Estágio realizado no DEEC-FEUP / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Ramo Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia Electrotécnica e Computadores, área de especialização em Sistema de Energia. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de especialização de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de Especialização de Sistemas de Energia), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Fernando Maciel Barbosa

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor J. A. Peças Lopes

Devido à crescente demanda por energia elétrica na sociedade atual e o potencial congestionamento dos sistemas de transmissão, os aspectos de segurança no fornecimento de energia, de confiabilidade e da estabilidade dos sistemas elétricos de potência tornam-se cada vez mais prementes. Considerando o tamanho e complexidade crescentes e o seu uso em situações limites, os estudos e avaliações do SEP (Sistema Elétrico de Potência) demandam considerável poder computacional, além de utilização de modelos matemáticos para os diversos equipamentos que o compõe. Necessária, portanto, tanto a representação correta do SEP com as interligações (topologia da rede elétrica) de seus elementos constituintes, quanto a exatidão dos modelos matemáticos dos geradores, estabilizadores, compensadores, transformadores e linhas de transmissão, dentre outros equipamentos. A proposta deste trabalho é a definição de uma metodologia para análise e estudo do SEP que independa: dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da topologia da rede elétrica e dos equivalentes adotados para as redes externas (de outras empresas). A metodologia é uma abordagem Model-Free no sentido em que busca a partir das informações aquisitadas do processo elétrico, determinar o comportamento do SEP, de modo totalmente independente dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da sua topologia e da existência ou não de redes externas. A metodologia fornece informações quanto à instabilidade do SEP, ao identificar \"assinaturas\" caraterísticas da evolução de seu comportamento, seja em operação normal ou sob contingências, as quais podem ou não resultar em uma condição de instabilidade do mesmo. As assinaturas são identificadas ao se analisar o comportamento das tensões das barras do SEP, dentro de uma abordagem Fuzzy que classifica as barras coerentes em tensão. A dinâmica do estado operacional do SEP é, então, obtida à partir do comportamento desta classificação. / Due to the growing demand for electric power in today\'s society and the potential congestion of transmission systems, security aspects in power supply, reliability and stability of power systems are becoming more and more pressing. Considering the increasing size and complexity and its use in limit situations, the studies and evaluations of the EPS (Electrical Power System) require considerable computational power, as well as the use of mathematical models for the various equipment that compose it. Therefore, it is necessary the correct representation of the EPS with the interconnections (topology of the electrical network) of its constituent elements, as well as the accuracy of the mathematical models of generators, stabilizers, compensators, transformers and transmission lines, among other equipment. The purpose of this work is the definition of a methodology for the analysis and study of EPS, independent of: mathematical models of the equipment, previous knowledge of the topology of the electrical network and the equivalents adopted for the extern networks (of other companies). The methodology is a Model-Free approach in the sense that it searches from the acquired information of the electrical process, to determine the behavior of the EPS, totally independently of the mathematical models of the equipment, the previous knowledge of its topology and the existence or not of external networks. The methodology provides information on the instability of the EPS by identifying \"signatures\" characteristic of the evolution of its behavior, whether in normal operation or under contingencies, which may or may not result in a condition of instability of the same. The signatures are identified by analyzing the behavior of the EPS busbar voltages, within a Fuzzy approach that classifies the coherent buses into voltage. The dynamics of the operational state of the EPS is then obtained from the behavior of this classification.

