Lim Ka-Lai. / Thesis submitted in: December 2003. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2004. / Includes bibliographical references (leaves 76-78). / Abstracts in English and Chinese. / Abstract --- p.i / Acknowledgment --- p.iii / List of Figures --- p.vii / List of Tables --- p.viii / Chapter Part A --- Optimal Acceptance Solution for an Electricity Auction Problem / Chapter Chapter A1 --- Introduction --- p.1 / Chapter A1.1 --- Global Electricity Auction Market --- p.1 / Chapter A1.2 --- Electricity Buy-Back Program --- p.5 / Chapter A1.3 --- Motivation --- p.9 / Chapter A1.4 --- Literatures Review --- p.11 / Chapter A1.5 --- Organization of Thesis Part A --- p.14 / Chapter Chapter A2 --- Deterministic Models --- p.15 / Chapter A2.1 --- Models Descriptions and Notations --- p.15 / Chapter A2.2 --- Assumptions --- p.16 / Chapter A2.3 --- Mathematical Models --- p.16 / Chapter A2.4 --- Transforming and Re-writing the Models --- p.18 / Chapter A2.5 --- 0-1 Knapsack Problem --- p.20 / Chapter A2.6 --- Solving the Models by Dynamic Programming --- p.23 / Chapter A2.7 --- Numerical Results --- p.24 / Chapter Chapter A3 --- Stochastic Models --- p.31 / Chapter A3.1 --- Models with Uncertain Extra Demand Q --- p.31 / Chapter A3.2 --- Models with Uncertain Spot Market Price pa --- p.34 / Chapter A3.3 --- Models with Uncertain Extra Demand Q and Uncertain Spot Market Price pa --- p.36 / Chapter Chapter A4 --- Heuristics Algorithm --- p.45 / Chapter A4.1 --- Model Analysis --- p.45 / Chapter A4.2 --- Heuristics Algorithm --- p.47 / Chapter A4.3 --- Computational Complexity --- p.49 / Chapter Chapter A5 --- Conclusions --- p.50 / Chapter A5.1 --- Summary and Findings --- p.50 / Chapter A5.2 --- Future Research --- p.51 / Chapter Part B --- A Study on the Plastics Industry in Hong Kong / Chapter Chapter B1 --- Introduction --- p.53 / Chapter B1.1 --- Overview of the Plastics Industry in Hong Kong --- p.53 / Chapter B1.2 --- Literatures Review --- p.56 / Chapter B1.3 --- Scope and Limitation --- p.59 / Chapter B1.4 --- Motivation --- p.60 / Chapter B1.5 --- Organization of Thesis Part B --- p.60 / Chapter Chapter B2 --- Research Methodology --- p.61 / Chapter B2.1 --- Research Design --- p.61 / Chapter B2.2 --- Propositions --- p.62 / Chapter B2.3 --- Overview of the Plastics Raw Material Industry in Hong Kong --- p.63 / Chapter Chapter B3 --- Findings and Analysis --- p.66 / Chapter B3.1 --- Introduction of the Case Study --- p.66 / Chapter B3.2 --- Proposition B21 --- p.70 / Chapter B3.3 --- Proposition B22 --- p.71 / Chapter B3.4 --- Proposition B23 --- p.72 / Chapter Chapter B4 --- Conclusions --- p.74 / References --- p.75 / Appendix --- p.79

Thesis. 1975. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Electrical Engineering and Computer Science. / Vita. / Includes bibliographical references. / Ph.D.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: Júlio Borges de Souza / Banca: Ruben Barros Godoy / Banca: Luigi Galotto Junior / Resumo: Esta tese de doutorado se baseia na necessidade atual e tendência mundial da busca por tornar mais inteligentes os sistemas de distribuição de energia elétrica, por isso, o objetivo geral deste trabalho é desenvolver uma Arquitetura de Simulação em Tempo Real e Controle (ASTR&C) para alimentadores elétricos de distribuição, com o intuito de analisar a qualidade da energia e melhorar as ações de controle nos sistemas de distribuição, procurando assim aumentar a confiabilidade e sustentabilidade do sistema de potência. A ASTR&C utiliza uma plataforma VHDL-AMS como interface gráfica do usuário (Graphical user interface - GUI) para desenvolver a simulação do sistema elétrico e a linguagem VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Description Language) para o desenvolvimento do sistema de gerenciamento e controle da rede de distribuição (Distribution Management System and Control - DMS&C), através de um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Ambas as linguagens de descrição de hardware VHDL e VHDL-AMS (VHDL analog and mixed-signal), juntamente com as informações do sistema elétrico de distribuição, tornam possível a simulação em tempo real e controle de alimentadores de distribuição de energia elétrica. A GUI na plataforma VHDL-AMS, além de executar a simulação do sistema elétrico de distribuição, envolve dois processos: 1) Importação de todos os parâmetros do sistema de distribuição real, a partir de um arquivo de texto, possibilitando a alteração de quaisquer dados deste alimentador de distribuição em ambiente VHDL-AMS e 2) Envio dos dados de controle necessários para o dispositivo FPGA. O DMS&C desenvolvido está focado no gerenciamento do perfil de tensão do alimentador admitido como estudo de caso, realizado através de um dispositivo FPGA, o qual dispõe como prioridade o controle do regulador de tensão do sistema de distribuição, com base na comutação de TAP do mesmo. Neste... / Abstract: This doctoral thesis is based on current need and global trend in the search for making smarter electric power distribution systems. For this reason, the objective of this work is to develop a Real-Time Simulation and Control (RTSC) architecture of electrical distribution feeders, in order to analyze power quality and improve the control actions in distribution systems, to increase power system reliability, and