A melhora da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica é um tema importante para as indústrias de fornecimento de eletricidade, devido aos regulamentos estritos em muitos países. Depois de uma falha na rede, algumas chaves são usadas para isolar a falha, enquanto outras restauram a energia a alguns consumidores. A ótima seleção das chaves que serão abertas ou fechadas para restaurar a energia é conhecido como o problema de restauração de serviço. A instalação de chaves em posições estratégicas pode reduzir o tempo de parada, e assim melhorar a confiabilidade da rede. A seleção ótima de posições para instalar chaves é conhecido como o problema de alocação de chaves. Estes dois problemas estão relacionados estreitamente. Esta dissertação estuda o problema de alocação de chaves, considerando o problema de restauração de serviço como um subproblema. Dois métodos são propostos para estimar a confiabilidade de uma rede de distribuição com um conjunto dado de chaves instaladas. O foco principal está nas heurísticas para resolver o problema composto. Propõe-se aqui métodos como busca tabu, procedimento de busca gulosa adaptativa aleatória (sigla em inglês: GRASP), e procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos. Também estuda-se o benefício dos métodos de construção gulosa, semigulosa, aleatória e por amostras, e estuda-se o desempenho das estratégias de busca local por amostras, primeira melhoria e melhor melhoria. Os diferentes métodos são comparados e analisados. Os resultados mostram que os métodos por amostras são baratos e levam a soluções de boa qualidade. O procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos é o melhor método proposto para resolver o problema composto que é proposto nesta dissertação. / The improvement of reliability in electrical power distribution networks is an important issue for electricity supply industries, due to strict regulations in many countries. After a failure in the network, some switches are used to isolate the failure, while others restore the energy to some consumers. The optimal selection of the switches to open or close to restore energy is called the service restoration problem. The installation of switches in strategic places may reduce the outage time in case of blackouts, and thus improve the reliability of the network. The optimal selection of places to install switches is called the switch allocation problem. These two problems are closely related. This dissertation studies the switch allocation problem, considering the service restoration problem as a sub-problem. Two methods are proposed to estimate the reliability of a distribution network with a given set of installed switches. The main focus is in heuristics to solve the joint problem. It proposes methods like tabu search, greedy randomized adaptive search procedure, and iterated sample construction with path relinking. It also studies the benefit of greedy, semigreedy, random, and sample construction methods, and studies the performance of sample, first improvement and best improvement local search strategies. The different methods are compared and analyzed. The results show that sample approaches are inexpensive and lead to solutions of good quality. Iterated sample construction with path relinking is the best method to solve the joint problem that is proposed in this dissertation.

A melhora da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica é um tema importante para as indústrias de fornecimento de eletricidade, devido aos regulamentos estritos em muitos países. Depois de uma falha na rede, algumas chaves são usadas para isolar a falha, enquanto outras restauram a energia a alguns consumidores. A ótima seleção das chaves que serão abertas ou fechadas para restaurar a energia é conhecido como o problema de restauração de serviço. A instalação de chaves em posições estratégicas pode reduzir o tempo de parada, e assim melhorar a confiabilidade da rede. A seleção ótima de posições para instalar chaves é conhecido como o problema de alocação de chaves. Estes dois problemas estão relacionados estreitamente. Esta dissertação estuda o problema de alocação de chaves, considerando o problema de restauração de serviço como um subproblema. Dois métodos são propostos para estimar a confiabilidade de uma rede de distribuição com um conjunto dado de chaves instaladas. O foco principal está nas heurísticas para resolver o problema composto. Propõe-se aqui métodos como busca tabu, procedimento de busca gulosa adaptativa aleatória (sigla em inglês: GRASP), e procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos. Também estuda-se o benefício dos métodos de construção gulosa, semigulosa, aleatória e por amostras, e estuda-se o desempenho das estratégias de busca local por amostras, primeira melhoria e melhor melhoria. Os diferentes métodos são comparados e analisados. Os resultados mostram que os métodos por amostras são baratos e levam a soluções de boa qualidade. O procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos é o melhor método proposto para resolver o problema composto que é proposto nesta dissertação. / The improvement of reliability in electrical power distribution networks is an important issue for electricity supply industries, due to strict regulations in many countries. After a failure in the network, some switches are used to isolate the failure, while others restore the energy to some consumers. The optimal selection of the switches to open or close to restore energy is called the service restoration problem. The installation of switches in strategic places may reduce the outage time in case of blackouts, and thus improve the reliability of the network. The optimal selection of places to install switches is called the switch allocation problem. These two problems are closely related. This dissertation studies the switch allocation problem, considering the service restoration problem as a sub-problem. Two methods are proposed to estimate the reliability of a distribution network with a given set of installed switches. The main focus is in heuristics to solve the joint problem. It proposes methods like tabu search, greedy randomized adaptive search procedure, and iterated sample construction with path relinking. It also studies the benefit of greedy, semigreedy, random, and sample construction methods, and studies the performance of sample, first improvement and best improvement local search strategies. The different methods are compared and analyzed. The results show that sample approaches are inexpensive and lead to solutions of good quality. Iterated sample construction with path relinking is the best method to solve the joint problem that is proposed in this dissertation.

