Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

O objetivo deste trabalho é estudar a identificação, classificação, localização e setorização de faltas em redes de distribuição radiais, verificar a maneira de aplicar e integrar diversas ferramentas numéricas convencionais, assim como ferramentas de sistemas inteligentes, visando identificar a ocorrência de uma falta, classificar as fases envolvidas com a mesma, e aplicar as diversas ferramentas existentes a fim de localizar em tempo real o eventual local onde houve a ocorrência da falta, permitindo que a mesma possa ser setorizada dentro do sistema da concessionária e informada ao centro de operações, usando uma nova abordagem inteligente baseada em análise espectral de sinais. / The aim of this work is study the identification, classification, location and sectorization of a fault in distribution radial networks, check how to implement and integrate various conventional numerical tools, as well as intelligent systems based tools, to identify the occurrence of a fault, classify the phases involved with it, and apply the various tools available to locate the place where a fault was occurred in real time, enabling it to be sectorized into the utility system and informed to operational center using a new intelligent approach based on spectral signals analysis.

O presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para avaliar o impacto das diversas técnicas de repotenciação no desempenho de linhas de transmissão em regime permanente, visto que na atual literatura não existe uma análise abrangente que possa ser aplicada em qualquer linha de transmissão carente de repotenciação. A metodologia busca fornecer subsídios para escolha da técnica mais vantajosa para repotenciar uma linha, utilizando de forma extensiva, os fatores de desempenho, e de forma sintetizada, os índices de mérito agregado, que, avaliados individualmente e/ou em conjunto, propiciam informações qualificadas para as conclusões técnicas. Destaca-se que a proposição dos fatores de desempenho e dos índices de mérito são as principais contribuições deste trabalho. Para complementar a metodologia, uma análise de curtos-circuitos foi proposta. Os resultados da utilização da metodologia foram positivos, possibilitando verificar os ganhos de potência na transmissão de energia. Vale destacar a eficiência dos índices de mérito agregado, que identificaram a melhor técnica de repotenciação de forma sintetizada, resguardando a qualidade e enquadramento dos resultados nas normas regulamentadoras. / This work aims at proposing a methodology to assessing the impact of power upgrade techniques on the steady-state performance of transmission lines, since there is not anything similar to this in the technical literature. The proposed methodology aims at providing technical information to subside the choice of the best power line upgrade technique, by the extensive application of the performance factors and of the aggregate merit indices. It must be pointed out that the proposition of the performance factors and of the aggregate merit indices are the main contributions of this work. Additionally, a short circuit analysis was also proposed to assess the power upgrade techniques. The results after the method application were satisfactory and allowed verifying the surplus of power related to each upgrade technique. The contribution of the aggregate merit indices was very important to identifying the most favorable upgrade technique in a simple way, so that all statutory technical limits were not violated.

O objetivo deste trabalho é estudar a identificação, classificação, localização e setorização de faltas em redes de distribuição radiais, verificar a maneira de aplicar e integrar diversas ferramentas numéricas convencionais, assim como ferramentas de sistemas inteligentes, visando identificar a ocorrência de uma falta, classificar as fases envolvidas com a mesma, e aplicar as diversas ferramentas existentes a fim de localizar em tempo real o eventual local onde houve a ocorrência da falta, permitindo que a mesma possa ser setorizada dentro do sistema da concessionária e informada ao centro de operações, usando uma nova abordagem inteligente baseada em análise espectral de sinais. / The aim of this work is study the identification, classification, location and sectorization of a fault in distribution radial networks, check how to implement and integrate various conventional numerical tools, as well as intelligent systems based tools, to identify the occurrence of a fault, classify the phases involved with it, and apply the various tools available to locate the place where a fault was occurred in real time, enabling it to be sectorized into the utility system and informed to operational center using a new intelligent approach based on spectral signals analysis.

Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-05-18Bitstream added on 2014-06-13T18:08:27Z : No. of bitstreams: 1 barros_ac_me_ilha.pdf: 537823 bytes, checksum: 11c161179ae4dad9ba89c41455601030 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia, para detecção e classificação de faltas de curto-circuito, direcionada para os eventos de alta impedância em subestações de energia elétrica. A detecção é executada por um cálculo algébrico simples via observação da diferença absoluta entre o valor eficaz médio estimado e o valor eficaz medido a partir da oscilografia das correntes trifásicas. Caso seja detectada a anomalia de corrente, procede-se a sua classificação baseada na lógica fuzzy. Trata-se de um problema que apresenta maiores dificuldades de identificação e classificação, tendo em vista que tais perturbações são sutis, o que se diferenciam em relação aos eventos caracterizados como de baixa e ou de média impedância. Os distúrbios de alta impedância, muitas vezes, não são detectados pelo sistema proteção. Neste caso, o sistema de proteção consideraos como uma operação em regime permanente, não distinguindo entre uma falta de alta impedância e um aumento/diminuição da corrente elétrica em decorrência das variações da demanda solicitada pelos consumidores. Ressalta-se que a metodologia, aqui proposta, segue os princípios formulados na referência Decanini (2008), com as devidas adaptações ao problema associado às faltas de alta impedância. A metodologia, proposta neste trabalho, usa dados oscilográficos que são processados de modo que a detecção e classificação das faltas possam ser estimadas através de um conjunto de características extraídas dos sinais de correntes. Este conjunto de característica é classificado pela lógica nebulosa e sua saída resulta na indicação do tipo da falta. Deve-se ressaltar que este algoritmo além de ser eficiente na detecção e classificação de faltas de alta impedância, sua eficiência destacase também na localização e detecção de faltas de baixa impedância... / This work presents a methodology to detect and classify short circuit faults principally for high impedance occurrences in electrical power systems. The detection is executed by a simple algebraic calculus observing the absolute difference with the efficient medium estimated value and the efficient value measured from the oscillogram of the three-phase currents. When a current anomaly is detected the classification is based on the fuzzy logic. It is a problem that presents some difficulties in identification and classification, considering that these perturbations are little which are different from the events characterized as low or medium impedance. The high impedance perturbations sometimes are not detected by the protection system. In this case, the protection system considers as one operation in steady state, and do not distinguish with a high impedance fault or an increasing/ decreasing of the electrical current due to the demand variation requested by the users. It is emphasized that the proposed methodology follows the fundamentals according the reference Decanini (2008), with the adaptations to the associated problem to the high impedance faults. The proposed methodology use oscillogram data that are processed in a way that the detection and classification of the faults are estimated by a set of characteristics from the current signals. This set is classified by logic fuzzy and the output results on the type of the fault. It is emphasized that this algorithm besides being efficient is detecting and classifying high impedance faults, is also efficient in localizing and detecting low impedance faults. The necessary data for the diagnosis of the faults were obtained by simulation of a radial feeder model with the ATP software. Results are satisfactory and show the viability of the proposed methodology that is faster for obtaining the solutions and is able to detect... (Complete abstract click electronic access below)

O processo de estimação de estado em sistemas elétricos de potência está sujeito a três tipos de erros: erros nas medidas analógicas (erros grosseiros); erros devido a informações erradas quanto aos estados de chaves e/ou disjuntores (erros topológicos) e erros causados por informações erradas de algum parâmetro do sistema (erros de parâmetros). É drástico o efeito de erros de parâmetros, para o processo de estimação de estado, normalmente intolerável, sendo, entretanto, menos evidente que os erros grosseiros e topológicos. Aproveitando o fato de que certas medidas não sofrem mudanças significativas de valor, durante um determinado intervalo de tempo, propõe-se uma metodologia para estimação de estado e parâmetros de linhas de transmissão. Na metodologia proposta, que se baseia nas equações normais, o vetor de estado convencional é aumentado para a inclusão dos parâmetros a serem estimados. Este vetor de estado aumentado é então estimado através de uma grande quantidade de medidas, obtidas em diversas amostras, durante um intervalo de tempo em que as variáveis de estado do sistema não tenham sofrido alterações significativas de valor. Esta situação ocorre tipicamente à noite, fora dos horários de pico. Propõe-se também uma metodologia para análise de observabilidade para o estimador proposto. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE. / The process of power system state estimation is subjected to three types of errors: errors in analogical measurements (gross errors), incorrect information about the status of switching devices (topology errors) and incorrect information about the model of the systems equipment (parameter errors). The effects of parameter errors on the process of power system state estimation are drastic and less evident to detect than gross and topology errors. Taking advantage of the fact that a certain fraction of the measurements varies over a small range in a certain period of time, a methodology to estimative transmission line parameters and state based on normal equations has been proposed. In such methodology, which is based on normal equations, the traditional state vector is expanded to include the parameters to be estimated. This augmented state vector is estimated through a large collection of measurements, recorded within several snapshots of the power system, during which the actual system state varies over a small range. This situation typically occurs during the night off-peak periods. An observability analysis methodology is also proposed for the presented estimator. To prove the efficiency of the methodologies, several tests were made using the systems of 6, 14 and 30 buses from IEEE.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julio Cesar Roma Buzar.pdf: 804000 bytes, checksum: 0c2294a9e066eb31981b51015c924c90 (MD5) Previous issue date: 2003-11-28 / This work presents a methodology to investigate high voltage control problems in electrical power systems based on steady stated and time domain computer simulations. The steady state analyses determine the V-Q curves using conventional power flow models. Time domain simulation uses conventional transient stability models to reproduce the phenomenon in details and to validate steady state results. This methodology is tested in the October 10th events with particular interest in the state of Maranhão power system behavior. The results reveal that the events cause voltage control problems in the area under investigation and the load shedding, the control action taken at that time, results in a stable operation condition. On the other hand, as an illustrative case, it is tested an alternative control action using shunt capacitors under an unstable operation condition. The steady state simulation shows that this control action reduces the bus voltage level, whilst time domain simulation shows that these control actions raise the bus voltage level. Before this work, no proper investigation had been carried out to investigate voltage control problems in the state of Maranhão high voltage power system. / Este trabalho apresenta uma metodologia baseada em simulações computacionais, usando técnicas de regime permanente e no domínio do tempo, para investigar problemas de controle de tensão em sistemas de energia elétrica. As técnicas em regime permanente usam modelos convencionais de fluxo de carga para montagem da curva V-Q. Já nas simulações no domínio do tempo são usados modelos convencionais de estabilidade transitória angular para reproduzir em detalhes o fenômeno, e validar os resultados obtidos em regime permanente. A metodologia é testada numa ocorrência do dia 10 de outubro de 2002 no sistema interligado Norte/Nordeste, enfatizando as conseqüências no sistema Norte, em particular no sistema de transmissão de energia elétrica do estado do Maranhão, operado pelas Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. Eletronorte. Os resultados das investigações revelam que os eventos provocam problemas de controle de tensão na área investigada e que o corte de carga, ação de controle executada, resulta numa condição de operação estável. Por outro lado, como ilustração, testa-se uma ação de controle através de bancos de capacitores numa condição de instabilidade de tensão. Em regime permanente, os resultados mostram uma redução no nível de tensão da barra, enquanto que no domínio do tempo mostram um aumento no nível de tensão. Antes deste trabalho, nenhuma análise investigativa de problemas de controle de tensão no sistema de alta tensão de energia elétrica do estado do Maranhão tinha sido realizada.