sustainability. The RTSC architecture uses VHDL-AMS platform as graphical user interface (GUI) to develop the simulation of the electrical system and VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Description Language) language for developing the Distribution Management System and Control (DMS&C) through a FPGA device. Both VHDL and VHDL-AMS (VHDL analog and mixed-signal) hardware description languages along with electric distribution system information make possible the real-time simulation and control for electrical distribution feeders. The GUI in VHDL-AMS platform, which, besides running the simulation of the electrical distribution system, involves two processes: 1) Import of all parameters of the distribution system from a text file, making it possible to change any data of this distribution feeder into a VHDL-AMS environment, and 2) Sending necessary control data to the FPGA device. The developed DMS&C is focused on voltage profile management of admitted feeder as a case study, performed through a FPGA device, which provides as priority control of the distribution system voltage regulator, based on the voltage regulator TAP switching. In this context, DMS&C was developed to propose feeder voltage level regulation actions to the distribution system real controller, considering the real feeder characteristics, with concentrated loads and network reduction, for constituting the case study of this thesis. It stands out as the main contribution of this thesis work, the presentation of a novel real-time simulation and control ... / Doutor

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Co-orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Fábio Berequini Leão / Banca: Rogério Andrade Flauzino / Resumo: Este trabalho apresenta análises do impacto da conexão de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição na qualidade de energia elétrica em três consumidores de uma cidade aonde está se iniciando um projeto de Smart City. É utilizado como referência para as análises o módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição (PRODIST). As análises realizadas são de grande importância para se ter uma avaliação de como a qualidade da energia elétrica dos consumidores será afetada quando os sistemas fotovoltaicos forem conectados as suas residências, aos seus estabelecimentos ou até as suas industrias. Os conceitos apresentados no levantamento bibliográfico foram utilizados para a compreensão tanto da temática de Smart Cities e Smart Grid, como dos problemas de qualidade de energia elétrica que foram analisados. Os resultados das medições de qualidade de energia são analisados a partir de uma comparação dos parâmetros encontrados antes e após a instalação dos sistemas fotovoltaicos nos consumidores. Ao se observar as diferenças entre os resultados foi possível concluir quais foram os impactos causados pela presença da fonte de geração distribuída em questão / Abstract: This paper presents analysis of the impact of PV systems connected to the distribution network in the electric power quality in three consumers in a city where is launching a Smart City project. It is used as a reference for the analysis the module 8 of Distribution Procedures (PRODIST). The analyzes are of great importance to have an evaluation of how the consumers power quality will be affected when PV systems are connected to their homes, their businesses or even to their industries. The concepts presented in the literature were used for the understanding subjects such as Smart Cities, Smart Grid and power quality problems. The results of power quality measurements are analyzed from a comparison of estimated coefficients before and after the installation of photovoltaic systems on consumers. By observing the differences between the results it was possible to conclude which the impacts were caused by the presence of the source of distributed generation in question / Mestre

Nesta tese são apresentadas metodologias alternativas ao enfoque determinístico de avaliação de desempenho elétrico de sistemas de distribuição, especificamente na análise dos riscos de violações de conformidade de tensão em sistemas de distribuição, utilizando para isto, métodos probabilísticos e teoria de conjuntos fuzzy. A Agência Nacional de Energia Elétrica estabeleceu a resolução nº 505/2001 que especifica indicadores de variação de tensão de longa duração, contendo os indicadores individuais e coletivos a serem mensurados, assim como, as penalidades pelo não cumprimento dos prazos limites estabelecidos para regularização. A ENERSUL, Empresa Distribuidora do Grupo ENBR Energias do Brasil e o ENERQ Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia Elétrica desenvolveram um projeto de P&D para a obtenção de metodologia e software de simulação dos indicadores de variação de tensão de longa duração. No projeto de P&D foi especificado e desenvolvido um módulo computacional para calcular o fluxo de carga com uma abordagem probabilística, partindo-se das curvas de carga típicas de consumidores, que representam a variação temporal da carga (demanda máxima e desvio padrão), obtendo-se as curvas de distribuição de probabilidades da tensão, que permitiram calcular, para cada ponto da rede, os riscos de transgressão dos indicadores de variação de tensão de longa duração. Após o projeto de P&D, uma nova