Thesis (Ph.D.)--Victoria University (Melbourne, Vic.), 2009.

Thesis (MScIng)--University of Stellenbosch, 2008. / ENGLISH ABSTRACT: The behaviour of induction motors at a petrochemical plant under transient conditions was investigated with the view to improve plant immunity to voltage fluctuations. The benefits of using a phase-variable induction motor model rather than the simpler d-q models usually employed are investigated. A simplified model of the plant electrical distribution system was derived. Phase variable and d-q induction motor models were implemented as well as a synchronous generator model. Practical considerations precluded the use of commercial software for the simulation of transient conditions and a basic simulation program was developed using Matlab to evaluate the behaviour of the dynamic machine models and distribution system. It was established that the configuration of the installed re-acceleration system can be optimised to reduce the possibility of plant outages as a result of voltage fluctuations. It was found that the use of more detailed induction machine models provide valuable insight into system behaviour and is justified if accurate motor parameters are available or can be estimated. The simplified plant model yielded useful results and enabled the identification of incorrect system data. The investigation showed that Matlab is suitable for the rapid development of a basic transient simulation program that can be used to study the behaviour of different interconnected dynamic machine models. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gedrag van induksiemotors in 'n petrochemiese aanleg onder oorgangstoestande is ondersoek ten einde die immuniteit van die aanleg vir spanningsfluktuasies te verbeter. Die voordele van die gebruik van 'n fase-veranderlike induksiemotor model eerder as die eenvoudiger d-q modelle wat normaalweg gebruik word is ondersoek. 'n Vereenvoudigde model van die aanleg se elektriese distribusiestelsel is afgelei. Faseveranderlike en d-q induksiemotor modelle is geimplementeer sowel as 'n sinkroongenerator model. Praktiese oorwegings het die gebruik van kommersiële programmatuur vir die simulasie van oorgangstoestande verhoed en 'n basiese program is in Matlab ontwikkel om die gedrag dinamiese masjienmodelle en die distribusiestelsel te evalueer. Daar is vasgestel dat die konfigurasie van die geinstalleerde herversnellerstelsel geoptimeer kan word om die moontlikheid van aanleg onderbrekings as gevolg van spanningsfluktuasies te verminder. Daar is gevind dat die gebruik van meer gedetaileerde induksiemasjien modelle waardevolle insig in die gedrag van die stelsel lewer en geregverdig is indien akkurate motorparameters beskikbaar is of afgeskat kan word. Die vereenvoudigde model van die aanleg het bruikbare resultate gelewer en die het die identifikasie van foutiewe stelseldata moontlik gemaak. Die ondersoek het getoon dat Matlab geskik is vir die snelle ontwikkeling van 'n basiese oorgangsimulasie program wat gebruik kan word om die gedrag van verskillende gekoppelde dinamiese masjienemodelle te bestudeer.

Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: Once more opportunities exist for innovative technologies to be applied on MV and LV power distribution networks to meet the new challenges set by government through its National Electrification Programme (NEP) to electrify a further 2,5 million households of which a large majority are in low-density rural areas. Electronic means of voltage compensation of long MV and LV networks supplying these low-density rural areas are now possible in the form of electronic voltage regulators mounted on the secondary side of distribution transformers and service connection boxes along the LV feeders. Furthermore, it is now possible to provide remote rural agricultural customers with singlephase supplies supported by end-use technologies in the form of electronic phase converters that eliminate the need for three-phase supplies. This hybrid of supply- and end-use technologies together with Eskom's "self-build" policy has made the dream of Eskom grid power a reality. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Nuwe geleenthede het na yore getree vir die toepassing van innoverende tegnologie op medium- en laagspannings netwerke in antwoord op die uitdagings gestel deur die regering in die vorm van die Nasionale Elektrifiseringsprogram (NEP). Die elektrifisering van 'n verdere 2,5 miljoen huishoudings waarvan die grootste gedeelte in yl bevolkte plattelandse gebiede is, word in vooruitsig gestel. Spanningskompensasie van lang laag- en mediumspannings netwerke word nou moontlik gemaak deur middel van elektroniese spanningsreguleerders, gemonteer aan die sekondere kant van distribusie transformators en in diensaansluitingskaste op laagspannings voerders. Verder is dit ook nou moontlik om afgelee landelike plase met enkelfase krag, gerugsteun deur eindverbruik tegnologie in die vorm van elektroniese fase omsetters, te voorsien. Die beskikbaarheid van hierdie tegnologie elimineer die vraag na drie-fase krag. Hierdie hibriede kombinasie van toevoer- en eindverbruik tegnologie in kohesie met die selfbou beleid van Eskom, maak dit moontlik dat 'n droom van Eskom voorsiende elektrisiteit, in 'n werklikheid omskep word.

