Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Antonio Marcos Cossi / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Walmir de Freitas Filho / Banca: José Antonio Domínguez Navarro / Resumo: O objetivo principal deste projeto é o desenvolvimento de metodologias que indiquem os custos reais de determinados serviços ancilares de geradores distribuídos, e como podem contribuir, com estes serviços, para melhoria da qualidade do fornecimento de energia na distribuição, subtransmissão e até transmissão. Estas metodologias deverão fornecer os custos destes serviços, bem como os benefícios para o sistema elétrico, além de identificar quem e quanto oferece de cada serviço para a operação segura e dentro dos procedimentos preestabelecidos. Para o desenvolvimento dos algoritmos de solução são considerados dois tipos de geração distribuida: geradores distribuídos com variabilidade da fonte primária de energia mínima ou desprezível (microturbinas a gás, pequenas centrais hidrelétricas, geradores em usinas de açúcar e álcool, etc.), e geradores distribuídos que tem forte dependência das variações da fonte primária de energia (principalmente turbinas eólicas e sistemas fotovoltaicos). Este último grupo de geradores precisa de considerações mais elaboradas que incluam as incertezas na geração de energia. Este assunto é tratado através de Simulações de Monte Carlo, Cadeias de Markov e Lógica Fuzzy. Através das Simulações de Monte Carlo são realizados fluxos de potência probabilísticos em múltiplos cenarios, enquanto que com as Cadeias de Markov e a Lógica Fuzzy são descritas as séries de tempo relacionadas com a geração de potência ativa dos geradores distribuídos. Também sãoconsiderados vários objetivos a serem otimizados através de técnicas multiobjetivo, observando principalmente as perdas de potência nas linhas do sistema, os custos de geração dos geradores distribuídos e a estabilidade de tensão ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main objective of this project is to develop methodologies to indicate the real costs of certain ancillary services when they are delivered by distributed generators, and how they can contribute, with these services, to improve the quality of power supply in distribution, subtransmission and even transmission systems. These methodologies should provide the costs of these services and benefits to the electrical system as a whole, and they should also identify who and how much of each service provides for the safe operation and within the pre-established procedures. Two types of distributed generation are considered for the development of solution algorithms: distributed generators with minimal or negligible variability of the primary energy source (gas micro-turbines, small hydroelectric plants, generators in sugar and alcohol plants, etc.), and distributed generators that have strong dependence on variations of the primary energy source (mainly wind turbines and photovoltaic systems). This latter group of generators need more elaborate considerations to include the uncertainties in power generation. This matter is addressed through Monte Carlo Simulations, Markov Chains and Fuzzy Logic. Through Monte Carlo Simulations probabilistic power flows in multiple scenarios are performed, while with Markov Chains and Fuzzy Logic the time series related to the active power generation of distributed generators are described. Several objectives are also considered to be optimized by multi-objective techniques, noting particularly the power losses in the lines of the system, generation costs of distributed generators and voltage stability of the system. The ancillary services considered in this work are reactive power support, reserves for frequency control and secondary frequency control. Reactive power support... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Carlos Alberto Castro Júnior / Resumo: O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma formulação linear inteira mista (equivalente à formulação não linear inteira mista) para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão ao longo dos alimentadores primários de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais, com o objetivo de melhorar o perfil da magnitude de tensão, reduzir as perdas de potência ativa da rede e a minimização dos custos de instalação dos equipamen-tos. Na formulação proposta, o cálculo do ponto de operação em regime permanente de um sistema de distribuição radial é modelado matematicamente usando expressões lineares. O uso de um modelo de programação linear inteira mista garante a convergência para a solução óti-ma usando ferramentas de otimização clássica existentes. Os sistemas testes de 70-, 136-, 202- e 400-nós são utilizados para mostrar a precisão do modelo matemático, assim como também a eficiência