abordagem que utiliza a teoria de conjuntos difusos (fuzzy) foi desenvolvida e foi possível a comparação com o método probabilístico. Baseado em números fuzzy que representam a estimativa de níveis tensão para cada ponto na rede, e com métodos específicos de classificação fuzzy, calculam-se os indicadores de DRP e DRC. / In this thesis are presented alternatives methodologies for deterministic approach for evaluation of performance of electrical distribution systems, specifically in the risk assessment of voltage levels violations in distribution systems, using for this, probabilistic methods and theory of fuzzy sets. ANEELs Resolution 505/2001 specifies long-term voltage variation indicators, with the following items to be measured: individual and collective indicators, and the penalties for not complying with the established limits. ENERSUL, the distribution company of the ENBR Group Energias do Brasil and ENERQ Center for Regulation and Power Quality Studies carryied out an R&D project for the development of a methodology and simulation software that will enable the company to evaluate long-term voltage variation indicators. A computational module was specified and developed to calculate the load flow with a probabilistic approach. Based on typical daily load curves, representing the time variation of the load (average and standard deviation curves), distribution curves are obtained for voltage probability, so that the risk of violating indicators can be calculated, for each point in the network. After the R&D project, a new approach based on fuzzy sets theory was developed and make possible the comparison with the probabilistic approach. Based on fuzzy numbers that represents an estimative for voltage levels for each point in the network, and with specific fuzzy classification methods, the RDI and RDC indicators can be calculated.

As perdas de energia elétrica devidas a furtos e fraudes, também chamadas de Perdas Não-Técnicas (PNT) ou Perdas Comerciais, têm sido matéria prioritária das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica, bem como dos órgãos reguladores, tanto pelo seu crescimento nos últimos anos quanto pelo seu impacto no sistema elétrico brasileiro. As formas de fraude são as mais variadas possíveis, o que gera enormes dificuldades para as concessionárias. Este trabalho tem como objetivo o estudo do problema das PNT utilizando-se de uma abordagem multidisciplinar, que analisa a experiência tanto de concessionárias no Brasil como no exterior. O trabalho discute as melhores práticas para mitigação das mesmas e propõe melhorias nos processos de combate e de prevenção, e nos procedimentos legais para recuperação de receitas, apoiados sobre uma cuidadosa contextualização regulatória. Chamase a atenção para a diversidade sócio-econômica nacional, compara-se com diversos exemplos internacionais, e propõe-se identificar os aspectos mais relevantes a serem considerados na regulação sobre o tema, discutindo procedimentos e metodologias para o equacionamento do montante de recursos a serem aplicados pelas companhias distribuidoras para a adequada redução dessas perdas de energia. Observa-se que grande parte das PNT tem origem em questões de cunho social. O Estado pode e deve estabelecer políticas para resolver tais questões, possibilitando a universalização do acesso e subsidiando o fornecimento de energia elétrica. Não fez parte dessa pesquisa discutir se estes instrumentos são suficientes ou devem ser aprimorados, mas sim analisar amplamente a questão das PNT com base nos condicionantes regulatórios atuais, que obrigam as concessionárias a reduzir estas perdas visando entre outros a modicidade tarifária dos consumidores regulares. / The electric power losses due to thefts and frauds, also called Non technical Losses (NTL), have been priority matter for concessionary companies of electric power distribution, as well as for government regulatory agencies, not only due to rapid growth over the past years but also due to its impact on Brazilian electrical system. There is a wide range of possible types and methods of frauds, causing enormous difficulties to licensed companies. The objective of this work is to study the problem of NTL using a wide approach, analyze the experience of dealerships in Brazil and abroad, discuss the best practices for mitigation of those losses and propose improvements in the combat and prevention processes, and the legal procedures for recovery of incomes, leaning on a careful regulatory context. This study draws attention to Brazil\'s socioeconomic diversity, comparing it to various international examples, and intends to identify the most relevant aspects that must be considered on the theme, discussing procedures and methodologies for the equation of the amount of resources to be applied by distributing companies to achieve the appropriate reduction of NTL. A large part of the commercial losses has its origin in issues of social stamp. The State owes and can establish policies to solve such issues, making possible the access to electric power supply for all consumers. It was not part of this research to discuss if these instruments are enough, but to analyze the issue of the commercial losses thoroughly based in the regulatory policies that push dealerships to reduce NTL objecting reasonable regular consumers\' tariff.

