A inserção de fontes de geração distribuída (GD) traz a possibilidade de diversificação da matriz energética e a redução de perdas elétricas no transporte de EE – porque as fontes localizam-se próximas aos clientes finais. Entre elas destacam-se as fontes fotovoltaicas, eólicas, pequenas centrais hidrelétricas (PCH) e termelétricas à biomassa. As duas primeiras, apresentam a peculiaridade de normalmente serem conectadas à rede através de inversores de frequência. As outras duas costumam ser conectadas diretamente ao sistema. Todavia, a GD também propicia consequências ao SEP, muitas vezes indesejadas, como variações nos parâmetros da qualidade da energia elétrica (QEE). O compromisso que se deve manter com a QEE entregue aos consumidores é de vital importância para as empresas transmissoras e distribuidoras de energia elétrica, bem como para os utilitários dessa EE. Além disso, para que haja o correto funcionamento de equipamentos eletrônicos e de diversos processos industriais é necessário que a energia elétrica permaneça em uma faixa de tensão aceitável. Entre os fenômenos de interesse da área de qualidade de energia elétrica, os quais devem ser eliminados ou mitigados para a melhor operabilidade do SIN, pode-se citar: harmônicos, flutuação de tensão, subtensão, sobretensão e afundamentos de tensão. Devido a observabilidade rotineira e aos prejuízos (financeiros e/ou técnicos) associados ao fenômeno, o interesse desse estudo consiste nos afundamentos de tensão. Nesse contexto, apresenta-se uma proposta para análise dos afundamentos de tensão em um ambiente com geração distribuída (fotovoltaica, eólica, PCH e termelétrica à biomassa) através de simulações de curtos-circuitos. Os resultados obtidos através da metodologia proposta mostram que a inserção de GD pode trazer uma variação no número de afundamentos de tensão e melhorar os níveis de tensão nas barras, sobretudo nos locais onde foram inseridas bem como em suas proximidades. Também, há redução no número de afundamentos de maior severidade os quais causam mais prejuízos e preocupação a operabilidade do SEP. / The insertion of distributed generation (DG) sources brings the possibility of diversification of energy sources types and the reduction of electrical losses in the transport of EE - because the sources are located close to end users. Among these sources are photovoltaic, wind, small hydropower and biomass-fired power plants. The first two, are usually connected to the network through frequency inverters. The other two are usually connected directly to the system. However, DG also provides consequences to the electrical power system, often unwanted, such as variations in the parameters of power quality (PQ). The commitment should be retained with the power quality delivered to customers. Moreover, for the correct operation of electronic equipment and various industrial processes it is necessary that the voltage remains within an acceptable range. Among the phenomena of interest to electric power quality, which must be eliminated or mitigated, we can mention: harmonics, voltage fluctuation, undervoltage, overvoltage and voltage sags (dips). Due to losses (financial and/or technical) associated with the phenomenon, the interest of this study consists of the voltage sags. In this context, we present a proposal for analysis of voltage sags in an environment with distributed generation (photovoltaic, wind, thermal and biomass-fired power plants) through simulations of short circuits. The results obtained through the proposed methodology shows that the inclusion of DG can bring a change in the number of voltage sags and improve voltage levels in bars, especially in places where they were inserted and in its vicinity. Also, there is a reduction in the number of severe voltage sags which cause more harm and concern to end-users and utilities.

