O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a proteção de retaguarda de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) de grande área, através de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizado (SMFS). A metodologia é baseada no contínuo monitoramento e na proteção de um SEP de grande área voltada para linhas de transmissão. Pelo algoritmo de proteção de retaguarda implementado, fundamentado na filosofia de proteção diferencial que se baseia na detecção da inversão do fluxo de potência, detecta-se a linha de transmissão faltosa mediante os dados de tensão e corrente remotamente adquiridos pelo SMFS. As simulações sobre o SEP compreenderam todas as possibilidades de curtos-circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos, sem e com o envolvimento da terra, variando-se o ângulo de incidência e resistência da falta dentro de uma faixa de valores encontrada em situações reais. Os resultados encontrados na pesquisa mostram a eficiência da metodologia proposta, alcançando as prescrições primárias de um sistema de proteção (velocidade, confiabilidade, seletividade e sensibilidade). Neste contexto, concluiu-se que é factível a aplicação da metodologia proposta na proteção de retaguarda de um SEP caracterizado por uma grande área de cobertura, vindo a atender aos propósitos de um sistema de proteção digital, desde que esteja disponível uma confiável e veloz infraestrutura de comunicação para o tráfego dos dados necessários. / The present work aims to develop a methodology for large area Electric Power System (EPS) backup protection, through a Synchronized Phasor Measurement System (SPMS). The methodology is based on continuous monitoring and on the large area EPS protection focused on transmission lines. Through backup protection algorithm implemented, grounded on the differential protection philosophy, which is based on power flow inversion detection, detects the faulty transmission line through the remotely acquired voltage and current data by SPMS. The simulations in SEP discussed all the possibilities of single phase, two phase and three phase short-circuits, with and without the involvement of the ground, varying the fault incidence angle and resistance within a range of values commonly presented in real situation. The results found in this research show the efficiency of the proposed methodology, achieving the protection system primary requirements (speed, reliability, selectivity and sensitivity). In this context, it is concluded that it is feasible the proposed methodology application on the EPS backup protection characterized by a large coverage area, fulfilling the purposes of a digital protection system, since be available a reliable and fast communication infrastructure for the needed data traffic.

Na primeira década deste século os equipamentos de proteção com tecnologia digital sinalizaram um novo paradigma para a composição dos sistemas de proteção. É fato também que essa tecnologia convive com suas antecessoras, que por força de sua longa predominância ainda exercem alguma influência sobre o pensamento, concepção e operação dos sistemas de proteção. Esses novos equipamentos multifunções, em geral, estão subutilizados, sendo o seu potencial ainda não empregado ou explorado em profundidade. Os relés digitais possuem grande capacidade para resolver alguns dos problemas intrínsecos aos sistemas elétricos de potência, seja do ponto de vista das funções de medição, supervisão, controle, análise de eventos (registros seqüenciais e oscilografias), proteção e comunicação. Como fato, tem-se que uma das vantagens associadas à utilização da capacidade de controle e automação dos relés digitais está em seu potencial de simplificar a concepção dos painéis que compõem as instalações de potência. Isso diminui os tempos de construção, comissionamento e manutenção, além de agregar maior confiabilidade e flexibilidade ao controle. Como proposta fundamental deste trabalho, pretende-se investigar como utilizar adequadamente as capacidades de programação de usuário dos relés digitais de proteção para compor soluções de controle, supervisão e intertravamento para alguns elementos constituintes dos sistemas elétricos de potência. Um conjunto de situações reais foi utilizado como base de estudo para concepção de soluções baseadas nos dispositivos mencionados. Após o desenvolvimento, implementação e ensaio das soluções desenvolvidas, pode-se dizer que tais equipamentos, como um todo, são adequados e convenientes para compor soluções de controle e supervisão em Bays de subestação, sejam eles de concessionárias de energia ou de indústrias em geral. Por fim, o protocolo IEC 61850 foi avaliado de forma qualitativa para confecção das soluções em estudo, apresentando-se como uma alternativa atraente para sua composição, pois modifica significativamente o circuito funcional de uma subestação, tornando-o singelo e com maior confiabilidade, uma vez que o número de conexões elétricas envolvidas é diminuído drasticamente. / In the first decade of this century, a new paradigm for protection systems has been indicated considering the protection equipment with digital technology. A relation between the current and the former technology was proved