Os sistemas fotovoltaicos tem se difundido mundialmente como uma tecnologia de energia limpa que pode ser utilizada na maior parte do planeta Terra. Isto o torna um sistema muito interessante para geração distribuída. A peça fundamental para o aproveitamento da energia fotovoltaica na geração distribuída é o inversor conectado a rede elétrica. Assim o rendimento deste equipamento influencia diretamente no aproveitamento da energia gerada pelos painéis fotovoltaicos e consequentemente no tempo em que o sistema se paga. O comportamento sazonal da geração de energia, onde o inversor trabalha na maior parte do tempo entre 10% e 90% da capacidade, principalmente em sistemas sem rastreamento, não permite que o inversor seja avaliado somente pelo seu rendimento em plena carga, mas pela curva de rendimento completa em toda faixa de operação. O método proposto para a melhora do rendimento do sistema em baixas potências é a utilização de inversores de baixa potência conectados a rede elétrica em paralelo trabalhando de maneira escalonada. Assim, em baixas potências o rendimento é mais elevado que se fosse utilizado um único inversor. Neste trabalho são avaliados também as consequências do paralelismo na taxa de distorção harmônica da corrente e as vantagens de ampliação na vida útil dos equipamentos e o recurso de redundância. Foram implementados 4 inversores de 300W de saída, na topologia ponte completa com frequência de comutação e amostragem de 21,6kHz, controlados cada um por um DSC 56F8014 da Freescale, e um dispositivo para monitoração dos inversores utilizando um microcontrolador PIC18F4520. Todos os dispositivos possuem interface de comunicação UART isolada com protocolo LIN. Os inversores foram testados em operação com modo de compartilhamento de potência contínuo, onde todos os inversores operam com parcelas identicas de potência, e no modo escalonado, onde os inversores entram em operação sob a demanda da potência a ser processada. Os resultados apresentam uma melhora de 3,7% no rendimento entre o sistema de compartilhamento de potência contínuo e escalonado, avaliados pelo rendimento ponderado do sistema (IEC-61836). / Photovoltaic systems have been spreading globally as a clean energy technology that can be used in most of the planet Earth. This makes it a very interesting system for distributed generation. The key to the use of photovoltaics in distributed generation inverter is connected to the power grid. Thus the performance of this equipment directly influences the use of energy generated by the photovoltaic panels and consequently the time that the system pays for itself. The seasonal behavior of power generation, where the drive works most of the time between 10% and 90% of capacity, especially in systems without tracking, does not allow the drive to be evaluated not only by their performance at full load, but the full yield curve throughout the operating range. The proposed method improves the system performance at low power is the use of low power inverters connected in parallel to mains electricity working in installments. Thus, in the low power output is higher than if a single drive were used. This work also evaluated the consequences of parallelism in the rate of harmonic current distortion and benefits of expanding the life of the equipment and the use of redundancy . We implemented four inverters 300W output full bridge topology with switching frequency of 21.6 kHz and sampling, each controlled by a Freescale 56F8014 DSC, and a device for monitoring the inverters using a PIC18F4520 microcontroler. All devices have isolated communication interface UART with LIN protocol. The inverters were tested in operation mode continuous power sharing , where all the inverters operate with identical plots power, and staggered where the inverters come into operation upon the demand of power being processed. The results show an improvement of 3,7% in revenue sharing system between the power and continued staggered valued at weighted yield of the system (IEC-61836). / 5000