A melhora da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica é um tema importante para as indústrias de fornecimento de eletricidade, devido aos regulamentos estritos em muitos países. Depois de uma falha na rede, algumas chaves são usadas para isolar a falha, enquanto outras restauram a energia a alguns consumidores. A ótima seleção das chaves que serão abertas ou fechadas para restaurar a energia é conhecido como o problema de restauração de serviço. A instalação de chaves em posições estratégicas pode reduzir o tempo de parada, e assim melhorar a confiabilidade da rede. A seleção ótima de posições para instalar chaves é conhecido como o problema de alocação de chaves. Estes dois problemas estão relacionados estreitamente. Esta dissertação estuda o problema de alocação de chaves, considerando o problema de restauração de serviço como um subproblema. Dois métodos são propostos para estimar a confiabilidade de uma rede de distribuição com um conjunto dado de chaves instaladas. O foco principal está nas heurísticas para resolver o problema composto. Propõe-se aqui métodos como busca tabu, procedimento de busca gulosa adaptativa aleatória (sigla em inglês: GRASP), e procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos. Também estuda-se o benefício dos métodos de construção gulosa, semigulosa, aleatória e por amostras, e estuda-se o desempenho das estratégias de busca local por amostras, primeira melhoria e melhor melhoria. Os diferentes métodos são comparados e analisados. Os resultados mostram que os métodos por amostras são baratos e levam a soluções de boa qualidade. O procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos é o melhor método proposto para resolver o problema composto que é proposto nesta dissertação. / The improvement of reliability in electrical power distribution networks is an important issue for electricity supply industries, due to strict regulations in many countries. After a failure in the network, some switches are used to isolate the failure, while others restore the energy to some consumers. The optimal selection of the switches to open or close to restore energy is called the service restoration problem. The installation of switches in strategic places may reduce the outage time in case of blackouts, and thus improve the reliability of the network. The optimal selection of places to install switches is called the switch allocation problem. These two problems are closely related. This dissertation studies the switch allocation problem, considering the service restoration problem as a sub-problem. Two methods are proposed to estimate the reliability of a distribution network with a given set of installed switches. The main focus is in heuristics to solve the joint problem. It proposes methods like tabu search, greedy randomized adaptive search procedure, and iterated sample construction with path relinking. It also studies the benefit of greedy, semigreedy, random, and sample construction methods, and studies the performance of sample, first improvement and best improvement local search strategies. The different methods are compared and analyzed. The results show that sample approaches are inexpensive and lead to solutions of good quality. Iterated sample construction with path relinking is the best method to solve the joint problem that is proposed in this dissertation.

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και η καταγραφή των σφαλμάτων που έχουν προκληθεί από ποικίλες αιτίες στο Δίκτυο Διανομής (Μέση Τάση) της Ηλεκτρικής Ενέργειας της νήσου Κρήτης και πιο συγκεκριμένα στο εναέριο δίκτυο αυτού. Για την κατανόηση όμως του λόγου που οι εν λόγω αιτίες οδήγησαν σε σφάλματα, αλλά και για να έχουμε μια πιο πλήρη εικόνα επί του αντικειμένου, έπρεπε αρχικά να γίνει μια συνοπτική παρουσίαση ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, αφού πρώτα αναλυθεί στα επιμέρους τμήματά του. Εν συνεχεία αναλύουμε λεπτομερώς την διαμόρφωση των δικτύων διανομής και τον βασικό εξοπλισμό από τον οποίο αποτελείται. Ακολούθως μελετούμε τα εναέρια δίκτυα διανομής μέσης τάσης παρουσιάζοντας πλήρως όλα τα στοιχεία που συμβάλλουν στην ομαλή διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στον καταναλωτή. Στο επόμενο βήμα παρουσιάζουμε την IEEE οδηγία για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, μιας και οι επικρατούντες κλιματολογικές - περιβαλλοντολογικές συνθήκες είναι από τις βασικές αιτίες πρόκλησης σφαλμάτων στα εναέρια δίκτυα. Τέλος, παρουσιάζουμε τα σφάλματα που έχουν καταγραφεί στα ημερήσια δελτία σημαντικών μη προγραμματισμένων διακοπών της νήσου Κρήτης για τα έτη από το 2005 έως το 2009. / The aim of this diploma thesis was the examination and comprehension of the aerial distribution networks of electrical power. In the beginning we briefly analyzed the electric power systems (power stations, transmission networks, distribution networks). After that we thoroughly examined the configuration of the distribution networks with the observation of the ways the networks are planned and their equipment, which is used for their protection and for the connection between them. Afterwards we examined the aerial distribution networks of medium voltage, by fully presenting all the elements which contribute in the normal distribution of the electric flow to the customers. Finally we present the faults that have happened to the middle voltage distribution circuit of the island Crete and we compare them with the theoretical number of faults, according the IEEE guide in order to come to some useful conclusions.

