Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-03-15T18:50:35Z No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-03-17T18:24:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T18:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JéssicaSantoroGonçalvesPena.pdf: 7785177 bytes, checksum: 19c31a231e1c525d812b241b55bf980b (MD5) / Convencionalmente, a estimação do conteúdo harmônico e inter-harmônico dos sinais de tensão e corrente, é baseada no uso da Transformada Discreta de Fourier (ou DFT, do inglês Discrete Fourier Transform). Entretanto, o aumento da participação da geração eólica na matriz energética mundial justifica a execução de estudos que avaliem a adequação dos atuais procedimentos de medição das emissões dos mencionados fenômenos. As recomendações tradicionais são baseadas nos padrões IEC 61000-4-7 e IEC 61000-4-30, que, dentre outros aspectos, estabelece que o processamento dos sinais se dê por meio do emprego da DFT com uma janela de tempo retangular de 12 ciclos de 60 Hz e com um período de medição de pelo menos 7 dias. Porém, em sistemas eólicos, é esperada a ocorrência de harmônicas e de inter-harmônicas com variação temporal, o que pode tornar a estimação das componentes espectrais via DFT imprecisa e/ou o período de monitoração de 7 dias inapropriado. Posto isso, este trabalho visa apresentar uma metodologia de análise voltada para a identificação do tamanho da janela de tempo e do período de medição mínimo para o monitoramento das emissões harmônicas e inter-harmônicas no contexto da geração eólica. Para tal, realiza-se uma avaliação comparativa entre uma metodologia de medição oriunda da combinação do Método de Prony com o Filtro de Kalman e uma segunda fundamentada na DFT. Em seguida, utilizando-se ferramentas estatísticas, propõe-se um período mínimo de medição das distorções. A aplicação desta metodologia em sinais reais de tensão oriundos de uma usina eólica evidencia a necessidade de um intervalo de monitoramento mínimo de 3 dias e o uso de uma janela de tempo retangular de 15 ciclos de 60 Hz. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Conventionally, the estimation of harmonic and inter-harmonic contents of voltage and current signals is based on the use of the Discrete Fourier Transform (DFT). However, the increase of the participation of wind power generation in the global energy matrix justifies the carrying out of studies which evaluate the adequacy of the current procedures for measuring emissions of the mentioned phenomena. The traditional recommendations are based on the IEC 61000-4-7 and IEC 61000-4-30 standards, which, among other aspects, establishes that the processing of the signals is given through the use of the DFT with a 60 Hz rectangular time window of 12 cycles and a measuring period of at least 7 days. However, in wind power systems, the occurrence of harmonic and inter-harmonic with time variation, which can render the estimation of the spectral components by the DFT inaccurate and/or the monitoring period of 7 days inappropriate is expected. With that said, this study aims to present a methodology focused on identifying the size of the time window and of the minimum measurement period for monitoring the harmonic and inter-harmonic emissions in the context of wind power generation. For such, a comparative evaluation between a measurement methodology derived from the combination of the Prony method with the Kalman filter and a second based on the DFT is carried out. Then, using statistical tools, a minimum period for measuring distortions is proposed. The application of this methodology in real voltage signals originating from a wind power plant shows the need for a minimum measurement interval of 3 days and the use of a 60 Hz rectangular time window of 15 cycles.

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

Com o surgimento das novas tecnologias aplicadas aos equipamentos e arranjos geométricos das fontes renováveis de energia, o sistema de aterramento passou a operar com correntes de várias frequências, diferentes da componente fundamental. Estas correntes são provenientes das novas cargas não lineares conectadas e das condições de falta, tornando mais difícil a equipotencialização do sistema de aterramento, devido, principalmente, ao seu tamanho e sua geometria. Neste cenário, esta pesquisa tem como objetivo o estudo do comportamento de um sistema de aterramento operando na presença de correntes com distorção harmônica. Para a modelagem do sistema de aterramento teste, foi utilizada a teoria de linhas de transmissão, considerando parâmetros distribuídos, pela qual o condutor foi modelado em porções ao longo de seu comprimento. Para a modelagem e análise do sistema de aterramento foram utilizados o programa ATP (Alternative Transients Program) e uma ferramenta computacional comercial, com o intuito de validar os valores da resistência da malha de aterramento observados. Pelos resultados encontrados, têm-se argumentos para alertar os projetos futuros de sistemas de aterramento para a necessidade e uma melhor análise das situações operacionais passíveis de ocorrência no sistema elétrico que venham a apresentar uma composição harmônica diferente e não desprezível em relação ao componente fundamental. / With the rise of new technology applied to devices and geometric arrangements related to renewable energy sources, grounding systems have started to operate with currents of multiple frequencies, deviating from its fundamental component. These currents come from the connection of new nonlinear loads and fault conditions, which makes the equipotential bonding harder for the grounding system, mainly due to its size and geometry. In this scenario, this research aims to study the behavior of a grounding system operating in the presence of harmonically distorted currents. The transmission line theory was used to model the testing grounding system, based on distributed parameters, through which the conductor was modeled in increments along its length. For modeling and studying the grounding system, the ATP (Alternative Transients Program) and a commercial software tool were used in order to validate the resistance values observed in the grounding grid. Based on the results found, there are arguments to alert future grounding system projects about the need for a better assessment of operational scenarios likely to occur in the electrical system, which may display a different harmonic composition that is not negligible in relation to the fundamental component.

