Apresenta-se uma metodologia que tem como base a análise de campos magnéticos no monitoramento da qualidade da energia de sistemas elétricos. Em particular, são avaliados os aspectos referentes à detecção de faltas em sistemas elétricos. Diferente do processo de monitoração tradicional, cujos sensores precisam estar fisicamente conectados aos circuitos analisados, propõe-se estudar a viabilidade da utilização dos sinais provenientes da assinatura magnética resultante no exame do desempenho dos sistemas elétricos. Ressalta-se, assim, a característica não invasiva deste processo. Em uma primeira instância, simulações numéricas e medidas experimentais são usadas para estimar a validade deste método. Com base em valores das correntes de falta fase-terra, relacionados a configurações reais de sistemas de distribuição, provenientes de simulações numéricas e disponibilizadas na literatura, são calculados os campos magnéticos em regiões pré-selecionadas próximas às linhas. A seguir, aplicam-se os conceitos relacionados a wavelets no tratamento dos sinais resultantes. É nesta etapa que, por meio da decomposição da assinatura magnética correspondente, serão obtidos os dados necessários para se correlacionar os componentes dos sinais ao diagnóstico das faltas, nos sistemas elétricos. A Análise de múltirresolução é aplicada. Além destes resultados teóricos, aqueles provenientes de uma bancada experimental são examinados. Algumas configurações canônicas foram pré-selecionadas, visando estudar a eventual influência dos aspectos geométricos nos resultados relacionados à decomposição do sinal em análise. Embora métodos analíticos pudessem ser empregados na determinação da assinatura magnética resultante, os métodos numéricos, tais como o método dos elementos finitos, foram utilizados visando agilizar a obtenção de resultados teóricos a serem avaliados. Da mesma forma, aplicativos já disponibilizados comercialmente foram utilizados na decomposição dos sinais. Esta metodologia foi aplicada, também, para identificar faltas, aplicando-se a análise da variância para os diversos níveis do detalhe wavelet. A validação da metodologia foi feita pela comparação entre os resultados simulados e obtidos experimentalmente. / A methodology based on the analysis of magnetic fields for monitoring the quality of energy in electrical systems is presented herein. Aspects referring to fault detection in electrical systems in particular are evaluated. Contrary to the traditional monitoring process, in which sensors must be physically linked to the circuits under analysis, the results are presented from a feasibility study on the use of signals arising from the resulting magnetic signature by means of the electrical systems analysis. Thus the non-invasive characteristic of this process should be pointed out. First, numerical simulations and experimental measures were used to estimate the validity of this method. Based on values of the current of phase-earth fault related to actual features of the distribution systems and derived from numeric simulations found in the literature, the magnetic fields, in pre-established regions, were calculated. Following this, the concepts related to wavelets in the treatment of resulting signals were applied. It is in this phase that, by means of the decomposition of the corresponding magnetic signature, the data necessary to correlate the signal components for the diagnosis of faults in electrical systems were obtained. A Multiresolution Analysis (MRA) was applied. In addition to these theoretical results, the results from a laboratory workbench were also examined. Some canonical features were pre-selected, aiming to study the influence of geometric aspects on the results related to the signal decomposition analyzed. Although analytical methods could be employed to determine the resulting magnetic signature, numerical methods, such as the finite element method, were used to expedite obtaining the theoretical results to be analyzed. Likewise, commercial software was also used for the decomposition of signals. This methodology was validated by comparing the measured and simulated magnetic flux density. This methodology was also applied to identify and classify faults by means of the variance curve towards the wavelet detail.

