Lightning causes important transient disturbances on transmission and distribution systems, with consequent damages to equipment, outages, and general decrease of the power quality. The assessment of the lightning dielectric strength of power equipment is generally based on tests performed using the standard lightning impulse voltage (1.2 / 50 µs waveshape), although the characteristics of the lightning overvoltages depend on many parameters and may vary widely. The behavior of insulators when subject to non-standard impulses depends both on the voltage amplitude and waveshape, and therefore a reliable model is required to produce the corresponding volt-time curves. Although there is no method universally accepted for this purpose, one of the most used is the Disruptive Effect (DE) model, which is based on the integration method concept. The application of this model involves the estimation of some parameters for which different procedures have been proposed in the literature, as for instance the procedures by Darveniza and Vlastos, by Hileman, by Chowdhuri et al., and by Ancajima et al. Tests of representative lightning overvoltages were performed to obtain the critical flashover overvoltages (CFO) and the volt-time curves of typical porcelain pin-type insulators considering three standard medium-voltage distribution classes (15 kV, 24 kV, and 36 kV) and five impulse voltage waveshapes, of both polarities. These tests provided data for the analyses of the insulators\' behavior and the results obtained using the different procedures for estimating the DE parameters. It is shown that in some cases insulator flashover is not predicted. A new method is then developed and proposed for evaluating the dielectric behavior of MV insulators. The method is validated using the typical insulators of the three voltage classes and the five lightning impulse voltages considered, of positive and negative polarities. The calculated volt-time curves showed in general a good agreement with the measured results for all the cases studied. The mean difference between the measured and calculated times to breakdown, for all the cases considered, was about 1.3 s; while the maximum difference was 4.0 s. The application of the proposed method to evaluate the occurrence of insulator flashovers in the shield wire line (SWL) system implemented in the State of Rondônia due to nearby lightning strikes supports previous conclusions that indicate that lightning has a significant impact on the SWL system performance in regions with high ground flash density. / Descargas atmosféricas produzem distúrbios transitórios significativos em sistemas de transmissão e distribuição, com consequentes danos em equipamentos, interrupções e redução geral na qualidade de energia elétrica. A avaliação da suportabilidade dielétrica frente às descargas atmosféricas do equipamento de potência é geralmente baseada em ensaios realizados usando o impulso atmosférico de tensão normalizada (forma de onda 1.2 / 50 µs), contudo as características das sobretensões atmosféricas dependem de muitos parâmetros e podem variar amplamente. O comportamento dos isoladores quando sujeitos a impulsos não normalizados depende tanto da magnitude como da forma de onda da tensão, e então um modelo confiável é necessário para se obter as curvas tensão-tempo correspondentes. Embora não haja um método universalmente aceito para essa finalidade, um dos mais utilizados é o modelo de Efeito Disruptivo (DE), que é baseado no conceito do método de integração. A aplicação desse modelo envolve a estimativa de alguns parâmetros para os quais diferentes procedimentos têm sido propostos na literatura, como por exemplo, os procedimentos de Darveniza e Vlastos, de Hileman, de Chowdhuri et al. e de Ancajima et al. Ensaios de sobretensões atmosféricas representativas foram feitos para obter as tensões de descarga disruptiva (CFO) e as curvas de tensão-tempo de isoladores de porcelana típicos, tipo pino, considerando três classes de tensão de distribuição de média tensão (15 kV, 24 kV e 36 kV) e cinco formas de onda de impulso de tensão, de ambas as polaridades. Estes ensaios proporcionaram dados para as análises do comportamento dos isoladores e os resultados obtidos usando os diferentes procedimentos para estimar os parâmetros necessários para a aplicação do modelo do Efeito Disruptivo. É mostrado que em alguns casos a disrupção no isolador não é prevista por tais procedimentos. Um novo método é, então, desenvolvido e proposto para avaliar o comportamento dielétrico dos isoladores de média tensão. O método é validado usando os isoladores típicos das três classes de tensão e as cinco formas de tensões de impulso atmosféricos consideradas, de polaridades positiva e negativa. As curvas tensão-tempo calculadas mostraram, em geral, boa concordância com os resultados medidos para todos os casos estudados. A diferença média entre os tempos de disrupção medidos e calculados, para todos os casos considerados, foi da ordem de 1,3 s; enquanto a máxima diferença foi de 4,0 s. A aplicação do método proposto para avaliar a ocorrência de disrupções em isoladores do Sistema de Cabo Para-raios Energizados (PRE), implementado no estado de Rondônia, devido a descargas atmosféricas indiretas, apoia as conclusões previamente obtidas que indicam que as descargas atmosféricas têm impacto significativo sobre o desempenho do sistema PRE em regiões com alta densidade de descargas para solo.

