Os geradores distribuídos em sistemas de distribuição de energia elétrica devem ser desconectados em eventos de ilhamento, que ocorrem quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado pela geração distribuída. A proteção anti-ilhamento deve detectar tal condição operativa, porém pode não atuar em condições de pequenos desbalanços entre carga e geração, ou atuar incorretamente para eventos de outra natureza. Assim, um ajuste adequado dessa proteção deve desconectar o gerador rapidamente quando detecta o ilhamento e, simultaneamente, deve ser imune a eventos como curtos-circuitos e chaveamentos de carga, por exemplo. Esta pode ser uma tarefa muito difícil face às variações de carga e diferentes eventos de não ilhamento que podem ocorrer no sistema de distribuição. Portanto, nesta tese são propostas metodologias de ajuste das funções de proteção anti-ilhamento de sub/sobrefrequência, taxa de variação de frequência, salto de vetor e sub/sobretensão, que são técnicas convencionalmente utilizadas para a detecção de ilhamento de geração distribuída. O objetivo das metodologias é maximizar a detecção de ilhamento e minimizar a atuação incorreta, e são considerados cenários com múltiplos geradores distribuídos de diferentes tecnologias. Inicialmente, são explorados os principais fatores que afetam as proteções, tais como distribuição das cargas, fator de potência e desequilíbrio das cargas. Esta análise permite identificar os casos mais difíceis de detecção de ilhamento. Como segunda contribuição, foi proposta a metodologia de análise gráfica denominada Mapa de Ajustes, cuja eficácia foi comprovada por meio de casos de teste, mostrando ser capaz de melhorar a sensibilidade da proteção anti-ilhamento e minimizar atuação incorreta. Na sequência, é apresentado um método automático para ajuste e bloqueio de tensão e outro baseado em proteção adaptativa para ajuste das funções de proteção. Ambos são baseados na metodologia de mapa de ajustes. Os resultados indicam que é possível melhorar a detecção de ilhamento e diminuir a atuação incorreta quando utilizadas as metodologias propostas. / Distributed generators in power distribution systems must be disconnected after an islanding event, which occurs when part of the power grid becomes electrically isolated from the utility and the isolated subsystem continues to be energized by the distributed generation. The antiislanding protection has to detect such operating condition, which may fail for critical loading conditions, or operate incorrectly for events of other nature than islanding. Therefore, an appropriate protection setting should quickly disconnect the generator when an islanding event is detected, and simultaneously, must be immune to events such as short circuits and load switches. This can be a very difficult task due to load variations and different nonislanding events that may occur in the distribution system. Therefore, in this thesis is proposed methodologies to adjust the anti-islanding protection functions of under/overfrequency, rate of change of frequency, vector surge and under/overvoltage, which are techniques conventionally used for islanding detection of distributed generation. The methodologies goals are to maximize the performance of the anti-islanding protection and minimize the incorrect operation to events of other nature, and scenarios with multiple distributed generators of different technologies are considered. At first, the main factors that affect the frequency and voltage-based protection will be explored, such as load distribution, power factor and unbalanced loads. This analysis aims to identify the most critical cases of islanding detection. The second contribution of this thesis is the Setting Map methodology, which is a graphical analysis whose effectiveness has been proved by case studies, showing to be able to improve the sensitivity of anti-islanding protection, minimizing the chances of incorrect operation. In sequence, is presented an automatic method to adjust the protection functions and voltage blocking and other based on adaptive protection. Both methods are based on the Setting Map methodology. The results indicate that it is possible to improve the islanding detection and reduce the incorrect actuation when it is used the proposed methodologies.