Ser eficiente é um requisito para a sustentabilidade das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica no Brasil. A busca pela eficiência deve estar em harmonia com a melhoria contínua da qualidade, da segurança e da satisfação dos consumidores e das partes envolvidas. O desafio de atender múltiplos objetivos requer que as empresas do setor desenvolvam soluções inovadoras, com a mudança de processos, tecnologia, estrutura e a capacitação das pessoas. Desenvolver um modelo operacional eficiente e uma gestão rigorosa dos custos são fatores-chave para o sucesso das empresas, considerando o contexto regulatório de revisão tarifária que incentiva a melhoria do desempenho. O modelo operacional é definido a partir da organização logística dos recursos para atendimento da demanda de serviços, que define também os custos fixos e variáveis de pessoal (salário, horas extras, refeições), infraestrutura (manutenção de prédios, ferramentas e equipamentos) e deslocamentos (manutenção de veículos, combustível), por exemplo. A melhor alocação e o melhor dimensionamento de bases operacionais possibilitam a redução dos custos com deslocamento e infraestrutura, favorecendo o aproveitamento da força de trabalho em campo, a melhoria do atendimento dos clientes e da segurança dos colaboradores. Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de custos através da alocação de bases e equipes operacionais, com o modelamento matemático dos objetivos e restrições do negócio e a aplicação de algoritmo evolutivo para busca das melhores soluções, sendo uma aplicação de Pesquisa Operacional, no campo da Localização de Instalações, em distribuição de energia elétrica. O modelo de otimização desenvolvido possibilita a busca pelo ponto de equilíbrio ótimo que minimiza o custo total formado pelos custos de infraestrutura, frota (veículos e deslocamentos) e pessoal. O algoritmo evolutivo aplicado no modelo oferece soluções otimizadas pelo melhoramento de conjuntos de variáveis binárias com base em conceitos da evolução genética. O modelo de otimização fornece o detalhamento de toda a estrutura operacional e de custos para uma determinada solução do problema, utilizando premissas de produtividade e deslocamentos (velocidades e distâncias) para definir as abrangências de atuação das bases operacionais, recursos (equipes, pessoas, veículos) necessários para atendimento da demanda de serviços, e projetar todos os custos fixos e variáveis associados. A metodologia desenvolvida neste trabalho considera também a projeção de demanda futura para a aplicação no estudo de caso, que evidenciou a efetividade da metodologia como ferramenta para a melhoria da eficiência operacional em empresas de distribuição de energia elétrica. / Being efficient is a requirement for the sustainability of electricity distribution companies in Brazil. The quest for efficiency must be in harmony with the continuous improvement of quality, safety and satisfaction of customers and all stakeholders involved. The challenge of attending multi-objectives requires companies in the sector to develop innovative solutions with the change of processes, technology, structure and enabling their professionals to drive this. Developing an efficient operational model and a strict cost management are keys for companies to achieve success, considering the regulatory context of tariff reviewing that encourages performance improvement. The operational model is defined from the logistics organization of resources to meet the demand of services, which also defines fixed and variable costs with people/teams (payments, overtime, meals), infrastructure (maintenance of building, tools and equipments) and fleet (maintenance of vehicles and fuel costs), for example. The best allocation and the best design of operational facilities (or operational bases) will reduce infrastructure costs and truck rolls, releasing workforce to attend customers and reducing displacements risks. This work presents a cost optimization methodology through the allocation of operational bases and teams, with the mathematical modelling of business objectives, constraints and using Evolutionary Algorithm to find the best solution, as an application of Operations Research in the field of Facility Location in electricity distribution. The optimization model enables the search for the optimal balance point that minimizes the total cost formed by infrastructure, fleet and people. The Evolutionary Algorithm applied in the model offers optimized solutions through the improvement of sets of binary variables based on genetic evolution concepts. The optimization model also gives detailed information about the operational structure and costs for a given allocation solution, using productivity and displacements (speed, distances) information to define the service regions for each operational base and resources (people, vehicles) needed to attend the demand of services, defining all fixed and variable costs for this. The methodology presented in this paper also considers the future demand of services (forecast), used in a case study that showed the effectives of this methodology as a tool for the improvement of operational efficiency in electricity distribution companies.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-24T15:21:43Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T15:21:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / FAPEMA / Currently, there is growing concern about the Power Quality (PQ) problems due to: introduction of automation in industrial processes, presence of personal computers and electronically controlled devices, load equipments with low capacity to withstand small PQ disturbances and increased perception of residential and industrial consumers with regard to PQ disturbances. In this context, an important issue with relation to PQ is the voltage conformity. That is, the adequacy of service voltage to the limits specified by regulatory agencies. The concern about compliance is due to the following problems caused by sustained undervoltages and overvoltages: improper or less-efficient equipment operation, tripping of sensitive loads, overheating of induction motors due to undervoltages, equipment damage or failure due to overvoltages and higher no-load losses in transformers caused by sustained overvoltages. Furthermore, there have been various incentives for connection of Distributed Generation (DG) in distribution networks due to: incentives for the using of electricity generation based on renewable energy sources and free access of independent energy producers to transmission and distribution networks owing to deregulation of the electric sector. In principle, the