Thesis (MEng)--University of Stellenbosch, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: Unshielded distribution lines has a poor performance during lightning activity. Lightning initiates flashovers between the phases and earth and causes line breakers to trip several times during a lightning storm. In addition equipment like fuses, surge arresters and transformers are damaged by lightning and cause in some cases long power interruptions to customers. The application of line surge arresters on distribution lines is a solution that is implemented worldwide to limit the lightning related problems. This thesis investigated using line surge arresters in conjunction with bushing-mount fuses to decrease nuisance fusing and transformer damage during lightning activity. Two new pieces of equipment (dropout surge arresters and transformer bushingmount fuses) were developed and strategically placed on 4 different distribution lines. Equipment failures decreased by 90 % while financially the project had an excellent return on investment. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Distribusie lyne sonder skermdrade presteer swak gedurende weerlig aktiwiteit. Weerlig veroorsaak oorvonking tussen fases en aard geleiers wat lei tot breker klinke. Transformators, sekerings, stuwingsafleiers en ander toerusting word ook deur weerlig beskadig en veroorsaak in sommige gevalle lang toevoer onderbrekings. Installering van lyn stuwingsafleiers op distribusielyne is 'n metode wat wêreldwyd gebruik word om oorvonking en weerligskade te beperk. Hierdie tesis ondersoek die installering van lyn stuwingsafleiers en deurvoerder gemonteerde sekerings om transformator skade en onnodige blaas van sekerings te beperk tydens weerlig aktiwiteit. Nuwe toerusting (uitval stuwingsafleiers en transformator deurvoerder gemonteerde sekerings) was ontwikkel en strategies op 4 verskillende distribusie lyne geïnstalleer. 'n Negentig persent vermindering in toerusting beskadiging is behaal terwyl die projek finansiël 'n goeie opbrengs op belegging meegebring het.

Orientador: Dionizio Paschoareli Júnior / Banca: Luis Carlos Origa de Oliveira / Banca: Mauricio Aredes / Resumo: Controladores FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) são equipamentos capazes de modificar os parâmetros naturais de um sistema de transmissão, levando-os a operar próximo aos limites operacionais, de modo a postergar investimentos na ampliação destes sistemas. Em geral, tais equipamentos podem ser conectados em série, em derivação ou mesmo em uma combinação de ambos, permitindo a correção de possíveis problemas de estabilidade, de afundamento de tensão, entre outros. Nos sistemas de distribuição, a presença de compensadores de reativos, com destaque aos bancos de capacitores série e derivação chaveados, bem como de controladores eletrônicos para as mais diversas finalidades, tem alterado a topologia clássica, tipicamente passiva. Como exemplo, os compensadores série controlados a tiristor surgem como uma alternativa à compensação série fixa, possibilitando o adiamento de investimentos por parte das concessionárias de distribuição de energia em redes, subestações, etc. Esta dissertação apresenta o D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator) como dispositivo FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) em um sistema de distribuição como alternativa para controle de afundamentos de tensão durante a partida de grandes cargas, conforme os níveis de tensão de atendimento estabelecidos pelo PRODIST - Procedimento de Distribuição / Abstract: FACTS controllers (Flexible Alternating Current Transmission Systems) are capable of modifying the natural parameters of a transmission system to operate closed to the rated limits and delaying investments in the expansion these systems. In general, such devices can be series connected, shunt or a combination of both, allowing the correction of power system stability problems, voltage sags and swells, and others. In distribution systems, the reactive compensators, especially switched series capacitor banks and shunt capacitor banks as well as electronic controllers for many different purposes, has changed the classical topology, typically passive. For example, the thyristor controlled series compensators emerge as an alternative to fixed series compensation, allowing postpone of investments in distribution networks, substations, etc. This dissertation presents the D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator), a FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) controller which can be used as a solution to voltage control during connection of large loads, according the voltage levels established by PRODIST - Distribution Procedure / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-16Bitstream added on 2014-06-13T19:00:47Z : No. of bitstreams: 1 