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) deverá estabelecer a regulamentação para distúrbios de qualidade de energia em um futuro próximo. Há ainda questões em aberto sobre os procedimentos de medição e limites máximos para os indicadores de qualidade de energia. Este trabalho aborda uma dessas questões, que é a conexão de transdutores e os impactos nos índices de qualidade de energia associados. Simulações em ATPDraw e campanhas de medição foram realizadas de modo a identificar o comportamento dos indicadores de distorção harmónica sob as duas configurações possíveis de conexão de transdutores: dois equipamentos com ligação entre fases ou três com ligação fase-neutro. Os resultados das simulações e os valores medidos mostram grandes discrepâncias entre ambas as configurações, e as diferenças tornam-se ainda mais significativas com o incremento do desequilíbrio do sistema elétrico. As causas subjacentes deste fenômeno são investigadas e discutidas / The Brazilian electricity regulatory agency (ANEEL) is expected to establish a legal framework for quality disturbances in the near future. There are still some open questions regarding metering procedures and maximum limits for Power Quality indicators. This work addresses one of such issues, namely the connection of the associated transducers and its impact on PQ indexes. Simulations in ATPDraw and on-field measurement campaigns were carried out so as to identify the behavior of harmonic distortion indicators under the two possible transducer configurations: two phase-to-phase or three phase-to-neutral transducers. Simulation results and measured values show large discrepancies between both configurations, and the differences become more significant as the electrical systems unbalance increases. The underlying causes of this phenomenon are investigated and discussed.

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) deverá estabelecer a regulamentação para distúrbios de qualidade de energia em um futuro próximo. Há ainda questões em aberto sobre os procedimentos de medição e limites máximos para os indicadores de qualidade de energia. Este trabalho aborda uma dessas questões, que é a conexão de transdutores e os impactos nos índices de qualidade de energia associados. Simulações em ATPDraw e campanhas de medição foram realizadas de modo a identificar o comportamento dos indicadores de distorção harmónica sob as duas configurações possíveis de conexão de transdutores: dois equipamentos com ligação entre fases ou três com ligação fase-neutro. Os resultados das simulações e os valores medidos mostram grandes discrepâncias entre ambas as configurações, e as diferenças tornam-se ainda mais significativas com o incremento do desequilíbrio do sistema elétrico. As causas subjacentes deste fenômeno são investigadas e discutidas / The Brazilian electricity regulatory agency (ANEEL) is expected to establish a legal framework for quality disturbances in the near future. There are still some open questions regarding metering procedures and maximum limits for Power Quality indicators. This work addresses one of such issues, namely the connection of the associated transducers and its impact on PQ indexes. Simulations in ATPDraw and on-field measurement campaigns were carried out so as to identify the behavior of harmonic distortion indicators under the two possible transducer configurations: two phase-to-phase or three phase-to-neutral transducers. Simulation results and measured values show large discrepancies between both configurations, and the differences become more significant as the electrical systems unbalance increases. The underlying causes of this phenomenon are investigated and discussed.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-C... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC conver... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

Submitted by ANGELO CESAR DE LOURENÇO null (angelo.lourenco@ifms.edu.br) on 2016-09-26T13:09:26Z No. of bitstreams: 1 Tese-Angelo César de Lourenço_Final.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) Previous issue date: 2016-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-CC que condiciona a tensão e a corrente e assim possibilita o paralelismo das cargas. Neste trabalho, o conversor CC-CC selecionado é o SEPIC, que por suas características de entrada e saída não requer grandes modificações em relação à estrutura original. Além da regulação da tensão de saída, o conversor SEPIC é uma estrutura de potência que pode ser facilmente isolada, possibilitando a utilização dos conversores multipulsos em aplicações que requerem isolamento entre a fonte e a carga. Foram construídos protótipos de conversores SEPIC isolados e não isolados com os quais foram realizados ensaios experimentais e os resultados são apresentados e discutidos. / Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC converters were built, experimental tests were performed and the results are presented and discussed. / Novo Prodoutoral: 1459525

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.