voltage profile of a distribution network can be improved with connection of DG. However, it is possible to notice severe deteriorations in the voltage profile of distribution networks in DG post-failure scenarios. These failures are caused by problems in the DG components, such as: cooling system, gears, turbines, etc. During the time period in which the DG is under repair, active and reactive power supports to correct the voltage profile are unavailable. Consequently, the voltage profile tends to deteriorate while the DG is disconnected. In this way, it is important to carry out studies to assess the impact of the DG installation on the voltage conformity indices considering the following issues: DG unavailability after an intrinsic failure and load curve. These aspects are subject to uncertainties due its random nature. Due to this, the most suitable approaches to assess the impact of uncertainties associated with load fluctuations and DG failures on the voltage conformity indices are the probabilistic methods. The main advantage of these methods is its capability to combine severity and probability to truly express the system risk. The main objective of this dissertation is the development of a method that models the random behavior of the distribution network in the voltage conformity indices estimation through the probabilistic methods. Models and techniques to incorporate stochastic variations in the demand and DG unavailability in voltage conformity indices estimation are proposed. The technique proposed in this dissertation to carry a Predictive Assessment of Voltage Conformity (PAVC) is based on the combination of the following techniques: power flow for radial distribution networks via current summation method, Quasi-Sequential Monte Carlo Simulation and Fourier analysis of time series. The PAVC model proposed in this dissertation was tested in 32 buses system. The results obtained with this system demonstrated that the DG has a great potential to improve the voltage conformity indices in the distribution network. However, the most significant improvements in the voltage conformity indices are associated with load points distant from the substation. Furthermore, it can be observed that the uncertainties associated with DG failures cause significant variations in the voltage conformity indices. Additionally, a sensitivity study demonstrated that the voltage conformity indices are worse (better) for systems where the load is modeled as constant power (impedance). / Atualmente há um interesse crescente com relação a problemas de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) devido a: introdução de automação em processos industriais; presença de computadores pessoais e dispositivos controlados eletronicamente em instalações residenciais; equipamentos de carga com baixa capacidade para suportar pequenos distúrbios de qualidade de energia; e aumento da percepção dos consumidores industriais e residenciais com relação a distúrbios de QEE. Neste contexto, um aspecto importante com relação a QEE é a conformidade de tensão da rede de distribuição. Ou seja, a adequação da tensão de atendimento aos limites especificados pelos órgãos reguladores. A preocupação com a conformidade de tensão é devido aos seguintes problemas causados por subtensões e sobretensões sustentadas: operação indevida ou com baixa eficiência dos equipamentos elétricos dos consumidores; desligamento de cargas sensíveis; aquecimento de motores de indução devido à subtensões; danos ou falhas em equipamentos devido à sobretensões e aumento nas perdas em vazio nos transformadores causado pela presença de sobretensões sustentadas. Além disso, tem havido diversos incentivos para conexão de Geração Distribuída (GD) na rede de distribuição devido a: incentivo para utilização de sistemas de geração de energia elétrica baseados em fontes de energia renováveis; e livre acesso dos produtores independentes de energia às redes de transmissão e distribuição devido a desregulamentação do setor elétrico. Em princípio, o perfil de tensão de uma rede de distribuição pode ser melhorado com a conexão da GD. Contudo é possível observar deteriorações severas no perfil de tensão de redes de distribuição em cenários pós-falha da GD. Estas falhas são causadas por problemas nos componentes da GD, tais como: sistema de refrigeração, engrenagens, turbina, etc. Durante o período de tempo em que a GD está em reparo, o suporte de potência ativa e reativa da GD, para corrigir o perfil de tensão, está indisponível. Consequentemente, o perfil de tensão tende a se deteriorar enquanto a GD estiver desconectada. Desta forma, é importante realizar estudos para avaliar o impacto da instalação da GD nos índices de conformidade de tensão considerando os seguintes aspectos: indisponibilidade da GD após uma falha intrínseca e a curva de carga. Estes aspectos estão sujeitos a incertezas devido a sua natureza aleatória. Devido a isto, as técnicas mais adequadas para avaliar o impacto de incertezas associadas com flutuações de carga e falhas na GD nos índices de conformidade de tensão são os métodos probabilísticos. A principal vantagem destes métodos é a sua capacidade para combinar severidade e probabilidade para expressar verdadeiramente o risco do sistema. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um método que modele o comportamento aleatório da rede de distribuição na estimação dos índices de conformidade de tensão através de métodos probabilísticos. Modelos e técnicas para incorporar variações estocásticas na demanda e a indisponibilidade da GD na estimação dos índices de conformidade de tensão são propostos. A técnica proposta nesta dissertação para realizar uma Avaliação Preditiva da Conformidade de Tensão (APCT) se baseia na combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência para redes de distribuição radiais via método de soma de correntes; simulação Monte Carlo Quasi-Sequencial e análise de Fourier de séries temporais. O modelo de APCT proposto neste artigo foi testado em um sistema de 32 barras. Os resultados obtidos neste sistema demonstraram que a GD tem um grande potencial para melhorar os índices de conformidade de tensão na rede de distribuição. Contudo, as melhorias mais significativas nos índices de conformidade estão associadas com os pontos de carga mais distantes da subestação. Além disso, pode-se observar que as incertezas associadas com as falhas na GD causam variações significativas nos índices de conformidade de tensão. Adicionalmente, um estudo de sensibilidade demonstrou que os índices de conformidade de tensão são piores (melhores) para sistemas onde a carga é modelada como potência (impedância) constante.

Este trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia e de uma ferramenta computacional de localização de faltas em sistemas elétricos de distribuição. Para tanto, considera-se o ambiente de Redes Elétricas Inteligentes, onde está à disposição uma grande diversidade de informações, como oscilografias de relés, dados de sensores, dados históricos, alarmes de medidores inteligentes, dentre outras. Convencionalmente, as metodologias de localização de defeitos em redes de distribuição se baseiam em conjuntos particulares de dados, que geralmente são medições apenas na saída do alimentador, e funcionam como uma ferramenta isolada no centro de operações. Este trabalho contribui para esse tema ao propor a Localização de Faltas como uma ferramenta de Automação Avançada, instalada em um Sistema de Gerenciamento da Distribuição. Ele deve estar integrado aos demais sistemas corporativos, dos quais obtém dados de medição, alarmes de atuação e indicação de eventos na rede, em tempo real. Um barramento de interoperabilidade permite a troca de informações entre os sistemas. O algoritmo de localização de faltas proposto considera os alarmes de atuação de chaves monitoradas, indicação de sensores, alarmes de ausência de tensão, dentre outras informações, para restringir ao máximo a área de busca do defeito. Por fim, uma implementação de Algoritmo Evolutivo permite estimar o local e a resistência de falta, a partir de testes de defeitos na área de busca. Nesse processo, os valores calculados são comparados com as medições obtidas dos respectivos pontos. Na etapa de aplicação da metodologia, foram consideradas algumas condições de monitoramento da rede elétrica: da condição de menor monitoramento ao cenário de maior monitoramento. Foi possível verificar como o aumento da quantidade de informações do sistema traz benefícios para a localização dos defeitos. / This work provides the development of a methodology and a computational tool for Fault Location (FL) in power distribution systems. The Smart Grid environment is considered, which provides a huge variety of information, such as relays waveforms, fault current sensors and historical data, smart meters alarms, among others. Conventionally, FL methodologies in power distribution systems are based on particular data sources, usually measurements at the beginning of the power feeder, which are not integrated with other corporate systems. This work contributes to the subject by proposing the FL as an Advanced Distribution Automation tool, to be installed in a Distribution Management System. As a part of the electric utility corporate systems, it obtains metering data, equipment alarms and events notifications, i.e. real time information. An Interoperability Bus (IB) allows the information exchange among the systems. The proposed FL algorithm considers monitored switches tripping alarms, current current sensors notifications, outage alarms, among other data, in order to narrow the search area as much as possible. Ultimately, an Evolutionary Algorithm (EA) implementation estimates the fault point and the fault resistance, through short-circuit tests an the search area. During that process, the computed electric quantities are compared with the measured ones at each monitored point. When applying the methodology for the case studies, some power grid monitoring conditions were considered: from the least monitored condition to the most monitored scenario. This made it possible to verify how the increase of power grid information benefits the FL algorithms.

