Com o objetivo de orientar e agilizar a busca do local de curto circuitos em redes primárias aéreas de distribuição de energia, esta pesquisa propõe uma metodologia para localização de áreas com maior probabilidade de ser sede do defeito, utilizando variáveis Heurísticas. A metodologia Heurística se aplica em problemas que envolvem variáveis com incertezas, que podem ser avaliadas por meio de recursos empíricos e na experiência de especialistas. Dentre as variáveis influentes no cálculo de curto circuito, foram consideradas como mais relevantes: a resistência de defeito, a tensão pré falta, a impedância do sistema equivalente a montante da subestação e a impedância da rede. A metodologia proposta se fundamenta no conhecimento das correntes e tensões oscilografadas no barramento da subestação por ocasião da ocorrência de um curto circuito e, por outro lado no pré-calculo de correntes de curto circuito heurísticas ao longo da rede. No âmbito da pesquisa foram realizados testes de campo para levantamento da variável heurística resistência de defeito, resumidos neste texto e documentados no CD - ROM em anexo. Foi desenvolvido um software que permitiu a efetiva aplicação da proposta desta pesquisa em vários alimentadores de uma Distribuidora, cujos resultados comprovaram a eficiência da metodologia. / With the aim of guiding and speeding up the search of a short circuits place in primary networks of energy distribution this research proposes a methodology for locating higher probability areas of fault, making use of Heuristic variables. The Heuristic methodology is applied in problems that involve variables with uncertainties, which can be evaluated with empirical tools and specialists experience. Among the influential variables in the short circuit calculation, as most relevant were considered: the faults resistance, the pre fault tension, the equivalent system impedance upstream of the substation and the electrical grid impedance. The proposed methodology relies on the knowledge of currents and tensions oscillografed in the substation bus in consequence of a short circuit and, in another way on the pre calculation of heuristic short circuit currents along the grid. In the research scope field tests were performed with the aim of collecting the fault resistance heuristic variable, resumed in this text and documented on the CD-ROM attached. A software that allowed the actual implementation of this researchs purpose in various feeders of a distributor has been developed, with results that confirmed the efficiency of this methodology.

O fornecimento de energia elétrica é uma função social do Estado outorgada às concessionárias. Preocupadas em manter padrões de qualidade e reduzir custos para atingir seu objetivo maior que é o lucro, as empresas de energia não se interessam pela extensão de seu serviço para atender populações rurais pobres. O governo do estado de São Paulo planejou uma política de eletrificação rural com o objetivo de promover a valorização social da vida no campo. Baseado em um modelo desenvolvido pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social em parceria com a Universidade de São Paulo, foi proposto o programa \"Luz da Terra\", envolvendo vários novos atores e deixando para as concessionárias o papel de executar serviços de engenharia somente. Este trabalho analisa o processo de planejamento, o arranjo institucional e a prática de implantação desse programa em sua primeira fase. Os fracos resultados são atribuídos à falhas no arranjo institucional e nas ações de campo. O eixo do programa deslocou-se das comunidades e do poder local para as concessionárias. Em sua prática, o programa negou o modelo. Nesse contexto, são sugeridas medidas corretivas. / The electric energy supply is a State social matter granted to the utilities. Worried in to maintain quality patterns and to reduce costs to reach its larger objective that it is the profit, the utilities are not interested in the extension of its service to assist poor rural populations. The state of São Paulo government has planned a rural electrification politics aimed to promoving the social valuation of the life in rural areas. Based on a model developed by the Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social in partnership with the Universidade de São Paulo, the program \"Luz da Terra\" was proposed it, involving several new actors and passing to the utilities the task of executing engineering services only. This work analyses the planning process, the institutional arrangement and the practice of that program in its first phase. The weak results are attributed to mistakes in the institutional arrangement and in the country actions. The program axis moved from the communities and the local power to the utilities. In its practice, the program denied the model. In that context, this work suggests actions to correct it.