As redes secundárias de distribuição são item de extrema importância no processo de levar a energia produzida de uma fonte até o consumidor final. Dentro de uma Empresa Concessionária de Distribuição de Energia Elétrica o setor de planejamento, juntamente com o grupo técnico, deve realizar o planejamento dos investimentos necessários nos níveis de alta, média e baixa tensão, sendo que para a baixa tensão (redes secundárias de distribuição), normalmente utilizam-se os dados históricos e a média de investimentos dos últimos anos (de três a cinco últimos anos). Em geral não são encontrados nestas Empresas os cadastramentos das redes secundárias de distribuição ou então, quando estes existem, muitas vezes não são confiáveis. Neste ponto, esta dissertação de mestrado apresentará, aplicará e discutirá os resultados de uma metodologia de geração de redes secundárias de distribuição a partir dos dados das redes primárias de distribuição (média tensão) e dos ativos da Empresa, tendo como foco os investimentos necessários para estas dentro do planejamento agregado de investimentos. O trabalho proposto visa criar condições para que as Empresas enquadradas na situação anterior possam realizar o seu planejamento de baixa tensão valendo-se da aplicação de uma metodologia capaz de gerar tais redes. Uma vez criadas, tais redes serão inseridas dentro de um software de planejamento agregado de investimentos que fornecerá o valor total das aplicações necessárias para os próximos dez anos (planejamento decenal – longo prazo). Ao final do processo, poderá ser observado que os resultados obtidos são muito próximos dos valores esperados para as redes secundárias reais e, com isto, a dissertação discutirá como a metodologia foi implementada, os detalhes da aplicação e, até mesmo, todo o processo de planejamento para três Empresas Concessionárias de Distribuição de Energia Elétrica. Já de posse dos resultados, poderá afirmar-se que o processo produziu valores de muito boa aderência e, assim, os investimentos obtidos para as redes secundárias poderão ser aceitos pelo grupo de planejamento da Empresa. Como conseqüência dos valores de investimentos obtidos para os dez anos, poderão ser observados ainda, guardadas algumas considerações especiais, os valores dos custos marginais de baixa tensão, item de grande importância no planejamento de redes de distribuição. / The low voltage distribution networks are an item of extreme importance in the process of delivering the produced energy from a plant (supply) to the final consumer. In an Electric Power Distribution Company the planning group (sector), together with the technical group, must accomplish the planning of the necessary investments in the high voltage, medium voltage and low voltage levels, and for low voltage distribution networks, usually the historical data and the average of investments of the last years are used (from three to last five years). In general the databases of low voltage networks are not found in these Companies or then, when these exist, a lot of times they are not reliable. For this, this article will show, apply and discuss the results of a methodology for generating low voltage distribution networks starting from the database of the medium voltage distribution networks and of the assets of the Company, having as focus the necessary investments for these networks in planning of investments. The proposed work wishes to create conditions so that the Companies that are in the previous situation can accomplish their planning on low voltage distribution networks using a methodology capable to generate such nets. Once created, such nets will be inserted in a software of planning of investments that will supply the total amount of investments for them for the next ten years (long period planning). In the end of the process, it will be observed that the obtained results are very close to the expected values for the real low voltage distribution networks and, with this, the article will discuss how the methodology was implemented, the details of the application and, even, the whole planning process for three Electric Power Distribution Companies. With the results, it will be affirmed that the process produces values of very good adherence and, for this, the investments obtained for low voltage distribution networks can be accepted by the planning group in the Company. As a consequence of the investments values obtained for the ten years, it will be able to be observed, kept some special considerations, the values of the marginal costs of low voltage, item of great importance in the planning of distribution networks.

Este trabalho apresenta uma análise dos surtos em redes aéreas secundárias de distribuição causados por descargas atmosféricas diretas no circuito primário. Alguns trabalhos publicados sobre o fenômeno são comentados, sendo também analisados vários outros estudos relativos à modelagem de componentes. No trabalho, os principais componentes da rede foram modelados e incluídos na representação de uma topologia típica (com as linhas primária e secundária). Assim, foram considerados: transformador de distribuição, isoladores, pára-raios, cargas (consumidores) e resistências de aterramento. Os modelos foram validados, quando possível, através de ensaios em laboratório. Algumas alternativas de proteção da rede secundária foram consideradas. Foi verificada a influência de alguns parâmetros relevantes tais como amplitude e tempo de frente da corrente da descarga, resistências de aterramento, modelos de cargas e posição da descarga. Os resultados foram obtidos por simulações computacionais realizadas através do programa ATP (Alternative Transients Program). São apresentadas formas de onda de sobretensões nos consumidores. Também são apresentados e discutidos valores de corrente e energia nos dispositivos de proteção, fornecendo informações sobre as alternativas de proteção. / This work presents an evaluation of surges in low-voltage overhead distribution lines caused by direct lightning strikes in medium voltage lines. Some publications concerning the phenomenon are commented and several other studies used during the process of modeling of the components are also analysed. The main components of the distribution system were modeled and included. So, a typical distribution network topology (with the primary and secondary lines) was represented including its components: distribution transformer, insulators, surge arresters, loads and ground resistances. The performance of the developed models, whenever possible, was verified by laboratory tests. Some possibilities of the secondary protection were included. Parameters having major effect on the results, such as the lightning current amplitude and front time, the values of grounding resistances, the models of the loads and the lightning strike position were taken into consideration in the study. The results were obtained by simulations performed using the ATP (Alternative Transients Program). Waveforms are presented in order to provide information on the characteristics of the overvoltages in the consumers along the line. Currents, as well as energy absorbed by the low-voltage surge arresters are aldo presented and discussed, providing useful information about the performance of some protection alternatives.