CAPES / As variações de tensão de curta duração são perturbações típicas nos sistemas de distribuição de energia elétrica que afetam de forma significativa a qualidade da energia. Os equipamentos típicos para a regulação de tensão dispostos nas redes de distribuição em geral não são capazes de mitigar variações de tensão de curta duração. Entretanto, as unidades de geração distribuída conectadas aos sistemas de distribuição, considerando estratégias de controle adequadas, podem ser capazes de mitigar variações de tensão de curta duração nas proximidades do ponto de conexão. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a mitigação de variações de tensão de curta duração a partir da utilização de unidades eólicas de geração baseadas em gerador síncrono de imã permanente (GSIP) conectado a rede por um conversor estático de potência. A mitigação das variações de tensão é feita por meio de uma malha de controle suplementar proposta aplicada ao controle tradicional do conversor do lado da rede. A estratégia de controle proposta explora a capacidade de operação em sobrecarga de corrente da unidade eólica e é capaz de mitigar variações de tensão de curta duração em sistemas de distribuição. A malha de controle suplementar proposta limita a geração de potência reativa na capacidade máxima de sobrecarga da unidade geradora, respeitando o limite térmico do conversor estático de energia. Além da malha de controle suplementar, uma metodologia baseada em estudos estáticos de fluxo de potência é proposta com o objetivo de avaliar a capacidade de regulação de tensão da geração eólica associada à malha de controle proposta. A capacidade da malha de controle proposta em mitigar as variações de tensão de curta duração é avaliada por meio de simulações não lineares no domínio do tempo envolvendo uma rede de distribuição com cargas concentradas. Diferentes níveis de inserção da geração eólica na rede de distribuição e outros fatores que impactam diretamente na regulação de tensão são considerados nos testes realizados. Os estudos realizados demonstram que utilização da estratégia de controle proposta aplicada a unidades eólicas de geração pode contribuir significativamente para a manutenção do perfil de tensão durante ocorrências de variações de tensão de curta duração. / The short duration voltage variations are typical disturbances that significantly affect the power quality in distribution systems. The typical devices for voltage support and regulation, distributed along the distribution networks, are generally not capable of mitigating short duration voltage variations. However, distributed generation units connected to the distribution system, when associated with suitable control strategies, can be able to mitigate short duration voltage variations. In this context, this paper proposes the mitigation of short duration voltage variations by using wind power generating units based on permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the network by static power converter. The voltage variation mitigation is performed by means of a supplementary control loop added to the traditional control of the grid-side converter. The proposed control strategy takes advantage of the overload capability of the wind generation unit and it is able to mitigate short duration voltage variations in distribution systems. The proposed supplementary control loop limits the generated reactive power based on the overload capability of the generation unit, avoiding that the power electronic converter exceeds its thermal limit. Besides the proposed supplementary control loop, a methodology based on power flow studies is proposed in order to evaluate the voltage regulation capability of the wind generation associated with the proposed control loop. The performance and effectiveness of the control strategy proposed to mitigate short duration voltage variations is evaluated by means of time-domain non-linear simulations regarding a distribution network with lumped load. Different levels of integration of wind generation on the distribution network and other factors that directly impact on voltage regulation are considered in the tests. The performed evaluations have demonstrated that the proposed control strategy, applied to wind generation units, can significantly contribute to the maintenance of the voltage profile of distribution systems during the occurrence of short duration voltage variations.