Smart grids representam o futuro das redes elétricas. Estes tipos de redes devem ser robustas a flutuações de carga e devem possuir monitoramento e gerenciamento inteligente e em tempo real. Para que essas demandas sejam possíveis, é preciso uma comunicação de dados de alta velocidade, flexível e de baixo custo. Dentro dessas características, muitos autores propõem a utilização de sistemas de comunicação sem fio, os quais possuem um custo de implantação mais baixo que redes ópticas ou cabeadas, além de possuir flexibilidade para rápidas mudanças de topologia, e não apresentarem barreiras em relação aos padrões e equipamentos, o oposto por exemplo ao caso do sistema PLC (Power Line Communications). Devido à natureza difusora do canal sem fio, segurança nesse tipo de rede é um dos pontos mais críticos, já que um ataque de qualquer natureza pode provocar perturbações e blackouts na rede elétrica, ou gerar problemas de privacidade, na situação em que atacantes passivos (eavesdroppers) interceptam mensagens da rede com o intuito de obter algum tipo de benefício. Esta segunda situação, de ataques passivos, será abordada neste trabalho. Além das tradicionais técnicas de criptografia geralmente utilizadas para aumentar a segurança de redes de comunicação, outra área que vem recentemente despertando interesse da comunidade científica é a área de segurança na camada física, a qual é baseada em conceitos da teoria da informação de Shannon. Neste trabalho, utiliza-se as técnicas de codificação de rede para aumentar a segurança na camada física da parte de múltiplo acesso de uma rede de comunicação sem fio, em que dois transmissores possuem informações independentes para um destino em comum, na presença de um eavesdropper. Utilizando-se a probabilidade de outage com restrições de sigilo como métrica, mostra-se através de resultados analíticos e numéricos que o sigilo pode ser aumentado através da codificação de rede, quando comparada com a transmissão direta e com as técnicas de cooperação tradicionais. / Smart grids represent future of electrical power systems . These kind of networks must be robust to load fluctuations as well as have smart monitoring and intelligent management in real-time fashion . Based on the aforementioned needs, many authors propose the use of wireless communication systems in order to meet these demands, due to their efficient tradeoff between low-cost and high-seed when compared to wired connections such as optical fibens or metallic cables, and, in addition, they are flexible to topology changes and do not have constrainsts in terms of standards and devices, the opposite for example to the case of PLC(Power Line Comminications) .Due to the broadcast nature of the wireless medium , security is onde of the critical issues in smart grids since the occurrence of attacks can lead to load fluctuations and blackouts in the electrical system, or generate secrecy problems, in the situation where passive eaversdroppers intercept messages in the network aiming to obtain some kind of benefit . This second case of passive attacks will be addressed in the work. In addition to classical cryptography strategies commonly used to increase the security in communications systems another area which has been studied by the scientific community is the physical-layer security, which is based on the Shannon’s information theory. In this work, we use the network coding technique as tool to increase the physical-layer in a mulple access wireless network, where two users have independent information to transmit to a common destination, in the presence of an eavesdropper. By using the secrecy outage probability as the metric, we show through theoretic and numerical results that the network security can be increased through the use of network coding when compared to the transmission and traditional cooperative techniques.

ANEEL / Em sistemas de distribuição de energia elétrica é comum o desenvolvimento de projetos que busquem a melhoria dos índices de equilíbrio de cargas, carregamento de transformadores e quedas de tensão ao longo dos circuitos da rede secundária. O presente trabalho apresenta modelos matemáticos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para quatro das intervenções técnicas usualmente praticadas com vistas a estas melhorias: balanceamento de carga, troca de condutor, divisão de circuito e remanejamento de carga. Os modelos respeitam aspectos técnicos, elétricos e considerações operacionais dos especialistas na busca de soluções que minimizem o investimento necessário para restabelecimento destes índices. Um método linear simplificado para o cálculo elétrico, baseado no Backward-Forward Sweep (BFS), é proposto a fim de incluir restrições sobre níveis de tensão diretamente nos modelos. A realização conjunta das intervenções é sugerida em uma proposta de integração de modelos por encadeamento de soluções. Para desenvolvimento dos modelos PLIM criou-se o ambiente de modelagem Gusek, interface para o solver livre GLPK. Os modelos foram implementados em uma ferramenta de apoio à tomada de decisão para projetos de melhoria de rede. Resultados são apresentados através de estudos de caso com dados de circuitos reais. / In eletric power distribution systems it is common to develop projects to improve the levels of load balancing, transformer loading and voltage drops along secondary network circuits. This paper presents Mixed Integer Linear Programming (MILP) mathematical models for adressing four technical interventions usually undertaken to achieve these improvements: load balancing, conductor changing, circuit split, and load relocation. These models comply with technical and electrical aspects and satisfy operational considerations from specialists in finding solutions that minimize the required investment for restoration of circuit levels. A simplified linear power flow method, based on the Backward-Forward Sweep (BFS), is proposed to include voltage levels constraints into the models. The combination of interventions is suggested in a proposal for integration of models by chaining solutions. To develop the MILP models the GUSEK modeling environment was created as an interface for the GLPK free solver. The models were implemented in a decision-making support tool for network improvement projects. Results are presented through case studies with data from real circuits.

