Esse trabalho tem por objetivo aprimorar a principal atividade das empresas de distribuição no que diz respeito ao combate às perdas comerciais: as inspeções em campo às unidades consumidoras (UCs). Para tanto, é feita a proposição de um método para identificar quedas de consumo atípicas dentro do universo de faturamento de UCs de uma concessionária de energia elétrica. A proposta está fundamentada na análise dos registros históricos de consumo, de modo que os dados considerados atípicos possam ser indicados e as UCs ranqueadas de acordo com a prioridade para as inspeções em campo. Para tanto, propõe-se a utilização combinada de técnicas de previsão de demanda e de estatísticas robustas. A validade do método foi verificada através de um estudo de caso em uma empresa de distribuição de energia elétrica do sul do Brasil. Através do estudo de caso, concluiu-se que o método é capaz de identificar quedas de consumo atípicas, tendo identificado satisfatoriamente 89,38% dos casos avaliados. Ao final do trabalho, são apresentadas sugestões de estudos complementares, de modo a aperfeiçoar o desempenho do método. / This study aims to enhance the main business of distribution companies regarding to the efforts to avoid non-technical losses, that means, field inspections at the consumer units (CUs). For that, the proposition of an algorithm to identify atypical consumption falls within the universe of PAs billing of an electric facility is made. The proposal is based on the analysis of historical records of consumption, so that the data which are considered atypical can be indicated and the CUs ranked according to their priority for inspections in the field. Combined techniques of demand forecasting and statistics robust are proposed. The validity of the algorithm was verified through a case study in an electric power distribution facility in southern Brazil. Through the case study, it was concluded that the algorithm is able to identify atypical consumption falls, and satisfactorily 89.38% of the cases was identified. At the end of this paper, suggestions for further studies in order to improve the performance of the algorithm are presented.

Neste trabalho apresentar-se-à um novo método para a localização de faltas em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica. Este combina duas técnicas, uma baseada na Impedância Aparente e outra nas Ondas Viajantes. A técnica de localização por impedância aparente utiliza o sinal armazenado pelo relé, analisando-o na sua frequência fundamental. O resultado desta análise é a estimativa da distância da falta. Esta representa a distância elétrica desde o rele até a falta, o que em sistemas de distribuição radiais, com laterais, pode gerar mais de uma resposta como certa. A técnica das ondas viajantes é utilizada para a localização da seção faltosa utiliza os sinais de alta frequência presentes no sinal. O resultado desta análise é a estimativa da seção onde ocorreu a falta. Assim, estas duas técnicas complementam-se para fornecer a posição da falta. / This work presents a new hybrid method to Fault Location in Power Distribution Systems. This work combines two techniques, one based on Apparent Impedance and the other based on Traveling Waves. Apparent Impedance based methods use the signals stored in the relay. That signals are analyzed in their fundamental frequency. It is obtained as result the distance from sub-station to the fault. This distance represents the electrical distance from the sending end to the fault, but in Power Distribution Systems with several laterals these fault location could be more than one. The Traveling waves method use the high frequencies presents in faulted signals. Obtain with this the faulted section. Thus both techniques are complements, resulting in only one distance to the fault point.