ruizflorez_ha_dr_ilha.pdf: 765375 bytes, checksum: a31eeace4b995b6afc0e32c135da6263 (MD5) / Neste trabalho é apresentado um Estimador de Estado para Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica desbalanceados que usa uma nova formulação do método de fluxo de carga de varredura Distflow junto com o método dos Mínimos Quadrados Ponderados para determinar o ponto de operação mais provável do sistema. Através desta formulação, é possível modelar facilmente as medidas de magnitude de corrente, assim como as medidas convencionais de magnitude de tensão, as injeções e os fluxos de potências ativa e reativa. Adicionalmente, é definido um novo conjunto de variáveis de estado que permite reduzir o número de incógnitas do problema e, portanto, reduzir o número de medidas necessárias para realizar a estimação de estado. Assim, o estimador de estado proposto busca demonstrar que, mediante o uso da nova formulação, é possível determinar satisfatoriamente o ponto de operação dos Sistema de Distribuição de Energia Elétrica com altos níveis de automação, usando um plano de medições com um número baixo de pseudomedidas. A metodologia proposta é testada e analisada através dos sistemas IEEE-37 e IEEE-123 disponíveis na literatura. / This work presents a State Estimation method for Unbalanced Power Distribution Systems, using a novel Distflow equations and the Weighted Least Squares method, in order to obtain the most likely state of the network. Through this formulation, it is possible to consider the line current magnitude measurements, as well as, conventional measurements: bus voltage magnitudes, bus power injections and line power flows. In addition, a new set of state variables is defined, which allows to reduce the number of variables, therefore, to reduce the number of measurements needed for state estimation analysis. The proposed state estimator deal to demonstrate that using the novel formulation is possible to successfully determine the operating conditions of a Power Distribution System with high level of automation, using a set of measurements with a low number of pseudomeasurements. The proposed methodology is tested on the IEEE-37 bus system and the IEEE-123 bus system available in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-01-27Bitstream added on 2014-06-13T19:00:50Z : No. of bitstreams: 1 000750654.pdf: 3592586 bytes, checksum: 3247ac4b909a39e9df8a0fb4c17c7824 (MD5) / O problema do planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em determinar as condições topológicas, estruturais e físicas necessárias para que o sistema seja capaz de operar, nos cenários de demanda atual e futuros, segundo os critérios técnicos exigidos pelas agências reguladoras. Visando atender tais condições de operação, algumas ações podem ser realizadas no sistema as quais dividem-se em ações de médio e longo prazo. As ações de médio prazo são aquelas realizadas sem que haja a expansão do sistema, e neste trabalho são consideradas como tais: a alocação de banco de capacitores, reguladores de tensão e recondutoramento de linhas. Por outro lado, as ações de longo prazo possuem custos mais elevados, pois visam à expansão do sistema considerando os futuros cenários de operação. Neste trabalho, além das tradicionais ações adotadas para a expansão do sistema de distribuição, considera-se também a alocação de geração distribuída a fim de avaliar os seus impactos sobre a expansão do sistema. Os modelos matemáticos propostos para os problemas de planejamento de médio e longo prazo são multiobjetivo e resolvidos através das metaheurísticas algoritmo genético multiobjetivo e busca tabu multiobjetivo, respectivamente. No modelo de médio prazo, os objetivos tratados são a regulação de tensão e os custos de investimento e operação. São utilizadas técnicas de redução do espaço de busca baseadas em lógica fuzzy, para melhorar o desempenho do algoritmo genético proposto. Para o modelo de longo prazo, os objetivos são os custos de investimento e operação considerando as opções de compra de energia (gerador distribuído e subestações) e a confiabilidade da rede planejada, através dos custos de energia não suprida. No modelo de longo prazo considera-se a existência de vários estágios dentro do horizonte de planejamento,... / The electric power distribution systems planning problem consists of determining the topological, structural and physical conditions necessary for the system to be able to operate, in the current and future scenarios of demand, according to the technical criteria required by regulatory agencies. Aiming to meet these operating conditions, some actions can be performed on the system, they can be divided into short and long term actions. Short-term actions are the ones performed without the system expansion. In this work the following actions are is treated as such short-term actions: the