Os sistemas fotovoltaicos tem se difundido mundialmente como uma tecnologia de energia limpa que pode ser utilizada na maior parte do planeta Terra. Isto o torna um sistema muito interessante para geração distribuída. A peça fundamental para o aproveitamento da energia fotovoltaica na geração distribuída é o inversor conectado a rede elétrica. Assim o rendimento deste equipamento influencia diretamente no aproveitamento da energia gerada pelos painéis fotovoltaicos e consequentemente no tempo em que o sistema se paga. O comportamento sazonal da geração de energia, onde o inversor trabalha na maior parte do tempo entre 10% e 90% da capacidade, principalmente em sistemas sem rastreamento, não permite que o inversor seja avaliado somente pelo seu rendimento em plena carga, mas pela curva de rendimento completa em toda faixa de operação. O método proposto para a melhora do rendimento do sistema em baixas potências é a utilização de inversores de baixa potência conectados a rede elétrica em paralelo trabalhando de maneira escalonada. Assim, em baixas potências o rendimento é mais elevado que se fosse utilizado um único inversor. Neste trabalho são avaliados também as consequências do paralelismo na taxa de distorção harmônica da corrente e as vantagens de ampliação na vida útil dos equipamentos e o recurso de redundância. Foram implementados 4 inversores de 300W de saída, na topologia ponte completa com frequência de comutação e amostragem de 21,6kHz, controlados cada um por um DSC 56F8014 da Freescale, e um dispositivo para monitoração dos inversores utilizando um microcontrolador PIC18F4520. Todos os dispositivos possuem interface de comunicação UART isolada com protocolo LIN. Os inversores foram testados em operação com modo de compartilhamento de potência contínuo, onde todos os inversores operam com parcelas identicas de potência, e no modo escalonado, onde os inversores entram em operação sob a demanda da potência a ser processada. Os resultados apresentam uma melhora de 3,7% no rendimento entre o sistema de compartilhamento de potência contínuo e escalonado, avaliados pelo rendimento ponderado do sistema (IEC-61836). / Photovoltaic systems have been spreading globally as a clean energy technology that can be used in most of the planet Earth. This makes it a very interesting system for distributed generation. The key to the use of photovoltaics in distributed generation inverter is connected to the power grid. Thus the performance of this equipment directly influences the use of energy generated by the photovoltaic panels and consequently the time that the system pays for itself. The seasonal behavior of power generation, where the drive works most of the time between 10% and 90% of capacity, especially in systems without tracking, does not allow the drive to be evaluated not only by their performance at full load, but the full yield curve throughout the operating range. The proposed method improves the system performance at low power is the use of low power inverters connected in parallel to mains electricity working in installments. Thus, in the low power output is higher than if a single drive were used. This work also evaluated the consequences of parallelism in the rate of harmonic current distortion and benefits of expanding the life of the equipment and the use of redundancy . We implemented four inverters 300W output full bridge topology with switching frequency of 21.6 kHz and sampling, each controlled by a Freescale 56F8014 DSC, and a device for monitoring the inverters using a PIC18F4520 microcontroler. All devices have isolated communication interface UART with LIN protocol. The inverters were tested in operation mode continuous power sharing , where all the inverters operate with identical plots power, and staggered where the inverters come into operation upon the demand of power being processed. The results show an improvement of 3,7% in revenue sharing system between the power and continued staggered valued at weighted yield of the system (IEC-61836). / 5000

Smart grids representam o futuro das redes elétricas. Estes tipos de redes devem ser robustas a flutuações de carga e devem possuir monitoramento e gerenciamento inteligente e em tempo real. Para que essas demandas sejam possíveis, é preciso uma comunicação de dados de alta velocidade, flexível e de baixo custo. Dentro dessas características, muitos autores propõem a utilização de sistemas de comunicação sem fio, os quais possuem um custo de implantação mais baixo que redes ópticas ou cabeadas, além de possuir flexibilidade para rápidas mudanças de topologia, e não apresentarem barreiras em relação aos padrões e equipamentos, o oposto por exemplo ao caso do sistema PLC (Power Line Communications). Devido à natureza difusora do canal sem fio, segurança nesse tipo de rede é um dos pontos mais críticos, já que um ataque de qualquer natureza pode provocar perturbações e blackouts na rede elétrica, ou gerar problemas de privacidade, na situação em que atacantes passivos (eavesdroppers) interceptam mensagens da rede com o intuito de obter algum tipo de benefício. Esta segunda situação, de ataques passivos, será abordada neste trabalho. Além das tradicionais técnicas de criptografia geralmente utilizadas para aumentar a segurança de redes de comunicação, outra área que vem recentemente despertando interesse da comunidade científica é a área de segurança na camada física, a qual é baseada em conceitos da teoria da informação de Shannon. Neste trabalho, utiliza-se as técnicas de codificação de rede para aumentar a segurança na camada física da parte de múltiplo acesso de uma rede de comunicação sem fio, em que dois transmissores possuem informações independentes para um destino em comum, na presença de um eavesdropper. Utilizando-se a probabilidade de outage com restrições de sigilo como métrica, mostra-se através de resultados analíticos e numéricos que o sigilo pode ser aumentado através da codificação de rede, quando comparada com a transmissão direta e com as técnicas de cooperação tradicionais. / Smart grids represent future of electrical power systems . These kind of networks must be robust to load fluctuations as well as have smart monitoring and intelligent management in real-time fashion . Based on the aforementioned needs, many authors propose the use of wireless communication systems in order to meet these demands, due to their efficient tradeoff between low-cost and high-seed when compared to wired connections such as optical fibens or metallic cables, and, in addition, they are flexible to topology changes and do not have constrainsts in terms of standards and devices, the opposite for example to the case of PLC(Power Line Comminications) .Due to the broadcast nature of the wireless medium , security is onde of the critical issues in smart grids since the occurrence of attacks can lead to load fluctuations and blackouts in the electrical system, or generate secrecy problems, in the situation where passive eaversdroppers intercept messages in the network aiming to obtain some kind of benefit . This second case of passive attacks will be addressed in the work. In addition to classical cryptography strategies commonly used to increase the security in communications systems another area which has been studied by the scientific community is the physical-layer security, which is based on the Shannon’s information theory. In this work, we use the network coding technique as tool to increase the physical-layer in a mulple access wireless network, where two users have independent information to transmit to a common destination, in the presence of an eavesdropper. By using the secrecy outage probability as the metric, we show through theoretic and numerical results that the network security can be increased through the use of network coding when compared to the transmission and traditional cooperative techniques.

ANEEL / Em sistemas de distribuição de energia elétrica é comum o desenvolvimento de projetos que busquem a melhoria dos índices de equilíbrio de cargas, carregamento de transformadores e quedas de tensão ao longo dos circuitos da rede secundária. O presente trabalho apresenta modelos matemáticos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para quatro das intervenções técnicas usualmente praticadas com vistas a estas melhorias: balanceamento de carga, troca de condutor, divisão de circuito e remanejamento de carga. Os modelos respeitam aspectos técnicos, elétricos e considerações operacionais dos especialistas na busca de soluções que minimizem o investimento necessário para restabelecimento destes índices. Um método linear simplificado para o cálculo elétrico, baseado no Backward-Forward Sweep (BFS), é proposto a fim de incluir restrições sobre níveis de tensão diretamente nos modelos. A realização conjunta das intervenções é sugerida em uma proposta de integração de modelos por encadeamento de soluções. Para desenvolvimento dos modelos PLIM criou-se o ambiente de modelagem Gusek, interface para o solver livre GLPK. Os modelos foram implementados em uma ferramenta de apoio à tomada de decisão para projetos de melhoria de rede. Resultados são apresentados através de estudos de caso com dados de circuitos reais. / In eletric power distribution systems it is common to develop projects to improve the levels of load balancing, transformer loading and voltage drops along secondary network circuits. This paper presents Mixed Integer Linear Programming (MILP) mathematical models for adressing four technical interventions usually undertaken to achieve these improvements: load balancing, conductor changing, circuit split, and load relocation. These models comply with technical and electrical aspects and satisfy operational considerations from specialists in finding solutions that minimize the required investment for restoration of circuit levels. A simplified linear power flow method, based on the Backward-Forward Sweep (BFS), is proposed to include voltage levels constraints into the models. The combination of interventions is suggested in a proposal for integration of models by chaining solutions. To develop the MILP models the GUSEK modeling environment was created as an interface for the GLPK free solver. The models were implemented in a decision-making support tool for network improvement projects. Results are presented through case studies with data from real circuits.

