Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Banca: José Carlos de Melo Vieira Junior / Resumo: Neste trabalho tem-se por objetivo apresentar um modelo para determinar a localização e o preço de contrato ótimo da geração distribuída (GD) despachável em sistemas de distribuição radiais de energia. A abordagem proposta considera a interação de dois agentes: a conces- sionária de distribuição e o proprietário da GD. O modelo é desenvolvido sob uma estrutura de mercado em que a concessionária de distribuição é livre para comprar energia a partir do mercado atacadista de energia ou das unidades de GD dentro de sua rede. Os dois agentes, a concessionária de distribuição e o proprietário da GD, visam diferentes funções objetivos. Por um lado, a concessionária de distribuição tem o interesse de minimizar os pagamentos realiza- dos ao atender a demanda esperada, e por outro lado, o proprietário da GD busca maximizar os lucros obtidos a partir da energia vendida para a concessionária de distribuição. Este re- lacionamento entre os dois agentes é modelado em um esquema de programação binível. A otimização do nível superior determina a localização e os preços de contratos das unidades da GD, enquanto o modelo de otimização do nível inferior é a reação da concessionária de distri- buição, que pode optar entre comprar mais ou menos energia para minimizar seus pagamentos. Uma formulação multiestágio também é apresentada, levando em conta um horizonte de plane- jamento de longo prazo. O problema de programação binível é transformado em um problema de otimização linear inteiro misto de um único nível equivalente, usando as propriedades da du- alidade e técnicas de linearizações. O problema é modelado usando a linguagem de modelagem AMPL e resolvida através do solver comercial CPLEX. Foram realizadas simulações com dois sistemas testes, IEEE de 34 e 85 barras. Os resultados obtidos mostram a qualidade e a validade do modelo proposto / Abstract: This work aims to present a model to determine the location and the optimal contract price of dispatchable distributed generation (DG) in radial distribution power systems. The proposed approach considers the interaction of two agents: the energy distribution utility and the DG owner. The model is developed under a market structure in which the distribution utility is free to buy electricity from the wholesale energy market or the DG units within their network. The two agents, the distribution utility and the owner of DG, target different objective functions. On one hand, the distribution utility pursuits to minimize payments made in order to meet the expected demand, and secondly, the DG owner seeks to maximize the profits from the energy sold to the distribution utility. This relationship between the two agents is modeled on a bi- level programming scheme. The optimization of the upper level determines the location and contract prices for the DG units, while the optimization model of the lower level is the utility reaction, which can choose to buy more or less energy to minimize its payments. A multistage formulation is also presented, taking into account a horizon of long-term planning. The bilevel programming problem is transformed into a mixed integer linear optimization problem of a sin- gle equivalent level, using the properties of duality and linearization techniques. The problem is modeled using the modeling language AMPL and solved using the commercial solver CPLEX. Simulations on two test systems, IEEE 34 bus and IEEE 85 bus, were performed. The results show the quality and validity of the proposed model / Doutor

Orientador: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Mariângela de Carvalho Bovolato / Banca: Félix Abrão Neto / Resumo: No mundo de hoje, conforme aumenta o interesse sobre fontes renováveis de energia, muitas pesquisas envolvem a busca de uma configuração eficiente para melhorar a distribuição desta energia e locá-las de uma maneira otimizada. A microrrede apresenta-se como uma alternativa para isto já que consiste em um sistema de energia de pequeno porte contendo vários consumidores e unidades geradoras distribuídas, possivelmente utilizando-se de diferentes fontes de energia, podendo ser considerada como um sistema independente operado através da interligação com o sistema principal de energia e que pode ser desconectada deste sistema sem maiores impactos, de acordo com a situação. Diante desta descrição as indústrias sucroalcooleiras também podem ser inseridas como um exemplo típico de microrrede permitindo assim uma diferente visão sobre como estas indústrias são afetadas pelo sistema principal de energia, mas, principalmente, como elas o afeta. Neste trabalho será visto alguns conceitos pertencentes à microrrede e alguns estudos que estão sendo realizados nesta área apresentando ferramentas que poderão