[pt] Esta dissertação investiga a utilização de Redes Neurais Artificiais (RNAs) na área de previsão de carga elétrica. Nesta investigação foram utilizados dados reais de energia relativos ao sistema elétrico brasileiro. O trabalho consiste de quatro partes principais: um estudo sobre o problema de previsão de carga no contexto de sistemas elétricos de potência; o estudo e a modelagem das RNAs para previsão de carga; o desenvolvimento do ambiente de simulação; e o estudo de casos. O estudo sobre o problema de previsão de carga envolveu uma investigação sobre a importância da previsão de demanda de energia na área de sistemas elétricos de potência. Enfatizou-se a classificação dos diversos tipos de previsão de acordo com o seu horizonte, curto e longo prazo, bem como a análise das variáveis mais relevantes para a modelagem da carga elétrica. O estudo também consistiu da análise de vários projetos na área de previsão de carga, apresentando as metodologias mais utilizadas. O estudo e a modelagem de RNAs na previsão de carga envolveu um extenso estudo bibliográfico de diversas metodologias. Foram estudadas as arquiteturas e os algoritmos de aprendizado mais empregados. Constatou-se uma predominância da utilização do algoritmo de retropropagação (Backpropagation) nas aplicações de previsão de carga elétrica horária para curto prazo. A partir desse estudo, e utilizando o algoritmo de retropropagação, foram propostas diversas arquiteturas de RNAs de acordo com o tipo de previsão desejada. O desenvolvimento do ambiente de simulação foi implementado em linguagem C em estações de trabalho SUN. O pacote computacional engloba basicamente 3 módulos: um módulo de pré-processamento da série de carga para preparar os dados de entrada; um módulo de treinamento da Rede Neural para o aprendizado do comportamento da série; e um módulo de execução da Rede Neural para a previsão dos valores futuros da série. A construção de uma interface amigável para a execução do sistema de previsão, bem como a obtenção de um sistema portátil foram as metas principais para o desenvolvimento do simulador. O estudo de casos consistiu de um conjunto de implementações com o objetivo de testar o desempenho de um sistema de previsão baseado em Redes Neurais para dois horizontes distintos: previsão horária e previsão mensal. No primeiro caso, foram utilizados dados de energia da CEMIG (Estado de Minas Gerais) e LIGHT (Estado do Rio de Janeiro). No segundo caso, foram utilizados dados de energia de 32 companhias do setor elétrico brasileiro. Destaca-se que a previsão mensal faz parte de um projeto de interesse da ELETROBRÁS, contratado pelo CEPEL. Para ambos os casos, investigou-se a influência do horizonte de previsão e da época do ano no desempenho do sistema de previsão. Além disso, foram estudadas as variações do desempenho das Redes Neurais de acordo com a empresa de energia elétrica utilizada. A avaliação do desempenho foi feita através da análise das seguintes estatísticas de erro: MAPE (Mean Absolute Percentage Error), RMSE (Root Mean Square Error) e U de Theil. O desempenho das RNAs foi comparado com o de outras técnicas de previsão, como os métodos de Holt-Winters e Box & Jenkins, obtendo-se resultados, em muitos casos, superiores. / [en] This dissertation investigates the application of Artificial Neural Networks (ANNs) in load forecasting. In this work we have used real load data from the Brazilian electrical system. The dissertation is divided in four main topics: a study of the importance of load forecasting to electric power systems; the investigation of the ANN modeling to this particular problem; the development of a neuro-simulador; and the case studies. It has been made an investigation of the objectives of load forecasting to power systems. The different kinds of load forecasting have been classified according to the leading time of the prediction (short and long term). The more important variables to model electric load were also investigated. This study analyses many projects in the area of load forecasting and presents the techniques that have been traditionally used to treat the problem. The ANNs modeling to load forecasting involved a deep investigation of works that have been published. The ANNs architectures and learning algorithms more commonly used were studied. It has been verified that the Backpropagation algorithm was the more commoly applied in the problem (particularly, in the problem of short term hourly load forecasting). Based on this investigation and using the backpropagation algorithm, many Neural Networks architetures were proposed according to the desired type of forecasting. The development of the neuro-simulator has been made in C language, using SUN workstations. The software is divided in 3 modules: a load series pre-processing module, to prepare the input data; a training module to the load series behavior learning; and an execution module, in which the Neural Network will perform the predictions. The development of a friendly interface to the forecasting system execution and the portability of the system were main goals during the simulator development. The case studies involved testing the system performance for 2 cases: hourly and monthly predictions. In the first case, load data from CEMING (State of Minas Gerais) and LIGHT (State of Rio de Janeiro) has been used. In the second case load data from 32 companies of the Brazilian electrical system has been used. Monthly load forecasting is involved in a project of interest of two companies of the electric sector in Brazil: CEPEL and ELETROBRÁS. In both cases, influences of the forecasting horizon and of the period of the year in the system´s performance has been investigated. Besides, the changes in the forecasting performance according to the particular electric company were also studied. The performance evaluation has been done through the analysis of the following error figures: MAPE (Mean Absolute Percentage Error), RMSE (Root Mean Square Error) and Theil´s U. The ANN performance was also compared with the performance of other techniques, like Holt-Winteres and Box-Jenkins, giving better results in many cases.