O diagnóstico de eventos que afetam a qualidade da energia elétrica tem se tornado preocupação de magnitude mundial, em especial em dois temas importantes que são: a localização relativa da origem do evento (LROE) e a classificação automática da causa fundamental de eventos (CACFE). O primeiro está relacionado com a identificação da fonte do evento, isto é, a montante ou a jusante do medidor de qualidade de energia (MQE). O segundo pode ser dividido em dois grupos: a classificação das causas internas e das causas externas. As causas internas estão relacionadas a eventos produzidos pela operação do sistema elétrico (energização ou desenergização do sistema, energização de transformador, chaveamento de capacitores dentre outros), e as causas externas estão vinculadas a eventos produzidos por faltas externas ao sistema elétrico (contato com galhos de árvore, animais, descargas atmosféricas, dentre outros). Ambos os temas, LROE e CACFE, são abordados nesta tese de doutorado. Para classificar eventos por causas internas ou externas é necessário antes definir se realmente trata-se ou não de um evento, para o qual é imprescindível conhecer a LROE. Este último necessita de um processo de segmentação das formas de onda de tensão e corrente para funcionar de forma correta. A segmentação identifica segmentos transitórios e não transitórios nas formas de onda e contribui também na extração de características para os diferentes algoritmos de classificação. Neste sentido, neste trabalho de pesquisa é proposta uma metodologia de diagnóstico da qualidade de eventos, focada em LROE e CACFE. Para isto foram desenvolvidos diferentes algoritmos de segmentação, extração de características e classificação, sendo criada uma ferramenta computacional em MatLab® que inclui pré-processamento de sinais de tensão e corrente de um banco de dados real fornecido por uma concessionária do Estado de São Paulo. Além disto, foram propostos novos algoritmos de LROE com resultados satisfatórios quando comparados com outros dois disponíveis na literatura científica. Para as causas internas, dois novos índices são propostos para separar eventos produzidos por faltas e energização de transformadores. Finalmente, são propostos novos algoritmos de extração de características baseados na energia dos coeficientes de decomposição da transformada wavelet bem como o algoritmo à trous modificado. São propostos dois novos vetores de descritores de energia (VDE) baseados no primeiro segmento transitório do evento. Para a classificação destes eventos foi utilizado um algoritmo de indução de regras de decisão (CN2), que gera regras de simples implementação. Todos os métodos de classificação utilizados nesta tese estão baseados em regras, sendo seu desempenho avaliado por meio da matriz de confusão. / Diagnosing events that affect power quality have become a worldwide concern, especially with respect to two important issues related to the relative location of the event origin (RLEO) and automatic cause classification of events (ACCE). The first one is related to the identification of the event source, i.e. either upstream or downstream in relation to the power quality meter (PQM). The second one can be subdivided into two groups, namely the classification of internal causes and of external causes. Internal causes are related to events produced by power system operation (connection or disconnection of feeders, power transformer inrush, capacitor switching, amongst others) and external causes that are related to events produced by external faults to the power system (network contacts to tree branches, animals contact, atmospheric discharges, amongst others). Both topics, RLEO and ACCE, are herein considered. In order to classify events due to internal or external causes, one should first define whether it is an actual event, what demands the RLEO. This makes use of a segmentation process applied to the voltage and current waveforms. The segmentation identifies the transient and stationary segments within the waveforms, contributing also to the feature extraction for different classification algorithms. Based on the aforementioned, this research proposes a methodology to diagnose power quality events, focusing on RLEO and ACCE. Different algorithms of segmentation, feature extraction and classification were then developed by the use of a computational tool implemented in MatLab®, that considers also the preprocessing of voltage and current signals in a real data base which was made available by a distribution company in Sao Paulo State. Besides that, new RLEO algorithms have shown satisfactory results when compared to algorithms published in the scientific literature. As for the internal causes, two new indices were proposed in order to separate events produced by faults or by the connection of power transformers. New algorithms for feature extraction are proposed, which are based on the energy of decomposition coefficients of the wavelet transform as well as the modified à trous algorithm. Two vectors of energy descriptors are proposed, which are based on the first transient segment of the event. The classification of such events was carried out by an induction algorithm of decision rules (CN2), that generates easily implementable rules. All classification methods utilized in this thesis are based on rules and their performances are assessed by the confusion matrix.