da técnica de solução proposta para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão em um sistema de distribuição radial / Abstract: This work shows the development of a mixed integer linear formulation to solve the voltage regulators allocation problem in radial electrical distribution systems, with the goal of improving the voltage magnitude profile, reducing the active power losses and mini-mizing the investment cost. In the proposed formulation, the steady-state operation point of the radial distribution system is modeled through linear expressions. The use of a mixed-integer linear formulation guarantees convergence to optimality using existing optimization software. The 70-, 136-, 202- and 400-node test systems are used in order to show the accura-cy of the mathematical model as well as the efficiency of the proposed solution technique to solve the allocation problem of voltage regulators in a radial distribution system / Mestre

Orientador: Francisco Villarreal Alvarado / Coorientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Banca: Lina Paola Garces Negrete / Resumo: O problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica a longo prazo é um importante problema de otimização do campo do planejamento de sistema elétricos de potência. Trata-se de um problema cujo modelo matemático é um problema de programação não linear inteiro misto com a complexidade adicional de que é um problema não convexo e com característica de apresentar o fenômeno da explosão combinatória quando cresce as alternativas de expansão. O processo de resolução consiste basicamente nas escolhas de circuitos, dentro de um conjunto pré-definido, donde o candidato a ser incorporado ao sistema deverá apresentar resultados positivos no que tange a minimização do custo de investimento e operação e, além disso, deve atender a demanda de energia futura ao longo de um horizonte de planejamento com confiabilidade, assumindo como conhecido o plano de geração. Devido a complexidade do problema tem-se tentado aplicar todas as técnicas de otimização para auxiliar na tentativa de resolução. Sendo estas técnicas classificadas em três grandes grupos: técnicas de otimização clássica, técnicas heurísticas e técnicas metaheurísticas. Neste trabalho apresenta-se uma nova forma de resolução, oriunda do grupo , denominada Busca em vizinhança variável (VNS). O VNS é uma metaheurística recente que explora basicamente a ideia de mudança sistemática de estruturas de vizinhança no espaço de soluções durante o processo de busca para encontrar soluções ótimas locais e para sair desses ótimos locais. Esta técnica de solução oferece novas alternativas de solução, comparado com os diversos tipos de metaheurísticas já utilizadas na literatura, apresentando excelentes resultados com baixo esforço computacional. Os algoritmos utilizados são apresentados e detalhados a sua forma de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The expansion planning problem of the power electrical transmission system to long term is an important problem of optimization of power electrical system fields. It refers to a problem whose mathematical model is a non-linear whole mixed program problem with additional complexity is a non-convex problem and presents the feature of the combinatorial expansion when grows the expansion alternatives. The reduction process is just choices of circuits in a pre-defined array where the candidate, which should be incorporated to the system, should have positive minimization cost of investment and operation and should support the future energy demand along of a reliable horizon of planning to a known generation plan. In the past, many optimization methods were tested to search the best solution due the problem complexity. These methods can be classified by: classical optimization methods, heuristic methods and meta-heuristic methods. However, in this work is presented a new approach of solution based on the method of Variable Neighborhood Search (VNS). The VNS is a modern meta-heuristic uses a systematic change of neighborhood structures over solution space during the search procedure of optimal local solutions and to go out from local optimum. Thus, this approach provides new alternatives of solution in comparison with other meta-heuristic methods previously found at the literature. Additionally, the new approach presents excellent results with low computational cost. In summary, the used algorithms are showed and the adaptation mode to the planning problem of the power electrical transmission system is described. This adaptation considers two traditional mathematical models: Transport and DC models. Lastly, it was performed tests with the bars/paths IEEE system, the bars/paths south Brazilian system and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Antonio