Este trabalho apresenta um estudo de caracterização das impedâncias de entrada, em função da frequência, de instalações residenciais de baixa tensão e diversos equipamentos eletro-eletrônicos comumente encontrados. As respostas em frequência medidas são ajustadas e modeladas por redes RLC simples, mas efetivas, que podem ser utilizadas em qualquer programa computacional para simulações de transitórios. A faixa de frequências, até 5 MHz, permite o uso desses modelos em estudos associados a transitórios atmosféricos ou causados por chaveamentos. É importante ressaltar a existência de muito poucos trabalhos nesse assunto, pois, usualmente, as instalações de baixa tensão, ou os equipamentos conectados, são representadas por simples elementos concentrados, resistores, indutores ou capacitores. Por outro lado, sabe-se que os níveis de sobretensões em um sistema, ou instalação, são fortemente dependentes das cargas conectadas e, quanto mais precisos os modelos, melhores e mais confiáveis simulações são obtidas. Este trabalho inclui simulações com o programa computacional ATP utilizando os modelos desenvolvidos para avaliação de surtos em uma rede de distribuição típica submetida a descargas atmosféricas diretas no circuito primário. Além disso, utilizando o programa Pspice, são realizadas simulações da resposta interna de uma instalação residencial, com diversos equipamentos conectados, e submetida a surtos atmosféricos em sua entrada. O trabalho concentra informações práticas e úteis sobre estudos de surtos em sistemas e instalações de baixa tensão / This work presents a study of impedance characteristics, over a wide range of frequencies, of residential low-voltage installations and electric-electronic appliances, commonly found in residential installations. The measured frequency responses are fitted and modeled by simple, but effective, RLC networks, that can be used in any software for transient simulations. The range of frequencies, up to 5 MHz, allows the use of these models considering lightning or switching studies. It is of importance to point the lack of publications focusing this topic, because usually the low-voltage installations, or connected equipment, are represented by simple lumped components inductances, resistances or capacitances. Otherwise, it is well known that the overvoltage level of a system, or installation, is strongly dependent on the connected loads and for more precise models, better and more reliable simulation results are obtained. This work includes ATP software simulations using the developed models for evaluation of surges in a typical distribution network subjected to direct lightning strikes at the primary circuit. Furthermore, simulations of internal response of a low-voltage installation with connected equipment and subjected to lightning surges in its entrance is performed using the Pspice software. The work summarizes practical and useful information about the low-voltage surge studies on low-voltage systems.

Ser eficiente é um requisito para a sustentabilidade das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica no Brasil. A busca pela eficiência deve estar em harmonia com a melhoria contínua da qualidade, da segurança e da satisfação dos consumidores e das partes envolvidas. O desafio de atender múltiplos objetivos requer que as empresas do setor desenvolvam soluções inovadoras, com a mudança de processos, tecnologia, estrutura e a capacitação das pessoas. Desenvolver um modelo operacional eficiente e uma gestão rigorosa dos custos são fatores-chave para o sucesso das empresas, considerando o contexto regulatório de revisão tarifária que incentiva a melhoria do desempenho. O modelo operacional é definido a partir da organização logística dos recursos para atendimento da demanda de serviços, que define também os custos fixos e variáveis de pessoal (salário, horas extras, refeições), infraestrutura (manutenção de prédios, ferramentas e equipamentos) e deslocamentos (manutenção de veículos, combustível), por exemplo. A melhor alocação e o melhor dimensionamento de bases operacionais possibilitam a redução dos custos com deslocamento e infraestrutura, favorecendo o aproveitamento da força de trabalho em campo, a melhoria do atendimento dos clientes e da segurança dos colaboradores. Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de custos através da alocação de bases e equipes operacionais, com o modelamento matemático dos objetivos e restrições do negócio e a aplicação de algoritmo evolutivo para busca das melhores soluções, sendo uma aplicação de Pesquisa Operacional, no campo da Localização de Instalações, em distribuição de energia elétrica. O modelo de otimização desenvolvido possibilita a busca pelo ponto de equilíbrio ótimo que minimiza o custo total formado pelos custos de infraestrutura, frota (veículos e deslocamentos) e pessoal. O algoritmo evolutivo aplicado no modelo oferece soluções otimizadas pelo melhoramento de conjuntos de variáveis binárias com base em conceitos da evolução genética. O modelo de otimização fornece o detalhamento de toda a estrutura operacional e de custos para uma determinada solução do problema, utilizando premissas de produtividade e deslocamentos (velocidades e distâncias) para definir as abrangências de atuação das bases operacionais, recursos (equipes, pessoas, veículos) necessários para atendimento da demanda de serviços, e projetar todos os custos fixos e variáveis associados. A metodologia desenvolvida neste trabalho considera também a projeção de demanda futura para a aplicação no estudo de caso, que evidenciou a efetividade da metodologia como ferramenta para a melhoria da eficiência operacional em empresas de distribuição de energia elétrica. / Being efficient is a requirement for the sustainability of electricity distribution companies in Brazil. The quest for efficiency must be in harmony with the continuous improvement of quality, safety and satisfaction of customers and all stakeholders involved. The challenge of attending multi-objectives requires companies in the sector to develop innovative solutions with the change of processes, technology, structure and enabling their professionals to drive this. Developing an efficient operational model and a strict cost management are keys for companies to achieve success, considering the regulatory