CAPES / As variações de tensão de curta duração são perturbações típicas nos sistemas de distribuição de energia elétrica que afetam de forma significativa a qualidade da energia. Os equipamentos típicos para a regulação de tensão dispostos nas redes de distribuição em geral não são capazes de mitigar variações de tensão de curta duração. Entretanto, as unidades de geração distribuída conectadas aos sistemas de distribuição, considerando estratégias de controle adequadas, podem ser capazes de mitigar variações de tensão de curta duração nas proximidades do ponto de conexão. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a mitigação de variações de tensão de curta duração a partir da utilização de unidades eólicas de geração baseadas em gerador síncrono de imã permanente (GSIP) conectado a rede por um conversor estático de potência. A mitigação das variações de tensão é feita por meio de uma malha de controle suplementar proposta aplicada ao controle tradicional do conversor do lado da rede. A estratégia de controle proposta explora a capacidade de operação em sobrecarga de corrente da unidade eólica e é capaz de mitigar variações de tensão de curta duração em sistemas de distribuição. A malha de controle suplementar proposta limita a geração de potência reativa na capacidade máxima de sobrecarga da unidade geradora, respeitando o limite térmico do conversor estático de energia. Além da malha de controle suplementar, uma metodologia baseada em estudos estáticos de fluxo de potência é proposta com o objetivo de avaliar a capacidade de regulação de tensão da geração eólica associada à malha de controle proposta. A capacidade da malha de controle proposta em mitigar as variações de tensão de curta duração é avaliada por meio de simulações não lineares no domínio do tempo envolvendo uma rede de distribuição com cargas concentradas. Diferentes níveis de inserção da geração eólica na rede de distribuição e outros fatores que impactam diretamente na regulação de tensão são considerados nos testes realizados. Os estudos realizados demonstram que utilização da estratégia de controle proposta aplicada a unidades eólicas de geração pode contribuir significativamente para a manutenção do perfil de tensão durante ocorrências de variações de tensão de curta duração. / The short duration voltage variations are typical disturbances that significantly affect the power quality in distribution systems. The typical devices for voltage support and regulation, distributed along the distribution networks, are generally not capable of mitigating short duration voltage variations. However, distributed generation units connected to the distribution system, when associated with suitable control strategies, can be able to mitigate short duration voltage variations. In this context, this paper proposes the mitigation of short duration voltage variations by using wind power generating units based on permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the network by static power converter. The voltage variation mitigation is performed by means of a supplementary control loop added to the traditional control of the grid-side converter. The proposed control strategy takes advantage of the overload capability of the wind generation unit and it is able to mitigate short duration voltage variations in distribution systems. The proposed supplementary control loop limits the generated reactive power based on the overload capability of the generation unit, avoiding that the power electronic converter exceeds its thermal limit. Besides the proposed supplementary control loop, a methodology based on power flow studies is proposed in order to evaluate the voltage regulation capability of the wind generation associated with the proposed control loop. The performance and effectiveness of the control strategy proposed to mitigate short duration voltage variations is evaluated by means of time-domain non-linear simulations regarding a distribution network with lumped load. Different levels of integration of wind generation on the distribution network and other factors that directly impact on voltage regulation are considered in the tests. The performed evaluations have demonstrated that the proposed control strategy, applied to wind generation units, can significantly contribute to the maintenance of the voltage profile of distribution systems during the occurrence of short duration voltage variations.

Thesis (MTech (Quality)--Cape Peninsula University of Technology, 2009 / There is a South African Government initiative to use State-owned Enterprises (SOE’s) to roll out a programme for the development and stimulation of local small businesses in South Africa. The state has requested SOE’s to set targets on a voluntary basis to increase trade with small businesses, with the purpose of developing small enterprises to eventually enhance skills transfer, training and employment. However, when large customers such as Eskom Nuclear Generation require ISO certification as a prerequisite for a supplier to provide goods and/or services to them, most small businesses are unable to comply. The requirement of ISO9000 compliance inhibits the ability of most small businesses to compete with their larger counterparts. Small businesses constitute as much as 90% of most world economies. They have many advantages to offer customers, such as a high level of flexibility, innovation and responsiveness to customer needs. These attributes can introduce healthy competition to the supply chain. Small businesses, by their very nature experience more risks, such as a higher vulnerability to volatile market forces and skills loss. In addition, they are generally less specialised. They are under continuous competitive pressure, and are generally not able to provide assurance of a sustainable product over a longer period. Although there is an imperative to develop and use small suppliers, they introduce higher risk to the supply chain. The primary research objective of this dissertation is to develop a robust model to identify risks inherent to small businesses, and to propose measures to mitigate such risks. A classification of problems with small suppliers that have occurred at Koeberg Nuclear Power Station over a period of 3 years (from June 2005 to May 2008), will form the basis of the research methodology. The anticipated findings of the research include the following. _ Several common critical issues of failure will be identified in the internal processes of small suppliers, with variations between types of suppliers, which will indicate which elements within the context of ISO9000 can be applied to address shortcoming in the suppliers’ processes. _ A matrix will be compiled from this by which the customer can identify the type of supplier, the types of risks inherent to that supplier, and which elements of ISO9000 the customer should insist upon to be adopted into an elementary quality management system of that small supplier. This should be executed as part of a larger supplier development programme.