Orientadora: Profa. Dra. Patrícia Teixeira Leite Asano / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2015. / A geração distribuída é a produção de energia elétrica conectada à rede de distribuição, o que caracteriza uma geração de energia descentralizada, próxima aos centros de carga e geralmente com menor potencial quando comparada à centralizada. Essa configuração é explorada em alguns países e demonstra potencial de aplicabilidade, cujo planejamento pode direcionar o desenvolvimento econômico com contribuições sociais e redução de impactos ambientais. No Brasil, no entanto, sua disseminação ainda é limitada, principalmente por implicar em grandes mudanças no atual modelo praticado pelo setor elétrico brasileiro. Desta forma, com o intuito de incentivá-la e cooperar com a elaboração de uma ferramenta de auxílio à tomada de decisão na implantação da geração distribuída, este trabalho de pesquisa tem o objetivo de desenvolver uma metodologia de avaliação de locais com potencial para a instalação de geradores distribuídos, ponderando aspectos de desenvolvimento sustentável, ou seja, com base na integração de parâmetros econômicos, ambientais e sociais. A integração dos conceitos de desenvolvimento sustentável e geração distribuída foi feita através de indicadores de sustentabilidade e matriz de interdisciplinaridade. E por se tratar de um problema com diversas variáveis, utilizou-se métodos de avaliação multicritério, como a Combinação Linear Ponderada e a Média Ponderada Ordenada. Para que fosse possível o tratamento de parâmetros com características espaciais, trabalhou-se com um sistema de informação geográfica. A metodologia foi aplicada ao estado de São Paulo, para a identificação de municípios com potencial para a instalação de geradores eólicos como geração distribuída, baseando-se em critérios de avaliação nas três dimensões de sustentabilidade. / Understanding modern problems, such as sustainable development, requires an interaction between different dimensions of a system and not just solutions in the economic field. Such asthe expansion of the electric power supply that requires an interdisciplinary approach, withmultiple interrelated parameters. The pattern of electricity consumption in each country is strongly related to its economic growth. Since this is still among the major goals of the nations, the search for higher power supply capacity is continuous. However, there is an interrelationship between electricity production and environmental impacts, whether in the extraction of primary energy resources, in deposition or emission of waste during the production of electricity or in building power supply plants, including associated social impacts. In this sense, there is the need to seek planning solutions aimed to meet the demand in a way that does not limit economic development, and at the same time has less aggressive effects on the environment and society. In this context, the aim of this paper is to present an evaluation methodology to point places with potential for the installation of distributed generators, seeking to contemplate aspects of economic, environmental and social dimension. The methodology was applied to find suitable locations for the wind generation in Sao Paulo municipalities. Evaluation variables were selected from the bibliographical study of sustainable development and sustainability indicators within the scope of energy. Among them there are: the availability of local energy resource, the presence of environmental preservation areas, the need for availability of electricity in regions with greater social difference, and access to the grid. These evaluation criteria have been worked through multicriteriaanalysis such as: Weighted Linear Combination and Ordered Weighted Average, and the spatial variables involved were treated through a Geographic Information System. This methodology can contribute to the development of a tool to aid institutions in the expansion planning of the electricity sector under the sustainable development perspective.

Orientador: Prof. Dr. Marat Rafikov / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016.

Orientadora: Prof. Dr. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / A conexao de geradores distribuidos a rede eletrica permite o aproveitamento de fontes dispersas de energia e pode tambem trazer outros beneficios como o aumento da confiabilidade da rede de distribuicao. Este aumento da confiabilidade se da quando a conexao com a concessionaria e perdida devido a algum problema e, entao, as cargas passam a serem alimentadas pelos geradores distribuidos conectados a rede, pratica denominada ilhamento intencional. No entanto, para a operacao ilhada dos geradores distribuidos e fundamental que a desconexao da rede da concessionaria seja identificada e o modo de controle dos geradores seja alterado. Esta identificacao da mudanca do estado da rede pode ser facilmente realizada quando a rede e provida de um sistema de comunicacao, que permite a comunicacao entre todos os dispositivos de protecao. Porem, esta ainda e uma solucao cara, que inviabilizaria a operacao ilhada de varios geradores distribuidos. Desta forma, neste trabalho e desenvolvida uma metodologia para identificacao das condicoes de operacao da rede que nao dependente de um sistema de comunicacao. A tecnica desenvolvida e classificada como local ativa, uma vez que e baseada em medicoes de variacoes de tensao (¿¢V) e frequencia (¿¢f), e, quando necessaria, uma variacao na potencia de referencia (¿¢P) do gerador e usada para verificar o estado da rede. Com isso, a tecnica e bastante eficaz nas diferentes condicoes de operacao da rede eletrica e pode ser utilizada tanto para identificar a ocorrencia de ilhamento quanto para identificar uma reconexao do gerador a rede da concessionaria. / The connection of distributed generators to the grid allows the use of dispersed sources of energy and may bring other benefits such as increasing the reliability in the distribution network. This increase in reliability occurs when the connection to the utility is lost due to some problem and distributed generators connected to the network then supply the loads; practice named intentional islanding. However, for the islanded operation of the distributed generators it is essential that the disconnection of the utility network is identified and the mode of control of the generators is changed. This identification of the operating condition can easily be performed when the network is provided with a communication system, which allows communication between all protection devices. However, this is still an expensive solution, which would limit the islanded operation of several distributed generators. Thus, in this work a methodology is developed to identify the operating conditions of the network that does not depend on a communication system. The developed technique is classified as active, since it is based on voltage (ÄV) and frequency (Äf) measurements, and, when it is necessary, a change in reference power (ÄP) of the generator is used to check the status of the network. Thus, the technique is quite effective in the different operating conditions of the electrical network and can be used both to identify the occurrence of islanding and to identify a reconnection of the generator to the utility network.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The new design of electric power system, called Smart Grid, has emerged as a new challenge especially for power distribution networks, which need to promote greater functionality such as real-time monitoring of the information about the energy consumption of consumers, the massive automation with smarter equipment and devices, monitoring and quick action when facing problems, connection of distributed generation, among others. The connection of distributed generation sources such as wind and solar power in the distribution network is becoming an increasingly common practice and it has great influence on several aspects of the distribution network, especially in system reconfiguration. The initial topology of the feeders may not be ideal after the connection of the power generation, as well as the power flow is modified by the distributed generation. In this sense, this Master Thesis presents a methodology for the management of distribution networks through reconfiguration of the network topology and the power injection of distributed generators based on wind, photovoltaic and hydroelectric generation. The solution of the reconfiguration problem is based on heuristic technique Branch Exchange, which seeks to optimize multiple objectives. To select the networks configuration the multi-criteria decision AHP (Analytic Hierarchy Process) method is used. To illustrate the efficiency of the methodology the results for a real network of an electric utility are presented, considering different scenarios of load and distributed generation availability, as well as validation of the results by the exhaustive search method. / A nova concepção do sistema elétrico de potência, chamada Smart Grid, surgiu como um novo desafio especialmente para as redes de distribuição de energia, as quais necessitam promover maiores funcionalidades como o acompanhamento em tempo real das informações sobre o consumo de energia dos consumidores, a massiva automação com dispositivos e equipamentos mais inteligentes, o monitoramento e atuação rápida frente a problemas, a conexão de geração distribuída, entre outros aspectos. A conexão de fontes de geração distribuída como a eólica e fotovoltaica na rede de distribuição vem se tornando uma prática cada vez mais comum e tem grande influência sobre vários aspectos da rede de distribuição, sobretudo na reconfiguração do sistema. A topologia inicial dos alimentadores pode não ser a ideal após a conexão das centrais de geração, uma vez que o fluxo de potência é modificado com a presença da geração distribuída. Neste sentido, este trabalho apresenta uma metodologia para o gerenciamento das redes de distribuição através da reconfiguração da topologia dos alimentadores e da conexão de geradores distribuídos baseados na geração eólica, fotovoltaica e hidráulica. A solução do problema de reconfiguração é baseada na técnica heurística Branch Exchange, onde se procura a otimização de múltiplos objetivos. Para a seleção das configurações das redes é utilizado o método de tomada de decisão multicriterial AHP (Analytic Hierarchy Process). A fim de ilustrar a eficiência da metodologia, são apresentados os resultados para uma rede real de uma concessionária de energia elétrica, considerando diferentes cenários de carga e de disponibilidade de geração dos geradores distribuídos, bem como a validação dos resultados através do método de busca exaustiva.

