação apresentada, o transformador de acoplamento shunt, convencionalmente utilizado pelo UPFC, apresenta dimensões reduzidas. Foi também examinada a possibilidade de limitação de correntes de curto-circuito, equilibrados ou não, com a ação dos controles do UPFC, particularmente, aprofundando a análise do seu desempenho mais eficiente diante de curtos monofásicos. Os resultados satisfatórios obtidos permitem considerar a viabilidade de limitação destas correntes como um subproduto interessante da atuação deste dispositivo FACTS. / In this thesis, the UPFC (Unified Power Flow Controller) various capabilities and effects for possible network applications, are studied. Although its structure is relatively more complex, when compared to the other FACTS controllers, its fast response and versatility can justify its application within the network. By utilising the orthogonal co-ordinates transform both the steady-state and transient mathematical models of the UPFC, are presented herein. Based on the results obtained and regarding the applications studied, it can be stated that the UPFC series voltage along with its phase angle play an important role for the fast and efficient control of the power flow. As a contribution of the present work, it has been proposed the connection of the shunt converter to the tertiary winding of autotransformers, demonstrating in this way the feasibility for controlling the power flow over such transforming assets. The proposed scheme, which regards two paralleled transformers, offers the UPFC a high operation availability increasing the system operative flexibility in actual implementations. By means of the proposed approach, the shunt coupling transformer, usually utilised in a classical UPFC configuration, presents a reduced size. Also, by utilising the UPFC control actions, it has been examined the possibility of short-circuit limitation over balanced and unbalanced circuits. Particularly, it has been analysed the UPFC most efficient performance towards line-to-ground faults. The satisfactory results obtained lead to consider the UPFC feasibility in limiting such currents; this, as an interesting by-product of this FACTS device action.

Neste trabalho são exploradas as potencialidades e efeitos de possíveis aplicações do UPFC (Unified Power Flow Controller) em redes elétricas. Este recente equipamento da família FACTS, apesar de mais complexo, apresenta rapidez e versatilidade de respostas que podem justificar sua aplicação em redes elétricas. São apresentados modelos matemáticos deste dispositivo, para regime permanente e transitório, utilizando transformações para coordenadas ortogonais. Com base nas respostas obtidas, durante as simulações das aplicações estudadas, pode-se constatar que a tensão série e seu posicionamento angular, introduzidos pelo UPFC, desempenham um importante papel no controle rápido e eficiente do fluxo de potência. Como contribuição deste trabalho, explorou-se a conexão do conversor shunt ao enrolamento terciário de autotransformadores, demonstrando a viabilidade do controle do fluxo de potência nestes equipamentos de transformação. O esquema proposto, instalado em transformadores em paralelo, eleva a disponibilidade de operação do UPFC, aumentando a flexibilidade operativa do sistema em implementações práticas. Através da formulação apresentada, o transformador de acoplamento shunt, convencionalmente utilizado pelo UPFC, apresenta dimensões reduzidas. Foi também examinada a possibilidade de limitação de correntes de curto-circuito, equilibrados ou não, com a ação dos controles do UPFC, particularmente, aprofundando a análise do seu desempenho mais eficiente diante de curtos monofásicos. Os resultados satisfatórios obtidos permitem considerar a viabilidade de limitação destas correntes como um subproduto interessante da atuação deste dispositivo FACTS. / In this thesis, the UPFC (Unified Power Flow Controller) various capabilities and effects for possible network applications, are studied. Although its structure is relatively more complex, when compared to the other FACTS controllers, its fast response and versatility can justify its application within the network. By utilising the orthogonal co-ordinates transform both the steady-state and transient mathematical models of the UPFC, are presented herein. Based on the results obtained and regarding the applications studied, it can be stated that the UPFC series voltage along with its phase angle play an important role for the fast and efficient control of the power flow. As a contribution of the present work, it has been proposed the connection of the shunt converter to the tertiary winding of autotransformers, demonstrating in this way the feasibility for controlling the power flow over such transforming assets. The proposed scheme, which regards two paralleled transformers, offers the UPFC a high operation availability increasing the system operative flexibility in actual implementations. By means of the proposed approach, the shunt coupling transformer, usually utilised in a classical UPFC configuration, presents a reduced size. Also, by utilising the UPFC control actions, it has been examined the possibility of short-circuit limitation over balanced and unbalanced circuits. Particularly, it has been analysed the UPFC most efficient performance towards line-to-ground faults. The satisfactory results obtained lead to consider the UPFC feasibility in limiting such currents; this, as an interesting by-product of this FACTS device action.