Devido à crescente demanda por energia elétrica na sociedade atual e o potencial congestionamento dos sistemas de transmissão, os aspectos de segurança no fornecimento de energia, de confiabilidade e da estabilidade dos sistemas elétricos de potência tornam-se cada vez mais prementes. Considerando o tamanho e complexidade crescentes e o seu uso em situações limites, os estudos e avaliações do SEP (Sistema Elétrico de Potência) demandam considerável poder computacional, além de utilização de modelos matemáticos para os diversos equipamentos que o compõe. Necessária, portanto, tanto a representação correta do SEP com as interligações (topologia da rede elétrica) de seus elementos constituintes, quanto a exatidão dos modelos matemáticos dos geradores, estabilizadores, compensadores, transformadores e linhas de transmissão, dentre outros equipamentos. A proposta deste trabalho é a definição de uma metodologia para análise e estudo do SEP que independa: dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da topologia da rede elétrica e dos equivalentes adotados para as redes externas (de outras empresas). A metodologia é uma abordagem Model-Free no sentido em que busca a partir das informações aquisitadas do processo elétrico, determinar o comportamento do SEP, de modo totalmente independente dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da sua topologia e da existência ou não de redes externas. A metodologia fornece informações quanto à instabilidade do SEP, ao identificar \"assinaturas\" caraterísticas da evolução de seu comportamento, seja em operação normal ou sob contingências, as quais podem ou não resultar em uma condição de instabilidade do mesmo. As assinaturas são identificadas ao se analisar o comportamento das tensões das barras do SEP, dentro de uma abordagem Fuzzy que classifica as barras coerentes em tensão. A dinâmica do estado operacional do SEP é, então, obtida à partir do comportamento desta classificação. / Due to the growing demand for electric power in today\'s society and the potential congestion of transmission systems, security aspects in power supply, reliability and stability of power systems are becoming more and more pressing. Considering the increasing size and complexity and its use in limit situations, the studies and evaluations of the EPS (Electrical Power System) require considerable computational power, as well as the use of mathematical models for the various equipment that compose it. Therefore, it is necessary the correct representation of the EPS with the interconnections (topology of the electrical network) of its constituent elements, as well as the accuracy of the mathematical models of generators, stabilizers, compensators, transformers and transmission lines, among other equipment. The purpose of this work is the definition of a methodology for the analysis and study of EPS, independent of: mathematical models of the equipment, previous knowledge of the topology of the electrical network and the equivalents adopted for the extern networks (of other companies). The methodology is a Model-Free approach in the sense that it searches from the acquired information of the electrical process, to determine the behavior of the EPS, totally independently of the mathematical models of the equipment, the previous knowledge of its topology and the existence or not of external networks. The methodology provides information on the instability of the EPS by identifying \"signatures\" characteristic of the evolution of its behavior, whether in normal operation or under contingencies, which may or may not result in a condition of instability of the same. The signatures are identified by analyzing the behavior of the EPS busbar voltages, within a Fuzzy approach that classifies the coherent buses into voltage. The dynamics of the operational state of the EPS is then obtained from the behavior of this classification.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de especialização de Sistemas de Energia), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Fernando Pires Maciel Barbosa

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-01-14Bitstream added on 2014-06-13T18:08:29Z : No. of bitstreams: 1 amorim_es_me_ilha.pdf: 2160628 bytes, checksum: 3be5e9c0540f3af6109d0248dc52ede1 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo do trabalho proposto é o de apresentar aplicações práticas da técnica de análise modal na avaliação da estabilidade de tensão e à redução da perda total de potência reativa na transmissão. A análise modal tem demonstrado ser uma ferramenta de análise estática muito útil que pode ser utilizada para identificar áreas propensas à instabilidade de tensão. Seus resultados são usados para identificar as medidas de reforço mais adequadas para aumentar a margem de estabilidade de tensão de sistemas elétricos de potência. A melhor localização para a instalação de compensação reativa shunt e série é determinada baseada nos fatores de participação de barra e de ramos, respectivamente. Outros objetivos deste trabalho são os de apresentar uma metodologia alternativa para a alocação de bancos de capacitores shunt, e o efeito da compensação de bancos de capacitores série na margem de carregamento. Os objetivos são à redução da perda total de potência reativa na transmissão e o aumento na margem de carregamento do sistema. Os valores dos montantes de compensação reativa shunt a serem alocados são determinados com base nas curvas de perda total de potência reativa na transmissão versus magnitude de tensão da barra. No caso da compensação série, o valor da reatância capacitiva escolhido é limitado pelo valor prático de compensação que é da ordem de 