Com novas normas, incentivos governamentais e preocupação com questões ambientais, é esperado um crescimento no número de unidades de geradoras conectadas a rede a partir dos consumidores. Algumas questões técnicas relacionadas à elevada penetração de geração distribuída nos alimentadores de distribuição preocupam as concessionárias de energia, as quais buscam meios de prevenir possíveis efeitos indesejados no sistema elétrico. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um relé digital aplicado à proteção da conexão de geração distribuída na rede elétrica, com foco em microgeração e minigeração proveniente de geradores síncronos, assíncronos e inversores. O relé digital contempla as principais funções de proteção exigidas pelos procedimentos e normas de acesso nacionais, incluindo algoritmos anti-ilhamento. O seu funcionamento se dá pela medição das grandezas elétricas no ponto de conexão entre a geração distribuída e a rede elétrica, filtragem digital dos sinais e processamento dos algoritmos das funções de proteção. Como num relé digital convencional, as funções de proteção podem ser configuradas individualmente, permitindo construção de expressões lógicas e de bloqueio. O protótipo pode ser monitorado e controlado localmente, através de uma aplicação instalada em um computador e utilizando a rede Ethernet. O protótipo permite controle remoto pela concessionária através de uma rede de telecomunicação em malha instalada no sistema elétrico de distribuição, utilizando protocolo ZigBee. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre os efeitos e os problemas da geração distribuída no sistema elétrico, contextualizando o futuro das nossas redes de distribuição em relação a situação de países mais desenvolvidos nesse tema. Em seguida, são apresentadas as principais técnicas de processamento digital de sinais para relés digitais e o funcionamento das funções de proteção. Os detalhes do desenvolvimento do hardware, estratégias para filtragem digital e implementação dos algoritmos de proteção são apresentados. Algumas técnicas no algoritmo de filtragem e nas funções de proteção, como a medição de frequência trifásica utilizando a transformada de Clarke, são discutidas e avaliadas. Os resultados dos testes de funcionamento do protótipo, realizados em laboratório, são apresentados. Concluiu-se que o relé digital contempla um conjunto de proteções que abrange as principais normas para o acesso de geração distribuída no Brasil, pode ser utilizado como proteção de retaguarda para sistemas já dotados de proteções internas, como inversores, além de possibilitar o controle remoto de geração distribuída através da rede de telecomunicação em malha com protocolo ZigBee. / With new standards, government incentives and concerns about environmental questions, is expected the growth of the number of generating units connected to the grid from consumers. Some technical issues related to the high penetration of distributed generation on distribution feeders concerns the power utilities, which look for solutions to prevent possible unwanted effects on the electrical system. This research presents the development of a digital relay applied to protect the interconnection of distributed generation in the grid, focusing on micro and mini electricity generation plants from synchronous and asynchronous generators, and inverters. The digital relay contains the main protection functions required by PRODIST and utilities standards, including anti-islanding algorithms. Its operation is given by the measurement of electrical parameters at the point between the distributed generation and grid, followed by digital signal filtering and protection algorithms processing. Like a conventional digital relay, the protection functions can be individually configured, it’s possible to build logical and blocking expressions with them. The prototype can be monitored and controlled by a personal computer connected in the same local network. The computer must run an interface program. The prototype allow remote control by the utilities, this communication is done by a mesh network installed along the electric distribution system, using the ZigBee protocol. It’s presented a review about the effects and problems caused in the electrical power system by the distributed generation, giving the context of the future Brazilian distribution network in relation to the actual situation of more experienced countries on distributed generation. Following, it’s presented the main technics of digital signal processing applied to digital relays and operation of the protection functions. So then, the details of the hardware development, digital filtering strategies and the implementation of the protection algorithms are presented. Some technics applied to the filtering algorithms and protection function, as the three-phase frequency measurement using Clarke’s transformation, are discussed and evaluated. The test results of the prototype operation are presented, the tests were done in laboratory. The digital relay contain a set of protection functions that covers the main standards of distributed generation access in Brazil, it’s possible to use as a backup protection for systems with protections embedded, as grid tie inverters, and the possibility of remote control of distributed generation through the mesh network with ZigBee protocol.