comprovar que a indústria sucroalcooleira pode ser definida como uma microrrede / Abstract: Nowadays, with the interest increasing about sources that use renewable energy, many researches involve the search for an efficient configuration to improve the distribution of this energy and locate them with an optimized way. The microgrid is small power system that consists of several consumer's loads and small size distributed generation resources, possibly using different energy sources, and can be considered an independent system operated by interconnecting to the power distribution system and could be disconnected from this system without major impacts according to situation. In view of this description, the sugar-ethanol industries can also be inserted as a typical example of microgrid allowing a different view of how these industries are affected by the main system power, but especially how they affects it. In this study will be seen some concepts belonging to microgrid and some studies that are being done in this area, presenting tools that can demonstrate that the sugar-ethanol industry can be defined as a microgrid / Mestre

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000402243-Texto+Completo-0.pdf: 1172347 bytes, checksum: 06a261613601cbc3e17f4448e9898027 (MD5) Previous issue date: 2008 / This dissertation presents a methodology to deal with voltage and reactive power control in distribution systems based in a centralized control, which is represented for a cascading of Mamdani fuzzy controllers. This type of control used to be separated in two functions: voltage control and reactive control. However, in order to have efficiency of control on network, in a safe and economic way, it is need a coordination of control devices and reactive sources connected in the network, which is called volt/VAR Control. The methodology developed executes a coordination of devices of voltage control and reactive sources of medium voltage distribution networks, represented by under load tap changing, capacitor banks connected in substations and along of feeders and feeder voltage regulators. This is realized using the concept of dead band regulation, where is defined a voltage dead band where no control action is required, and devices for use are selected using a sensitivity relation between control devices and voltage in all network nodes. The effects of load models on voltage control and the impact of ring operation in medium voltage network are explored. The results and simulation analysis of two distribution system are presented, demonstrating the efficiency of the proposed approach. / Esta dissertação apresenta uma metodologia de controle de tensão e potência reativa de sistemas de distribuição baseada em um controle centralizado, composto por uma cascata de controladores fuzzy do tipo Mamdani. Este tipo de controle é filosoficamente separado em duas funções: o controle de tensão e o controle de reativos. Entretanto, para que haja eficácia do controle sobre a rede, de forma segura e econômica, é necessária uma coordenação dos dispositivos de controle de tensão e das fontes de reativos presentes na rede, a qual costuma ser referenciada como controle volt/var. A metodologia desenvolvida executa a coordenação dos dispositivos de controle de tensão e fontes de reativos de redes de distribuição de média tensão, que inclui os transformadores com mudança de tap sob carga – LTC, banco de capacitores localizados nas subestações e ao longo dos alimentadores e reguladores de tensão dos alimentadores. Isto é efetuado utilizando-se um conceito de faixa de regulação, onde é estabelecida uma banda morta de nível de tensão para que haja atuação dos controles, os quais são selecionados através da utilização de efetividades dos equipamentos de controle em relação à tensão nos nós da rede. São explorados os efeitos do modelo de carga sob o controle e o impacto de fechamento de malhas como opção de operação em redes de média tensão. São apresentados, ainda, os resultados e análises das simulações de dois sistemas de distribuição que demonstram a eficácia da proposta apresentada.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000389988-Texto+Completo-0.pdf: 1628766 bytes, checksum: 0481e3102065480e2e27ff32c794541a (MD5) Previous issue date: 2007 / In this dissertation a study on the application of mobile computation for support of operation and maintenance of electric energy distribution systems is carried out. Aspects that are used to support mobile computation, such as operational systems, programming languages, database and connections are tackled. Special attention is given to the Java Language due to its portability and integration aspects among J2ME (Java Micro Edition), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor) and Webservices. Two models of PDA (Personal Digital Assistent) are