As metodologias de análise de curto-circuito aplicadas a sistemas elétricos de potência apresentaram uma considerável evolução ao longo do último século e foram desenvolvidas inicialmente para o estudo de faltas em sistemas de transmissão de energia elétrica. Estes sistemas possuem características equilibradas e utilizam o método de componentes simétricas para a estimativa do estado do sistema no período durante a falta. O emprego deste método para a determinação das correntes de cur-tos-circuitos em sistemas desequilibrados, por requerer simplificações e considera-ções que viabilizem sua aplicação, incorre em erros que crescem com o aumento do grau de desequilíbrio dos sistemas. Para o estudo de faltas em sistemas de distribui-ção de energia elétrica, que são inerentemente desequilibrados, a aplicação do mé-todo de componentes de fase permite a obtenção de resultados mais precisos, pois considera modelos que representam o desequilíbrio do sistema. Este trabalho apre-senta um estudo analítico e numérico que analisa a influência dos desequilíbrios e da resistência de falta no cálculo das correntes de curtos-circuitos em sistemas de distri-buição empregando o método de componentes de fase, que constitui atualmente o estado da arte para o estudo de faltas nestes sistemas. A partir de um sistema de dis-tribuição simplificado, modelado com matrizes de impedâncias e admitâncias trifási-cas, calculadas na frequência fundamental do sistema, é apresentada uma equação matricial generalizada, que determina a corrente de falta que flui por uma impedância de falta, para uma dada condição faltosa. A equação proposta é analisada analítica e numericamente para o caso de faltas fase-terra. Simulações numéricas de estudos de caso em um sistema sem laterais ou cargas intermediárias, considerando diferentes graus de desequilíbrios e resistências de falta, apresentam resultados que quando comparados com os resultados para um sistema idealmente equilibrado mostram a influência que o efeito do desequilíbrio possui na determinação das correntes de curtos-circuitos e ratificam a contribuição do estudo proposto. / The approaches to short-circuit analysis of electric power systems have con-siderably improved over the last century. They were initially developed to study faults in electric power transmission systems, that have balanced characteristics and the symmetrical component method is used. As the use of this method to determine short-circuit currents in unbalanced systems requires simplifications and considera-tions to suit its application, it incurred a error increase as the systems unbalance de-gree grows. The phase components method allows more accurate results for faults study in electric power distribution systems which are inherently unbalanced as it takes into consideration models that represent the systems unbalance. Therefore an analytical and numerical study that analyses imbalance and fault resistance influence over short-circuits currents calculation in distribution systems is discussed in this work. The currently state-of-the-art method, phase components, is used to calculate faults in unbalanced systems. From an elementary distribution system modeled with three-phase impedances and admittances matrices, it is presented a general matrix equation that expresses the fault current that flows through a fault impedance due to certain fault conditions. The resulting equation is analytically and numerically ana-lysed for this fault type. Numerical simulations of a system with no lateral or inter-mediate loads, considering different imbalance degrees and fault resistances, gener-ate results that compared to the results of an ideally balanced system show the influ-ence of the systems unbalance on the fault.

No novo contexto do setor elétrico brasileiro, as concessionárias passam a ter uma nova postura quanto à gestão. A energia elétrica, como produto, como negócio, deve levar lucro às empresas concessionárias. Começam a dar mais importância aos custos, entendendo que vários aspectos técnicos devem ser analisados, visando reduzir perdas substanciais. Assim sendo, o transformador de potência assume uma posição destacada, considerando sua posição estratégica no sistema elétrico, fundamental no processo de transporte e entrega de energia elétrica. Por este motivo vem despertando o interesse no desenvolvimento de estudos e pesquisas no sentido de aumentar sua vida útil. O método de Análise da Resposta em Frequência da impedância do transformador permite obter a “assinatura” do mesmo, a fim de verificar futuras degradações. Este método é adotado por várias empresas em todo o mundo, há mais de três décadas. Embora sua ampla aplicação entre muitas técnicas utilizadas na monitoração e análise de falhas em equipamentos, até agora não houve consenso na interpretação dos resultados obtidos por este método. A dificuldade de correlacionar parâmetros com prováveis falhas tem suscitado pesquisas para obtenção de resultados confiáveis e de interpretação fácil. Este trabalho objetiva determinar um modelo elétrico que represente a característica da resposta em frequência para fins de armazenamento de dados e simulações. A partir de dados reais do teste de resposta em frequência da impedância inseridos no modelo proposto, através de um programa computacional, foi verificada a confiabilidade nas respostas obtidas, comparadas com as reais. Os resultados obtidos asseguram que o modelo proposto é viável de ser aplicado. / In the new context of the Brazilian electric industry, the electric power provider companies have adopted a new administration posture. The electric power, as a product and business, should make the companies profitable. They have been paying more attention to the costs, .learning that many technical aspects should be analyzed in order to reduce substantial losses. Therefore, the power transformer takes an outstanding position, considering its strategic position in the electric system and being essential in the process of transport and delivery of the electric power. For this reason, there has been an interest in the development of studies and research in order to increase its useful life. The method of Frequency Response Analysis of impedance of the power transformer permits to obtain reference parameters of this one, in order to verify future degradations. This method has been adopted by many companies throughout the world for over three decades. Despite its wide application among several techniques used in the supervision and analysis of faults of equipments, there has been no consensus in the interpretation of the results obtained by this method so far. The difficulty of correlating the parameters with probable faults have increased research in order to obtain reliable results and of easy interpretation. This study aims to determine an electric model that represents the characteristic of the frequency response in order to store data and simulations. Starting from the real data of the FRA test inserted in the proposed model through a computer program, the reliability of the obtained responses were verified and compared with the real data. The obtained results assure that the proposed model is viable and can be applied.