as well as its influence on the thought, conception and operation of protection systems. In general, this new multifunction equipment is underused, and its potential needs to be more profoundly explored. The electrical power systems have some intrinsic problems which are solved using the vast capacity of digital relays, such as: measurement, supervision and control capabilities, analysis of events (sequential registers and oscillography), protection and communication skills. The capacity to simplify panels, as part of the electrical substations, certainly is one of the advantages associated with digital relays in their capacity of automation. Thus, the time spent in construction, commissioning and maintenance is reduced, adding reliability and flexibility to the control of substations. The development of appropriate programming capabilities to final users of digital relays is the main proposal of this work, considering requirements for control solutions, supervision and interlocking of some components of the electrical power system. A set of real situations, supported by the respective equipment, were used as a background to the conception of solutions. Considering the development and implementation based on practical solutions, this equipment is capable to indicate control solutions and supervision in substation Bays, used at electrical utilities as well as at industries in general. At last, the IEC 61850 protocol was quantitatively analyzed, appearing as a very good alternative to modify the functional substation circuit. As a result, the number of electrical connections has been drastically reduced, improving the reliability of the proposed functional circuit.

Até meados da década de setenta a atenção dos técnicos do setor elétrico estava voltada aos problemas advindos da chamada instabilidade de ângulo, onde perturbações mais severas, tais como curtos-circuitos, levam os sistemas a perderem estabilidade. À medida que os sistemas foram ficando mais sobrecarregados, algumas não linearidades tornaram-se mais evidentes e problemas que até então não eram observados passaram a ocorrer. Um desses problemas que passou a despertar maior atenção dos engenheiros de potência foi justamente o problema de colapso de tensão. Tal fenômeno está relacionado à incapacidade do sistema elétrico de prover o balanço entre a potência gerada e a requisitada pelas cargas, devido, principalmente, à limitada capacidade de transmissão, ou ainda, devido a um suporte de potência reativa local inadequada. Neste trabalho pretende-se avaliar o grau de impacto que uma contingência ou uma ação de controle teria sobre um sistema de potência. Para avaliar este grau de impacto pretende-se utilizar os conceitos de coerência de cargas, a partir da matriz de impedância nodal, determinando-se quais barras seriam mais influenciadas por uma certa perturbação no sistema. Quando este número de barras é elevado, indica que a contingência deveria ser classificada como mais grave do que uma contingência com margem baixa, porém de impacto local e de fácil solução. Durante o funcionamento do sistema podem ocorrer eventos que afetam as características de tensão e freqüência, causando inclusive a interrupção do fornecimento de energia. Portanto, o engenheiro de operação deve dispor de ferramentas que controlem e que permitam prever esta situação de risco e tomar medidas para evitá-las. Assim, é de extrema importância, a análise de estabilidade do sistema, a fim de em um futuro próximo, prevenir distúrbios no seu funcionamento normal. / Until the middle of the seventies the attention of the technicians of the electricity sector was focused on the problems arising from instability of the callangle, where the most severe, such as short circuits, take the systems to lose stability. As the systems were getting overloaded, some nonlinearities have become more evident and problems that were not seen until then began to occur. One such problem that has awaken the attention of power engineers was precisely the problem of voltage collapse. This phenomenon is related to the inability of the electric system to provide the balance between power generated and required by the loads, mainly due to the limited transmission capacity, or because a local reactive power support inadequate. This work aims to assess the degree of impact that a contingency or an action of control would have on a system of power. To assess the degree of impact is intended to use the concepts of consistency of loads from the nodal impedance matrix, it was determined that bars would be more influenced by a disturbance in the system. When this number of bars is high, indicates that the contingency should be classified as more serious than a contingency margin with low, but the local impact and easy solution. During operation of system events may occur that affect the characteristics of voltage and frequency, causing even the interruption of power supply. Therefore, the operating engineer should have the tools to monitor and to predict that this situation of risk and take steps to avoid them. It is therefore of extreme importance, the analysis of system stability, so that in the near future, to prevent disturbances in their normal operation.