Orientador: Carlos Alberto de Castro Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:37:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_RicardoBorges_M.pdf: 725231 bytes, checksum: e24b9811f14e33910092b2f639a89050 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O método desacoplado rápido (MDR) [2] é uma variante do tradicional método de Newton [1] para a resolução do problema de fluxo de carga (obtenção do estado de operação de redes elétricas de potência). Sabe-se que o MDR apresenta desempenho insatisfatório quando aplicado a redes de distribuição, devido à desfavorável relação r/x dos ramos, resultando num processo de cálculo que pode apresentar divergência ou convergência lenta (grande número de iterações). Há algum tempo foi proposta uma alteração no MDR, chamada de rotação de eixos[4], que melhora as características de convergência do método. A idéia consiste em obter uma rede fictícia para a qual o MDR funcione bem e cujo estado de operação (magnitudes e ângulos de tensão) seja o mesmo da rede original. O valor do ângulo de rotação de eixos, único para toda a rede, é determinado empiricamente. Recentemente uma outra proposta de rotação ótima de eixos[5] foi apresentada, sugerindo modificações ao método que trouxeram maior automação aos cálculos, apesar de efeitos desfavoráveis em relação à manipulação de matrizes e ao significado físico da rede elétrica durante o processo iterativo. O presente trabalho traz um novo algoritmo de rotação de eixos que supera algumas desvantagens dos métodos apresentados em [4, 5], com bom desempenho. Além disso, traz uma interessante contribuição sobre a rotação de barras do tipo PV, não abordado anteriormente / Abstract: The fast decoupled loadflow (FDLF) [2] is a variant of the traditional Newton method [1] for solving the loadflow problem (find the operational state of electrical power networks). It is well-known that FDLF presents unsatisfactory performance when applied to distribution systems. Their unfavourable r/x branch ratios may lead to divergence or slow convergence (large number of iterations). A modification to the FDLF, called axesrotation[4], was proposed some time ago, which improves convergency of the method. The idea is to obtain a fictitious network for which the FDLF performs better and which operational state (voltage magnitudes and angles) is the same as the original network. However, the rotation angle is determined empirically. Recently the optimal axes rotation[5] was presented, suggesting some modifications that led to more automated calculations, despite of some undesirable effects on matrices handling and also to the physical meaning of networks during the iterative process. This research work presents a new algorithm for axes rotation that overcomes some disadvantages found in [4, 5], with good performance. Moreover, it brings an interesting contribution on the rotation of PV buses, not previously considered. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

The forecasting of Eskom transmission electrical network demands is a complex task. The lack of historical data on some of the network components complicates this task even further. In this dissertation a model is suggested which will address all the requirements of the transmission system expansion engineers in terms of future loads and market trends. Suggestions are made with respect to ways of overcoming the lack of historical data, especially on the point loads, which is a key factor in modelling the electrical networks. A brief overview of the transmission electrical network layout is included to provide a better understanding of what is required from such a forecast. Lastly, some theory on multiple regression, neural networks and qualitative forecasting techniques is included, which will be of value for further model developments. / Computing / M. Sc. (Operations Research)

The forecasting of Eskom transmission electrical network demands is a complex task. The lack of historical data on some of the network components complicates this task even further. In this dissertation a model is suggested which will address all the requirements of the transmission system expansion engineers in terms of future loads and market trends. Suggestions are made with respect to ways of overcoming the lack of historical data, especially on the point loads, which is a key factor in modelling the electrical networks. A brief overview of the transmission electrical network layout is included to provide a better understanding of what is required from such a forecast. Lastly, some theory on multiple regression, neural networks and qualitative forecasting techniques is included, which will be of value for further model developments. / Computing / M. Sc. (Operations Research)

Redes inteligentes de distribuição de energia fornecem serviços com o potencial de aumentar a eficiência energética e a qualidade de vida da sociedade, mas possuem requisitos severos de tempo de resposta, confiabilidade, escalabilidade e QoS. As chaves ópticas são dispositivos comutadores de caminhos em fibras ópticas popularmente utilizados para trocas físicas de rotas. Neste trabalho sugere-se utilizar estes dispositivos para ativamente reorganizar uma rede com o objetivo de diminuir a latência de comunicação, visando atender aos requisitos de comunicações dos serviços de redes inteligentes. Foram estudadas as características de protocolos de roteamento conhecidos e aplicou-se o algoritmo de Dijkstra na criação de quatro heurísticas de otimização dos caminhos máximos em redes com chaves ópticas. Simulações realizadas mostram que as heurísticas propostas reduzem o número de saltos nos caminhos máximos, levando à redução de latência. É sugerida a continuação deste estudo aperfeiçoando as heurísticas propostas com outros mecanismos de otimização e diferentes métricas, como redução de congestionamento de tráfego e de consumo de energia na rede. / Smart grid networks provide services with the potential to increase energy efficiency and the quality of life of society, but have strict requirements regarding response time, reliability, scalability and QoS. The optical switches are fiber optic switching devices commonly used for physical route changing. In this study, it is suggested to use these devices to actively rearrange a network in order to reduce the communication latency, to meet the communications requirements of smart grid services. The characteristics of known routing protocols have been studied and the Dijkstra algorithm has been applied at the creation of four heuristics that aim to optimize the maximum paths in networks with optical switches. The simulations show that the heuristics reduce the maximum number of hops in the paths, leading to reductions in latency. It is suggested the continuation of this study improving the heuristics with other optimization engines and different metrics, such as reducing traffic congestion and energy.