A definição de metas de qualidade no fornecimento de energia é feita atualmente através de análises comparativas entre redes semelhantes. Com isso visa-se a otimização dos recursos sem impactos nos investimentos e nas despesas de manutenção. Preceito desta metodologia é que não haja investimentos adicionais e que a qualidade melhore de modo similar à da rede usada como benchmark. Este modelo não consulta diretamente a opinião dos consumidores. Outra particularidade deste modelo é que nem sempre se pode garantir que as redes usadas como benchmark estão em uma situação de ótimo ou próxima dela. De qualquer forma este modelo deve saturar e então devem ser buscadas outras metodologias. Este trabalho apresenta as bases para o estabelecimento de metas de qualidade baseada nos custos de investimentos da concessionária e na opinião e nos custos dos consumidores. O impacto tarifário decorrente da inclusão da qualidade da energia no modelo econômico da concessionária também é analisado. Os resultados apresentados discutem as pesquisas de valoração do custo da qualidade para o consumidor, o estabelecimento de metas de qualidade e a avaliação dos investimentos da concessionária em qualidade da energia elétrica. / The definition of quality goals on the supply of electrical energy is nowadays made in Brazil through the comparison between similar networks. With that, the optimization of the resources is aimed without impacts on the investments and expenditures of maintenance. The precept of this methodology is not having any additional investments so that the quality improves in a similar way to the benchmark network. This model does not consult directly the opinion of consumers. Another particularity of this model is that the situation of the benchmark network cant always be assured to be on its optimal state or close to it. Therefore, this model is expected to saturate, and other methodologies must then be searched. This work presents the basis for the establishment of goals for quality based on the costs of the investments of the utilities and on the consumers costs and opinion. The impact on the rate that may result from the increase of the energy quality on the economical model of the utilities is also analyzed. The results presented discuss the research on valuation of quality cost for the consumer, the establishment of goals for quality and evaluation on the investments on energy quality made by the utilities.

A partir da reestruturação dos serviços públicos de energia elétrica, foi criada uma série de novas ferramentas regulatórias, simulando e/ou criando um ambiente competitivo, para que as empresas busquem continuamente a evolução de seus indicadores e custos. Com a edição da Resolução nº 024, de 27 de janeiro de 2000, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) atualizou a regulamentação dos aspectos relativos à continuidade do fornecimento de energia elétrica. As metas de continuidade são definidas através do cluster ao qual cada conjunto de consumidores está vinculado. Os conjuntos são agrupados pelas suas características físicas: área, km de rede primária, número de consumidores, potência de transformadores instalada e consumo médio do conjunto. Um dos pontos focais desta resolução é a possibilidade de uma concessionária agrupar unidades consumidoras, considerando as características técnicas específicas de seu sistema elétrico. Desta forma, o agente regulador permite que as concessionárias modifiquem seus conjuntos de consumidores, desde que fiquem evidenciadas vantagens técnicas, econômicas e sociais da nova proposta em relação ao critério vigente de agrupamento. Visando aperfeiçoar a utilização dos recursos, direcionando as ações para modicidade tarifária e considerando a capacidade de prover condições de atendimento homogêneo, este trabalho busca combinar os consumidores de uma concessionária em conjuntos que minimizem o risco de multa e a necessidade de investimentos nas redes. Este é um problema semelhante ao de redistribuição de eleitores nos distritos de votação nos EUA, conhecido como Political Districting. Para resolver o problema de explosão combinatória resultante das possíveis combinações de áreas e minimizar as multas, o modelo proposto neste trabalho utiliza técnicas de computação evolutiva. A metodologia é ilustrada alterando os 419 conjuntos iniciais de uma concessionária por meio de um algoritmo genético (AG) e um algoritmo imunológico (AI) que otimiza o resultado proposto, minimizando o risco de multas pelo não cumprimento das metas de continuidade. / From the restructuring of the Public Electric Power Sector, new regulatory tools were devised to simulate and create a competitive environment for companies to continuously seek targets for their indicators and costs. With the issue of Resolution nº 024 of January 27, 2000, the National Agency of Electric Energy (ANEEL) updated the rules in dealing with electricity supply continuity. The goals related to the continuity of service are defined through the cluster in which each set