This work presents a methodology for detecting islanding in distributed generation systems - DG - which use internal combustion engines as primary sources and synchronous generators connected directly to grid. The proposed method considers the characteristics of this type of DG, and is based on the analyses of the injected power and voltage level to disable or enable the under/over frequency protection. The proposed protection scheme considers the frequency as the main electrical signal, and has three stages: the first stage is disabled when power injected oscillations are detected, in the others cases, the stage is enabled; the second stage is normally disabled, it will be enabled when a balanced voltage is detected after a unbalanced voltage condition and the third stage is normally enabled and is used to detect large frequency deviations. The proposed protection was tested over diferentes events, islanding with different load and generation levels, temporary short-circuit and islanding during short-circuit. The results show the efficiency and reliability in detecting islanding, presenting no false detections. / Esse trabalho apresenta uma metodologia para detecção de ilhamento e proteção de sistemas de Geração Distribuída - GD - as quais utilizam motores de combustão interna como fontes primárias e possuem alternadores síncronos conectados diretamente na rede elétrica. A metodologia proposta leva em consideração as características desse tipo de GD, e baseia-se na análise da potência gerada e nos níveis de tensão para bloquear ou habilitar proteção de sub e sobre-frequência. O esquema de proteção proposto utiliza a frequência como grandeza elétrica principal, e possui três estágios: o primeiro é bloqueado quando oscilações na potência injetada na rede pela GD forem detectadas, nos outros casos, o estágio permanece ativo; o segundo estágio está normalmente bloqueado, sendo desbloqueado quando as tensões sofrerem desequilíbrios e passarem a apresentar tensões de linha equilibradas e o terceiro estágio atua sem bloqueios para grandes desvios de frequência. A metodologia proposta foi testada para diferentes cenários, como ilhamento em diferentes níveis de geração e carga, curtos-circuitos momentâneos e curtos-circuitos seguidos de ilhamento. A metodologia mostrou-se eficiente e confiável na detecção de ilhamento, não apresentando atuações indevidas.

Este trabalho tem como objetivo investigar a máquina de indução funcionando como gerador. Para isso, são pesquisadas as normas e requisitos para operação interligada à rede de distribuição até o presente momento. Os parâmetros elétricos referente ao circuito equivalente monofásico da máquina de indução de 15 kW, pertencente a um grupo gerador a biogás, são levantados, realizando-se uma caracterização e modelamento destes parâmetros. Os resultados teóricos obtidos têm o intuito de predizer o comportamento das grandezas elétricas quando o grupo gerador operar em condições nominais, interligado a rede de distribuição. Também, estes resultados teóricos são comparados com valores medidos em ensaios de campo utilizando um motor CC de 10 kW como máquina primária. / This study aims at investigate the induction machine operating as a generator. For this, we researched the standards and requirements for the operation connected to the distribution grid to the present date. The electrical parameters concerning the equivalent circuit per phase of a 15 kW induction machine are raised, this machine is part of a small biogas plant. An appropriate characterization and modeling of these parameters are realized and the theoretical results obtained are intended to predict the behavior of electrical units when the generator is placed at nominal operation. Also, these theoretical results are compared with experimental measurements using a 10 kW DC motor as primary mover.

A presente tese busca desenvolver uma metodologia para o gerenciamento e controle de uma geração distribuída que utiliza como fonte principal células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). A finalidade do trabalho consiste em analisar, controlar e gerenciar a operação da célula a combustível (CaC) nas operações ilhada e conectada em relação à rede de distribuição. Nos primeiros capítulos do texto é elaborada uma revisão acerca do princípio de funcionamento e do modelo da CaC. Após este estágio inicial, são analisadas e modeladas as estruturas dos estágios CC e CA que compõem a geração distribuída. Para o modo conectado é desenvolvida uma estratégia para o controle da tensão do link CC que, a partir da regulação da corrente do estágio CA, permite o gerenciamento da potência fornecida pela CaC. Sequencialmente ao texto e com a adição do estágio de armazenamento de energia, é apresentada uma proposta que vincula a dinâmica da CaC com a estrutura de gerenciamento do estágio CC e CA. Esse fato garante que a alteração do ponto de operação da CaC seja descrito conforme uma dinâmica predeterminada, garantindo assim que transitórios não sejam absorvidos pela CaC. Como parte final da tese, é desenvolvida uma estratégia para a inicialização da CaC, a qual associa o próprio comportamento da célula e o estágio de armazenamento de energia. Os resultados apresentados ao longo do texto mostram que as estruturas propostas tornam a CaC menos sensível a transitórios de carga, além de serem capazes de deslocar (gerenciar) o ponto de operação da célula. Ao final de cada capítulo, são apresentados resultados experimentais e de simulações que auxiliam o entendimento e suportam as propostas do trabalho. / This thesis proposes a methodology for management and control of distributed generation with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) as the main source. Additionally, the analysis of performance is used when the PEM fuel cell operates in two different operation modes, i.e. in grid-connected and stand-alone modes. In the first chapters, a review of main features and a mathematical model of fuel cells are presented. Sequentially, the theoretical models of the DC- and AC-power converters are analyzed. For grid-connected operation mode, a strategy based on the DC-link voltage control is proposed via current regulation of the AC stage affording thus the management of the power produced by the fuel cell. Additionally, with the use of the storage devices, a proposal that associates the dynamics of the PEM fuel cell with the DC and AC stages is shown. This fact ensures that the movement of the fuel cell operating point is described within a predetermined dynamic, ensuring that transients are not absorbed by the fuel cell. Finally, a strategy for the startup of fuel cell in association with the energy storage stage is developed. The results show that the proposed structures makes the cell less sensitive to the load transient, in order to move (manage) the fuel cell operating point. At the end of each chapter, experimental and simulation results are presented to support the proposed approach.