The development and expansion of the federal universities throughout the past years, due to the plans of expansion implemented with the funds from REUNI (The program of supporting for the restructuring and expansion of Federal Universities), suggest the necessity of improving the electrical installations of these institutions in order to meet the new power demand in a planned and efficient way. The subject which is related to the growing costs of electrical energy and investments in electrical installations in teaching institutions, faced with its economic relevance, represents, nowadays, an extremely relevant theme. Therefore, currently, it is possible to observe efforts directed to enhance the procedure of quality and efficiency diagnosis of the electrical energy of a campus. Embedded in this context is this dissertation, which is linked to a measurement plan, analysis methods and data comparison with reference values and the use of tools for modeling and computer simulation. This way, the present work presents four different kinds of contribution to the current state-of-the-art. The first contribution is associated to the obtention of typical charge curves and tax modal analysis chart which seem to be most adequate for a university campus. The second contribution is associated to the methodology of data analysis and the installation diagnosis in terms of power quality. As a third contribution of this work, we have the modeling of the electrical system of installation with the use of the ATP (Alternative Transients Program) computer tool. As a final contribution one can highlight the computer modeling and simulation to identify the harmonic contributions both to the local power utility and to the campus installations, together with the point of common coupling. The obtained results show that the methodology in use is very useful in the daily management of the processes associated with the use of the electrical energy in the installations of a university. / O crescimento e a modernização da carga das universidades federais ao longo dos últimos anos, em função de seus planos de expansão propostos e financiados com recursos do Programa de Apoio a Planos de Reestruturação e Expansão das Universidades Públicas (REUNI), sugerem a melhoria das instalações elétricas destas instituições para atender as novas demandas de energia elétrica de forma planejada e eficiente. O assunto relacionado aos crescentes custos com a energia elétrica e investimentos nas instalações elétricas em instituições de ensino, diante da sua relevância econômica, representa, na atualidade, tema de extrema importância. Por conseguinte, constata-se, no momento, esforços direcionados para melhor consubstanciar os procedimentos de um diagnóstico de eficiência e qualidade da energia elétrica de um campus universitário. Nesse contexto se insere a presente dissertação de mestrado, a qual se encontra associada a um plano de medição, a métodos para análise e comparação de dados com valores de referência e ao uso de ferramentas para modelagens e simulações computacionais. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta quatro contribuições ao estado da arte atual. A primeira contribuição está associada com a obtenção de curvas de carga típicas e de tabelas de análise da modalidade tarifária mais adequada para um campus universitário. A segunda contribuição do trabalho, por sua vez, está vinculada com a metodologia de análise de dados e de diagnóstico da instalação quanto à qualidade da energia elétrica. Na sequência, como terceira contribuição do trabalho, tem-se a modelagem do sistema elétrico da instalação em estudo utilizando-se a ferramenta computacional ATP (Alternative Transients Program). Finalmente, propõe-se uma modelagem e simulação computacional para identificar as contribuições harmônicas tanto da concessionária de energia elétrica local quanto das instalações do campus, junto ao ponto de entrega de energia elétrica. Os resultados obtidos mostram que as metodologias utilizadas são de grande utilidade na gestão diária dos processos associados ao uso da energia elétrica nas instalações de uma universidade. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays, the quality of the electric energy emerges as an important subject for both the consumers and the power utilities. In this context, it is recognized the existence of national and international guide lines towards the establishment of boundary or reference values for the power indexes so as to guarantee the desired standard of voltage quality. Amongst these indicators, the harmonic distortions appear as a quite important matter and the mitigation techniques to eliminate or to reduce the level of distortions have been largely discussed in the literature. The use of classical passive and active filters are the most traditional solutions, however, some authors have pointed the possibility of using a different approach based on electromagnetic devices. Focusing this subject, this thesis investigates the use of two distinct filtering devices for harmonic filtering. The first proposal is related to the well known zero sequence harmonic components and the second to the positive and negative components. The work considers the electromagnetic filter physical principles, modeling, computational implementation, investigation of ideal and non ideal operational conditions, laboratory scale prototypes and validation tests. / A qualidade da energia elétrica se apresenta como uma área de grande interesse para os consumidores e concessionários de energia. Buscando meios para regulamentar o assunto, reconhece-se, na atualidade, a existência de recomendações, normas e critérios nacionais e internacionais voltados para a orientação dos valores limites ou de referência para os diversos indicadores que caracterizam o padrão de qualidade desejado. Dentro deste contexto, as distorções harmônicas nos sinais de tensão e corrente surgem como uma das questões mais preocupantes. Almejando, pois a preservação da qualidade do suprimento no que tange às distorções harmônicas, assim como para os demais itens de definição da qualidade, faz-se, muitas vezes necessário a utilização de técnicas para a mitigação dos fenômenos prejudiciais ao atendimento dos padrões definidos. Focando a questão do controle das distorções harmônicas, surge esta proposta de tese, a qual enfoca a utilização de duas metodologias distintas, baseadas em arranjos eletromagnéticos para a filtragem de correntes harmônicas. Uma das propostas destina-se a filtragem das correntes harmônicas de seqüência zero e outra voltada para as componentes de seqüência positiva e negativa. O trabalho apresenta os princípios de funcionamento, modelagens, análises computacionais e validação experimental dos dispositivos supramencionados. Os estudos são iniciados através da operação dos filtros sob condições ideais, seguido de investigações associados com situações não ideais de funcionamento. / Doutor em Ciências

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