Nos últimos anos, fatores como a reestruturação do setor de energia elétrica, a necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, dificuldades na construção de grandes unidades geradoras e linhas de transmissão causadas por normas de proteção ambiental têm provocado o aumento considerável do interesse por geração distribuída. O conceito de geração distribuída tornou-se muito interessante, entretanto, sua aplicação pode provocar problemas de qualidade de energia elétrica, caso sua influência não seja devidamente estudada. Neste contexto, este documento caracteriza as variações de tensão causadas pela atuação da proteção anti-ilhamento de geradores síncronos distribuídos. Este problema pode ser considerado uma nova abordagem sobre os impactos dos geradores distribuídos na qualidade da energia elétrica, visto que as causas das variações de tensão são tipicamente relacionadas às tomadas ou alívios de grandes blocos carga, partidas de motores de indução, curtos-circuitos, desligamentos de linhas etc. Para estudar o problema, inicialmente foi feito um estudo sobre normatização técnica da área com um apanhado dos guias de diversas concessionárias. Posteriormente, simulações computacionais utilizando o programa SimPowerSystems e um sistema teste foram utilizados para que análises estáticas e dinâmicas do problema fossem feitas no intuito de investigar a natureza das variações de tensão e os fatores que influenciam suas magnitudes e durações. Índices para avaliar as variações de tensão foram criados, e um método para obtenção dos mesmos foi proposto. Tal método utiliza apenas ferramentas de análise estática (fluxo de carga) para a obtenção dos índices, evitando o uso de ferramentas dinâmicas (domínio do tempo) reduzindo o custo computacional e financeiro para análise do problema. Em seguida, o mesmo foi aplicado a um sistema que simula uma rede de distribuição real propondo-se a inserção de bancos de capacitores como medida mitigatória para o problema estudado neste trabalho. / In recent years, factors such as the restructuring of the electricity sector, the necessity to use different primary energy sources as a way to diversify sources of energy, barriers in the construction of large generating units and transmission lines caused by environmental protection standards, as well as technological advances in the generation of electricity, have caused a considerable increase in the interest for distributed generation. The concept of distributed generation has become very interesting; however, its application can result in poor power quality, if its influence is not well studied. In this context, this document characterizes voltage variations caused by the action of anti-islanding protection of distributed synchronous generators. This problem can be considered a new approach on the impact of distributed generators in power quality, since the cause of voltage variations are typically related load switching, induction motors start-up, short circuits, lines disconnection, etc. To investigate the problem, initially a study was carried out on technical standardization in the area with an overview of various utilities guides. Later, computer simulations using the SimPowerSystems software and a test system were employed for static and dynamic analysis of the problem, aiming at investigating the nature of voltage variations and the main factors that influence their magnitudes and durations. Indices to assess the voltage variations were created, and a method for obtaining them was proposed. This method uses only static approach tools (power flow calculations) to obtain the indices, avoiding the use of dynamic tools (time-domain simulations) and reducing computational and financial costs to analyses the problem. The proposed method was applied to a larger system and the insertion of capacitors bank was proposed as mitigating solution for the problem studied in this work.

A atual situação energética global demonstra a dependência pela energia elétrica, evidenciando a importância do uso racional da energia e da redução de poluentes em sua produção. A utilização de hidrogênio como fonte de geração de energia elétrica nas células a combustível utiliza um bem abundante na face terrestre, e produz energia elétrica sem poluição. A célula a combustível constitui-se de um conversor eletroquímico, que converte a energia química proveniente dos reagentes hidrogênio e oxigênio em energia elétrica (corrente contínua), água e calor. Esta tecnologia é promissora e apresenta uma gama de aplicações no cotidiano, sendo atrativa em relação às outras tecnologias convencionais, com incrementos na eficiência, emissão de poluentes, simplicidade, maior vida útil, tamanho e peso, sendo modular e silenciosa. As células a combustível possuem aplicações no setor automobilístico, como geração auxiliar em instalações elétricas, geração de energia para equipamentos portáteis e programas espaciais. Entre as restrições estão o custo da célula e a produção de hidrogênio e como estocá-lo. O hidrogênio não é uma fonte primária de energia, mas pode ser obtida a partir de processos tais como a eletrólise, fontes fósseis, pirólise a plasma, biocombustíveis como o lixo urbano e a biomassa. Este trabalho apresenta um estudo do estado da arte e uma sistematização das formas de utilização de células a combustível como geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte. Esta tecnologia é de desenvolvimento recente, intensificando-se com as restrições ambientais às outras fontes, além da previsão da redução futura do custo deste tipo de aproveitamento. O trabalho faz uma comparação entre a geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte feita com células a combustível com as outras gerações auxiliares convencionais, como o gerador a diesel, e é sugerido o seu emprego como opção, sendo feitas análises técnica e econômica. Também uma análise de seu funcionamento e um estudo de caso com a viabilidade econômica de seu emprego em um laboratório de informática em uma instituição de ensino. / The current global energy situation shows the dependence on the electric energy, and the importance of the rational use of energy and the reduction of pollutants in the production of energy. The hydrogen as source of generation of electrical energy in fuel cells uses an abundant resource in Earth, and produces electrical energy with no pollution. The fuel cell consists of an electrochemical converter, that converts the chemical energy from the hydrogen and oxygen reagents into electric energy (continuous current), water and heat. This technology is promising and presents a range of applications in every day life, being attractive in relation to the other conventional technologies, due to increments in the efficiency, emission of pollutants, simplicity, longer life and smaller weight, being modular and silent. The cells the fuel have applications in the automotive segment, as auxiliary generation in electrical installations, generation of energy for portable equipment and space programs. Among the restrictions there is the cost of the cell and the hydrogen production and how to store it. The hydrogen is not a primary source of energy, but can be obtained from processes such as fossil electrolysis, plasma pyrolysis, bio fuels as the urban garbage and the biomass. This paper presents a study of the state of the art of this technique and also a systematization of the ways in which it can be used as auxiliary generation in automated electric installations. This technology, of recent development, has its interest increased by the environmental restrictions to the sources of energy and also by the cost reduction that is forecast. There is also a case study with a comparison between fuel cells and other more conventional options as the diesel generation. The paper is carried out for an existing computer processing center in an educational institution.