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO Katiani Pereira2.pdf: 3768192 bytes, checksum: daffa714558affb1cf5db22181b4a527 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The development of a mathematical optimization model for the allocation of switching devices and interconnecting branches in electric power distribution systems is presented. This model aims to minimize the cost of load unserved energy and investment costs. The main constraints are continuity indicators, like DEC and FEC and technical constraints from the power flow of the system. The model is a mixed integer nonlinear programming (MINLP) which proposes the building of new interconnection lines between the main branch and lateral extensions of the same feeder. The objectives of this model are to improve system reliability and minimize energy costs, the construction of the Pareto curve by varying weighting factors contained in the objective function is presented in order to find a set of solutions to be presented to the decision maker of a distribution utility. To prove the behavior of the model, a genetic algorithm was used as solution technique in several test systems. / No presente trabalho é apresentado o desenvolvimento de um modelo matemático de otimização para a alocação de chaves seccionadoras e ramos de interconexão em sistemas de distribuição de energia elétrica. Este modelo tem como objetivo minimizar os custos de energia não suprida e os custos de investimento, na alocação das chaves seccionadoras e ramais de interconexão. As principais restrições são os indicadores de continuidade DEC e FEC e o fluxo de potência do sistema, sendo este um problema de programação não linear inteiro misto (PNLIM), tendo como diferencial propor que os ramais de interconexão possam ser construídos entre o tronco principal e os ramais laterais de um mesmo alimentador. Os objetivos desse modelo são melhorar a confiabilidade do sistema e minimizar os custos de energia, desta forma apresenta-se a construção da Curva de Pareto através da variação dos fatores de peso contidos na função objetivo, com a obtenção desta curva foi possível encontrar um conjunto de soluções para que o tomador de decisões de uma empresa, possa escolher qual dessas soluções se enquadra melhor na sua proposta de trabalho. Utiliza-se o algoritmo genético como técnica de solução em vários sistemas testes para avaliar o comportamento do modelo matemático.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Paula P T Caetano 2.pdf: 4372875 bytes, checksum: b5eda892daea23dd9f2cf33a7a4045c5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The simulation results obtained using three models which minimize the distribution system reliability indexes and investment through sectionalizing switches allocation and/ or installation of tie lines are presented in this work. This is a problem with conflicting goals that were simultaneously minimized through a multi-objective Genetic Algorithm (Non- Dominated Sorting Genetic Algorithm II - NSGA II), seeking trade-off solutions between investment costs and network reliability. As constraints, the continuity indexes (DEC and FEC) and the power flow of the system were considered. The three models presented have two objective functions, being the first one the investment cost (CINV) of allocated equipment. The second function is one of three reliability indexes: Cost of Energy not Supplied (CENS), DEC and FEC. In the first model (CINV and CENS), results with higher quantities of sectionalizing switches allocation were found, so it was the model which presented higher investment costs. In the second model (CINV and DEC) results presenting lower values for the DEC were found, comparing with the first model, and lower investment cost, but the total cost were similar to those of the first model, since it has an increased CENS. The third model (CINV and FEC) was the model which allocated less sectionalizing switches and presented lower investment costs, since the allocation of these devices do not influence the minimization of FEC, only the allocation of tie lines change the system configuration influencing the FEC. All results obtained through the models met the expectations of finding a set of diverse solution considering the constraints. / Neste trabalho foram apresentados e analisados os resultados obtidos de três modelos matemáticos que minimizam indicadores de confiabilidade do sistema de distribuição e custo de investimento através da alocação de chaves seccionadoras e/ou instalação de ramais de interconexão. Trata-se de um problema com objetivos conflitantes que foram minimizados simultaneamente através de um algoritmo genético multiobjetivo (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II NSGA II), buscando soluções com bons compromissos (trade-off) entre o custo de investimento e a confiabilidade da rede. Foram considerados como restrições os indicadores de continuidade (DEC e FEC) e o fluxo de potência do sistema. Os três modelos apresentados possuem duas funções objetivos, uma das funções representa o custo de investimento (CINV) dos equipamentos alocados e a outra função é um indicador de confiabilidade, sendo que foram adotados o custo de energia não suprida (CENS) e os indicadores DEC e FEC respectivamente ao primeiro, segundo e terceiro modelo. No primeiro modelo (CENS e CINV) foram encontrados resultados com maior quantidade de alocação de chaves, deste modo foi o modelo que apresentou maiores custos de investimentos. No segundo modelo (DEC e CINV) foram encontrados resultados com menores valores para o DEC em relação ao primeiro modelo e com menor custo de investimento, porém com custo total aproximados dos valores do primeiro modelo, visto que tiveram um aumento do CENS. O terceiro modelo (FEC e CINV) foi o modelo que menos alocou chaves seccionadoras e apresentou menores custos de investimento, uma vez que a alocação destes dispositivos não influencia na minimização do FEC, somente a alocação dos ramais de interconexão que alteram a configuração do sistema influenciando no FEC. Todos os resultados obtidos nos modelos atenderam às expectativas de encontrar um conjunto de solução diversificado respeitando as restrições impostas.

