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.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-09T22:40:42Z No. of bitstreams: 1 117110027.pdf: 2705925 bytes, checksum: 22617f402005b98190c3067b1402ee2f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-09T22:40:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 117110027.pdf: 2705925 bytes, checksum: 22617f402005b98190c3067b1402ee2f (MD5) Previous issue date: 2014-04-01 / A variação do comportamento de consumo elétrico ao longo do dia vem sendo um constante desafio para planejamentos e operação de sistemas de distribuição de energia elétrica. A diversidade de ocorrência dos picos de demanda, considerando diferentes classes de consumo, para um transformador de distribuição, são determinados de uma forma estatística, assim possibilitando uma aproximação do real comportamento dos consumidores de energia elétrica. Mas não basta apenas considerar dados estatísticos, e sim adicionar outros fatores que são determinísticos para definição real desse comportamento destes consumidores ao longo do dia. Neste contexto, é fundamental considerar dados climáticos. Durante um período de 12 meses foi realizada uma campanha de medições e paralelamente um arquivamento de informações utilizando sites da internet sobre dados climáticos da região. Como as medições (amostragens) foram, geograficamente, muito próximas, foi possível acompanhar e perceber a modificação de comportamento dos consumidores, como a utilização de condicionadores de ar e refrigeração em geral. Portanto, como objetivo de aperfeiçoar a caracterização de curvas típicas de demanda de energia elétrica, neste trabalho, utilizando metodologias de redes neurais, serão agrupadas as curvas de demanda considerando: classes, subclasses, consumo médio (últimos 12 meses) de energia elétrica, e adicionalmente dados climáticos. / The variation of the behavior of electrical consumption throughout the day has been a constant challenge for planning and operation of electric power distribution systems. The diversity of occurrence of peak demand, considering different classes of consumption to a distribution transformer are determined in a statistical manner, allowing an approximation of the actual behavior of consumers of electricity. But not enough to consider only statistical data, but add other factors that are deterministic for real definition of the behavior of these consumers throughout the day. In this context, it is crucial to consider climate data. During a period of 12 months, a measurement campaign was carried out in parallel and an archive of information using the internet sites on climatic data of the region. Because measurements (samples) were geographically very close, it was possible to follow and realize the change in consumer behavior, such as the use of air conditioners and cooling in general. Therefore, the objective of improving the characterization of typical curves of electricity demand, this paper, using methodologies neural networks, are grouped considering the demand curves: classes, subclasses, middle (last 12 months) of electricity, and additionally climatic data.

A recente abertura de mercado, a carência de recursos públicos para investimentos em geração de energia, a dificuldade de realização de empreendimentos de grande porte por razão ambiental, bem como o programa de universalização do atendimento têm criado novas oportunidades no Setor Elétrico brasileiro, dentre as quais está a exploração de geração distribuída. Nesse âmbito, as micro redes que associam vários geradores de pequeno porte, operados por centro regional, vêm se revelando como uma interessante solução tanto para o investidor como para o atendimento de áreas de concessão específicas. Esta pesquisa apresenta um modelo de análise econômica da participação de geradores distribuídos, operando de forma pseudo-cooperativa, fundamentado na teoria dos jogos. O modelo foca o cliente, com futuro potencial de ser livre, capaz de gerar a sua própria energia através de geradores distribuídos. Uma micro-rede de geradores distribuídos pode ser constituída de vários agentes que, não obstante tenham toda ou parte de sua produção contratualmente comprometida, resolvem atuar de forma cooperada para auferir o ganho decorrente dos diferentes custos marginais de operação das máquinas, para cada nível de despacho de suas unidades. O