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:26:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_D.pdf: 8861113 bytes, checksum: 46fbfc4ed40c793e3b012449f77b88ab (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Recentemente, o ilhamento intencional, ou seja, a operação isolada de uma parte do sistema elétrico de potência que pode ser alimentada localmente por geradores distribuídos, tem representado um grande interesse para as empresas concessionárias de energia elétrica. Tamanho interesse deve-se à capacidade destes geradores em assegurar a redução do tempo de indisponibilidade do fornecimento de energia elétrica, aumentando a confiabilidade das cargas pertencentes ao sistema ilhado. O sucesso da prática do ilhamento intencional é o conhecimento prévio de todas as contingências possíveis que podem resultar em operação ilhada, quer sejam situações de manutenções programadas ou mesmo a perda de subestações de distribuição ou linhas de transmissão de alta tensão. Neste cenário, uma prática comum é utilizar o(s) gerador(es) síncrono(s) distribuído(s) para alimentar o sistema ilhado e garantir a regulação da frequência e da magnitude da tensão, com a atuação do regulador de velocidade e do regulador de tensão, respectivamente. Um dos aspectos mais importantes que deve ser considerado no planejamento do sistema elétrico de potência é o desempenho do sistema de proteção, uma vez que os ajustes dos dispositivos de proteção não são flexíveis o suficiente para acomodar a operação antes e depois de detectado o ilhamento. Neste contexto, esta tese de doutorado apresenta duas contribuições principais: (1) apresentar um estudo detalhado de viabilidade técnica para a realização do ilhamento intencional ¿ dado que o autor deste trabalho é um engenheiro experiente em uma das mais bem conceituadas concessionárias brasileiras, entende-se que o detalhamento destes estudos é de extrema importância para a academia; (2) desenvolver modelos de modernos relés digitais de proteção nos ambientes MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM e utilizar estes modelos em esquemas de proteção suficientemente flexíveis para permitir a viabilidade do ilhamento intencional de geradores síncronos distribuídos. Na avaliação do desempenho de dispositivos de proteção para a formação do ilhamento, são utilizados modelos de relés digitais de proteção desenvolvidos durante o mestrado do autor, bem como novos modelos de relés. Os novos modelos de relés foram desenvolvidos para serem usados em ambientes de análise de transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, como o MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM, constituindo uma poderosa ferramenta de análise e simulação, pois permitem que as interações entre o sistema de proteção e a dinâmica do sistema sejam visualizadas no domínio do tempo. Palavras-chave: Geração distribuída, ilhamento intencional, proteção / Abstract: Nowadays, the utilities have strong interest in practicing the intentional islanding, i.e., the islanded operation of part of the electrical power system fed by distributed generators. This interest is resulted by the capacity of distributed generators to decrease outages and, therefore, to increase system reliability. The success of intentional islanding practice relies on the previous knowledge of all the possible contingencies which may result in islanded operation. These contingencies may be scheduled maintenances or even the loss of distribution substations or transmission lines. Under these circumstances, a common practice is to use the distributed synchronous generators to feed the islanded system and to assure the voltage frequency and magnitude control with the speed governor and voltage regulator actuation, respectively. One of the most important aspects that must be considered in electric power systems planning is the performance of protection system, since the relay settings are not flexible enough to assure the suitable operation before and after the islanding occurrence. In this context, this work has two main contributions: (1) to present a detailed study of intentional islanding technical feasibility ¿ the author is a senior engineer at one of the most important Brazilian utilities, as a result the presentation of how to perform these studies in detail is extremely important for Academy; (2) to develop modern digital relays models using time domain simulation tools such as MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM and to use these models in sufficiently flexible protection schemes to achieve successful intentional islanding operations with synchronous generators. The evaluation of protection systems performance for the intentional islanding practice explore the implemented digital relays models in time domain simulations performed using MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM. This option is an important analysis tool that allows the evaluation of the interaction between protection system and system dynamics during the time. Key-words: Distributed generation, intentional islanding, protection / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Este trabalho objetiva contribuir com o planejamento da geração de energia elétrica por meio da utilização de geração fotovoltaica de forma distribuída, ou seja, instalada e em operação em paralelo junto com a rede de distribuição de energia elétrica. Utiliza-se uma abordagem hipotético-dedutiva, buscando hipóteses, na forma de questões