As empresas concessionárias de energia elétrica convivem com elevados custos de manutenção em suas redes de distribuição de energia elétrica; em particular um dos motivos está ligado a preço e durabilidade de cruzetas de madeira, seja na sua instalação inicial, seja na sua troca que pode ocorrer freqüentemente, havendo a necessidade de utilização de madeiras nobres em princípios as quais, além do preço, sofrem restrições ambientais em seus usos. Este trabalho visa à análise destas vigas de madeira, do ponto de vista de ensaios mecânicos e suas simulações computacionais, com base em madeiras com menores restrições ambientais, submetidas ou não a impregnação com resina poliuretana derivada do óleo de mamona. É apresentado, também, um texto para o auxílio de futuros leitores e usuários na aplicação do software ANSYS. / The power supply dealership companies live together with high maintenance costs on electrical systems, in private one of reasons is linked to the cost and durability of wood crossarms, either in its initial installation, either in its exchange that can occur frequently, having the necessity of noble wood use in principles which, beyond the price, suffer enviromental restrictions in its uses. This work aims at to the analysis of these beams wooden, of the point of view of mechanical tests and its computational simulation, on the basis of wood with lesser enviromental restrictions, submitted or not to the impregnation with castor-oil polyurethane resin. It is presented, also, a text for the aid of reading and using futures in the application of software ANSYS.

O emprego de geradores fotovoltaicos (FV) conectados ao sistema de distribuição de energia elétrica tem apresentado um crescimento significativo na última década. No Brasil, sua existência ainda é reduzida, entretanto a previsão é que esta aumente nos próximos anos em função das novas regulamentações estabelecidas pelas concessionárias de energia, com apoio da Agência Nacional de Energia Elétrica. O estudo das consequências trazidas pela conexão massiva de geradores FV possibilita o planejamento correto de operação do sistema de distribuição, evitando assim, a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores. Dentro desse contexto, este trabalho possui como objetivo a análise da influência que um elevado nível de penetração de sistemas FV possui em um sistema de distribuição de energia elétrica. Durante as análises, foram considerados diversos geradores FV distribuídos aleatoriamente em dois sistemas de distribuição teste bastante distintos. O programa de simulação computacional empregado foi o OpenDSS. Os estudos consideraram situações de regime permanente e foram feitas abordagens empregando variações temporais, com o propósito de avaliar o comportamento e a interação entre os perfis de carga e geração FV. Os resultados mostraram a importância de considerar as variações temporais de demanda e de geração, e apontaram que o perfil de tensão em regime permanente, nível de desbalanço de tensão, perdas técnicas, regulação da tensão e desconexão dos geradores são fatores importantes que devem ser avaliados em estudos deste tipo. Além disso, mostrou-se que possíveis impactos negativos decorrentes da introdução massiva de geradores fotovoltaicos podem ser mitigados utilizando as soluções propostas ao final deste trabalho. / The employment of photovoltaic (PV) generators connected to the grid has increased significantly in the past decade. In Brazil, there are a few PV systems nowadays, but this scenario tends to change since new regulations have been established by the utilities with support of the Brazilian Electrical Energy Agency. The study of the effects caused by high penetration levels of PV generators enables the correct operation of the distribution networks and prevents the degradation of power quality provided to the consumers. In this context, the purpose of this research is to analyze the consequences caused by high-penetration levels of PV systems in distribution networks. Several distributed PV generators are considered and located randomly in two distinct distribution test feeders. The studies were carried out by using the software OpenDSS. The analysis focused on steady state studies and typical daily load and PV generation curves have been considered to evaluate the behavior and the interaction between loads and PV generation. The results have shown the importance of considering such load and power variation, and pointed out that voltage profile, voltage unbalance level, technical losses, voltage regulation and generators disconnection are important issues to be studied in situations like the ones analyzed in this work. Furthermore, possible negative impacts caused by high PV penetration levels can be mitigated by employing the potential solutions proposed in this dissertation.