Com o aumento da penetração da energia eólica nos sistemas de potência, critérios cada vez mais rigorosos vem sendo estabelecidos ao longo do tempo para a conexão e operação das plantas eólicas nas redes elétricas. A evolução das tecnologias empregadas em turbinas possibilitou o atendimento a esses critérios, passando do conceito dinamarquês de turbinas de velocidade fixa para turbinas de velocidade variável, que possibilitam melhor aproveitamento da energia disponível nos ventos e maior capacidade de controle das grandezas envolvidas. Neste trabalho, foram analisados diferentes tipos de controle de um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) e a influência dessa máquina nos níveis de tensão de uma rede de subtransmissão à qual está conectada. Os resultados mostram que os tipos de controles indicados para a operação da planta eólica podem variar sensivelmente de acordo com o carregamento e a velocidade do vento em um determinado momento. O crescimento de carga esperado da rede também pode influenciar na estratégia de controle da planta. / With the increased penetration of wind energy in electrical power systems, increasingly stringent grid codes have been stablished over time for the connection and operation of wind power plants. The evolution of the technologies applied in wind turbines allowed meeting these criteria, moving from the Danish concept of fixed-speed turbines to variable-speed wind turbines, which enable better use of the available wind power and greater control of the variables involved. This study analyzes different control strategies of a doubly-fed induction generation (DFIG) and the influence of this machine in the voltage profile of a subtransmission system to which it is connected. The results show that the types of control suitable for the operation of the wind power plant may vary considerably according to the load and the wind speed at a given time. The expected load growth of the network can also influence in power plant control strategy.

Este trabalho estuda a possibilidade de se adicionar funções de detecção e registro de eventos, que afetam a qualidade de energia elétrica, aos medidores eletrônicos de faturamento. A presença destes medidores na grande maioria dos consumidores ligados à média tensão transforma este recurso em uma poderosa ferramenta de análise. A existência de canais de comunicação remota nestes medidores facilita a coleta dos dados e seu armazenamento. Estes dados transferidos para sistemas com alta capacidade de processamento permitem uma análise mais precisa dos eventos que ocorrem em toda a rede. Foram consideradas as limitações dos medidores de faturamento quanto à sua capacidade de processamento, memória e taxa de amostragem. Os eventos que podem ser detectados com estes medidores ficam restritos a variações de tensão de curta duração (VTCDs) e transitórios oscilatórios de baixa freqüência. As funções criadas para registro de eventos podem ser usadas para registro de sinais em regime permanente, aumentando a capacidade de diagnóstico e análise da qualidade da energia elétrica em locais da rede. São utilizadas como técnicas de detecção de eventos: as variações dos valores eficazes, a decomposição de sinais, a Norma Euclidiana Instantânea (NEI) e a transformada wavelet (TW). / This work shows the possibility to add new functions for detection and registration of disturbances that affect power quality to electronic billing meters. The widespread installation of these meters in the power network makes this resource a powerful analysis tool. Remote communication channels in these meters create an easy way for reading and registering such power quality events. Data transferred to powerful processing systems allow accurate analysis of events occurring in the power grid. The limitations on billing meters, namely processing resources, memory availability and sampling rate, were taken into account. Despite these limitations, the electronic meters can handle short duration voltage events and low-frequency oscillatory transients. Those new functions can also be used for registering steady state phenomena, extending the ability to diagnose power quality problems throughout the power network. Techniques like RMS variations, signal decomposition, instantaneous Euclidian norm and wavelet transform were used for detection of the considered power quality events.