Orientadores: Walmir de Freitas Filho, Jose Carlos de Melo Vieira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T06:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SallesCorrea_Diogo_M.pdf: 1373306 bytes, checksum: a6a2357bf0c337089786c03c519bbd7d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica estão sujeitos a operarem de forma ilhada após contingências como, por exemplo, curtos-circuitos. Ilhamento ocorre quando uma parte da rede de distribuição opera eletricamente isolada da subestação da concessionária, mas continua a ser energizada por geradores distribuídos. Devido a um conjunto de implicações técnicas e de segurança, a prática atualmente utilizada pelas concessionárias e recomendada pelos principais guias técnicos é desconectar todos os geradores da rede isolada tão logo ocorra um ilhamento. Existem diversas técnicas de proteção desenvolvidas para detectar ilhamentos e a maioria delas possui limitações técnicas e são propensas a falharem em determinadas situações. Neste contexto, torna-se importante conhecer a probabilidade ou risco da proteção falhar na detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição de energia elétrica com geradores distribuídos e, por conseguinte, decidir se o sistema de proteção utilizado é adequado ou não. A falha da detecção de uma situação de ilhamento é tecnicamente denominada ilhamento não intencional. Esta dissertação de mestrado apresenta uma série de metodologias desenvolvidas para analisar o risco da ocorrência de ilhamentos não intencionais devido à falha do sistema de proteção de geradores síncronos. O sistema de proteção antiilhamento considerado neste trabalho é composto por relés baseados em medidas de freqüência e/ou tensão visto que atualmente estes são considerados os dispositivos mais eficientes para realizar tal tarefa. Como os desempenhos desses relés estão fortemente relacionados aos desbalanços de potência ativa e reativa na rede ilhada, respectivamente, as metodologias desenvolvidas baseiam-se nas curvas de carga do sistema de distribuição, nos patamares de geração de potência ativa e reativa e no cálculo de um índice numérico que indica o risco de falha da proteção antiilhamento. Diversos métodos eficientes foram desenvolvidos para calcular diretamente este índice de risco sem a necessidade de executar numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos. Ressalta-se que os principais fatores que afetam o desempenho do sistema de proteção antiilhamento podem ser prontamente determinados com a aplicação das metodologias desenvolvidas. Os resultados obtidos mostraram-se precisos quando comparados aos obtidos por meio de repetidas simulações do tipo de transitórios eletromagnéticos / Abstract: Distributed synchronous generators connected to distribution power systems are prone to operate islanded after contingencies such as short circuits. Islanding occurs when a portion of the distribution network operates electrically isolated from the utility grid substation, yet continues to be energized by local distributed generators connected to the isolated system. Due to a number of technical and safety concerns, the procedure currently adopted by utilities and recommended by the main technical guides is to disconnect all the generators immediately after an islanding event. There are several anti-islanding techniques and the majority of them present technical limitations so that they are likely to fail in certain situations. In this context, it becomes important to know the probability or the risk of the protection scheme to fail in the detection of islanding events in distribution power systems containing distributed generators and, ultimately, determine whether the protection scheme under study is adequate or not. The failure of islanding detection is technically denominated non intentional islanding. This work presents a number of methodologies developed to evaluate the risk of occurrence of non intentional islanding due to the failure of synchronous generators protection systems. The anti-islanding protection system considered in this work is composed of relays based on measures of frequency and/or voltage, since these are considered to be the most efficient methods to perform this task. As the performance of these relays is strongly dependent on the active and reactive power imbalances in the islanded system, respectively, the methodologies are based on the distribution network feeder load curves, the active and reactive power generation levels and on the calculation of numerical index to quantify the risk level of protection system failure. Efficient methods were developed to directly calculate these risk indexes without performing several electromagnetic transient simulations. Through these methods, the main factors impacting on the performance of the antiislanding protection schemes can be determined. The results obtained by the usage of the proposed methodologies presented a very good match with those obtained by electromagnetic transient simulations / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica