This diploma thesis deals with elektrical power quality in DC grids. Electrical power is commodity and therefore it must be represented not just with quantitative, but also with qualitative parameters. Nowadays, there is an increasing demand for bigger implementation of renewable energy sources and more efficient power systems, which motivates installation of DC grids. However, development of DC grids is decelerated by lack of standardization alson in power quality. The work includes definition of power quality parameters and their measurement methodology.

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 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.

Esta pesquisa apresenta um estudo da resposta dinâmica dos motores de indução trifásicos submetidos a afundamentos de tensão. As simulações computacionais sobre um sistema de distribuição, assim como a modelagem dos motores de indução trifásicos baseada em dados reais, foram realizadas utilizando-se do software ATP (Alternative Transients Program). Estas tiveram por objetivo gerar situações representativas da operação do sistema elétrico de potência (SEP), caracterizando afundamentos de tensão, fenômenos estes pertencentes à classe de variações de tensão de curta duração (VTCD), no contexto da qualidade da energia elétrica (QEE). Da observação destes afundamentos, verificaram-se as situações que vieram ou não, a comprometer a alimentação do equipamento analisado e, conseqüentemente, seu desempenho. Pelos resultados observados, evidencia-se que a metodologia de análise aplicada é satisfatória e condizente com o encontrado em situações reais de operação dos motores de indução trifásicos, denotando certas características intrínsecas no contexto das VTCDs. / This research shows a study on the dynamic response of three-phase induction motors submitted to voltage sags. Computer simulations about a distribution system, as well as the modeling of three-phase induction motors based on actual data, were made using ATP (Alternative Transients Program) software. These simulations intended to generate representative situations of the electrical power system (EPS) operation, characterizing voltage sags, which is a phenomenon belonging to the class of short duration voltage variations (SDVV), in the electrical power quality context (EPQ). From the observation of these sags, we verified the situations that jeopardized or not the supply of the analyzed equipment and, consequently, its performance. From the observed results, it becomes evident that the methodology of the applied analysis is satisfactory and in agreement with the one found in actual situations of three-phase induction motors operations, indicating certain characteristics intrinsic to the SDVV context.

Esta pesquisa apresenta um estudo da resposta dinâmica dos motores de indução trifásicos submetidos a afundamentos de tensão. As simulações computacionais sobre um sistema de distribuição, assim como a modelagem dos motores de indução trifásicos baseada em dados reais, foram realizadas utilizando-se do software ATP (Alternative Transients Program). Estas tiveram por objetivo gerar situações representativas da operação do sistema elétrico de potência (SEP), caracterizando afundamentos de tensão, fenômenos estes pertencentes à classe de variações de tensão de curta duração (VTCD), no contexto da qualidade da energia elétrica (QEE). Da observação destes afundamentos, verificaram-se as situações que vieram ou não, a comprometer a alimentação do equipamento analisado e, conseqüentemente, seu desempenho. Pelos resultados observados, evidencia-se que a metodologia de análise aplicada é satisfatória e condizente com o encontrado em situações reais de operação dos motores de indução trifásicos, denotando certas características intrínsecas no contexto das VTCDs. / This research shows a study on the dynamic response of three-phase induction motors submitted to voltage sags. Computer simulations about a distribution system, as well as the modeling of three-phase induction motors based on actual data, were made using ATP (Alternative Transients Program) software. These simulations intended to generate representative situations of the electrical power system (EPS) operation, characterizing voltage sags, which is a phenomenon belonging to the class of short duration voltage variations (SDVV), in the electrical power quality context (EPQ). From the observation of these sags, we verified the situations that jeopardized or not the supply of the analyzed equipment and, consequently, its performance. From the observed results, it becomes evident that the methodology of the applied analysis is satisfactory and in agreement with the one found in actual situations of three-phase induction motors operations, indicating certain characteristics intrinsic to the SDVV context.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work introduces some proposals for the design of harmonic filters from a harmonic penetration computer program. Such procedures are developed by means of optimized techniques, taking in account, among other aspects, the filtering performance, the filter detuning as well as international guides referring to the supportability of the filter components, as far as voltage, current and power are concerned. The work shows the need for designing filters through a harmonic penetration program. Therefore, the filter parameters can be calculated not only from harmonic currents driven from a single harmonic source (as usually it is made), but also from other existing (and unwanted) harmonic sources eventually present in the system, which could eventually be attracted by the harmonic filter. The work also introduces some studies of cases, in which single tuned filters are compared to damped filter. This study is made in a typical industrial plant, where an arc furnace (that produces characteristic and non-characteristic harmonic) is present. The study shows, among other aspects that, depending on some important requirements made in the design of the filters, a damped filter arrangement can be more advantageous than a single tuned one. / Este trabalho propõe diretrizes para a elaboração de procedimentos sistemáticos que conduzem ao projeto de filtros harmônicos, a partir de um programa de fluxo harmônico. Tais procedimentos são desenvolvidos por meio de técnicas otimizadas, levando-se em conta, dentre outros aspectos, o desempenho de filtragem, a dessintonia dos filtros, bem como normas referentes à suportabilidade dos componentes frente às grandezas elétricas do sistema. A elaboração de um projeto de filtros a partir de um programa de fluxo harmônico foi introduzida com o intuito de se determinar os filtros não somente a partir das correntes harmônicas oriundas de uma determinada carga harmônica (como usualmente é feito), mas também para outras fontes harmônicas porventura existentes no sistema e que, eventualmente, poderão ser indesejavelmente (porém, inevitavelmente) atraídas pelo filtro harmônico. O trabalho também apresenta alguns estudos de casos, nos quais há a comparação de desempenho entre filtros sintonizados e amortecidos. Neste sentido, o trabalho usa o programa digital desenvolvido para apresentar uma análise sobre o uso de filtros sintonizados ou amortecidos, em uma instalação industrial típica de usinas siderúrgicas, que produz correntes harmônicas de ordens não-características, inclusive. Nesse tocante, este estudo de casos mostra, dentre outros aspectos, que, dependendo de certas considerações feitas no projeto dos filtros sintonizados, estes podem até dispensar somas de potência reativa maiores do que os filtros amortecidos. / Mestre em Ciências

Nowadays, national and international electric utilities and end users are becoming more and more concerned about the quality of the electrical power. Such concerns are related with the occurrence of electric disturbances capable to effect the operation and the life expectance of equipments and devices, as well as affecting and interrupting varied industrial processes. Of the above mentioned phenomena, short-duration voltage variations deserve special attention once they are the disturbances that cause the largest damages to the consumers. As a consequence of that, there are several devices available that minimize the effects of such disturbances on the equipments. Among those devices, the Dynamic Voltage Restorer (DVR) represents a modern proposal for the solution of the problems caused by voltage sags and swells. In this work, three different system topologies for DVRs are analysed throughout computer implementations. Comparisons are made between these topologies, with focus on both the general performance and on the electrical power quality of the entire system. / As preocupações com os diversos assuntos relacionados à Qualidade da Energia Elétrica têm sido cada vez mais comuns às empresas de energia e aos consumidores em geral, e vêm assumindo importância destacada nos cenários nacional e internacional. Tais preocupações são voltadas para a ocorrência de distúrbios elétricos capazes de comprometer o desempenho e a vida útil de equipamentos e dispositivos, além de afetar ou interromper variados processos industriais. Desses distúrbios, as VTCDs (Variações de Tensão de Curta Duração) são consideradas as que mais causam prejuízos aos consumidores. Com isso, já existe na literatura técnica uma série de metodologias de prevenção e variados dispositivos de atenuação dos efeitos das VTCDs. Destes dispositivos, destaca-se o Restaurador Dinâmico de Tensão (DVR Dynamic Voltage Restorer) que é um compensador estático série avançado aplicado à distribuição de energia elétrica e que representa hoje o que há de mais moderno em termos de mitigação de afundamentos e elevações de tensão. O presente trabalho visa contribuir para o estudo do desempenho de algumas topologias de DVR, comparando a atuação de três opções de configuração através de simulações computacionais em plataforma SABER. A análise comparativa do desempenho das topologias não considera apenas a eficiência na compensação dos distúrbios elétricos, mas também os efeitos que causam na qualidade da tensão do sistema elétrico, sejam por injeção de harmônicos ou por oscilações transitórias. / Mestre em Ciências