of consumers is bound. Consumers are grouped by their physical characteristics: area, length (km) of primary network, the number of consumers, power transformers installed capacity and average consumption. ANEEL allows the utilities to modify their sets of consumers, whenever the technical advantages, economic and social implications of the new proposal in relation to the current criterion of grouping become evident. Considering the possibility of avoiding unnecessary investments in networks, burdening the distribution tariff, this paper attempts to combine the consumers of a utility in sets that minimize the risk of penalties and network investments. This problem is similar to the redistribution in voting districts in the U.S., known as Political Districting. In order to solve the combinatorial explosion problem resulting from the possible combinations of areas and minimization of penalties, the model proposed in this paper uses evolutionary computation techniques. The case study alters the initial 419 sets of consumers of a utility through a genetic algorithm and an artificial immune algorithm, which were proposed to optimize the outcome, minimizing the risk of penalties in not meeting the goals related to continuity of service.

Este trabalho apresenta uma metodologia para estimação do conteúdo harmônico de corrente em transformadores de distribuição, utilizando como base de entrada os consumos registrados das diversas unidades consumidoras conectadas aos alimentadores de baixa tensão e campanha de medições de injeções harmônicas em amostra de transformadores de distribuição de uma empresa de distribuição de energia elétrica. A metodologia de análise proposta neste trabalho tem por objetivo, a partir de informações de percentagem de contribuição das diversas classes de consumo supridas por um transformador de distribuição, estimar a curva de carga de corrente harmônica ao longo de 7 dias da semana, incluindo dias úteis e final de semana. A aplicação e validação da metodologia é realizada por meio de medições em novos transformadores de distribuição selecionados aleatoriamente, para depois confrontar os valores estimados com os valores medidos. A metodologia se mostrou adequada para a aplicação a redes de distribuição de energia elétrica, apontando caminhos interessantes para desenvolvimentos futuros. / This MSc dissertation presents a methodology to estimate the harmonic content of currents in distribution transformers, using as input the amounts of consumption recorded over several consumer units connected to low voltage feeders as well as a measurement campaign of harmonic injections in a sample of distribution transformers in a power distribution company. The methodology proposed in this work aims at estimating the daily curve of load harmonic currents over a 7 day period, including weekdays and weekends, which is based on information from the contribution in power consumption from different consumer categories supplied by a distribution transformer. The methodology is applied and validated by comparing the estimated and measured values over a random selection of news distribution transformers. The methodology led to promising results showing that the application in electric power distribution networks should be successful and further developments are worthwhile being investigated.

A geração de energia elétrica através de grandes empreendimentos, sejam hídricos, térmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo período de tempo para início de operação. Em contrapartida, a demanda por este insumo básico para o desenvolvimento e manutenção da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendência global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente à rede primária ou á rede secundária de distribuição. Tais unidades são usualmente denominadas de geração distribuída (GD) e dispersa (Gdd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de geração poderá haver aumento da confiabilidade do sistema elétrico, a possibilidade de postergar investimentos necessários à rede de distribuição e a diversificação da matriz energética com maior possibilidade de uso de fontes renováveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de geração distribuída na área da concessionária de distribuição de energia elétrica, avaliando os respectivos custos e benefícios de cada oportunidade. Por meio destes resultados é possível classificar e, conseqüentemente, priorizar as instalações com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionária local de distribuição de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a geração dispersa no planejamento da expansão dos sistemas de distribuição, bem como avaliar fatores que limitem sua expansão no Brasil. Este trabalho prioriza a análise sob ponto de vista da concessionária de energia elétrica, prática ainda não usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicação. / The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (Gdd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.