Este trabalho apresenta a avaliação das externalidades relativas ao ciclo produtivo da cana de açúcar, dando um enfoque para a questão da geração de energia elétrica. Os objetivos principais do estudo são realizar um levantamento uma análise das externalidades sociais, ambientais e econômicas do ciclo produtivo da cana-de-açúcar desde sua fase inicial (período agrícola) até a conversão energética da biomassa em energia elétrica (objeto de ênfase nesse projeto). Repartindo os impactos, quando possível nos subsistemas elaborados a partir da análise do ciclo produtivo do setor, cujos resultados de uma forma geral eram até então conhecidos, mas nunca segregados e tratados de forma integrada sob a ótica de avaliação das externalidades relacionadas à atividade de produção. A geração de eletricidade excedente traz consigo externalidades positivas e negativas. Elas envolvem aspectos prejudiciais sob a ótica das emissões atmosféricas sobre a saúde humana e o meio biótico; positivo, mediante a utilização de fontes renováveis para geração de eletricidade provendo o deslocamento de derivados do petróleo tanto para geração de energia térmica quanto de elétrica, reduzindo assim o consumo de combustíveis fósseis que são os principais componentes fomentadores da acentuação do efeito estufa; além dos benefícios associados à geração distribuída, discutidos neste trabalho. Ambas qualificam esta forma de geração dentro dos requisitos do mecanismo de desenvolvimento limpo, que será avaliado com a visão de ser um instrumento para internalizar o benefício de gerar energia com recursos renováveis. Dos impactos avaliados correspondentes ao ciclo produtivo da cana-de-açúcar, 32,68 % estão associados com a etapa de geração de eletricidade. Os principais impactos e efeitos avaliados na etapa qualitativa e quantitativa deste trabalho nas externalidades de produção foram ratificadas como efeitos predominantes também nas externalidades avaliadas via simulação computacional (ECOSENSE LE) do projeto ExternE. / This work presents the evaluation of externalidades in production from sugarcane life cycle, with emphasis at electric power generation. The main objective of this study is to assess the health, social, environmental and economical externalities related with the production process of sugarcane industry from the start point of the productive chain (agricultural period) until the energy conversion of the biomass in electric power (main emphasis). Distributing the impacts, when possible, in subsystems that main productive cycle were divided, whose results, in general, were known but never segregated and treated by an integrated view under the optics of externalities evaluation at the production activity chain at sugarcane sector. The surplus generation of electricity brings with itself positive and negative externalities. The negative ones involve harmful aspects under the atmospheric emissions and human health and the biotic environment; as positive ones, are the use of renewable sources for electricity generation providing displacement of fossil fuels and indirectly thermal and electrical energy, reducing the consumption of this kind of fuels that are the main promoting components from the accentuation of the greenhouse effect and the benefits associated to the distributed generation, also discussed in this work. Both of these positive aspects, qualify this form of generation to participate at the clean development mechanism, that it will be treated as an instrument for incorporate the benefit of generating energy with renewable resources. From the main productive chain impacts related to the life cycle of the sugarcane, 32,68 % are associated with the stage of electricity generation. The main impacts assessed in the qualitative and quantitative way as production externalities were confirm as predominant effects also using the computational simulation tool (ECOSENSE LE) from the ExternE project.

Este trabalho estuda a possibilidade de se adicionar funções de detecção e registro de eventos, que afetam a qualidade de energia elétrica, aos medidores eletrônicos de faturamento. A presença destes medidores na grande maioria dos consumidores ligados à média tensão transforma este recurso em uma poderosa ferramenta de análise. A existência de canais de comunicação remota nestes medidores facilita a coleta dos dados e seu armazenamento. Estes dados transferidos para sistemas com alta capacidade de processamento permitem uma análise mais precisa dos eventos que ocorrem em toda a rede. Foram consideradas as limitações dos medidores de faturamento quanto à sua capacidade de processamento, memória e taxa de amostragem. Os eventos que podem ser detectados com estes medidores ficam restritos a variações de tensão de curta duração (VTCDs) e transitórios oscilatórios de baixa freqüência. As funções criadas para registro de eventos podem ser usadas para registro de sinais em regime permanente, aumentando a capacidade de diagnóstico e análise da qualidade da energia elétrica em locais da rede. São utilizadas como técnicas de detecção de eventos: as variações dos valores eficazes, a decomposição de sinais, a Norma Euclidiana Instantânea (NEI) e a transformada wavelet (TW). / This work shows the possibility to add new functions for detection and registration of disturbances that affect power quality to electronic billing meters. The widespread installation of these meters in the power network makes this resource a powerful analysis tool. Remote communication channels in these meters create an easy way for reading and registering such power quality events. Data transferred to powerful processing systems allow accurate analysis of events occurring in the power grid. The limitations on billing meters, namely processing resources, memory availability and sampling rate, were taken into account. Despite these limitations, the electronic meters can handle short duration voltage events and low-frequency oscillatory transients. Those new functions can also be used for registering steady state phenomena, extending the ability to diagnose power quality problems throughout the power network. Techniques like RMS variations, signal decomposition, instantaneous Euclidian norm and wavelet transform were used for detection of the considered power quality events.