O presente trabalho visa propor uma metodologia para desenvolvimento e aplicação de um inovador emulador de redes elétricas inteligentes (REIs) para testes sistêmicos de funcionalidades de Smart Grids envolvendo dispositivos inteligentes (hardware) e sistemas de tecnologia da informação (software) em ambiente laboratorial. Além de dar uma dimensão da importância dos laboratórios de redes elétricas inteligentes para a pesquisa do tema, o levantamento bibliográfico apresentado neste trabalho permite concluir que as pesquisas envolvendo hardware-in-the-loop (HIL) tendem a concentrar suas análises nos equipamentos de hardware testados, como dispositivos de medição, equipamentos de potência (inversores de frequência e outros), dispositivos de controle e seus algoritmos e não em estudos que envolvam análises mais sistêmicas e interações dos dispositivos com sistemas de TI normalmente presentes nos Centros de Operação da Distribuição (COD), os quais cumprem papéis cada vez mais importantes nas funcionalidades de Redes Inteligentes. A metodologia proposta parte da premissa de que um ambiente para testes de funcionalidades de Smart Grids deve permitir análises sistêmicas, não apenas focadas nos dispositivos de controle de uma porção particular da rede ou sistemas de automação específicos, mas devem envolver a maior porção de rede possível e necessária para a correta representação das redes elétricas inteligentes. Neste sentido, a metodologia define e caracteriza os principais módulos e etapas de desenvolvimento de um emulador de redes elétricas inteligentes, ao mesmo tempo em que propõe soluções para os desafios de integração destes módulos, aplicando conceitos de hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), e simulação com sincronização orientada a evento, além de propor soluções com simulação de sistemas de potência em regime permanente e hardware de baixo custo que permitiram o desenvolvimento do emulador de redes em laboratório de Smart Grid. As principais características do emulador de REIs desenvolvido e implementado no laboratório de Smart Grid, conforme a metodologia proposta, também são descritas neste trabalho. Por fim, são apresentados os casos teste, mais especificamente provas de conceito, envolvendo redes de teste IEEE/PES e redes reais das concessionárias do grupo EDP, financiador do projeto de implantação do laboratório no âmbito do Programa de P&D ANEEL, os quais serviram de base para a avaliação do desempenho do emulador e discussões finais sobre as contribuições da metodologia de desenvolvimento proposta neste trabalho. / This work aims to proposing a methodology for the development and application of an innovative Smart Grid emulator for systemic testing of Smart Grids functionalities involving intelligent devices and information technology systems in a laboratory environment. Besides demonstrating the importance of the Smart Grid for the subject research, the literature review clarifies that the research involving hardware-in-the-loop (HIL) tends to concentrate its analyses in the equipment under test, such as power devices, control devices and their algorithms. Instead, it should consider systemic studies involving the interaction of these devices with Operation Centre IT systems, so relevant to the Smart Grid functionalities. The proposed methodology is based on the premise that an environment for testing Smart Grids functionalities should allow systemic analysis instead of focusing only on control devices of a specific area or specific automation systems. Instead, it should involve a more detailed representation of the network that is necessary for the correct representation of the Smart Grid. In this direction, the methodology defines and characterizes the development stages and main modules of a Smart Grid emulator and proposes solutions for integration issues. It applies concepts of hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), simulation with event-driven synchronization, besides steady-state power simulation and low-cost hardware solutions that enabled the development of the Power grid emulator at a Smart Grid laboratory. The main features of the Smart Grid emulator developed and implemented at the Smart Grid laboratory, according to the proposed methodology, are also described in this work. Finally, the description of the Smart Grid laboratory, test cases and proofs of concepts involving IEEE/PES test feeders and real networks of the EDP utility, sponsor of the project for laboratory implementation under the ANEEL R&D Program, are presented to prove the Emulator performance and to discuss the contribution of the methodology herein proposed.