César Balleiro Alves / Resumo: A presente pesquisa considera a análise teórica e a implementação computacional do algoritmo Dual Simplex Canalizado especializado na reotimização eficiente dos subproblemas gerados pelo algoritmo Branch and Bound para resolver problemas de Programação Linear Inteiro Misto. Juntamente com estes algoritmos é implementado o algoritmo Primal Simplex Canalizado para resolver o problema de Programação Linear inicial resultante do problema Programação Linear Inteiro Misto após desconsiderar a restrição de integralidade das variáveis. Estes algoritmos, adequadamente analisados e sistematizados são implementados através da linguagem computacional FORTRAN 77 e empregados no Planejamento da Expansão de Sistemas Transmissão modelados através do Modelo de Transportes que resulta em um problema de Programação Linear Inteiro Misto. / Abstract: This research considers the theoretical analysis and computational implementation of the Dual Simplex algorithmfor Bounded Variables specializes in efficient re-optimization of sub-problems generated by the Branch and Bound algorithm to solve Mixed-Integer Linear Programming problems. Along with these algorithms has been implemented Primal Simplex algorithm for Bounded Variables to solve the initial Linear Programming problem result of a Mixed-Integer Linear Programming problem after relaxing the integrality of the variables. These algorithms has been adequately analyzed and implemented via the computer language FORTRAN 77. The methodology has been tested on the Transmission Network Expansion Planning based on a transportation model that results in a Mixed-Integer Linear Programming. / Mestre

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Edgar Manuel Carreno Franco / Resumo: As soluções das equações diferenciais de uma linha de transmissão são geralmente de difícil obtenção devido a sua complexidade, especialmente quando os efeitos da frequência e solo são considerados. Considerando essa característica foram propostos dois modelos para estudar os transitórios eletromagnéticos de linha de transmissão monofásica. O primeiro é o modelo a parâmetros discretos que considera a linha de transmissão representada por uma cascata de circuitos π e as correntes e tensões ao longo da cascata são descritas por equações de estado e suas soluções são obtidas por métodos numéricos de integração desenvolvidos diretamente no domínio do tempo. O segundo é o modelo a parâmetros distribuídos que transforma as equações diferenciais no domínio do tempo em equações hiperbólicas algébricas no domínio da frequência e uma vez obtidas as soluções a, usando a Transformada Inversa de Laplace implementada numericamente, são obtidas as soluções no domínio do tempo. Observa-se a presença de oscilações espúrias nas simulações do modelo a parâmetros discretos quando a linha de transmissão é representada por cascatas de circuitos π. Neste trabalho serão analisadas as oscilações espúrias presentes nas simulações obtidas para uma linha de transmissão monofásica e trifásica de comprimento fixo e representada por distintas quantidades de circuitos π e submetida a diversas condições de energização. Será projetado um filtro passivo analógico inserido diretamente no modelo a parâmetros discretos para reduzir as oscilações espúrias nas simulações obtidas, tornando-o mais preciso e confiável para análise de transitórios eletromagnéticos em sistemas de potência / Abstract: The solutions of differential equations of a transmission line are generally difficult to obtain due to the complexity of these equations. Considering this characteristics, two models have been proposed to study the electromagnetic transient in transmission line. The first model considers the discrete parameters to represents the transmission line using a cascade of π - circuit and the uses numerical integration methods developed directly in the time domain. The second model considers the distributed parameter of the transmission line. The differential equations in time domain are transformed to algebraic equations in the frequency domain and once obtained the solutions, using Inverse Laplace Transform implemented numerically, the solutions are obtained in the time domain. It was observed the presence of spurious oscillations when a transmission line is represented by a cascade of π-circuits. In this work the spurious oscillations will be analyzed using the simulations obtained from a single and three-phase transmission line. For these analyses, the transmission line is considered with fixed length and represented by different quantities of the π-circuits and the line energized by different voltage sources. It will be designed an analog low-pass filter inserted directly in the lumped parameters transmission line model to reduce spurious oscillations in the simulations, making it more accurate and reliable for the analysis in electromagnetic transients in power systems / Mestre