[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento da teoria de controle modal em sistema multivariável a partir do conhecimento da matriz de transferência, H(S), que o caracteriza. Usa-se a técnica de representação no espaço de estado onde a descrição do sistema é feita por uma forma canônica controlável, cujos elementos são obtidos diretamente de H (S). A partir do modelo de estado que representa o sistema e admitindo-se que o vetor de estado é obtido por estimação, obtém-se o sistema munido de um controlador de modo que, pela forma canônica escolhida, o espectro do sistema pode ser imposto. Em seguida aplica-se essa teoria a um sistema elétrico de potência constituído por duas áreas interligadas com intuito de impor a forma da reposta transitória devida a perturbações na demanda de potência ativa. O comportamento do sistema é simulado em computador digital com auxílio do programa CONTINUOUS SYSTEM MODELING PROGRAM - S/360-TRM, sendo os resultados apresentados em forma de gráficos. O problema de controle potência ativa - freqüência foi também abordado por Fosha e Elgerd [5], como um problema de otimização com função de custo quadrático, mas sua aplicação prática esbarra na escolha das matrizes que ponderam o estado de controle na função de custo e que fornecem o melhor transitório para o sistema. / [en] This thesis presents the developing of the modal control theory in a multivariable system starting on the knowledge of the transfer matrix, H(S), that characterize it. We use the state space representation technique where the description, of the system is made by a controlable canonic form, whose elements are got directly from H(S). Starting from the state model which represents the system and admitting that the state vector is obtained by estimation, we can get the system provided with a controller in a wav that, by the canonic form chosen, the system spectrum can be imposed. Afterwards, this theory could be applied to a power system made by two interconnected areas with a finality of imposing the form of the transient auswer due to perturbations at the demand of active power. The system behavior is simulated in digital computer helped by the CONTINUOUS SYSTEM MODELING PROGRAM - S/360- IBM, the results being presented in form of drawings. The problem of the active power - frequency control was seen by FOSHA and ELGERD [5] too as a problem of otimization with a quadratic cost function but their pratical application run into the choice of the matrices which ponder the state and the control at the cost function and supply the better transient for the system.