modelo proposto prevê que a otimização da participação dos despachos das unidades cooperadas, em cada situação de carga, é obtida pela minimização global dos custos marginais totais, determinando a produção de cada gerador. O compartilhamento doganho advindo da cooperação é dado pela aplicação da Função de Shapley, que se fundamenta nas características técnicas e econômicas de operação de cada unidade. ) O modelo desenvolvido neste trabalho formulou o conceito pseudo-cooperação, que prevê a disponibilidade parcial da capacidade de geração de um ou mais agentes para produção dedicada à demanda cooperada da micro rede, de forma que a capacidade restante permanece para o agente oferecer a oportunidades do mercado. A otimização dos ganhos, tanto da rede cooperada como do agente que disponibiliza parte de sua capacidade ao mercado, é realizada através do compartilhamento do ganho da cooperação, da receita obtida da venda de energia ao mercado e do prêmio que o(s) agente(s) que transgride(m) sua(s) cota(s) mínima(s) de cooperação paga(m) aos participantes da cooperação. Com essa abordagem de cooperação parcial e otimização dos ganhos tornou-se possível maximizar os benefícios para os agentes e obter uma capacidade adicional, chamada neste trabalho de \"Sobra\", disponível para venda ao mercado. Desta forma, e como conclusão principal, pôde-se verificar que é possível a obtenção de ganhos adicionais sempre que um ou mais geradores trabalham de forma cooperada e que a pseudo-cooperação apresenta uma forma de aumentar esse ganho / The recent market expansion, the lack of public resources for investments in power generation, the difficulty of deployment of large projects due to environmental reasons, and also the program \"Universalização do Atendimento\" (program that aims to attend all country) has provided new opportunities on the Brazilian Electric Sector. One of these opportunities is the exploration of distributed generation. Under this idea, an interesting solution for the investor and also for the service provider in specific concession areas is the micro-grids. The micro-grids associate several small load generators it selves and these micro-grids are operated by regional centers. This research presents a model of economical analysis of the participation of distributed generators, operating in a pseudo-cooperative way, based in the game theory. The model adresses non free consumers that further may have the capability to be able to generate its own energy through distributed generators, as free consumers. A micro-grid of distributed generators can be composed by several agents that decide to act in a cooperative way aiming to earn from each level of dispatched power, through the different operational cost of the machines in the micro-grid. This is possible even having all or part the production already contractually committed. For each load situation, the proposed model foresees that the dispatch of power in each cooperated units is optimized by the global reduction of the costs thataffect the production of each generator. The share of the gain from the cooperation is given by the application of the Shapley function that is based in the technical and economical characteristics of operation of each unit. ) The developed model in this work has formulated a pseudo-cooperation concept, which foresees the partial availability of the generation capacity of one or more agents for dedicated production to the cooperated demand of the micro grid, so that the remaining capacity is available to be offered to opportunities of the market. The optimization of the gain over the cooperated grid, and also over the agent that make available its partial capacity to the market, is accomplished through the share of the cooperated gain, through the revenue obtained from the energy sold to the market, and also through the prize that the agents pay to other participants of the cooperation when they reach their minimal commitment. With the partial cooperation and gain optimization approach, it was possible to maximize the benefits for the agents and to obtain a surplus, called in this work of \"Sobra\", available to sell to the market. The main conclusion is that it is possible to obtain additional benefits whenever one or more generator work in a cooperative basis and that the pseudo-cooperation is a way to grown this benefits.