context of tariff reviewing that encourages performance improvement. The operational model is defined from the logistics organization of resources to meet the demand of services, which also defines fixed and variable costs with people/teams (payments, overtime, meals), infrastructure (maintenance of building, tools and equipments) and fleet (maintenance of vehicles and fuel costs), for example. The best allocation and the best design of operational facilities (or operational bases) will reduce infrastructure costs and truck rolls, releasing workforce to attend customers and reducing displacements risks. This work presents a cost optimization methodology through the allocation of operational bases and teams, with the mathematical modelling of business objectives, constraints and using Evolutionary Algorithm to find the best solution, as an application of Operations Research in the field of Facility Location in electricity distribution. The optimization model enables the search for the optimal balance point that minimizes the total cost formed by infrastructure, fleet and people. The Evolutionary Algorithm applied in the model offers optimized solutions through the improvement of sets of binary variables based on genetic evolution concepts. The optimization model also gives detailed information about the operational structure and costs for a given allocation solution, using productivity and displacements (speed, distances) information to define the service regions for each operational base and resources (people, vehicles) needed to attend the demand of services, defining all fixed and variable costs for this. The methodology presented in this paper also considers the future demand of services (forecast), used in a case study that showed the effectives of this methodology as a tool for the improvement of operational efficiency in electricity distribution companies.

A partir de revisão do histórico da regulação do segmento de distribuição de energia elétrica no Brasil, da revisão de conceitos de Teoria da Regulação, Distribuição de Energia Elétrica, Estrutura Tarifária, Regulação de Monopólios Naturais, Qualidade do Serviço Prestado, e Sustentabilidade Econômico-Financeira, assim como definições de Direito Administrativo, Teoria Geral de Concessões de Serviços Públicos e política de preço aplicada a monopólios naturais, aprende-se que o regime tarifário chamado de serviço pelo preço (price cap) foi adotado a partir da edição da Lei de Concessões, sendo abandonado o regime do custo do serviço (rate of return), praticado desde a década de 1950. Contudo, a distinção entre os dois regimes de regulação tarifária fica prejudicada devido às práticas do regulador, fato que ocorre não apenas no Brasil. Conforme estabelecem os contratos de concessão, as tarifas deveriam ser preservadas pela equação de equilíbrio inicial \'RPI +/- X\', sendo previstas revisões tarifárias periódicas, observadas as alterações na estrutura de custos e de mercado, os níveis de tarifas observados em empresas similares no contexto nacional e internacional, e estímulos ao ganho de eficiência e à modicidade tarifária. Passadas duas décadas da implantação do price cap, observa-se que o regulador incorporou práticas do rate of return, criando instrumentos de reposicionamento das tarifas de acordo com critérios e trajetórias de custos operacionais eficientes e componentes discricionários de cálculo do ganho de produtividade, dotando o processo de reajuste e revisão das tarifas de excessiva complexidade. Assim, buscando-se maior simplicidade e clareza nos processos tarifários, de modo a incentivar de forma mais adequada o investimento na melhoria da qualidade do serviço e na sustentabilidade da concessão, o presente trabalho propõe aperfeiçoamentos na metodologia tarifária com base em parâmetros de eficiência em relação à qualidade do serviço prestado, discutido no âmbito do Mecanismo de Incentivo à Melhoria da Qualidade (MIQ) por meio do componente \'Q\' do Fator X, e de eficiência em relação à gestão econômico-financeira (sustentabilidade), aferida por parâmetros utilizados amplamente no setor financeiro, tratados como elementos de uma política de incentivos para assegurar a trajetória de sustentabilidade da concessão. A partir do princípio contratual de que os processos tarifários consideram como receita da distribuidora a soma de uma parcela não gerenciável (VPA) e de parcela gerenciável (VPB), a busca por maior simplicidade e clareza diz respeito ao estrito cumprimento dos critérios contratuais, com retorno à prática da regulação de serviço pelo preço, como estabelecido pela Lei de Concessões. A aplicação dos aperfeiçoamentos propostos é realizada mediante estudos de caso de duas distribuidoras de energia elétrica em situações de qualidade e sustentabilidade distintas. O resultado ilustra que a qualidade e sustentabilidade do serviço podem ser parâmetros importantes para introdução de uma metodologia menos complexa e mais objetiva para reajuste e revisão das tarifas de fornecimento no Brasil. / The Tariff Regulation for public service distribution of electrical energy, called \"price cap\" was adopted in Brazil from the publication of Law 8.095/1995 (the Law of Concessions), therefore abandoning the \"return rate\" remuneration system practiced since the late 1950s. However, the distinction between price cap and return rate regulation was negatively affected due to practices of the regulatory agency (National Electric Energy Agency - ANEEL), which occurs not only in Brazil. As established in concession contracts, the tariffs should be preserved by the equation of initial balance \'RPI +/- X\', forecasting tariff reviews periodically by observing changes in the structure of the licensee\'s costs and market share, the levels of rates observed in similar businesses in the national and international context, as well as stimulating efficiency gains and controlling tariffs. After two decades of implementation of the system of price cap in Brazil, and after four cycles of periodic review of tariffs, it is observed that the regulator has incorporated practices of rate of return throughout the process, creating instruments of repositioning of tariffs in accordance with criteria of operational costs considered efficient and discretionary components of calculating the productivity gains (X Factor), giving the process of readjustment and revision of rates of excessive complexity. In search of greater simplicity and clarity in the tariff process in order to encourage more adequately the investment in improving the quality of service and sustainability, this Thesis presents proposals for the improvement of tariff methodology based on parameters efficiency in terms of quality of service, objectively measured by global indicators of continuity and efficiency in relation to the economic and financial management (sustainability), measured by parameters used widely in the financial sector. The improvement of the efficiency of quality is discussed under the Incentive to Quality Improvement Mechanism (MIQ) of the Brazilian tariff regulation through the \'Q\' component of Factor X. The improvements on the extent of economic and financial sustainability are treated as elements of an incentive policy to ensure a path of sustainability of the concession, given that the Brazilian regulator has not adopted explicit mechanisms of sustainability, except those specifically defined in the process of renewal of distribution concessions, pursuant to Presidential Decree n. 8.461/2015. From the contractual principle that tariff processes consider the distribution company Requested Revenue as the sum of an unmanageable portion (VPA) and manageable portion (VPB), the search for greater simplicity and clarity with respect the strict compliance with the contract criteria, returning to the practice of price cap regulation, as established by the Concessions Law. The implementation of improvements for the proposed tariff mechanisms is carried out through case studies relating to two electricity distribution companies in different quality and sustainability situations. The result of the study shows that the quality and sustainability of the service in the electricity distribution segment can be important parameters for introducing a less complex and more objective methodology for adjustment and review of electricity tariffs in Brazil.

Os estimadores de estado são ferramentas primordiais para monitoramento em tempo real dos sistemas elétricos de potência, principalmente por permitir a execução de funções básicas relacionadas à segurança destes sistemas. No entanto, nos sistemas de distribuição, por possuírem uma série de particularidades e pelo reduzido número de medidas disponíveis em tempo real, os estimadores de estado convencionais desenvolvidos para sistemas de transmissão não são capazes de oferecer boas estimativas para determinação do estado da rede. Neste contexto, o Estimador de Demanda Trifásico em Tempo Real (EDTTR) desenvolvido neste trabalho, fundamentado nos métodos de estimação de demanda, tem como foco principal proporcionar maior precisão ao monitoramento da rede primária de alimentadores de distribuição radiais, ao contemplar as características intrínsecas do modelo da rede. O EDTTR consiste em dois estágios principais: o primeiro é caracterizado pela estimação off-line das demandas dos transformadores de distribuição por meio do processo de agregação de cargas, considerando informações dos consumidores. O segundo estágio é realizado em tempo real, utiliza um algoritmo eficiente de Varredura Direta Inversa para a solução do fluxo de carga, auxiliado da estrutura de dados chamada Representação Nó-Profundidade para armazenar a topologia da rede. Neste estágio também ocorre o ajuste recursivo das estimativas obtidas no Estágio 1 com base nas poucas medidas disponíveis em tempo real. No intuito de melhorar a representação da rede primária, o EDTTR desenvolvido possibilita o tratamento dos transformadores de distribuição conectados em Delta-Yn. Esta proposição permite uma caracterização do modelo das cargas mais fiel, sendo capaz de superar problemas de convergência, além de contribuir para a qualidade do processo de estimação. Desenvolveu-se, também, uma plataforma de testes que permite a análise do impacto de fatores que deterioram o processo de estimação de demandas, como: a má classificação dos consumidores, o comportamento dos mesmos, que na prática não é exatamente igual ao da classe de carga a ele atribuída, a possibilidade de perdas não técnicas, erros grosseiros e falhas de comunicação nos medidores do alimentador. O EDTTR foi validado em simulações utilizando um alimentador real da cidade de Ribeirão Preto com base em dados fornecidos pela distribuidora CPFL Paulista. / The state estimators are primordial tools for electric power systems real time monitoring. These tools allow the execution of basic functions related to systems security. However, conventional state estimators, developed for transmission systems, can not provide good estimates to the state of distribution systems. This is due to two main factors, the few real time measures available in distribution systems, and the intrinsic complexity of them. In this context, the developed Real Time Three-Phase Load Estimator (EDTTR), based on load estimation methods, aims to provide better estimates to the monitoring of the primary network of radial distribution feeders, considering all the intrinsic sets of the system model. The EDTTR consists of two main stages: the first is characterized by the off-line load estimation of the distribution transformers by a load aggregation process, which uses consumers information as input data. In the second stage the off-line estimates obtained in Stage 1 are recursively refined in real-time basing on the available measurements. This procedure is executed by a computationally efficient backward/forward sweep load flow algorithm based on the data structure called Node-depth Encoding. The developed EDTTR allows the treatment of distribution transformers connected in Delta-Yn improving the primary network representation. A test platform is also developed that enables the analysis of the impact of factors that deteriorate the demand estimation process, such as the poor classification of consumers, the poor representativeness of the load class for certain consumers, the possibility of non-technical losses, and of gross errors and communication faults in the feeder meters. The developed EDTTR performance was tested in simulations that uses a real feeder from Ribeirão Preto city, based on system data provided by CPFL Paulista utility.

Nesta tese de doutorado, a estabilidade a pequenas perturbações é estudada sob a ótica dos sistemas de distribuição de energia elétrica com geradores síncronos distribuídos. Duas peculiaridades específicas destes sistemas são abordadas: o desequilíbrio da carga e da rede e a proximidade das cargas aos geradores. Em relação ao primeiro tópico, duas abor dagens são propostas para o estudo de estabilidade a pequenas perturbações em sistemas com desequilíbrio da carga, uma delas baseada na estimação modal a partir de dados obtidos através de medições ou simulações no domínio do tempo, e a outra baseada na modelagem fasorial do sistema com desequilíbrio da carga e posterior linearização do sistema algébrico-diferencial não-linear obtido. Em relação ao segundo tópico, constatam-se nesta tese que as oscilações eletromecânicas podem induzir certos fenômenos de qualidade de energia, notadamente as flutuações de tensão. Nesta tese, uma estrutura é proposta e critérios são definidos para o estudo destas flutuações induzidas por problemas tipicamente relacionados à estabilidade, considerando o estudo de perturbações isoladas e também o estudo estatístico de perturbações. Através desta análise, é proposto também um procedimento de projeto de controladores de amortecimento com critérios bem definidos para auxiliar na mitigação destas flutuações de tensão induzidas por oscilações eletromecânicas. Tal procedimento de projeto é complementar aos índices de desempenho do sistema dinâmico tipicamente utilizados para o projeto destes controladores em sistemas de transmissão. Os significativos avanços em ambos os tópicos abordados abriram um vasto campo de trabalho a ser estudado do ponto de vista da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas de distribuição com geradores síncronos distribuídos. / In this thesis, the small-signal stability is studied from the perspective of power distribution systems with distributed synchronous generators. Two specific peculiarities of these systems are addressed: the load and network unbalance, and the proximity of loads to generators. Regarding the first topic, two approaches are proposed to the small-signal stability study of power systems with load unbalance, one based on modal estimation through data obtained from measurements or time-domain simulations, and another one based on a phasorial model of the system with load unbalance and later linearization of the differential-algebraic nonlinear system obtained. Regarding to the second topic, it is observed in this thesis that electromechanical oscillations can induce certain power quality phenomena, notably voltage fluctuations. In this thesis, a structure is proposed and criteria are defined to the study of these fluctuations induced by typical stability problems, considering the study of isolated perturbations and also the statistical study of perturbations. Through this analysis, a procedure for the design of power system stabilizers with clearly defined criteria is also proposed to assist in mitigating the voltage fluctuations induced by electromechanical oscillations. This design procedure is complementary to the stability criteria currently used in the design of power system stabilizers for power transmission systems. The significant advances in both studied topics have also opened a large research field related to the small-signal stability of power distribution systems with distributed synchronous generators.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-24T15:21:43Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T15:21:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / FAPEMA / Currently, there is growing concern about the Power Quality (PQ) problems due to: introduction of automation in industrial processes, presence of personal computers and electronically controlled devices, load equipments with low capacity to withstand small PQ disturbances and increased perception of residential and industrial consumers with regard to PQ disturbances. In this context, an important issue with relation to PQ is the voltage conformity. That is, the adequacy of service voltage to the limits specified by regulatory agencies. The concern about compliance is due to the following problems caused by sustained undervoltages and overvoltages: improper or less-efficient equipment operation, tripping of sensitive loads, overheating of induction motors due to undervoltages, equipment damage or failure due to overvoltages and higher no-load losses in transformers caused by sustained overvoltages. Furthermore, there have been various incentives for connection of Distributed Generation (DG) in distribution networks due to: incentives for the using of electricity generation based on renewable energy sources and free access of independent energy producers to transmission and distribution networks owing to deregulation of the electric sector. In principle, the voltage profile of a distribution network can be improved with connection of DG. However, it is possible to notice severe deteriorations in the voltage profile of distribution networks in DG post-failure scenarios. These failures are caused by problems in the DG components, such as: cooling system, gears, turbines, etc. During the time period in which the DG is under repair, active and reactive power supports to correct the voltage profile are unavailable. Consequently, the voltage profile tends to deteriorate while the DG is disconnected. In this way, it is important to carry out studies to assess the impact of the DG installation on the voltage conformity indices considering the following issues: DG unavailability after an intrinsic failure and load curve. These aspects are subject to uncertainties due its random nature. Due to this, the most suitable approaches to assess the impact of uncertainties associated with load fluctuations and DG failures on the voltage conformity indices are the probabilistic methods. The main advantage of these methods is its capability to combine severity and probability to truly express the system risk. The main objective of this dissertation is the development of a method that models the random behavior of the distribution network in the voltage conformity indices estimation through the probabilistic methods. Models and techniques to incorporate stochastic variations in the demand and DG unavailability in voltage conformity indices estimation are proposed. The technique proposed in this dissertation to carry a Predictive Assessment of Voltage Conformity (PAVC) is based on the combination of the following techniques: power flow for radial distribution networks via current summation method, Quasi-Sequential Monte Carlo Simulation and Fourier analysis of time series. The PAVC model proposed in this dissertation was tested in 32 buses system. The results obtained with this system demonstrated that the DG has a great potential to improve the voltage conformity indices in the distribution network. However, the most significant improvements in the voltage conformity indices are associated with load points distant from the substation. Furthermore, it can be observed that the uncertainties associated with DG failures cause significant variations in the voltage conformity indices. Additionally, a sensitivity study demonstrated that the voltage conformity indices are worse (better) for systems where the load is modeled as constant power (impedance). / Atualmente há um interesse crescente com relação a problemas de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) devido a: introdução de automação em processos industriais; presença de computadores pessoais e dispositivos controlados eletronicamente em instalações residenciais; equipamentos de carga com baixa capacidade para suportar pequenos distúrbios de qualidade de energia; e aumento da percepção dos consumidores industriais e residenciais com relação a distúrbios de QEE. Neste contexto, um aspecto importante com relação a QEE é a conformidade de tensão da rede de distribuição. Ou seja, a adequação da tensão de atendimento aos limites especificados pelos órgãos reguladores. A preocupação com a conformidade de tensão é devido aos seguintes problemas causados por subtensões e sobretensões sustentadas: operação indevida ou com baixa eficiência dos equipamentos elétricos dos consumidores; desligamento de cargas sensíveis; aquecimento de motores de indução devido à subtensões; danos ou falhas em equipamentos devido à sobretensões e aumento nas perdas em vazio nos transformadores causado pela presença de sobretensões sustentadas. Além disso, tem havido diversos incentivos para conexão de Geração Distribuída (GD) na rede de distribuição devido a: incentivo para utilização de sistemas de geração de energia elétrica baseados em fontes de energia renováveis; e livre acesso dos produtores independentes de energia às redes de transmissão e distribuição devido a desregulamentação do setor elétrico. Em princípio, o perfil de tensão de uma rede de distribuição pode ser melhorado com a conexão da GD. Contudo é possível observar deteriorações severas no perfil de tensão de redes de distribuição em cenários pós-falha da GD. Estas falhas são causadas por problemas nos componentes da GD, tais como: sistema de refrigeração, engrenagens, turbina, etc. Durante o período de tempo em que a GD está em reparo, o suporte de potência ativa e reativa da GD, para corrigir o perfil de tensão, está indisponível. Consequentemente, o perfil de tensão tende a se deteriorar enquanto a GD estiver desconectada. Desta forma, é importante realizar estudos para avaliar o impacto da instalação da GD nos índices de conformidade de tensão considerando os seguintes aspectos: indisponibilidade da GD após uma falha intrínseca e a curva de carga. Estes aspectos estão sujeitos a incertezas devido a sua natureza aleatória. Devido a isto, as técnicas mais adequadas para avaliar o impacto de incertezas associadas com flutuações de carga e falhas na GD nos índices de conformidade de tensão são os métodos probabilísticos. A principal vantagem destes métodos é a sua capacidade para combinar severidade e probabilidade para expressar verdadeiramente o risco do sistema. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um método que modele o comportamento aleatório da rede de distribuição na estimação dos índices de conformidade de tensão através de métodos probabilísticos. Modelos e técnicas para incorporar variações estocásticas na demanda e a indisponibilidade da GD na estimação dos índices de conformidade de tensão são propostos. A técnica proposta nesta dissertação para realizar uma Avaliação Preditiva da Conformidade de Tensão (APCT) se baseia na combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência para redes de distribuição radiais via método de soma de correntes; simulação Monte Carlo Quasi-Sequencial e análise de Fourier de séries temporais. O modelo de APCT proposto neste artigo foi testado em um sistema de 32 barras. Os resultados obtidos neste sistema demonstraram que a GD tem um grande potencial para melhorar os índices de conformidade de tensão na rede de distribuição. Contudo, as melhorias mais significativas nos índices de conformidade estão associadas com os pontos de carga mais distantes da subestação. Além disso, pode-se observar que as incertezas associadas com as falhas na GD causam variações significativas nos índices de conformidade de tensão. Adicionalmente, um estudo de sensibilidade demonstrou que os índices de conformidade de tensão são piores (melhores) para sistemas onde a carga é modelada como potência (impedância) constante.