used to carry out comparative tests of connection, evaluating aspects of singular and concurrent connection with Bluetooth, Wi-Fi (Wireless Fidelity) and USB (Universal Serial Bus) cable, as well as tests of static and dynamic logical connection. Graphical performance and arithmetical operations with integer and real number routines are evaluated. Cases of network equipment description, asset management, support to information management and support to operation and maintenance are presented, describing the advantages of its use. To illustrate the use of mobile computing four applications were developed, which involve the topics of real time, forms, network editor and maintenance. Finally, the conclusions of the dissertation and subjects for future works are presented. / Nesta dissertação é realizado um estudo sobre a aplicação de computação móvel para suporte a ações de operação e manutenção de sistemas elétricos. São abordados aspectos relacionados a sistemas operacionais, linguagens de programação, banco de dados e conexões que são utilizados para suportar a computação móvel. Um maior enfoque é dado para à Linguagem Java, devido a sua característica de portabilidade e aos aspectos de integração entre o J2ME (Java Micro Edition), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor) e Web Server (Servidores Web). São realizados testes comparativos de conexão utilizando dois modelos de PDA (Personal Digital Assistent), avaliando aspectos de conexão singular e concorrente com Bluetooth, Wi-Fi (Wireless Fidelity) e cabo USB (Universal Serial Bus), bem como testes de conexão lógica estática e dinâmica. São também avaliados o desempenho gráfico e o desempenho com operações aritméticas através de rotinas de cálculo com número inteiros e reais. São apresentados casos de uso de cadastramento de redes, gestão de ativos, apoio ao gerenciamento de informações e tomada de decisão e suporte à operação e manutenção, descrevendo as vantagens da sua utilização. Para ilustrar a utilização foram desenvolvidas quatro aplicações que envolvem os tópicos de tempo real, formulários, editor de redes e manutenção. Finalmente, são apresentadas as conclusões da dissertação e temas para futuros trabalhos.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000403015-Texto+Completo-0.pdf: 1369362 bytes, checksum: 80f10cb0cad2240a06c6783c86c07472 (MD5) Previous issue date: 2008 / Forced outages are one of the most relevant elements of influence in the energy supply interruption and, thus, in the service quality. A correct identification of the causes that led to an outage become essential, once it provides a better way to allocate resources and investments to reduce problems in the electrical system, and, as a consequence, the improvement of reliability indices. To achieve this goal it is necessary to develop tools for the management, analysis and diagnostic of forced outage causes in the electric distribution system. This dissertation presents two methodologies to identify forced outage causes: a probabilistic model using Bayesian Networks, and an Artificial Neural Networks model. Initially, theoretical concepts and definitions required to understand Bayesian Networks and Artificial Neural Networks are presented, followed by a review on basic definitions of distribution system reliability and forced outage causes in the distribution system. After, are described training and validation steps of both forced outage cause identification methods. The knowledge base used for the network learning process was extracted from an event database provided by an electric utility. The knowledge discovery process comprised several stages, including one of data mining. This process turns the database into a more reliable and appropriate format, resulting in 8888 samples for construction, generation of the training and validation dataset of the proposed Bayesian Network and Neural Network models. Both heuristics were validated through the split-half method. The learning process of the Bayesian Network was done using the Expectation Maximization Algorithm, while for Neural Network was used Resilient back propagation learning algorithm, chosen specially because of its fast convergence and good performance. / Os desligamentos não programados são um dos fatores que mais contribuem para a interrupção do fornecimento de energia e, portanto, na qualidade do serviço prestado. Uma correta identificação das causas que originaram os desligamentos tornase cada vez mais indispensável para distribuir de forma mais eficaz os investimentos e recursos para a redução de problemas no sistema elétrico, trazendo como conseqüência direta destes investimentos a melhoria dos índices de confiabilidade. Dessa forma, torna-se necessário o desenvolvimento de ferramentas para gerenciamento, análise e diagnóstico de causas de eventos não programados