O grau de integração entre as áreas de planejamento da expansão e de planejamento da operação de concessionárias de distribuição de energia elétrica ainda é insuficiente, pelo menos no caso brasileiro. Isso significa que a área de planejamento da operação não pode explorar plenamente e implementar os resultados e as recomendações trazidas pela área de planejamento da expansão em seus estudos de planejamento da operação. Como consequência, uma quantidade considerável de trabalho torna-se redundante, a eficiência é reduzida e há perda de qualidade. Além disso, uma concessionária de distribuição de energia elétrica geralmente possui vários sistemas independentes para a análise de redes elétricas de acordo com seu tipo (equilibrado ou desequilibrado), nível de tensão (subtransmissão, distribuição primária ou distribuição secundária) e sua topologia (radial ou malha). Obviamente, essa falta de integração também implica grandes dificuldades na realização de estudos de planejamento e de operação, ainda mais com a disponibilidade dos dados hoje difundida. Este trabalho tem como objetivo melhorar essa integração por meio de uma nova metodologia e de um sistema computacional de apoio. Uma das características mais interessantes da ferramenta é precisamente a sua capacidade de analisar qualquer tipo de rede elétrica, independentemente dos parâmetros. Por meio de alguns estudos de casos, demonstra-se como uma melhor integração entre as duas áreas dentro de um banco de dados significa redução de tempo na execução de atividades de ambas as áreas, eliminação de retrabalho e melhor qualidade dos resultados, que são posteriormente enviados para o operador nacional do sistema (ONS). / The degree of integration between the expansion planning and the operational planning areas in electricity distribution utilities is still insufficient, at least in the Brazilian case. This means that the latter cannot fully exploit and implement results and recommendations brought about by the former in its planning studies. As a consequence, a considerable amount of work becomes redundant, with reduced efficiency and loss of quality. In addition, an electricity distribution utility usually possesses various independent systems for analyzing electrical networks according to their type (balanced or unbalanced), their rated voltage (subtransmission, primary feeder or low-voltage circuit) and their topology (radial or meshed). Obviously, this lack of integration also implies considerable difficulties when carrying out planning and operational studies, even more with today´s widespread data availability. This work focuses on improving such integration through a new methodology and a supporting computational system. One of the most interesting features of the software is precisely its ability to analyze any type of electrical network, regardless of the above parameters. Through some study cases, it is shown how a better integration between the two areas within a utility means reduced overall time, elimination of redundant work and better quality of results, which are later sent to the independent system operator (ISO).