capacitor banks and voltage regulators allocation and the change of cables in the system. On the other hand, the long-term actions have higher investment costs, because they aim to expand the system, considering the future operation scenarios. In this work, in addition to the traditional actions taken to expand the distribution system, we also consider the allocation of distributed generation, in order to assess its impacts on system expansion. The mathematical models proposed for short and long term planning problem are multiobjective and solved by the metaheuristics multiobjective genetic algorithm and multiobjective tabu search, respectively. In the short-term model the goals addressed are: voltage regulation and the investment and operation cost. Techniques for search space reducing based on fuzzy logic are used to improve the performance of the proposed genetic algorithm. In the long-term model the goals are: the investment and operation costs, entertaining the options of power purchase (distributed generator and substations) and the reliability of the planned network, through the costs of energy not supplied. In the long-term model, we take into account the existence of various stages within the planning horizon, making the model multi-stage, which is solved by utilizing the dynamic planning model. The integration ...

Orientador: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Fábio Bertequini Leão / Banca: Fernanda Caseño Lima Trindade / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de programação cônica de segunda ordem inteira mista como uma nova abordagem, para o problema do controle ótimo de Volt/VAr em sistemas de distribuição de energia elétrica trifásicos. O principal objetivo é minimizar as perdas operacio- nais do sistema mediante o ajuste adequado do número de ações realizadas pelos comutadores de tap dos transformadores sobre carga, bancos chaveados de capacitores, reguladores de ten- são, a geração de potência ativa e reativa pelos geradores distribuídos e a operação das chaves seccionadoras controladas remotamente. Para encontrar o conjunto ótimo de variáveis de cada dispositivo de controle, o modelo proposto considera dois estados de operação, o estado nor- mal (estado com os geradores fornecendo energia no sistema) e o estado de contingência. O estado de contingência considera a desconexão dos geradores causada por um distúrbio no sis- tema, o que obriga às empresas distribuidoras requerer a desconexão destas fontes de energia. O problema proposto é um problema muito complexo de programação não linear inteira mista, portanto é reformulado como outro problema, problema em que algumas expressões são linea- rizadas e outras relaxadas, o que resulta em um modelo matemático de programação cônica de segunda ordem inteiro misto. A solução ótima obtida pelo modelo proposto é encontrada utili- zando solvers comerciais para programação linear inteira mista. Os resultados obtidos mostram eficiência e robustez da formulação matemática / Abstract: This work presents a mixed-integer second-order conic programming model as a new approach to the optimal control of the Volt / VAr problem in three-phase electric distribution systems. The main goal is to minimize the active energy losses by the best suited adjustment of the num- ber of switching by the on-load transformer tap changers, switchable capacitor banks, voltage regulators, the generation of the active and reactive power by distributed generators and the operation of remotely controlled switches. In order to calculate the optimal set of variables of each control device, the model considers two operating states, the normal state (state with the generators providing energy in the system) and the contingency state. The contingency state considers the disconnection of the generators caused by a disturbance in the system, which re- quires the disconnection of these sources of energy. The proposed problem is a very complex mixed integer nonlinear programming problem, so it is reformulated as another problem, pro- blem in which some expressions are linearized and other relaxed, resulting in a mathematical model of mixed-integer second-order conic programming. The optimal solution by the propo- sed model was found using commercial mixed integer linear programming solvers. The results show the efficiency and robustness of the mathematical formulation / Mestre