orientadoras, que serão testadas por meio do tratamento dos dados coletados e sua posterior análise e interpretação. O método de procedimento é o estudo de caso, sendo escolhida a cidade de Curitiba e o restante dos municípios compreendendo sua Região Metropolitana. A partir da elaboração da revisão na literatura, visando constituir a fundamentação teórica desta pesquisa, é elaborado um breve inventário estatístico e do aspecto de geração de energia elétrica da cidade de Curitiba, no contexto do estado do Paraná. Os procedimentos metodológicos envolvem a simulação de cenários de inserção de geração fotovoltaica distribuída, considerando diferentes níveis de penetração, e seus efeitos sobre curvas de carga reais para a cidade de Curitiba. Foram selecionados 12 dias, considerados críticos, para a análise que contemplou a contribuição fotovoltaica em termos da redução do consumo de energia elétrica, redução de emissões de CO2 e, por fim, capacidade do sistema fotovoltaico em reduzir a demanda máxima do sistema elétrico. Constatou-se que o intervalo de capacidade instalada em energia solar fotovoltaica situa-se entre 40,80 MWp e 55,68 MWp, desconsiderando exceções, e remete a valores de máximo Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC), para condição de irradiação máxima e irradiação típica, no inverno e verão. Dessa forma, este intervalo é considerado apropriado do ponto de vista do aumento da capacidade do sistema elétrico, devido à presença de geradores fotovoltaicos distribuídos. Além disso, o referido intervalo além de aumentar em mais de 50% a capacidade do sistema elétrico, acarreta em redução anual do consumo de energia elétrica entre 50,8 GWh e 69,4 GWh, além de evitar a emissão de 18.501 toneladas de CO2-eq a 25.251 toneladas de CO2-eq, sendo, portanto, um importante vetor para o aumento da oferta de energia elétrica, aumento da capacidade do sistema elétrico e, por fim, redução de emissões de Gases do Efeito Estufa, principalmente o CO2. / This study aims to deepen knowledge in the item electricity generation planning through the use of distributed generation using solar photovoltaic energy, which means that photovoltaic systems are able to operate in parallel with the electricity distribution network. A hypothetical-deductive approach was developed, seeking hypotheses in the form of guiding questions, which will be tested by treatment of the collected data and their analysis and interpretation. The method of procedure is the case study, being applied to the Metropolitan Region of Curitiba. The literature review aims to be the theoretical basis of this research, therefore it mainly consists of a brief statistical and electrical energy inventory of the city of Curitiba in Paraná state. The methodological procedures involve the simulation of different scenarios for distributed PV generators by varying their Penetration Level, so that the effects on actual load curves for the region analyzed were quantified. 12 critical days were selected to the analysis that included the photovoltaic contribution in terms of reducing electrical energy consumption, reducing CO2 emissions and, finally, the capacity of the photovoltaic systems to reduce the maximum demand of the electrical system of the city. It was concluded that the most appropriate PV Penetration Level, in terms of power, regards with 40,80 MWp up to 55,68 MWp, disconsidering exceptions. This result leads to maximum values of Effective Load Carrying Capacity (ELCC), for maximum and typical solar radiation, during the seasons of winter and summer. In result, this proposed interval represents the better peak shaving capability of PV, because of its higher ELCC parameter. Furthermore, in addition to increase more than 50% in the capacity of the electrical system, there is an annual amount of energy generated about 50.8 GWh and 69.4 GWh, which represents 18,501 to 25,251 tons of CO2-eq avoided. For this reason, solar PV energy is an extremely important and feasible strategy to enhance the electricity generation, the capacity of the electrical system and to reduce greenhouse gases emission, especially CO2.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This thesis proposes a family of non-isolated bidirectional converter in order to interface dc and ac variables. Such power electronics solutions guarantee: (i) bidirectional power flow between dc and ac converter sides, (ii) independent control in both converter sides, (iii) high level of integration with a reduction of one power switch and its drive circuits, (iv) implementation of two functions by using a unique power conversion stage and (v) reduction of the capacitor losses. Despite proposing new power converter solutions, this thesis presents an analysis of the converters in terms of pulse-width-modulation (PWM) strategy, dc-link capacitor variables, and suitable a control approach. Solutions for single-phase, three-phase and three-phase four-wire systems are proposed by employing a converter leg with three switches. A possible application of this converter is in Vehicle-to-Grid (V2G) systems and interfacing dc microgrid with a utility grid. In addition to the new power electronics converters proposed in this thesis, an experimental setup has been developed for validation of the simulated outcomes. The proof-of-concept experimental setup is constituted by: DSP, Drivers & Integrating Board, Power Supply and, Power Converter & Heat-Sink .