Lättnadsregeln i 11 kap. 15 § LSE ger möjlighet till avdrag för den el som förbrukats i datorhallar. Datorhallsdefintionen avgränsar skattelättnaden till att enbart gälla vissa datacenter enligt 1 kap. 14 § LSE. Skattelättnaderna innebär ett driftstöd, vilket regleras inom statsstödsreglerna. Generellt är statsstöd förbjudet, men Sverige har använt sig av gruppundantaget GBER för att kunna ge stöd till vissa datorhallar med motivationen att det faller in under GBER:s avsnitt för miljöskydd. Dagens utformning av stödmottagar-formuleringen enligt LSE kopplat till skattelättnadsregeln i 11 kap. 15 § LSE uppfyller inte syftet enligt förarbetena rörande skattelättnaderna för datorhallar. Enligt förarbetena framgår det tydligt att syftet är att även colocation-datorhallar är minst lika konkurrensutsatta och elintensiva som andra datorhallar, och därför bör anses lika berättigade till statsstöd som företagsspecifika datorhallar. I 1 kap. 11b § p. 4 framgår dock att stödmottagaren är elförbrukaren, vilket i colocation-sammanhang med största sannolikhet bör ses som colocation-företagens kunder, inte colocation-företagen själva. Detta skiljer sig gentemot de företagsspecifika datorhallarna, vilka förbrukar elen själva i de egna datorhallarna. SKV:s ställningstagande, vilket tolkar begreppet ”förbrukare av el” som ”den som äger utrustningen som elen förbrukas i”, får anses innebära en korrekt tolkning av lagen, så som den nu är utformad. Detta medför att det krävs en lagändring av vem som är stödmottagare i datorhallssammanhang för att syftena med förarbetet ska kunna uppnås. Omformuleringen kan lämpligen ske genom att begreppet stödmottagare, byts från ”förbrukaren av el” till något som tar sikte på själva datorhallen. I nuläget utgår statsstöd till sådana bolag, oavsett verksamhet, som hyr plats för sina servrar hos colocation-datorhallar som uppnår de tekniska kraven på bl.a. installerad effekt för att räknas som datorhall vars elförbrukning ger rätt till stöd. Det skulle möjligen kunna anses att ett så brett spann av stödmottagare inte stämmer överens med vad Sverige angett till kommissionen vid underrättelserna om statsstöd enligt GBER. Eftersom datorhallarna ger många fördelar för Sverige i form av exempelvis inkomster till statskassan och arbetstillfällen, så är det viktigt att Sverige upprätthåller konkurrenskraftiga förutsättningar för att attrahera fler datorhallsföretag. En del av att upprätthålla konkurrenskraften är att ha konkurrenskraftiga regler, däribland konkurrenskraftig prissättning på elen. Jag finner tre lösningar på stödmottagar-problematiken för colocation-företag. Antingen så får man ansöka om stöd istället för att använda sig av gruppundantaget, för att på så vis känna sig säkrare på att stödet blir korrekt utformat, eller separera colocation-regeln från LSE för att komma bort från stödmottagar-problematiken. Det tredje alternativet, vilket jag anser lättast, är att formulera ett tillägg i LSE, gällande vem som anses vara stödmottagare i datorhallssammanhang, exempelvis kopplat till vem som anses vara ägaren till infrastrukturen i datorhallarna. Finlands motsvarighet till vår lättnadsregel slipper uppdelningsproblematiken mellan företagsspecifika datorhallar och colocation-datorhallar, då de ser datorhallsföretagen som skattskyldiga, och då tillämpar en lägre skattesats för elen som datorhallarna förbrukar. LSE skiljer sig dock på flera sätt från den finska lagen. Detta gör att även om inspiration kan inhämtas kring hur fokus bör flyttas för stödmottagar-rollen i datorhallssammanhang till att inbegripa själva datorhallen snarare än elförbrukaren, så är det inte möjligt att kopiera den finska utformningen rakt av heller.