Ce travail est lié au système de protection des réseaux de distribution. Les réseaux radiaux dedistribution peuvent être protégés simplement par une protection placée en tête du départ. Maisl'exploitation future des réseaux de distribution, qui se transforment en réseaux intelligents,flexibles et adaptatifs, va sûrement nécessiter une protégeabilité plus complexe. Parconséquent, un nouveau plan de protection pourrait être nécessaire afin d’augmenter la fiabilitédu réseau de distribution et le taux de productions décentralisées. Il pourrait inclure plusieursprotections déployées sur un départ. Le but principal de ce travail est d'étudier comment lesprotections pourraient agir (sur quel genre de grandeurs les protections reposeront, quellecoordination faut-il choisir) et d'analyser les limites de ces nouvelles protections. En déployantplusieurs protections qui divisent le départ en des zones plus petites, le plan de protectionproposé, reposant sur une formulation modifié et optimisée, proche de celle des protections dedistance classiques, déconnectera ainsi moins de consommateurs et de producteurs lors del’apparition de défauts. Cela devrait réduire le temps de coupures brèves et de diminuerl'énergie non fournie. Ce manuscrit présente une solution pour les réseaux HTA radiaux faceaux défauts monophasés. / This work is related to the protection system of distribution networks. Radial MV distributiongrids can be protected by a single protection relay located at the beginning of the feeder. Butthe future operation mode of distribution grids turning into Smart Grids should impose morecomplex operations. Therefore a more advanced protection scheme could be needed, in orderto improve the reliability of the distribution network and to enhance the DG interconnection. Itcould include several protection relays in series on a same MV feeder. The main purpose of thiswork is to investigate how the protection relays could work (on which measurements should theprotection decisions be based, how to coordinate the relays without communication) andanalyze the limits of such new protection schemes. Since the goal is to insert severalprotections that divide the grid into smaller sections, the proposed protection system, based onan adapted and optimized formula, inspired by distance relays algorithm, would thereforedisconnect fewer loads and producers when faults occur in the MV network. This should reducethe clearing operation time and Energy Not Supplied criteria. This paper presents a solution fora radial MV grid facing single-phased faults.