Orientador: Sergio Kurokawa / Co-orientador: Eduardo Coelho Marques da Costa / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rogério Andrade Flauzino / Resumo: Um modelo de linhas de transmissão é desenvolvido diretamente no domínio do tempo com base no método de Bergeron. A inclusão do efeito da frequência sobre os parâmetros longitudinais é realizada no domínio do tempo por meio da aproximação de Z(ω) por uma função racional utilizando "vector fitting". As perdas na linha são representadas por meio de uma impedância variável em função da frequência, modelada por elementos discretos de circuitos elétricos obtidos a partir dos polos e zeros da função racional obtida no ajuste da curva de Z(ω). Dessa forma, o efeito da frequência pode ser incluído no modelo de Bergeron diretamente no domínio do tempo. O modelo proposto nesta dissertação de mestrado é validado com base nos resultados obtidos a partir do conceituado modelo "Universal Line Model" e do modelo de linha por equações de estado levando em conta o efeito da frequência / Abstract: A transmission line model is developed directly in the time domain based on the Bergeron's method. The inclusion of the frequency effect in the longitudinal parameters is performed in the time domain through the approximation of the Z(ω)by a rational function using vector fitting. The line losses are represented with a variable impedance as a function of frequency, modeled by discrete elements of electrical circuits obtained through the poles and zeros of the adjusted Z(ω) curve. Thus, the frequency effect can be included in the Bergeron's model directly in the time domain. The proposed model in this Master's thesis is validated with the results obtained from the prestigious Universal Line Model and with the line's model that takes into account the frequency effect through state equations / Mestre

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Antonio Cesar Baleeiro Alves / Resumo: Esta pesquisa propõe uma nova abordagem para o problema de alocação ótima de dispositi- vos SVC (Static Variable Compensator) e TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator) no sistema de transmissão de energia elétrica. Desde o surgimento dos FACTS na década dos anos 70, estes dispositivos tornaram-se em uma importante ferramenta na solução dos proble- mas clássicos da transmissão. Os FACTS ajudam a aumentar a capacidade de controle de fluxo ao longo das linhas e, ao mesmo tempo, a aumentar a estabilidade do sistema. Assim, estes dispositivos podem ajudar a aumentar a transmissão máxima de potência entre as regiões do sistema e também ajudar na estabilidade dinâmica do sistema. Conhecer os benefícios que os FACTS fornecem ao sistema de transmissão é importante para otimizar esse aprimoramento. Várias características devem ser levadas em consideração para encontrar um local ideal para um FACTS no sistema de transmissão, tais como: o tipo do dispositivo, o tamanho do dispo- sitivo, a transmissão de potência do sistema e as violações dos limites de tensão e de potência reativa no sistema. Este trabalho aloca dois tipos de equipamentos FACTS, SVC e TCSC. No passado, diferentes abordagens têm sido desenvolvidas com o objetivo de alocar de forma otimizada FACTS em um sistema. Estas abordagens definem o local ótimo avaliando os bene- fícios, seja em regime permanente ou em estado transitório, que os FACTS proporcionam ao sistema. O objetivo e maior contribuição desta pesquisa é encontrar uma solução do problema de alocação ótima de SVCs e TCSCs que junte, avaliando em uma mesma função objetivo, tanto os benefícios no regime permanente, quanto os benefícios dinâmicos que o equipamento proporciona ao sistema em um determinado local. A função objetivo do modelo de otimização é calculada quando um dispositivo FACTS é instalado num local específico. Os critérios de oti- mização dependem do custo de... / Abstract: This research proposes a new approach for the problem of SVC and TCSC allocation in a trans- mission system. Since the rising of FACTS in the late 1970s, this type of devices had become a great tool in the search of solutions for the classic power transmission basic limitations. FACTS help to increase the controllability of flow over the lines and at the same time enhance the system stability. So, these devices can help in steady state augmenting the maximum power transfer among regions of the system and also, help in both the transient and dynamic stability of the system. Knowing the benefits that the FACTS provide to a transmission system, it is important to optimize this betterment. Several features must be taken into consideration to find an optimal location for FACTS in