80%. Também são investigados os efeitos individuais que cada um destes procedimentos traz para o sistema. Entre os efeitos investigados estão: a redução das perdas reativas, a variação na margem de estabilidade estática de tensão, e a melhoria do perfil de tensão. Os resultados obtidos para os sistemas do IEEE (14, 57 e 118 barras) mostram que o procedimento conduz a uma sensível redução da perda total de potência... / The objective of the proposed work is to present practical applications of the modal analysis technique applied to voltage stability assessment and reactive power losses reduction. Modal analysis has proven to be a useful steady-state analysis approach which can be applied to identify areas prone to voltage instability. Its results are used to identify the most effective remedial actions to increase system voltage stability margin. The best location for placing shunt and series capacitor is determined based on the bus and branch participations factors respectively. Other goals of the proposed work are to present an alternative procedure to the allocation of shunt capacitor, and the effects of series capacitor compensation on the system loading margin. The objectives are the total reactive power losses reduction in the transmission and the loading margin increase. The values of shunt reactive compensation to be allocated are determined based on the curve of total transmission reactive power losses versus bus voltage magnitude. In case of series compensation, the chosen reactive capacitance values are limited by a practical upper limit of series compensation degree of 80%. The individual effects that each one of these procedures brings for the system are also investigated. Among the investigated effects are: the reduction in the total reactive power losses, the changes in the static voltage stability margin, and the improvement of voltage profile. The results obtained for the IEEE system (14, 57 and 118 bus) show that the procedure leads to a sensible reduction of total reactive power losses and simultaneously, an improvement in the voltage profile and load margin increase.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T17:47:05Z No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T17:59:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T17:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jaquelinelindoloresderesende.pdf: 763365 bytes, checksum: 4b56a18a805fcfd95a929bb21bc511d6 (MD5) Previous issue date: 2007-07-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O aumento constante da complexidade dos sistemas elétricos de potência exige um contínuo aprimoramento das técnicas de operação e controle. Os atuais centros de supervisão e controle caracterizam-se por funções que processam informações recolhidas dos sistemas em tempo real, de modo a controlá-los de forma adequada visando mantê-los operando de acordo com a programação estabelecida. A função específica a ser abordada neste trabalho é a análise de contingências, que tem por objetivo verificar o grau de segurança do sistema, fornecendo ao operador condições de prever a reação do sistema frente a determinadas perturbações. Em geral, os métodos de análise de contingências solucionam apenas os casos onde ocorre a convergência do processo iterativo associado ao problema de fluxo de potência, ficando os demais casos sem nenhuma solução ou previsão. Portanto, o objetivo deste trabalho é propor uma formulação matemática para a análise estática de contingências, na qual a margem de carregamento pós-contingência é calculada a partir do ponto de máximo carregamento pré-contingência. Para isto, utiliza-se o método do ponto de colapso que fornece diretamente o ponto de máximo carregamento. Além disto, o ramo selecionado para avaliação da contingência é parametrizado por um fator de escalonamento, possibilitando a sua remoção gradual e assegurando a convergência nos casos em que o método tradicional de análise diverge para a retirada total do ramo. Desta forma, a metodologia proposta fornece uma previsão do comportamento do sistema frente a uma perturbação, mesmo para os casos nos quais a retirada completa do ramo causa a divergência dos métodos tradicionais de análise. / The constant complexity increase of the electrical power systems demands a continuous improvement of operation and control techniques. The current supervision and control centers are characterized by functions that process collected real-time information, in order to effectively control the systems and to keep them operating in accordance with a specified schedule. The specific function to be dealt with in this work is the static contingency analysis whose objective is to provide the operator with conditions to foresee the reaction of the system to some disturbances. In general, the static contingency methods solve only the cases where the power flow problem converges, being the remainder cases with no solution or forecast. Therefore, the objective of this work is to propose a mathematical formulation for the static contingency analysis, in which the post-contingency loading margin is calculated from the base case loading margin. For this purpose, the point of collapse method that directly provides the maximum loading point is used. Moreover, the branch selected for evaluation of the contingency is parameterized by a scaling factor, allowing its gradual removal and assuring the convergence in situations where the conventional methods diverge for the complete branch removal. Thus, the proposed methodology yields a forecast of the system behavior due to a disturbance, even for the cases in which the complete branch removal causes the divergence of the conventional methods.