Este trabalho propõe uma avaliação quantitativa do efeito do desequilíbrio nos índices de operação do sistema de distribuição de energia elétrica. Os cenários apresentados contemplam os desequilíbrios existentes nos circuitos de média tensão e, também, os desequilíbrios na carga. Os desequilíbrios da rede consideram os efeitos da assimetria dos circuitos que provocam acoplamentos diferenciados entre os condutores. Para tanto, foram empregados dois sistemas, sendo um deles teórico e constituído por apenas um circuito e outro uma rede de distribuição padrão do IEEE. A primeira etapa da avaliação é realizada utilizando um modelo que reproduz um trecho fictício de linha de distribuição aérea trifásica com geometria e condutores típicos de redes de distribuição de energia de média tensão a cinco condutores, sendo um deles o condutor fictício de retorno pela terra. Os desequilíbrios de carga foram gerados aleatoriamente através do método de Monte Carlo, considerando variados índices de desequilíbrio. O desequilíbrio das correntes e as perdas do sistema foram determinados com o objetivo de quantificar o impacto das variações realizadas no trecho de linha. Para o sistema teste IEEE 34 Node Test Feeder, foram avaliados os erros decorrentes da consideração do acoplamento médio no cálculo das perdas de potência ativa e reativa, bem como os desequilíbrios de corrente, com o uso do software OpenDSS. Chega-se à conclusão de que o modelo que considera o acoplamento médio é capaz de determinar com muita fidelidade o desequilíbrio das correntes e das perdas para um circuito típico de distribuição em média tensão, não sendo necessária a representação exata das assimetrias dos condutores. / This Master Thesis proposes a quantitative evaluation of the effect of unbalance in the operational indexes of distribution networks. The scenarios comprehend the unbalance of medium voltage circuits and the unbalance in the load. The unbalances consider the effects of the asymmetry of circuits, that cause different couplings between the conductors. Therefore, two systems were implemented, one theoretical and the other a distribution network following the IEEE standard. The first stage of the evaluation is performed using a model that reproduces a fictitious section of a three-phase aerial distribution power line with five conductors considering earth return path, with geometry and typical conductors used in medium voltage energy distribution. The load unbalances were randomly produced using the Monte Carlo method, considering different unbalance rates. The current unbalance factor and the system losses were determined to quantify the impact of the variations in the line section. For the IEEE 34 Node Test Feeder system, the errors from considering the average coupling in the calculation of active and reactive power losses were evaluated, as well as the current unbalance factor. In conclusion, the model that considers the average coupling can successfully determine with a high degree of accuracy the imbalance of currents and the losses for a typical medium-voltage distribution circuit without the need of an exact representation of the asymmetries of the conductors.

Esse trabalho tem por objetivo aprimorar a principal atividade das empresas de distribuição no que diz respeito ao combate às perdas comerciais: as inspeções em campo às unidades consumidoras (UCs). Para tanto, é feita a proposição de um método para identificar quedas de consumo atípicas dentro do universo de faturamento de UCs de uma concessionária de energia elétrica. A proposta está fundamentada na análise dos registros históricos de consumo, de modo que os dados considerados atípicos possam ser indicados e as UCs ranqueadas de acordo com a prioridade para as inspeções em campo. Para tanto, propõe-se a utilização combinada de técnicas de previsão de demanda e de estatísticas robustas. A validade do método foi verificada através de um estudo de caso em uma empresa de distribuição de energia elétrica do sul do Brasil. Através do estudo de caso, concluiu-se que o método é capaz de identificar quedas de consumo atípicas, tendo identificado satisfatoriamente 89,38% dos casos avaliados. Ao final do trabalho, são apresentadas sugestões de estudos complementares, de modo a aperfeiçoar o desempenho do método. / This study aims to enhance the main business of distribution companies regarding to the efforts to avoid non-technical losses, that means, field inspections at the consumer units (CUs). For that, the proposition of an algorithm to identify atypical consumption falls within the universe of PAs billing of an electric facility is made. The proposal is based on the analysis of historical records of consumption, so that the data which are considered atypical can be indicated and the CUs ranked according to their priority for inspections in the field. Combined techniques of demand forecasting and statistics robust are proposed. The validity of the algorithm was verified through a case study in an electric power distribution facility in southern Brazil. Through the case study, it was concluded that the algorithm is able to identify atypical consumption falls, and satisfactorily 89.38% of the cases was identified. At the end of this paper, suggestions for further studies in order to improve the performance of the algorithm are presented.