O objetivo do desenvolvimento deste trabalho é tecer uma análise da viabilidade técnica - econômica da modernização do sistema de Proteção da Distribuição, comparando a utilização dos relés digitais aos quais foram incorporadas novas funções, em relação aos relés eletromecânicos e estáticos. As informações apresentadas nesse trabalho mostram que os relés digitais oferecem uma significante economia quanto ao custo de aquisição e implantação, no desenvolvimento dos projetos de aplicação e na manutenção destes equipamentos após instalados em campo. Os relés eletromecânicos tem sido largamente utilizados nos esquemas de proteção de consumidores industriais e residencias de grande porte e nos sistemas de proteção das companhias de eletricidade. Devido a quantidade de peças móveis e freqüentes re-ajustes que estes tipos de equipamentos necessitam, os mesmos demandam muitas horas dispendidas pelo pessoal de calibração e manutenção das empresas de eletricidade. A realização de Estudos de Proteção, com a parametrização destes relés muitas vezes torna-se inviável, sob o ponto de vista de sensibilidade e da coordenação das proteções, devido ao fato de que estes equipamentos possuem ajustes limitados tanto de valores de corrente de partida como na seleção de curvas tempo x corrente utilizadas para temporização das proteções, no caso de relés eletromecânicos de sobrecorrente. Durante os últimos anos, com o advento da evolução da indústria, da micro eletrônica e do desenvolvimento de softwares, os relés digitais veêm substituíndo os relés eletromecânicos e estáticos, tanto em instalações novas como também nas remodelações das instalações mais antigas, nos sistemas elétricos de proteção industrial e de empresas de eletricidade. Realizou-se uma análise quanto ao histórico dos relés de proteção, mostrando o seu desenvolvimento desde os relés mais antigos, tipos eletromecânicos, após os relés estáticos, que foram a evolução dos anteriores e finalmente estudando os relés digitais. Os relés digitais oferecem muitas vantagens se comparados com os relés eletromecânicos e estáticos, as quais serão abordandos em items específicos da revisão de literatura neste trabalho. O trabalho é finalizado com uma análise de casos, onde foram computados e analisados casos, como índices de fornecimento, custos de instalação de relés digitais em substituição à relés e sistemas eletromecânicos e estáticos, utilizados convencionalmente para a proteção em alimentadores de Subestações da Copel - Companhia Paranaense de Energia, com o objetivo de coletar-se e analisar-se, ao longo de 12 meses as reais vantagens e desvantagens da utilização destes equipamentos nos sistemas elétricos de proteção dos circuitos de distribuição de energia. / The purpose of this study is to carry out a technical and economic feasibility assessment of the updating of the Distribution Protection system, comparing the use of digital relays, to which new functions have been integrated, with electromechanical and static relays. Information hereby presented shows that digital relays are significantly cost-effective in terms of acquisition and implementation for developing application projects and in maintaining that equipment after it has been set up in the field. Electromechanical relays have been largely used in protection schemes for large-scale industrial and residential consumers, as well as in security schemes for power plant companies. Because of the large number of moving parts and frequent readjustments required by that type of equipment, many manhours must be put in by calibration and maintenance staff employed by power plant companies. Carrying out a Protection Study that establishes parameters for those relays is often unfeasible given the sensitivity and coordination of the protections, in that the equipment in question has limited adjustments, both in terms of pick-up currents values and of the selection of time curve vs. current used in the protection timer, in the case of overcurrent electromechanical relays. During the last years, with the rise of industrial evolution, microelectronics and software development, digital relays are replacing electromechanical and static relays in electrical security systems used by industrial and power plant company protection, both in new facilities and in refurbished facilities. A study was carried out on the history of protection relays showing how they developed from the older, electromechanical type after the static relays, which evolved form the former, and was concluded with the study of digital relay models. Digital relays provide significant advantages compared to electromechanical and static relays, which will be covered under specific revision items of the references provided herein. The study is concluded by assessing case studies that were accounted for and assessed, such as supply rates, installation costs of digital relays to replace electromechanical and static systems used traditionally to provide protection for COPEL´s (Power Company of the State of Paraná) Substations. The purpose was to collect and analyze, over a 12-month period, the actual advantages and disadvantages of using that type of equipment in electrical systems that provide circuit protection for power distribution.