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Esses componentes exigem o acompanhamento constante de suas tarefas e são administrados por sistemas de informações que coletam os dados diariamente, para orientar os analistas de suporte na correção das falhas na infraestrutura e a ferramenta utilizada na gestão de recursos de rede de computadores é o protocolo SNMP. As infraestruturas de geração de energia elétrica também são elementos complexos e necessitam de acompanhamento. São utilizados sistemas de informação que disponibilizam dados para os usuários e responsáveis técnicos para avaliarem o funcionamento e corrigir as possíveis falhas. As redes de computadores e os sistemas de geração distribuídas estão convergindo para o ambiente do usuário, e as ferramentas de gestão são importantes são mecanismos na gestão da produção e consumo de energia elétrica. Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de monitoramento on line para sistema de microgeração fotovoltaica utilizando o protocolo de rede de computadores Single Network Management Protocol (SNMP) para realizar a interface de comunicação com as variáveis de medições elétricas e meteorológicas. O desenvolvimento do projeto compõe dois componentes: hardware e software. O software é composto de dois módulos um para ser utilizado na Web, aplicações Desktop para uso em computadores que suportem sistemas operacionais como o Windows, Linux ou Mac e em dispositivos móveis. As funcionalidades programadas são cadastros das informações para o funcionamento do sistema, relatórios e gráficos que disponibilizam as informações ordenadas em vários níveis, diariamente, semanalmente, anualmente. Nos componentes de hardware foram utilizados cinco microcontroladores Atmel AVR, (Arduino) todos ligados à sensores e programados para a leitura de geração e consumo de energia elétrica e variáveis ambientais, como velocidade do vento, radiância solar, temperatura e níveis de chuva no período, e controle do sistema de bombeamento com duas motos bombas. Todos os experimentos foram realizados na central de microgeração distribuída fotovoltaica (MGD-PV) do Sítio Modelo da fazenda Lageado e no Laboratório de Energias Renováveis do Departamento de Engenharia Rural, nas Faculdades de Ciências Agronômicas da UNESP, campus de Botucatu. O laboratório de Energias Renováveis é o Servidor do sistema e as distâncias são muito variáveis entre todos os microcontroladores, de 32 metros a 260 metros e para realizar o processo de coleta dos dados nos diversos pontos e suprir essa distância foi necessário a construção e configuração de uma infraestrutura de comunicação baseada nas tecnologias ZigBee, para conectar os cincos microcontroladores. Os dados são coletados em intervalos regulares de cinco minutos, às variáveis ambientais são acompanhadas vinte e quatro horas por dia e às variáveis de geração de energia elétrica entre sete da manhã e dezessete horas da tarde. Os dados foram coletados entre setembro de 2016 e fevereiro de 2017. Os componentes de hardware e de software apresentaram rendimentos satisfatórios no processamento das informações através da interface criada pelo protocolo SNMP na comunicação e nas transmissões dos dados gerados pelos sensores, na configuração e mapeamento os objetos para construção da MIB para serem utilizados nas medições elétricas e variáveis ambientais. / Computer networks are fundamental elements in the communication process. Such components demand constant supervision of their tasks and are managed by information systems, which daily collect data to guide support analysts when correcting glitches in the infrastructure. Protocol SNMP is the tool used for managing resources of the computer network. The infrastructures of electric energy generation are also complex elements and require monitoring. Information systems are utilized, which provide data to users and technical professionals, so they can evaluate functioning and correct possible errors. Computer networks and systems of distributed generation are converging towards the user’s environment, so, management tools are important mechanisms in the control of production and consumption of electric energy. Thus, this work aims at developing an online monitoring system for photovoltaic microgeneration using the Single Network Management Protocol (SNMP) to perform the communication interface with the variables of electrical and metereological measurements. The project development is composed of two elements: hardware and software. The software consists of two modules: one to be used on the Web, Desktop apps for use in computers that can carry operational systems such as Windows, Linux or Mac and one to be used in mobile devices. Programmed functionalities include information register for the functioning of the system; reports and graphs that show information ordained in several levels, daily, weekly and annually. As to hardware, we used five microcontrolers Atmel AVR, (Arduino) connected to sensors and programmed for reading the production and consumption of electric energy as well as environmental variables, such as wind speed, solar radiance, temperature and rain levels during the period and control of the pumping system with two motor pumps. All experiments were carried out at the Distributed Photovoltaic Microgeneration Central (MGD-PV) on a Model Farm and at the Renewable Energies Laboratory of the Agronomy College at UNESP, in Botucatu. The Renewable Energies Laboratory is the server of the system and the distances among all microcontrolers vary from 32 to 260 meters. Therefore, in order to collect data from several locations and neutralize such distance, we needed to build and configure a communication infrastructure based on ZigBee technologies to connect the five microcontrolers. Data are collected during five-minute intervals; environmental variables are followed twenty four hours a day and the variables of electric energy production between 7am and 5pm. Data were collected between September 2016 and February 2017. Hardware and software components showed satisfactory performance at processing information through the interface created by the SNMP protocol regarding communication and transmission of the data generated by sensors as well as on the configuration and mapping objects for the construction of the MIB to be used in electrical measurements and environmental variables.