Apesar do crescente desenvolvimento das metodologias de localização de faltas fundamentadas na impedância para sistemas de distribuição de energia elétrica nas últimas décadas, alguns aspectos ainda carecem de progressos, especialmente frente à crescente necessidade de aumento da qualidade da energia elétrica entregue aos consumidores. Um destes aspectos diz respeito à consideração da capacitância das linhas de distribuição, efeito nunca dantes considerado para este fim pelas metodologias baseadas em impedância aparente. Assim sendo, o presente trabalho apresenta novos desenvolvimentos relativos à consideração do efeito capacitivo para as metodologias de localização de faltas fundamentadas na impedância para sistemas de distribuição de energia elétrica. O principal desenvolvimento apresentado é um novo equacionamento para fins de localização de faltas, que torna necessária a apresentação de outro desenvolvimento, o de um algoritmo de localização de faltas que considere a capacitância da linha. As novas equações são apresentadas para todos os tipos de faltas e constituem-se de equações polinomiais de segunda ordem em relação ao local da falta. De forma a entender a resposta destas equações frente a diferentes casos de faltas e determinar qual a solução fisicamente correta destas equações, as mesmas são analisadas sob três pontos de vista, a saber, matemático, físico, e numérico. Inicialmente estas equações são analisadas de forma analítica considerandose faltas em um mesmo local, mas com resistências diferentes. Posteriormente a mesma análise é realizada numericamente através de simulações computacionais. Os desenvolvimentos propostos são também submetidos a testes de faltas, simuladas computacionalmente em um sistema sem laterais ou cargas intermediárias. Os resultados obtidos são comparados frente a resultados obtidos também para outras metodologias que constituem atualmente o estado da arte em localização de faltas fundamentada na impedância para sistemas de distribuição de energia elétrica. Através destes resultados é possível mostrar a grande influência que o efeito capacitivo possui nestas metodologias, mesmo em sistemas aéreos de distribuição, e elucidar as grandes melhorias obtidas através dos desenvolvimentos propostos. / Despite the increasing development of impedance-based fault location techniques for electric power distribution systems in the last decades, some aspects still require to progress, especially with the increasing necessity of power quality enhancement. One of these aspects regards to the distribution line shunt admittance consideration, effect that has never been considered before by the impedance-based fault location methods for power distribution systems. In this way, this work presents further improvements regarding the capacitive effect consideration for impedance-based fault location methods for power distribution systems. The main improvement presented is the development of new fault location equations, which yield the necessity of another improvement, a modified fault location algorithm that also considers the line shunt admittance. The new equations are presented for all fault types and are constituted by second-order polynomials in relation to the fault location. In order to understand the response from these equations regarding different fault situations and determine which solution is the physically feasible one, these equations are analyzed from three different points of view, i.e., mathematical, physical, and numerical. First, the developed equations are analytically analyzed considering faults in one location with different fault resistances. After, the same analysis is numerically carried out through computational simulations. The performance of the proposed improvements are also evaluated through computational simulations of faults in a power distribution system without laterals or intermediate loads. The obtained results are compared with results from the current state-of-the-art impedance-based fault location methodologies for power distribution systems. Through these results it is possible to show the great effect that the line shunt admittance, even in aerial distribution systems, has on the existing fault location methodologies and also the great improvements brought by the proposed developments.