transmission systems such as device type, device size, total system power transfer and voltage and reactive power limit violations in the system. This work allocates two types of FACTS devices, the SVC (Static Variable Compensator) and TCSC (Thy- ristor Controlled Series Compensator). In the past, different approaches have been developed aiming to optimally allocate FACTS in a system. These approaches define their optimal loca- tion evaluating the benefits in steady state or the stability enhancement that the FACTS provide to the system. The objective and greatest contribution of this research is to find a solution for the problem of «optimal location of FACTS» that joins, evaluating in one objective function, both the steady state benefits and the dynamic benefits that the device provide to the system in a specific location. The objective function of the optimization model is calculated when a FACTS device is installed in a specific location. Its optimization criteria depend on the overall generation cost, total system losses, investment costs, maximum loading and system's transient stability. PSAT, a Matlab toolbox, is used to run the routines necessary to ... / Mestre

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Julio Borges de Souza / Banca: José Carlos da Costa Campos / Resumo: Na criação e funcionamento de um sistema elétrico é de suma importância a correta parametrização das linhas de transmissão. Com o passar do tempo foram desenvolvidos modelos para o estudo e modelagem desses fatores que resume em representações matemáticas. Esses modelos apresentam algum grau de erro, já que tomam como certas condições iniciais e assumem critérios que podem ser uteis num caso e prejudicial no outro. Neste trabalho foi desenvolvida estimação de parâmetros da linha diretamente das medições das correntes e tensões da linha, assim pode omitir ou reduzir ao mínimo estas considerações. Uma linha de transmissão trifásica foi decomposta em seus três modos e cada modo foi modelado através de um único circuito π. Foram encontradas as equações dos parâmetros em função das correntes e tensões que são resolvidas pelo método dos mínimos quadrados. Este método numérico foi escolhido como base para esta pesquisa já que o mesmo tem como prioridade encontrar a solução de um sistema de equações minimizando o erro. Através do programa M ATLAB baseando-se na representação de parâmetros distribuídos para linha longa e usando a teoria da decomposição modal estima-se os parâmetros de uma linha trifásica com plano de simetria vertical. As medições das grandezas nos terminais da linha são feitas em regime transitório / Abstract: To create and operate the electrical system it is important to estimate transmission lines parameters precisely. Through history there has been developed many models for the study of this factors that are summarize in very precise mathematical representations. All these models are the foundation of the similar existing studies used for parameterizing, but there are too many considerations and assumptions that have to be accounted for these models to work. Therefore, they can either simplify the problem or make it worse. Trying to minimize this error, new methods for estimating line parameters are being developed using the records of a line's terminals current and voltages. A three-phase line will be decomposed in its three modes and each mode will be represented as one sole -circuit. A system of equations that relates the line parameters with the line terminal voltages and currents is found and solved using the least square method. This numerical method was chosen because its priority is to find the solution to a system of equations that allows the error to be minimal. Using the MATLAB software, the representation for a long transmission line and the modal decomposition, the line parameters of a three-phase transmission line with vertical symmetry, are estimated. The records are taken during faults / Mestre

Submitted by Goret Pereira Paulo (goret.paulo@fgv.br) on 2012-12-13T17:48:24Z No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL_versao final.pdf: 1970825 bytes, checksum: 9eb828cc4cae7a7908af2fbff6d27c8a (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2012-12-13T18:41:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL_versao final.pdf: 1970825 bytes, checksum: 9eb828cc4cae7a7908af2fbff6d27c8a (MD5) / Made available in DSpace on 2012-12-14T12:10:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL_versao final.pdf: 1970825 bytes, checksum: 9eb828cc4cae7a7908af2fbff6d27c8a (MD5) Previous issue date: 2012-08-15 / Com o objetivo de contribuir com a literatura sobre a regulação dos setores de infraestrutura, este trabalho apresenta uma análise do modelo regulatório utilizado para viabilizar a expansão de capacidade do