Na busca por novas opções para a constituição da matriz energética brasileira, os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFVCR) configuram-se como uma alternativa para os centros urbanos, pois permitem a geração de energia de modo distribuído, ou seja, no próprio local onde esta será consumida e, permitem também, com que o excedente de energia produzido seja injetado na rede elétrica. Diante da perspectiva de instalar o SFVCR, o objetivo desta pesquisa foi o de elaborar um estudo específico, detalhado e atualizado sobre o potencial de geração de energia na cidade de Curitiba. Neste trabalho apresenta-se o estudo de caso de seis sistemas fotovoltaicos instalados em Curitiba, os quais tiveram seus Índices de Mérito – Produtividade, Taxa de Desempenho e Fator de Capacidade - avaliados, a partir dos dados de geração de energia elétrica destes sistemas, e dos dados de irradiação obtidos do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). O estudo revelou que, até abril de 2017, o estado do Paraná possuía 810 SFVCR em operação, correspondendo a um total de 5MW e, a cidade de Curitiba 170 SFVCR – 865 kW em operação, sendo que 80% dos sistemas estão instalados em residências. Outro fato interessante é que 98% desses sistemas usam módulos com tecnologia de silício policristalino, 75% aplicam inversores monofásicos e, 95% desses inversores não possuem transformadores, pois dessa forma as perdas no processo de conversão são menores, além desses equipamentos serem mais compactos e possuírem tecnologia mais avançada do que os inversores com transformador. Constatou-se que a principal tendência do mercado de energia fotovoltaica é empregar inversores sem transformador. Além disso, os estudos realizados revelaram que a escolha do inversor e o modo de instalação dos painéis fotovoltaicos são fatores determinantes para maximizar o desempenho do sistema fotovoltaico. Os resultados desta pesquisa mostram a importante contribuição que os SFVCR podem trazer na geração de energia de modo distribuído e dessa forma, podem colaborar para a elaboração de políticas públicas com o intuito de incentivar projetos e pesquisas na área de energia fotovoltaica, visando à disseminação do uso dessa fonte renovável no país. / In the search for new options for the establishment of the energy matrix of Brazil, the Grid-Connected Photovoltaic Systems (SFVCR) are configured as an alternative to urban centers, because they allow the power generation at distributed mode, that is, generate energy at the place where it will be consumed and inject the surplus energy into the network. Faced with the prospect of installing Grid-Connected Photovoltaic System, the objective of this research is to characterize this type of photovoltaic system and also, analyze the results in terms of productivity parameters, such as Yield, Performance Ratio and Capacity Factor of six grid-connected systems that are installed in Curitiba. The radiation data used to calcute those parameters has been acquired from Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). This paper highlight that the Parana state has 810 SFVCR (until April 2017) in operation, which stands for 5MW and Curitiba has 170 SFVCR, 865 kW in operation, and 80% of them are installed in residences. In addition, 98% of those systems use multicrystalline modules, 75% use single phase inverters and 95% of these use inverters transformerless, because the losses in the conversion process are reduced and the equipments are more compact and have more technology than the inverters with transformer. So, the main trend of photovoltaic energy market is to use transformerless inverters. The results obtained shows that the inverters’choice and the installation mode of the photovoltaic modules are important factors to maximize the photovoltaic system’s performance. In the end, the results demonstrates that the SFVCR contribute to distributed power generation and should be use in the elaboration of public policies with the purpose of encouraging projects and research in the photovoltaic energy’s area, aiming the dissemination of this renewable source of energy in Brazil.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This thesis presents a converter topology for photovoltaic panels. This topology minimizes the number of switching devices used, thereby reducing power losses that arise from high frequency switching operations. The control strategy is implemented using a simple micro-controller that implements the proportional plus integral control. All the control loops are closed feedback loops hence minimizing error instantaneously and adjusting efficiently to system variations. The energy management between three components, namely, the photovoltaic panel, a battery and a DC link for a microgrid, is shown distributed over three modes. These modes are dependent on the irradiance from the sunlight. All three modes are simulated. The maximum power point tracking of the system plays a crucial role in this configuration, as it is one of the main challenges tackled by the control system. Various methods of MPPT are discussed, and the Perturb and Observe method is employed and is described in detail. Experimental results are shown for the maximum power point tracking of this system with a scaled down version of the panel's actual capability.