A busca de uma melhor qualidade da energia passa necessariamente por um melhor entendimento dos fenômenos relacionados às descargas atmosféricas. No caso de redes de distribuição com tensões nominais inferiores a 69 kV, uma parcela significativa das interrupções se deve às sobretensões induzidas por descargas próximas às linhas. Este trabalho teve por objetivo desenvolver e implantar um sistema para estudo de tensões induzidas em linhas de distribuição devido a descargas atmosféricas indiretas através da obtenção simultânea das formas de onda de tensões induzidas em duas linhas com diferentes configurações. Além das linhas, equipadas com divisores de tensão especialmente projetados para medições de tensões impulsivas, também fazem parte do sistema uma torre metálica para captação de descargas, construída nas proximidades das linhas, o sistema de medição instalado em sua base para registro de correntes de descargas que eventualmente incidam em sua estrutura e o programa computacional que gerencia os processos de aquisição e armazenamento de dados. A metodologia adotada no estudo é pioneira no que se refere a descargas naturais, pois somente em pesquisa desenvolvida pelo Grupo de Alta Tensão e Descargas Atmosféricas (GATDA/USP) através de modelo em escala reduzida foram obtidos registros simultâneos de tensões induzidas pelas mesmas descargas em linhas de distribuição com e sem proteção. O presente estudo representa uma extensão da pesquisa realizada com modelo reduzido, sendo a metodologia anteriormente desenvolvida transportada para um sistema em escala real. O sistema entrou em operação no final de fevereiro de 2002, tendo sido registradas várias formas de onda de tensões induzidas, comprovando o seu desempenho satisfatório. Este trabalho descreve os principais componentes do sistema e apresenta alguns dos resultados preliminares obtidos. / For improving the energy quality it is essential to understand the phenomena related to the lightning discharges. In the case of distribution networks with rated voltages lesser than 69 kV, there is a significant number of interruptions caused by overvoltages induced by lightning discharges near to the lines. The aim of this work was to develop and to implement a system to study lightning induced voltages on distribution lines through simultaneous acquisition of induced voltages waveforms on two lines with different configurations. Besides the lines, equipped with voltage dividers specially designed to measure impulsive voltages, also belong to the system a metallic tower built in the vicinity of the lines, the measuring system installed at its base to register lightning currents that eventually hit it and the computer programme that manages the acquisition and data storage process. The methodology adopted in the study is pioneer concerning natural lightning, since records of voltages induced simultaneously on unprotected and protected distribution lines by the same lightning event were obtained only in a previous research developed by the High Voltage / Lightning Research Group (GATDA/USP), by means of a scale model. The present study represents an extension of that research, so that the same methodology previously developed has been transferred to a real scale system. The system started to operate in the end of February 2002 and several induced voltages waveforms have been registered, confirming its satisfactory performance. This Dissertation describes the system and its main components and shows some of the preliminary results obtained so far.

Nesta dissertação é proposto e avaliado um modelo de caracterização da carga para utilização no planejamento operacional dos sistemas de distribuição baseado na caracterização dos consumidores através de curvas típicas de carga. A identificação dos padrões de curvas típicas baseou-se na aplicação da rede neural tipo mapa auto organizável, sobre a grande massa de dados de medições de clientes da campanha de medidas realizada pela distribuidora no processo de revisão tarifária o que permitiu a identificação dos padrões de consumo de energia ativa e fator de potência para os consumidores ao longo do dia. O módulo de agrupamento baseado no mapa auto organizável associado a técnica clássica de agrupamento das k-médias mostrou-se uma ferramenta extremamente robusta e eficaz na identificação de padrões para grandes bases de dados. A comparação dos resultados das estimativas de carga para cerca de 200 alimentadores de distribuição medidos através do sistema SCADA complementa e valida a aplicação desta metodologia, que culmina com a proposição de um modelo de otimização, que com base nas medições, possibilita melhorias significativas na estimativa de carga dos alimentadores estudados. A metodologia proposta neste trabalho demonstra ser uma ferramenta eficaz para que a distribuidora de energia elétrica possa constantemente realimentar os dados sobre os hábitos de consumo de seus clientes, garantindo assim a manutenção de estimativas consistentes para o planejamento operacional de seu sistema de distribuição. / This dissertation presents and validate a load characterization framework for the operational planning of electric distribution networks based on characterization of customer typical load curves. The pattern recognition of typical load curves was based on the usage of self organizing maps, a type of neural network, over the huge database of customer field measurements performed by the electric energy utility for tariff review process, allowing the characterization of daily active energy consumption and power factor behaviors. The grouping module is based on self organizing map technique along with classic k-means technique, which proved to be an extremely effective tool for pattern recognition over large databases. The results of load estimation for 200 distribution feeders measured by SCADA system ensures the quality and accuracy of this framework which presents also an optimization model based on such measures, resulting significant improvement on load estimation for these feeders. This framework proves to be an effective tool for electric energy utilities for constant evaluation of customer’s power consumption behavior, allowing the maintenance of accurate estimations for operational planning of distribution networks.