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-04-17T13:14:17Z No. of bitstreams: 1 Elson Moreira.pdf: 7883984 bytes, checksum: cf59b3b0b24a249a7fd9e2390b7f16de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T13:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elson Moreira.pdf: 7883984 bytes, checksum: cf59b3b0b24a249a7fd9e2390b7f16de (MD5) Previous issue date: 2017-02-10 / CNPQ / A problem of electric power quality that always affects the consumers of the distribution network are the harmonic distortions. Harmonic distortions arise from the presence of socalled harmonic sources, which are nonlinear equipment, i.e., equipment in which the voltage waveform differs from the current. Such equipment injects harmonic currents in the network generating distortions in the voltage waveform. Nowadays, the number of these equipment in the electrical network has increased considerably. However, the increasing use of such equipment over the network makes systems more vulnerable and prone to quality problems in the supply of electricity to consumers. In addition, it is important to note that in the current scenario, the generation of electricity from renewable sources, connected in the secondary distribution network, is increasing rapidly. This is mainly due to shortage and high costs of fossil fuels. In this context, the Photovoltaic Distributed Generation (PVDG), that uses the sun as a primary source for electric energy generation, is the main technology of renewable generation installed in distribution network. However, the PVDG is a potential source of harmonics, because the interface of the PVDG with the CA network is carried out by a CC/CA inverter, that is a highly nonlinear equipment. Thus, the electrical power quality problems associated with harmonic distortion in distribution networks tend to increase and be very frequent. One of the main indicators of harmonic distortion is the total harmonic distortion of voltage ( ) used by distribution utilities to limit the levels of harmonic distortion present in the electrical network. In the literature there are several deterministic techniques to estimate . These techniques have the disadvantage of not considering the uncertainties present in the electric network, such as: change in the network configuration, load variation, intermittence of the power injected by renewable distributed generation. Therefore, in order to provide a more accurate assessment of the harmonic distortions, this dissertation has as main objective to develop a probabilistic methodology to estimate the level of in secondary distribution networks considering the uncertainties present in the network and PVDG connected along the network. The methodology proposed in this dissertation is based on the combination of the following techniques: three-phase harmonic power flow in phase coordinate via method sum of admittance, point estimate method and series expansion of Gram-Charlier. The validation of the methodology was performed using the Monte Carlo Simulation. The methodology was tested in European secondary distribution network with 906 nodes of 416 V. The results were obtained by performing two case studies: without the presence of PVDG and with the PVDG connection. For the case studies, the following statistics for nodal were estimated: mean value, standard deviation and the 95% percentile. The results showed that the probabilistic estimation of is more complete, since it shows the variation of due to the uncertainties associated with harmonic sources and electric network. In addition, they show that the connection of PV-DG in the electric network significantly affects the levels of of the electric network. / Um problema de qualidade de energia elétrica que afeta os consumidores da rede de distribuição secundária são as distorções harmônicas. As distorções harmônicas são provenientes da presença das chamadas fontes de harmônicas que são equipamentos de características não-lineares, ou seja, equipamentos em que a forma de onda da tensão difere da de corrente. Tais equipamentos injetam correntes harmônicas na rede produzindo, portanto distorções na forma de onda da tensão. Nos dias atuais, a quantidade desses equipamentos na rede elétrica tem aumentado consideravelmente. Porém, o uso crescente desse tipo de equipamento ao longo da rede torna os sistemas mais vulneráveis e propensos a apresentarem problemas de qualidade no fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Além disso, é importante destacar que no cenário atual, a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, conectada na rede de distribuição secundária, está aumentando rapidamente. Isso se deve principalmente devido a escassez e altos custos dos combustíveis fosseis. Neste contexto, a Geração Distribuída Fotovoltaica (GDFV), que utiliza o sol como fonte primária para geração de energia elétrica, é a principal tecnologia de geração renovável instalada na rede de distribuição no Brasil. Contudo, a GDFV é uma potencial fonte de harmônica, pois a interface da GDFV com a rede CA é realizada por um inversor CC/CA, que é um equipamento altamente não-linear. Desde modo, os problemas de qualidade de energia elétrica associados à distorção harmônica nas redes de distribuição tendem a aumentar e a serem bem frequentes nos consumidores da rede de distribuição secundárias. Um dos principais indicadores de distorção harmônica é a distorção harmônica total de tensão ( do inglês “Total Harmonic Distortion of Voltage”) utilizada pelas concessionárias de energia elétrica para quantificar os níveis de distorção harmônica presentes na rede elétrica. Na literatura técnica existem várias técnicas determinísticas para estimar a . Essas técnicas possuem a desvantagem de não considerar as incertezas presentes na rede elétrica, tais como: mudança na configuração da rede, variação de carga e intermitência da potência injetada pela geração distribuída renovável. Portanto, a fim de fornecer uma avaliação mais precisa das distorções harmônicas, este trabalho tem como principal objetivo desenvolver uma metodologia probabilística para estimar o nível de em redes de distribuição secundária considerando as incertezas presentes na rede e na GDFV conectada ao longo da rede. A metodologia proposta nesta dissertação se baseia na combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência harmônico trifásico em coordenadas de fase via método de soma de admitância, método de estimação por pontos e expansão em série de Gram-Charlier. Além disso, a validação da metodologia foi realizada utilizando a Simulação Monte Carlo. A metodologia desenvolvida foi testada na rede de distribuição secundária europeia com 906 nós de 416 V. Os resultados foram obtidos realizando dois casos de estudos: sem a presença de GDFV e com a conexão de GDFV. Para ambos os casos de estudo as seguintes estatísticas do nodal foram estimadas: valor médio, desvio padrão e o percentil de 95%. Os resultados demonstraram que a estimação probabilística da é mais completa, pois mostra a variação da devido às incertezas associadas com as fontes de harmônicas e as da rede elétrica. Os resultados também mostram que a conexão da GDFV afeta significativamente os níveis de da rede elétrica