Geração Distribuída é uma expressão utilizada para designar a geração elétrica proveniente de locais próximos ou juntos de consumidores, não interferindo a potência, tecnologia ou fonte de energia empregada. Estudos indicam que, até o ano de 2010, 20% do total de geração (em termos mundiais) serão provenientes desta forma de obtenção, uma vez que se torna fático sua vantagem sobre a geração central, por oferecer economia em matéria de investimentos relacionados à transmissão, redução de perdas e melhoria acerca da estabilidade do serviço de energia elétrica. Exemplos de geração distribuída são observados em pequenas centrais hidrelétricas, eólicas, térmicas, fotovoltaicas e geradoras de emergência, por terem pequeno porte e serem integradas ao sistema elétrico. Voltandose por hora ao potencial hidráulico passível de exploração no país, associado por sua vez às pequenas centrais hidrelétricas, tem-se cerca de 4% da potência instalável total (parcela extremamente significativa). De acordo com o Plano 2.015 da ELETROBRÁS, centrais que atingem até 30 MW de potência instalada representam um potencial de 9.456 MW. Informações de Geração da ANEEL indicam que há cerca de 254 PCH em operação no país, totalizando 1327 MW (1,4% do total), 40 empreendimentos em construção (500 MW) e 211 projetos outorgados (construção não iniciada) que, se implantados, adicionarão ao sistema elétrico 3426 MW. O panorama da reordenação da matriz energética nacional não tem apresentado abundância no que diz respeito ao investimento público, direcionado a grandes empreendimentos. Desta forma, as quedas d´água de pequeno e médio porte representam uma evidente opção de geração. As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) surgem então como uma alternativa viável, como já especificado anteriormente. Oferece vantagens primeiramente pelo custo acessível, pelo menor prazo de implementação e maturação do investimento, pelas facilidades oferecidas pela legislação, pela disposição das concessionárias de energia elétrica de comprarem o excedente de energia gerada por autoprodutores e finalmente por disponibilizarem o acesso às suas linhas de distribuição e transmissão à longa distância. A partir do incentivo proveniente do Governo Federal para a construção de PCH e descontos nas tarifas de uso dos sistemas de transmissão e distribuição, propiciou-se a ligação de novos pontos de geração de energia no sistema de Distribuição. Com a finalidade de reduzir os custos de transportes de energia, visa-se a localização dos novos pontos de geração próxima aos pontos de consumo potencial. Sendo assim, na medida em que a rede garante a regulação de freqüência e a absorção permanente da potência total, os grupos serão equipados com geradores que não requerem controle com comando sofisticado. Há, todavia, a possibilidade da construção de interligações que devem ser estudadas mesmo quando se tratando de rede de pequeno porte. Sua vantagem está no fato de permitir a utilização de geradores assíncronos, os quais são menos onerosos e mais robustos. Os efeitos da geração nos sistemas de distribuição irão depender do tamanho, do tipo e do local onde será instalada a geração. Atualmente não se tem dado a devida importância aos impactos na proteção da rede de distribuição da concessionária - fato lamentável já que se poderia evitar a degradação da qualidade de energia, confiabilidade e operação - uma vez que se dá prioridade aos benefícios como a energia de backup, a redução dos afundamentos de tensão, a energia de ponta, dentre outras. A partir do momento em que estas PCH são instaladas nas redes de Distribuição, transforma-se um sistema anteriormente radial em um sistema em anel, com mais de uma fonte de contribuição de corrente de curtocircuito. Sendo assim, têm-se como diretrizes deste trabalho abordar temas relacionados aos problemas com falta de coordenação e sensibilidade dos equipamentos de proteção, bloqueio de religamento, necessidade de proteção de sobre-corrente com função direcional, coordenação com consumidores e ramais (gerando problemas de segurança com pessoas e equipamentos) e continuidade de energia. Portanto, é de suma importância a realização sistemática de estudos de proteção de redes com geração de PCH em paralelo, uma vez que é determinante para a segurança e melhoria dos índices de continuidade de serviço. Finalmente, são descritos e analisados detalhadamente, os impactos no sistema de proteção nas redes de distribuição com a ligação de Pequenas Centrais Hidrelétricas, sendo propostas soluções para a redução deste impacto. / Distributed Generation is an expression used to designate the electric generation source in places near or contiguous to consumers, regardless of the power, technology or energy source used. Studies show that, by the year 2010, 20% of the total amount of generation (worldwide) will be acquired this way. The advantages of distributed generation, over central generation, are obvious and include: lower investment needed for transmission, reduction of losses and better performance regarding stability in the electric energy service. Examples of distributed generation include: small hydro electrics, wind turbines, thermals, photovoltaics and emergency generators. These examples are small in size and are interconnected to the electric system. Hydraulic power, which is available through exploration in the country, could comprise about 4% of the total power to be generated (which is a verysignificant portion) in small hydro electrics. According to ELETROBRÁS´ Plan 2,015, a power station that reaches up to 30 MW of installed power represents a potential of 9,456 MW. ANEEL´ information about Generation shows that there are about 254 PCH in operation in the country, which total 1,327 MW (1.4% of the total), 40 enterprises under construction (500 MW) and 211 approved projects (construction has not yet begun) that, when finished, will add 3,426 MW to the electric system. Substantial public investments have not been directed toward the larger enterprises since the re-arrangement of the national energy center. Thus, small and medium sized waterfalls represent a very interesting generation option. The small hydro electrics (PCH) appear as a possible choice, as mentioned before. They offer advantages, such as affordable cost, a short implementation time required, return of investment, support through legislation, the willingness of the electric power utilities to buy the exceeded energy generated by selfproducers and, finally, the possibility of access to its distribution and transmission lines through long distances. The connection of new points of energy generation in the Distribution system was made possible with the support from the Federal Government, through encouragement for PCH constructions and tax discounts for use of the transmission and distribution systems. We plan on locating the new points of generation next to the points of potential consumers with the objective of decreasing energy transportation costs. Thus, as the network guarantees the regulation of frequency and the permanent absorption of the total power, groups are equipped with generators that do not require a sophisticated command control. There is, however, the possibility of building interconnections, which must be studied even when related to the small potency network. The advantage lies in the facts that asynchronous generators can be used - which are cheaper and stronger. The effects of generation on distribution systems will depend on size, type and location where the generation will be installed. The protection of the utilities distribution network should be assigned a higher priority. Instead, we prioritize the benefits of energy production, such as the backup energy, voltage sags, top-notch energy, among others. This is unfortunate, since the protection of the utilities distribution network will avoid the degradation of the energy quality, of reliability and of operations. From the moment that these PCH are installed on the Distribution networks, a radial system is turned into a ring system with more than one source of short-circuit current contribution. Thus, the guidelines for this work are the approach to topics related to problems with the lack of coordination and sensibility of protection equipment, re-connection blockage, necessity of protection of overcurrent with directional function, coordination with consumers and extension lines (causing security problems with people and equipment) and energy continuity. It is of great importance to perform systematic studies on the protection of networks with the simultaneous generation of PCH since they are essential for the security and improvement of the current levels of continuity of service. Finally, the impacts on the distribution system protection of networks with connections to Small Hydroelectric Centrals are described and analyzed in detail, followed by proposals of solutions for the reduction of such impacts.

Trata-se de um estudo descritivo, exploratório sobre a técnica da modelagem de objetos aplicados como interface de comunicação entre os equipamentos de campo de uma subestação elétrica, utilizando o padrão “Utility Communications Architecture - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment” que permite a redução da quantidade de protocolos com os quais trabalham os diferentes equipamentos de campo de uma subestação em geral. A pesquisa procurou explicar quais são as características de uma subestação automatizada (requisitos e comportamento), em que consiste essa nova tecnologia da modelagem de objetos e suas aplicações dentro dos sistemas elétricos. O trabalho explica e aplica os diferentes modelos contidos no padrão dentro das funções de proteção, medição, controle, etc, de uma Subestação Elétrica. Estes modelos são incluídos nos novos equipamentos que levam a informação dos sensores e atuadores colocados nos equipamentos de campo a seu respectivo sistema “Supervisory Control & Data Acquisition”. Os novos equipamentos permitem realizar tarefas como sistema de eleição “voting”, função de bloqueio de barramento “bus blocking”, função de rejeição de carga “load shedding”, entre outros, de uma maneira mais eficaz aumentando, assim o desempenho do trabalho da subestação. Como aplicação final, trata de fazer a modelagem de comunicação dos equipamentos de campo da subestação de Bateias, da Companhia Paranaense de Energia com o emprego dos equipamentos providos pelos principais fornecedores do mercado brasileiro: General Electric, Siemens e ABB; tendo para isso como esquemas de referência os modelos das subestações apresentadas na bibliografia. A modelagem demonstrou ser eficaz na comunicação dos equipamentos de campo de uma Subestação Elétrica, já que é possível mediante a mesma padronizar os protocolos que utiliza, permitindo assim a compatibilidade entre os equipamentos de diferentes fabricantes com a respectiva redução dos custos dos projetos de implementação, programação e treinamento dentro da subestação. / This is a descriptive study concerning the modeling technique applying object-oriented models for a communication interface among the equipments in the field of an electric substation. The standard architecture UCA - Utility Communications Architecture and GOMSFE - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment are used, allowing the reduction of the number of protocols in the different equipment's in the yard. This work also addresses the characteristics and the requisites of an automated substation, in what this new modeling technology is about and its applications for the electric power systems. The different models used for the functions of protection, measurement, control, etc. of an Electric Substation are considered, including the new equipment which carry the information from sensors and actuators in the field to their respective SCADA - Supervisory Control & Data Acquisition - system. The performance of the substation is enhanced by new functions as “voting” in protection relays, “bus blocking” in busbars, "load shedding" in load dispatch. Finally the modeling of the communication functions of the field equipments in the substation Bateias, of Copel - Companhia Paranaense de Energia Elétrica is carried out. The equipment's are the ones found in the Brazilian electric market and the reference schemes are from the bibliography. It is shown that the modeling is effective for the communication among the equipment's in the field of an electric substation, and that it is possible to standardize the different protocols employed there. Consequently the compatibility among the equipment's from different manufacturers occurs, and also the reduction of the costs of implementation, programming and personnel training within the substation.

Este trabalho tem por objetivo apresentar e discutir alguns modelos desenvolvidos para a avaliação do impacto de motores de indução trifásicos nas redes de distribuição de energia elétrica partindo de seus dados de placa e utilizando algoritmos evolutivos para o cálculo dos parâmetros elétricos do circuito equivalente do motor. A discussão é de fundamental importância, na medida em que as distorções na onda de tensão impactam diretamente na qualidade do suprimento promovida por uma concessionária de energia elétrica, a qual deve fornecer aos seus consumidores uma tensão puramente senoidal, com amplitude e frequência constantes. Destaca-se a importância da representação de alguns aspectos específicos na avaliação do impacto de motores trifásicos na rede de distribuição. Por exemplo, a representação correta dos motores de indução na sua partida permitirá a identificação de afundamentos momentâneos de tensão tanto em pontos da rede secundária quanto da rede primária. Este trabalho apresenta o modelo de representação do motor de indução e dos elementos constituintes das redes de baixa e média tensão, incluindo os transformadores de distribuição, que possibilitam a análise do impacto desta carga perturbadora em toda a cadeia da rede, partindo-se do ponto de ligação do equipamento e analisando-se, dependendo do caso, a rede secundária, transformador de distribuição, rede primária e subestação de distribuição. Com o módulo computacional desenvolvido a partir da metodologia proposta neste trabalho, foi possível propor critérios bem definidos para avaliar se a partida de motores causa algum prejuízo para a rede de baixa tensão e/ou aos demais consumidores. Foi apresentado um método detalhado e um método expedito que permitem avaliar a viabilidade da instalação de um motor em uma determinada barra dependendo de sua potência, da potência nominal do transformador de distribuição e da sua distância até o transformador. Os critérios e os métodos estabelecidos neste trabalho constituem-se em uma proposta de regulamentação para o acesso de motores de indução à rede de baixa tensão e representam a segunda grande contribuição deste trabalho. / Much research is currently being conducted on the subject of Power Quality in electrical systems. This stems from the widespread use of polluting devices that introduce distortions on voltage waveforms so these become increasingly different form pure sinusoidal. At the same time, there has also been an increase on the use of sensitive equipment that cannot operate properly when fed by a non-sinusoidal source. This work focuses on the development of a few models aimed at evaluating the impact of electrical motors on electricity distribution networks. Motors have a direct impact on the quality of electrical energy provided to the networks customers, mainly owing to voltage sags during the motors startup. A detailed representation of all components (motors, primary circuits, distribution transformers and secondary circuits) has been developed. This allows a precise identification of critical points of the distribution system as to voltage sags. The first important contribution of this work refers to the computation of the motors equivalent circuit from its rated data using evolutionary algorithms. With these models, two different methods for evaluating the impact of the connection of a motor at a given load point were developed. These methods take into account the motors rated power, the distance between the distribution transformer and the load point, and the transformers rated power. The methods constitute a proposal for a regulatory framework within this subject, and they represent the second major contribution of this work.