setor de transmissão de energia elétrica no Brasil. Neste país, de dimensões continentais, o setor de transmissão tem um papel de fundamental importância para garantir o suprimento de energia elétrica e, consequentemente, para viabilizar uma trajetória de crescimento sustentável da atividade econômica. Grandes quantidades de energia são transportadas entre as unidades geradoras, principalmente hidroelétricas que, em muitos casos, estão localizadas em regiões bem distantes dos grandes centros de consumo. Devido à similaridade entre as dimensões continentais e os volumes de energia produzidos e consumidos, são comparados os modelos regulatórios utilizados para a expansão da transmissão no Brasil e Argentina. Aspectos institucionais e dos sistemas políticos nos dois países são ressaltados para explicar as diferenças entre os dois modelos e os resultados alcançados em cada um dos países. Neste caso destacam-se os desafios para expansão da infraestrutura de transmissão de elevada tensão e grande extensão no caso argentino e os benefícios do modelo brasileiro que combina a realização de leilões com um mecanismo de planejamento centralizado. As especificidades do modelo regulatório brasileiro, principalmente do modelo híbrido de leilões de contratos de concessões de transmissão, acompanhado de revisões periódicas da receita dos investidores têm especial atenção. Através de uma análise dos lances apresentados nos leilões realizados no Brasil entre 2002 e 2008, testa-se a reação dos participantes com relação à mudança no modelo regulatório introduzida em 2006, ano em que foi introduzida a revisão tarifária periódica nos contratos de concessão para serviços de transmissão. Evidencia-se que, com esta mudança, os participantes não diminuíram os deságios praticados nos leilões, indicando que não houve aumento da percepção de risco do negócio para os investidores devido a esta mudança na regulação. As informações utilizadas pelos participantes para formulação dos lances, no modelo de leilões para a expansão da transmissão no Brasil, são analisadas através de uma amostra ampliada dos lances apresentados no período 1999-2011. Encontram-se evidências empíricas de que os lances dos participantes são correlacionados, indicando que estes levam em consideração os lances dos seus competidores para formulação de seus próprios lances. / With the purpose of contributing to the literature about regulation of infrastructure sectors, this paper shows an analysis of the regulatory model used to enable the expansion of the electrical energy transmission capacity in Brazil. In this country, of continental dimensions, the transmission sector plays a vital role enabling the electrical energy supply and, thus, enabling a sustainable growth path for the economic activity. Large amounts of energy are transmitted among generator units, mainly hydroelectric power plants, which, in many cases, are located in regions quite faraway from big consumption centers. Due to the similarity among continental dimensions and volumes of energy produced and consumed, the regulatory models used for the expansion of the transmission in Brazil and Argentina are compared. Institutional and political system aspects in both countries are highlighted in order to explain the differences between the two models as well as the results achieved in each country. In this case, the challenges are highlighted for the expansion of the transmission infrastructure of high tension and large extensions in the Argentinean case, as well as the advantages of the Brazilian model that matches auctioning and a centralized planning mechanism. The peculiarities of the Brazilian regulatory model, mainly concerning the hybrid model of transmission award agreement auctions, along with periodical reviews of investor's revenue, get special attention. Through an analysis of the bids presented in the auctions carried out in Brazil between 2002 and 2008, the reaction of participants is tested as regards the change in the regulatory model introduced in 2006, when the periodical tariff review was introduced in award agreements for transmission services. With this change, participants have not increased the value of their bids at the auctions, indicating that there has not been an increase in the perception of the business risk for investors due to this regulatory change. The information used by the participants to present their bids, in the auction model for transmission expansion in Brazil, is analyzed through an extended sample of the bids presented between 1999-2011. Empirical evidences are found that the participants' bids are correlated, indicating that they take competitors' bids into account in order to elaborate their own bids.

Orientador: Sérgio Henrique Lopes Cabral. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.