Com o objetivo de orientar e agilizar a busca do local de curto circuitos em redes primárias aéreas de distribuição de energia, esta pesquisa propõe uma metodologia para localização de áreas com maior probabilidade de ser sede do defeito, utilizando variáveis Heurísticas. A metodologia Heurística se aplica em problemas que envolvem variáveis com incertezas, que podem ser avaliadas por meio de recursos empíricos e na experiência de especialistas. Dentre as variáveis influentes no cálculo de curto circuito, foram consideradas como mais relevantes: a resistência de defeito, a tensão pré falta, a impedância do sistema equivalente a montante da subestação e a impedância da rede. A metodologia proposta se fundamenta no conhecimento das correntes e tensões oscilografadas no barramento da subestação por ocasião da ocorrência de um curto circuito e, por outro lado no pré-calculo de correntes de curto circuito heurísticas ao longo da rede. No âmbito da pesquisa foram realizados testes de campo para levantamento da variável heurística resistência de defeito, resumidos neste texto e documentados no CD - ROM em anexo. Foi desenvolvido um software que permitiu a efetiva aplicação da proposta desta pesquisa em vários alimentadores de uma Distribuidora, cujos resultados comprovaram a eficiência da metodologia. / With the aim of guiding and speeding up the search of a short circuits place in primary networks of energy distribution this research proposes a methodology for locating higher probability areas of fault, making use of Heuristic variables. The Heuristic methodology is applied in problems that involve variables with uncertainties, which can be evaluated with empirical tools and specialists experience. Among the influential variables in the short circuit calculation, as most relevant were considered: the faults resistance, the pre fault tension, the equivalent system impedance upstream of the substation and the electrical grid impedance. The proposed methodology relies on the knowledge of currents and tensions oscillografed in the substation bus in consequence of a short circuit and, in another way on the pre calculation of heuristic short circuit currents along the grid. In the research scope field tests were performed with the aim of collecting the fault resistance heuristic variable, resumed in this text and documented on the CD-ROM attached. A software that allowed the actual implementation of this researchs purpose in various feeders of a distributor has been developed, with results that confirmed the efficiency of this methodology.

Este trabalho tem por objetivo localizar faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica utilizando apenas dados de tensão pós-falta. Não são utilizados dados de corrente pois sua medição não é um requisito mínimo dos medidores inteligentes. Os dados coletados são fornecidos a um sistema fuzzy multicamadas. A seleção dos dados de entrada para o treinamento do sistema inteligente é uma característica exclusiva deste trabalho, por ser continuação da metodologia desenvolvida durante o mestrado do autor desta tese. O cenário estudado é um alimentador de um sistema de distribuição real, com 1600 barras e 505 transformadores. Para efeito de comparação de resultados, a distância da falta é obtida de duas formas: pela composição das estimações das impedâncias de sequência zero e positiva e pela estimação direta da distância. Os resultados se mostram satisfatórios, com erros condizentes aos que são encontrados na literatura, sendo que a estimação direta da distância da falta mostrou resultados ligeiramente melhores. / This work aims to locate faults in electrical energy distribution systems using only post-fault voltage data. Current data is not used because their measurement is not a minimum requirement of smart meters. The collected data is applied to a multilayer fuzzy inference system. The way voltage data is selected to train the fuzzy system is an exclusive feature of this work, since it is a continuation of the methodology developed during the master\'s dissertation of this thesis author. The scenario studied is a feeder of an actual distribution system, with 1600 buses and 505 transformers. For the purpose of results comparison, the distance of the fault is obtained in two ways: by the composition of the zero and positive sequence impedances estimations and by the direct estimation of the distance. The results are satisfactory, with errors that are consistent with those found in the literature, while the direct estimation of the fault distance presented slightly better results.