The focus of this thesis is research on the performance of very low speed direct drive permanent magnet generators for energy conversion from marine and tidal currents. Various aspects involved in the design of these generators and their electromagnetic modelling using the finite element simulations are presented. For a detailed study, a 5 kW prototype generator has been designed and constructed based on finite element based simulations. Several experiments were conducted on the prototype generator. The experimental results were compared with the corresponding case simulations on the designed generator. The differences between the results predicted by the simulations and those predicted by the measurements were less than 10%. The part and overload performance of the generator has been investigated and it is found from both simulations and measurements that the generator is capable to efficiently operate at varying speeds. The tests on the experimental generator were made for speeds between 2 and 16 rpm and for load variations of 0.5 to 2 per unit. In this thesis it is shown that it is possible to design a very low speed direct drive generator for more or less any given marine current site and this is beneficial for projects aiming to develop a technical and economical viable marine current energy conversion system.

Detta examensarbete har utförts genom ÅF Industry i Trollhättan. Syftet med arbetet är att jämföra två elektriska fördelningssystem i medicinska utrymmen. I sjukhusmiljöer är tillgängligheten av elförsörjning av största vikt. Spänningsbortfall för livsuppehållande utrustning kan få förödande konsekvenser för berörd patient. Svensk standard förespråkar TN-S-system gentemot den europeiska standarden som anser att IT-system är mest lämpligt i dessa utrymmen. Genom att belysa dessa två systems för- och nackdelar kan ett samlat underlag sammanställas som senare används som beslutsunderlag för framtida kunder. Examensarbetet exemplifieras på Östra sjukhuset där befintligt IT-system skall uppgraderas.Skillnaden mellan dessa två fördelningssystem är deras förbindelse med jordpotential. TN-S-system har direkt förbindelse med jord jämfört med IT-system som är helt eller delvis isolerat från jord. Jordfel i TN-S-system kan generera höga felströmmar vilket kan jämföras med IT-system där minimal felström uppstår vid isolationsfel. IT-system och dess isolationsövervakningssystem kan dock anses som mer komplext jämfört med TN-S som är ett vanligare och mer vedertaget fördelningssystem i Sverige.Rapporten konstaterar att IT-system har en stor fördel gentemot TN-S-system. Anledningen är att eventuella jordfelsströmmar i TN-S-system kan bli så pass höga att säkring eller jordfelsbrytare riskerar frånkoppla fördelningssystemet. Denna problematik existerar inte i IT-system då endast små felströmmar uppstår vid isolationsfel. Rekommendationen är att bestycka dessa utrymmen med IT-system med tillhörande isolationsövervakning. Denna tekniska lösning medför tillfredsställande person- och patientsäkerhet med avseende mot elsäkerheten. / This bachelor thesis has been carried out at AF Industry. The purpose of the thesis is to compare two electric distribution systems for medical areas. In medical areas the availability of electric power always has to be maintained. Power failure of life supporting equipment will generate major risks to the patient in question. Swedish standard promotes TN-S-systems compared to the European standard that promotes IT-systems for medical areas. By comparing the advantage and disadvantage of these two systems there can be a complete report compiled, which purpose is to be used to support decision making for future customers. This bachelor thesis will be exemplified in Östra sjukhuset where existing IT-systems will be upgraded.The basic difference between these two electric power systems is their connection to earth. TN-S-systems has direct connection to earth compared to IT-systems that has none or partially connection with earth. Earth fault in TN-systems can generate major current compared to IT-systems where isolations fault generates minimal current. However IT-systems and their isolation monitoring systems might appear as a more complex system compared to TN-S which is a more accepted system in Sweden.The report states that IT-systems has major advantage against TN-systems. The reason is that potential earth fault currents in TN-S-systems might end up disconnecting the fuse or residual current breaker of affected distribution system. This issue doesn't exist in IT-systems where minor fault current is generated from isolation fault. Therefore the recommendation is to equip these medical areas with IT-systems and the associated insulation monitoring systems. This technical solution provides adequate safety for both personal and patients regarding to electrical safety.