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2008 / Bibliografia: f. 87-90 / Com o advento do Novo Modelo do setor elétrico, instituído em 2003, foram criadas regras para a comercialização da energia no setor elétrico nacional. De acordo com a nova regulação, os distribuidores deverão contratar energia para atender a 100% do merca / The New Model of Electric Power Sector in Brazil, implemented in 2003, introduced new rules for the sale and purchase of energy. One of the basic principles that the distribution agents have to follow is the obligation to contract out one hundred percent

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2005 / Inclui bibliografia / O planejamento da expansão dos sistemas de distribuição de energia elétrica é um problema relevante para as empresas distribuidoras de energia. Neste caso o problema pode ser formalizado para minimização os custos de expansão do sistema com foco na constr / The expansion planning of electric energy distribution systems is a matter of huge importance for companies that offer that service, have in one mind that this problem can be formalized to decrease the costs of expansion of the system with focus on the co

Este trabalho apresenta um modelo para alocação e dimensionamento ótimo da geração distribuída em sistemas elétricos de potência. Com o objetivo de minimizar o custo da concessionária devido as perdas ativas e desvios de tensão em regime permanente, ambos foram transformados em valores monetários utilizando a normativa existente no Brasil. O problema de otimização considera uma curva de carga de 24 níveis com o intuito de simular uma curva de carga diária em intervalos de uma hora. Foram considerados limites de tensão de cada barra e corrente máxima em cada trecho do alimentador. O fluxo de potência foi estimado através do algoritmo clássico de Newton Raphson. A alocação da geração distribuída, a qual é considerada em mais de um local do alimentador, é tratada como uma variável binária no modelo desenvolvido. O modelo de otimização não-linear inteira mista é escrita mediante um algoritmo em Matlab na linguagem GAMS e enviado para o servidor de otimização NEOS e solucionado pelo solver KNITRO. O resultado é a obtenção do valor dos custos evitados para a concessionária facilitando o diagnóstico para a tomada de decisões. Por fim para verificação do método, realiza-se um estudo de caso em um sistema de distribuição de 33 barras da IEEE, sendo os resultados analisados e discutidos. / This work presents a model for optimal distributed generation sizing and allocation in power systems. The main objectives are to reduce costs for the power distribution company by power losses and compensation for voltage levels violation, both are converted in monetary values based on the Brazilian normative. The optimization problem considers a load curve with 24 levels to simulate one day in intervals of one hour. Also the model considers voltage limits for each bus and maximum currents for every line in the feeder. The power flow was formulated by the classical Newton Raphson theory. The distribution generation allocation is modeled as binary variables and can be allocated in more than one bus in the feeder. The mixed integer nonlinear model is written by a Matlab algorithm in GAMS language and solved by KNITRO through NEOS solver for optimization. The model was tested using the IEEE 33 buses, and the results were evaluated and discussed. The model lets power distribution companies reduce operational cost and penalties with optimal placement and sizing of distributed generation.