A instalação de geração distribuída nas redes de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica tem apresentado significativo crescimento em âmbito mundial, impulsionada pelos benefícios que pode proporcionar aos sistemas elétricos, pela necessidade de diversificação da matriz energética dos países, pela desregulamentação do setor de energia elétrica em diversos países e pela necessidade de gerar energia elétrica de forma sustentável. No entanto, para que os geradores distribuídos possam de fato beneficiar a operação das redes elétricas, seus impactos técnicos devem ser cuidadosamente estudados, sobretudo em redes de distribuição, as quais foram inicialmente planejadas para operar com fluxo de potência unidirecional. Dentre esses impactos, destaca-se a elevação do nível de curto-circuito da rede, pois correntes de curto-circuito com valores elevados podem causar violação das capacidades dos equipamentos em suportar os esforços térmicos e dinâmicos e também provocar a perda da coordenação entre os dispositivos de proteção contra sobrecorrente. Neste contexto, este trabalho analisa a influência de geradores distribuídos baseados em inversores na corrente de curto-circuito trifásica em um sistema de distribuição de energia, e sobretudo, comprova que sua contribuição no valor da corrente de falta não supera o dobro de sua corrente nominal. Além disso, com base nesta comprovação, apresenta duas estratégias para inserção desse tipo de gerador nos cálculos de curto-circuito de um sistema de distribuição de energia elétrica. As duas estratégias apresentam resultados satisfatórios, utilizam conceitos básicos de circuitos elétricos, independem de dados minuciosos dos inversores e são validadas através de aplicações numéricas com resultados confrontados aos obtidos das simulações. / The installation of distributed generation in distribution and subtransmission systems has shown significant growth worldwide, driven by the benefits it can provide to electrical systems, the need to diversify the energy sources, deregulation of the electricity industry in several countries and the need to generate electricity in a sustainable manner. However, in order to evaluate if distributed generators benefit the operation of power networks, their technical impacts should be carefully studied, especially in distribution networks, which were originally designed to operate with unidirectional power flow. Among the aforementioned impacts, there is the increase of the short circuit level in the distribution network, since high short-circuit currents may exceed the capabilities of equipment to support the dynamic and thermal stresses and also cause loss of coordination between the overcurrent protection devices. Within this context, this thesis analyzes the influence of inverter based distributed generators on three-phase short circuit currents in a power distribution systems. Especially it confirms that the contribution to the fault current does not exceed twice its rated value. Furthermore, based on this issue, this work presents two strategies for the inclusion of this type of generator in short circuit calculations. Both strategies presented satisfactory results, use basic concepts of electrical circuits, they do not depend on detailed data from the inverters and the results are validated by using simulation results.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-05-16T18:46:41Z No. of bitstreams: 1 HerculesAraujo.pdf: 4155547 bytes, checksum: a184b99018c0f978ec408861bdd090df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T18:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerculesAraujo.pdf: 4155547 bytes, checksum: a184b99018c0f978ec408861bdd090df (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / This work proposes a topology of isolated microgrids with hybrid network (part in DC and part in AC) of electric power distribution. This topology can serve as an alternative model to the conventional AC distribution network model for the electrical service of isolated communities. The topology consists of using a main system of DC power distribution and subsystems with an AC distribution. DC/AC converters are strategically distributed along the DC main network, forming AC subsystems, in order to serve a certain number of consumers with AC loads. Although there are loads that can be fed in DC, this is not a reality for household loads, which are basically AC powered. Thus, the interest of this work is to evaluate the possible advantages of this topology over the conventional microrredes with distribution network in low voltage in AC. In this contexto, the analysis parameters to be studied are: the increasing the extension of the distribution network without the need to use transformers, electric conductors with larger cross sections or distributed generation; the efficiency in the distribution of energy, evaluating the losses, and the reduction of implantation and operation costs. In order to compare the microgrid with hybrid distribution network, an isolated microgrid with purely CA distribution network was adopted as reference: the microgrid with solar-wind generation of Lençóis Island, located in the northeast of Brazil, which has been in operation since July 2008. / Este trabalho propõe uma topologia de microrredes isoladas com rede híbrida (parte em CC e parte em CA) de distribuição de energia elétrica. Essa topologia pode servir como modelo alternativo ao modelo convencional de rede de distribuição de energia totalmente em CA para o atendimento elétrico de comunidades isoladas. A topologia consiste em utilizar um sistema tronco de distribuição de energia em CC e de subsistemas com distribuição CA. Conversores CC/CA são distribuídos estrategicamente ao longo da rede tronco CC, formando subsistemas CA, com a finalidade de atender determinado número de consumidores com carga em CA. Apesar de existirem cargas que podem ser alimentadas em CC, essa não é uma realidade para as cargas de uso doméstico, que basicamente são alimentadas em CA. Assim, o interesse deste trabalho é avaliar as possíveis vantagens dessa topologia sobre as convencionais microrredes com rede de distribuição em baixa tensão em CA. Neste contexto, os parâmetros de análise a serem estudados são o aumento da extensão da rede de distribuição sem a necessidade de se utilizar transformadores, condutores elétricos com seções transversais maiores ou geração distribuída; a eficiência na distribuição de energia, avaliando as perdas, e a redução de custos de implantação e operação. Para se comparar a microrrede com rede de distribuição híbrida, adotouse como referência uma microrrede isolada com rede de distribuição somente CA: a microrrede com geração eólica-solar da Ilha de Lençóis está localizada no nordeste do Brasil, a qual está em operação desde julho de 2008.