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-29T13:12:16Z No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T13:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / CNPQ / The Distributed Generation (DG) can improve the power quality indices associated with Short Duration Voltage Variations (SDVV) due to the reduction in the electric network loading, which in turn causes an improvement in the pre-fault voltage profile. On the other hand, the DG can also deteriorates the power quality indices related to SDVV due to the increasing in the fault currents, which in turns reduce the post-fault voltages. Furthermore, the assessment of the DG impact on SDVV is more difficult with the presence of renewable energy resources. This complexity is due to fluctuations in output power caused by stochastic variations in the primary energy source (sun, wind, tide levels, etc.). Additionally, the bibliographical review on Predictive Assessment of Short Duration Voltage Variations (PAVV) revealed that none of the existing methodology considered the impact of fluctuations in the output power of a wind DG on power quality indices related to SDVV. It was also noticed that the load variations during the study period are ignored in the papers on SDVV. The existence of these deficiencies and the governmental incentives for the use of wind generation motivated this research. The main aim of this dissertation is the development of a methodology for the PAVV capable of recognizing uncertainties associated with wind DG and load fluctuations. The modeling of these uncertainties was carried out using NonSequential Monte Carlo Simulation (MCS). The nodal voltages in the fault scenarios generated by MCS were evaluated using the Admittance Summation Method (ASM) in phase coordinates. The combination of the MCS with the ASM allowed estimating the following indices related to SDVV: the expected value of the SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) and expected nodal frequency of SDVV. Furthermore, the probability distributions and box plots of the SARFI index have been obtained. The proposed method for the PAVV was tested and validated in a test system with 32 buses. The tests results demonstrated that the DG insertion causes an improvement in the power quality indices associated with SDVV. Additionally, the substitution of conventional DG by wind DG cause a small deterioration in the power quality indices related to SDVV due to fluctuations in the output power of the wind DG. Finally, it was observed that the load fluctuations during the study period cause significant variations in the SARFI index. / A Geração Distribuída (GD) pode melhorar os índices de qualidade de energia associados com as Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD) devido a redução no carregamento da rede elétrica, que por sua vez causa uma melhoria no perfil de tensão pré- falta. Por outro lado, a GD também pode degradar os índices de qualidade de energia associados com VTCD devido ao aumento nas correntes de falta, que por sua vez reduzem as tensões pós-falta. Além disso, a avaliação do impacto da DG sobre VTCD é mais difícil com a presença de fontes de energia renováveis. Esta complexidade se deve as flutuações na potência de saída causadas pelas variações estocásticas na fonte de energia primária (sol, vento, níveis de maré, etc.). Adicionalmente, a revisão bibliográfica realizada sobre Avaliação Preditiva de VTCD (APVT) revelou que nenhuma metodologia existente considerou o impacto de flutuações na potência de saída de geradores eólicos nos índices de qualidade referentes às VTCD. Também foi observado que flutuações de carga ao longo do período de estudo são desconsideradas nos artigos sobre APVT. A existência destas deficiências nos métodos de APVT e os incentivos governamentais para o uso de geração eólica motivaram esta pesquisa. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para a APVT capaz de reconhecer as incertezas associadas com a GD eólica e flutuações de carga. A modelagem destas incertezas na APVT foi realizada através do uso da Simulação Monte Carlo (SMC) não-sequencial. As tensões nodais nos cenários de falta gerados pela Simulação Monte Carlo (SMC) foram calculadas usando-se o Método de Soma de Admitância (MSA) em coordenadas de fase. A combinação da SMC com o MSA permitiu estimar os seguintes índices probabilísticos relacionados com as VTCD: valor esperado do SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) e frequência nodal esperada de VTCD. Além disso, foram obtidas distribuições de probabilidade e diagramas de caixa associados com o SARFI. O método proposto nesta dissertação para a APVT foi testado em uma rede de distribuição de 32 barras. Os resultados dos testes mostram que a inserção de GD causa uma melhoria nos índices de qualidade associados com as VTCD. Adicionalmente, a substituição de GD convencional por GD eólica causa uma pequena deterioração nos índices de qualidade referentes às VTCD devido as flutuações na potência de saída da GD eólica. Finalmente, também foi observado que as flutuações na carga ao longo do período de estudo causam variações significativas no índice SARFI.