que ocorrem nos sistema de distribuição das empresas. Nesta dissertação são apresentados dois métodos para identificação da causa de desligamentos não programados na rede de distribuição: um modelo probabilístico utilizando Redes Bayesianas e um modelo usando Redes Neurais Artificiais. Inicialmente é apresentada uma conceituação sobre aspectos teóricos fundamentais ao entendimento de Redes Bayesianas e Redes Neurais Artificiais, seguida de uma revisão sobre definições básicas acerca de confiabilidade e causas de desligamentos em sistemas de distribuição. Após, são descritas as etapas realizadas para treinamento e validação dos dois sistemas de identificação da causa de desligamentos não programados. A base de conhecimento utilizada para o aprendizado foi extraída de um banco de dados de eventos fornecido por uma concessionária de energia, cujo processo de extração de conhecimento consistiu em uma série de etapas, incluindo uma de mineração de dados. Esse processo tornou a base de dados mais confiável e adequada resultando em 8888 amostras para a construção, geração dos conjuntos de treinamento e validação dos modelos de Rede Bayesiana e de Rede Neural utilizados. Ambas heurísticas foram validadas através do método da prova bipartida (split-half method). O processo de aprendizagem da Rede Bayesiana foi realizado através do algoritmo de maximização da expectância (Expectation Maximization), enquanto que para a Rede Neural o algoritmo de treinamento escolhido foi o Resilient back propagation, devido as suas características de desempenho e velocidade de convergência.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000399883-Texto+Completo-0.pdf: 3019136 bytes, checksum: 52ab1de7127ad3dab3de4307543d5080 (MD5) Previous issue date: 2008 / In this dissertation it was developed a Decision Support System to analyze the effect of Demand Side Management (DSM) actions on energy systems. These actions are applied to different productive scenarios in which the customers of energy supply companies are inserted. The results obtained with the implementation of DSM actions are reflected in the typical load curves of customers, power stations, transformers, and feeders. Using Data Warehousing the developed system provides organized access to various databases where the information is stored. Other information handled by the system can be accessed in different formats and file types. As a final result it was produced a system that is able to be adapted to different actions and different productive scenarios. This was made possible through the use of the Object Orientation and UML (Unified Modeling Language) for the development of the system. It was also created a structured and normalized database allowing that modifications and extensions can be implemented in an easy way. / Na presente Dissertação foi desenvolvido um Sistema de Apoio à Decisão para subsidiar a análise dos resultados das ações de Gestão pelo Lado da Demanda de Energia (GLD), estas ações são aplicadas aos diversos cenários produtivos onde se inserem os clientes horosazonais das concessionárias de distribuição energia elétrica. Os resultados obtidos com a execução das ações GLD são refletidos nas curvas de carga típicas dos clientes, das subestações, transformadores de subestações e alimentadores. Para tanto, o sistema desenvolvido estabelece acesso organizado aos diversos bancos de dados onde são armazenadas as informações para tanto, isto foi feito através do Data Warehousing. Outras informações, para o mesmo fim, podem ser encontradas sob diversos formatos e tipos de arquivos. Como resultado final produziu-se um sistema com a capacidade de adequar-se à dinamicidade concernente às ações de GLD e aos cenários produtivos, o que foi possível em função do projeto desenvolvido com a utilização da Orientação a Objetos com a UML para a confecção do código-fonte do mesmo. Para tanto, também foi criado um banco de dados estruturado e normalizado aderente à mencionada dinamicidade.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412367-Texto+Completo-0.pdf: 787019 bytes, checksum: 03a6312b4b2842e6cdfc928ff5fbb9ec (MD5) Previous issue date: 2009 / This dissertation tackles the management of reactive power in distribution systems using the concept of centralized control of power factor as a DMS (Distribution Management System) function. The methodology developed uses two fuzzy controllers in cascade with the purpose to coordinate the operation of capacitor banks and synchronous generators in the medium voltage distribution network. The aim is to ensure an adequate range of power factor and reactive power, using as control variables the power factor violation, the sensitivity of the equipment and the positions of control devices. The methodology was implemented in Matlab using the fuzzy logic toolbox. The voltage control is treated as a local controller and it is provide for voltage regulators and under load tap change transformer. Power factor violations, voltage levels and overloads are monitored for a power flow routine. The results and analysis of simulations of two distribution tests systems showed the effectiveness of the proposed model to maintain the operational limits within ranges suitable for both the electric utility and costumers. / Esta dissertação aborda o gerenciamento de potência reativa em sistemas de distribuição, utilizando o conceito de controle centralizado de fator de potência como uma função do DMS (Distribution Management System). A metodologia desenvolvida utiliza dois controladores fuzzy em cascata para coordenar a operação de bancos de capacitores e geradores síncronos existentes na rede de distribuição de média tensão, com o objetivo de assegurar uma faixa adequada de fator de potência e potência reativa, utilizando como variáveis de controle a violação do fator de potência, a sensibilidade dos equipamentos e a posição dos dispositivos de controle. A metodologia foi implementada no toolbox de lógica fuzzy do Matlab. O controle de tensão foi realizado de forma local pelos reguladores de tensão e pelo transformador com mudança de tap da subestação. As violações de fator de potência e os níveis de tensão e carregamento são verificados por uma rotina de fluxo de potência. São apresentados os resultados e análises das simulações de dois sistemas testes de distribuição que demonstraram a eficácia do modelo proposto para manter os limites operacionais dentro de faixas adequadas tanto para a concessionária de energia como para os consumidores.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000402192-Texto+Completo-0.pdf: 9176578 bytes, checksum: 2a1b0695bcdab809f18f32475e33755c (MD5) Previous issue date: 2008 / This work is focused on research, modeling and computational implementation of new sources of distributed generation aiming to analyze the dynamic behavior, transient and the voltage profile of each source, through simulations, in order to ensure stability of operation and safety. Three dynamic models are developed to study the operation of these sources, in a Matlab/Simulink environment. The system under analysis consists on a microgrid composed of a fuel cells group and gas microturbines, using the synchronous permanent magnets machine and asynchronous machine as generator. The analysis of results is based on three different scenarios of simulation. In the first scenario, is performed a static simulation where is analyzed the voltage behavior for different loads and from this analysis is defined the limit of operation of each source. In the second one is simulated a power step to each source operating alone and, an increase of load when the three sources operate together, in parallel, linked to a distribution network. In the third one, the sources of distributed generation are connected to a small distribution system, which can be represented by an infinite bus, and the occurrence of shortcircuit is simulated considering, each source operating together with the distribution network, as well as the three sources together. The voltages profile, currents and electrics power of all the buses of the system modeled are analyzed in order to evaluate the operation and performance of each source operating in isolation form, as well as the impact of the sources of Distributed Generation operating together with the distribution network. / A proposta deste trabalho está centrada na pesquisa, modelagem e implementação computacional de novas fontes de geração distribuída visando analisar o comportamento dinâmico, transitório e do perfil da tensão de cada uma das fontes, através de simulações, de forma a assegurar uma operação estável e segura. Para o estudo da operação destas fontes, é desenvolvido um modelo dinâmico, em ambiente de Matlab/Simulink, de uma microrede composta por um grupo de células combustíveis e de microturbinas a gás utilizando máquinas síncrona a imãs permanentes e assíncrona como gerador. A análise dos resultados é baseada em três diferentes cenários de simulação. No primeiro cenário é realizado uma simulação estática onde é analisado o comportamento da tensão para diferentes carregamentos e, a partir desta análise é definido o limite de operação de cada fonte. No segundo cenário, é simulado um degrau de potência a cada fonte operando isoladamente e um incremento de carga quando as três fontes operam juntas, em paralelo, ligadas a rede. No terceiro cenário, as fontes de geração distribuída são conectadas a um pequeno sistema de distribuição, que pode ser representado por um barramento infinito, e é simulado a ocorrência de um curto-circuito considerando, nesta situação, cada fonte operando junto com a rede de distribuição, como também, as três fontes juntas. Então, são analisados o perfil das tensões, correntes e potências de todas as barras do sistema modelado de forma a avaliar a operação e o desempenho de cada fonte operando de forma isolada, bem como o impacto das fontes de Geração Distribuída operando em conjunto com a rede de distribuição.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000422849-Texto+Completo-0.pdf: 6410464 bytes, checksum: ccd93368032fc92429c59317d9dbf9fe (MD5) Previous issue date: 2010 / This study proposes structural characterization, by means of mechanical tests, of the in service eucalyptus poles used in the electric network. The static bending tests were performed in a field test area constructed according to NBR 6231 (ABNT, 1980) and American ASTM D 1036 (1990) while the parallel fiber compression tests where made according to NBR 7190 (ABNT1997). The mechanical properties, density and moisture along the length of three new poles of different species were also evaluated, taking in account the amount of heartwood and sapwood present in the specimens. Correlations between the compression and bending tests were obtained taking into account different density ranges. The results indicated that the amounts of heartwood and sapwood in the specimens affect the mechanical properties especially if specimen is composed of only one of these components. It was possible to find the species which are more suitable to poles manufacture. In addition, compression tests performed either in service or new poles, bent or not, are similar for the specimens in the same density range. The established correlations are useful to obtain an estimation of the mechanical properties of the poles with the advantage of to be a not completely destructive test as bending test. / Este estudo propõe a caracterização estrutural, por meio de ensaios mecânicos, de postes de eucalipto em serviço usados na rede elétrica. Os testes de flexão estática foram realizados em uma área de teste em campo construída de acordo com a NBR 6231 (ABNT, 1980) e ASTM D 1036-americanos (1990), enquanto os testes de compressão paralela as fibras foram feitos de acordo com a NBR 7190 (ABNT1997). As propriedades mecânicas, densidade e umidade ao longo de três postes novos, de diferentes espécies de eucalipto, também foram avaliadas, levando em conta a quantidade de cerne e alburno presentes nas amostras. Correlações entre os ensaios de compressão e flexão foram obtidos considerando-se a as diferentes faixas de densidade da madeira. Os resultados indicaram que a quantidade de cerne e alburno nas amostras afeta as propriedades mecânicas, especialmente se o corpo de prova for composto de apenas um desses componentes. Foi possível encontrar, dentre as espécies, a mais adequada para a fabricação poste. Além disso, ensaios de compressão realizados tanto em postes em serviço como novos, flexionados ou não, indicaram propriedades mecânicas semelhantes quando classificados na mesma faixa de densidades. As correlações estabelecidas são úteis para obter uma estimativa das propriedades mecânicas dos postes com a vantagem de ser um teste semi destrutivo, ao contrário dos testes de flexão.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000432912-Texto+Completo-0.pdf: 2813510 bytes, checksum: 27b10f4f1f0b16b235f92d08fc568d03 (MD5) Previous issue date: 2011 / This study aims to evaluate a commercial equipment for inspection of wood poles in service in the distribution network of electric power, based on measurements of physical properties (moisture and density). The results were compared with the traditional method of inspection (non-instrumental) based on visual inspection, on acoustic and solid waste removed from the interior of the pole, and on the destructive bending tests performed according to standard NBR 6231, for poles previously inspected and removed from service. Through the data analysis it was possible to assess the degree of assertiveness of the instrumental method and to indicate the technical feasibility of its use in routine maintenance of these structures by electrical companies. / Este trabalho tem por objetivo avaliar um equipamento comercial para a inspeção instrumental de postes de madeira em serviço na rede de distribuição de energia elétrica, baseado em medidas de propriedades físicas (umidade e densidade). Os resultados obtidos foram comparados com o método tradicional de inspeção (não instrumental), baseado na verificação visual, acústica e de resíduos sólidos retirados do interior do poste; e com os testes destrutivos de flexão executados segundo a norma NBR 6231 para postes previamente inspecionados e retirados de serviço. Através da análise dos dados foi possível avaliar o grau de assertividade do método instrumental, bem como indicar a viabilidade técnica de seu uso na rotina de manutenção dessas estruturas pelas empresas do setor elétrico.