O mercado das distribuidoras de energia elétrica é composto por consumidores cativos, especiais potencialmente livres e potencialmente livres. Neste trabalho, considera-se consumidores cativos aqueles com demanda menor que 500kW, especiais potencialmente livres aqueles com demanda igual ou superior a 500kW e menor que 3MW e potencialmente livres aqueles com demanda igual ou superior a 3 MW. De acordo com a Lei no 9427 de 1996, consumidor especial é qualificado segundo o critério de demanda contratada, ou seja, com demanda igual ou superior a 500 kW. Esse consumidor tem a alternativa de migrar para o mercado livre, desde que adquira energia somente de fontes incentivadas, como, pequenas centrais hidroelétricas, eólicas, biomassa e solar. Esta alternativa de migração resulta em uma fonte de incerteza nos estudos de mercado da distribuidora e, consequentemente, no volume de energia a ser adquirida para atendimento de seu mercado. A metodologia tradicional de projeção de mercado de energia elétrica da classe industrial não considera o consumidor especial de forma explícita. Neste sentido, o presente trabalho apresenta uma metodologia para projeção de mercado da classe industrial a longo prazo, considerando os consumidores especiais. Para avaliar o efeito desta migração sobre o mercado das distribuidoras foi construído um modelo de simulação, que contempla a decisão dos consumidores especiais. Com base no modelo proposto, são apresentados cenários de projeção de mercado, que comprovam a necessidade de considerar os consumidores especiais de forma explícita nos estudos de mercado e os efeitos na evolução do mercado das distribuidoras. / The market for power utilities consists of captive consumers, special potentially free and potentially free. Here, one considers captives consumer, those with less than 500kW demand, special potentially free, those with demand greater than or equal to 500kW and less than 3 MW, and potentially free, those with demand greater than or equal to 3 MW. According to Law n. 9427 of 1996, special consumer is qualified according to the contracted demand criteria with demand equal to or greater than 500 kW. This consumer has the option to migrate to the free market, provided that they acquire energy only from encouraged sources, such as small hydropower, windpower, biomass power and solar power. This alternative of migration leads to an uncertainty in the power utilities market research and, consequently, in the amount of energy to be purchased to supply their market. The traditional methodology of forecasting the market the electrical energy for industrial class does not consider the particular consumer explicitly. In this sense, this work presents a methodology for forecasting the market for industrial class long-term, considering the special consumers. In order to evaluate the effect of migration on the distribution market, a simulation model was built, which includes the decision of the special consumers. Based on the proposed model, one presents scenarios of market forecasting, establishing the need to consider the special consumers explicitly in power utilities market research and its effects on evolution of market distribution.

Este documento apresenta uma metodologia analítica adaptativa para localização de faltas baseada na estimativa da impedância para sistemas de distribuição ativos. A metodologia proposta combina a informação fornecida por dispositivos eletrônicos inteligentes alocados na subestação principal e nos terminais de cada unidade de Recurso Energético Distribuído (do inglês Distributed Energy Resources - DER), o conhecimento da topologia da rede e os seus parâmetros para estimar a localização da falta. A característica adaptativa é dada pelo uso de modelos elétricos lineares para considerar o efeito das DER conectadas à rede, quando a informação fornecida pelos Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (do inglês Intelligent Electronic Devices - IED) não é disponível. Adicionalmente, uma estratégia baseada na técnica Ladder é desenvolvida para estimar a contribuição de corrente desde as DER até o ponto de falta. Esta estratégia permite considerar vários geradores conectados e seus diferentes modos de operação. A metodologia proposta foi validada com o sistema IEEE 34 barras. Este sistema foi modelado no Alternative Transients Program (ATP) e modificado pela inserção de várias unidades DER. A metodologia proposta foi validada em vários cenários. Estes cenários avaliam o efeito da distância até a falta, resistência da falta, incerteza na carga, nível de penetração de DER, número de geradores conectados e erros nas medidas ou na estimação dos parâmetros das DER quando seus modelos forem utilizados. Para estas considerações, o desempenho da formulação proposta é satisfatório, apresentando erros menores do que 3%. / This document presents an adaptive analytical impedance-based fault location methodology for active distribution systems. The proposal combines information provided by Intelligent Electronic Devices (IEDs) located in the substation, each Distributed Energy Resources units terminal, the knowledge of the network topology as well as its parameters to estimate the fault location. Its adaptive feature is given by the use of linear analytical equivalent models to consider of DER effect in case the information provided by a local IED is not available. Additionally, a ladder-based technique is proposed to estimate the current contribution from of DER to the fault point. This process allows considering several DER connected and their different operation modes. The proposed methodology is validated on the IEEE 34-node test feeder. This system is modeled on ATP/EMTP and modified with the insertion of several DER units. The methodology is validated by considering several scenarios. These scenarios evaluate the effect of fault distance, fault resistance, load variation, DER penetration level, numbers of DERs connected and errors in the DER parameters. For these considerations, the proposed methodology performance is satisfactory, presenting fault location errors below 3%.