Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-20T11:49:38Z No. of bitstreams: 1 2017_YussefGuardiaIsmaelAcle.pdf: 18039663 bytes, checksum: 0ca2e32421122a2d9861227f7fd69d07 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-19T16:16:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_YussefGuardiaIsmaelAcle.pdf: 18039663 bytes, checksum: 0ca2e32421122a2d9861227f7fd69d07 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T16:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_YussefGuardiaIsmaelAcle.pdf: 18039663 bytes, checksum: 0ca2e32421122a2d9861227f7fd69d07 (MD5) Previous issue date: 2017-09-19 / Este trabalho propõe, detalha e investiga quatro abordagens para Redução de Ordem Paramétrica de Modelos (ROPM), aplicadas em estabilidade eletromecânica a pequenos sinais de Sistemas de Potência. Cada abordagem é aplicada sobre um sistema na representação de sistema descritor com matriz jacobiana aumentada, resultando em um sistema reduzido com determinados parâmetros de interesse explicitamente acessíveis. O método de Truncamento Balanceado via SLRCF-ADI foi empregado na redução da parte do sistema que não varia com os parâmetros de interesse. A primeira abordagem proposta considera como constantes as matrizes de transformação de ordem, obtidas na redução de ordem de modelo (ROM) em determinada configuração de parâmetros e as reaproveita para gerar modelos reduzidos em outras configurações de parâmetros de interesse. A segunda abordagem retira do sistema as equações e variáveis associadas, no caso, a Estabilizadores de Sistemas de Potência (ESP), realiza a ROM e, em seguida, utiliza uma metodologia proposta para reacoplar as equações dos ESPs. A terceira abordagem é semelhante à segunda, porém retira do sistema apenas as equações que contém os parâmetros de interesse. A quarta abordagem associa ramos em paralelo a ramos que contenham parâmetros de interesse, realiza a ROM sem estes ramos paralelos, e os reacopla ao sistema reduzido. Testes foram efetuados buscando-se avaliar o desempenho de cada abordagem de redução paramétrica em diferentes circunstâncias. Dada a grande quantidade de variações e graus de liberdade, alguns testes específicos foram selecionados para a avaliação de desempenho. Ao final, as abordagens foram aplicadas no ajuste de ESPs via análise de lugar geométrico das raízes, com finalidade de realocar modos instáveis e pouco amortecidos presentes no sistema. As segunda, terceira e quarta abordagens apresentaram resultados mais do que satisfatórios quanto à suas capacidades de manter resposta em frequência, no tempo e estabilidade de seus modos muito próximos do comportamento do sistema original, a níveis de erro aceitáveis. / This work proposes and investigates four approaches for parametric model order reduction (PMOR), which are applied to the power system small-signal stability problem. Each PMOR approach is determined considering a power system model whose modeling is based on a highly sparse descriptor system representation also known as unreduced Jacobian matrix approach. The problem formulation is established in such way to take into account explicitly accessible parameters of the original problem and a constant portion. This constant part in general has large scale dimension. Balanced Truncation via SLRCF-ADI method was employed for the reduction of the constant part of the system. The first PMOR approach assumes that the transformation matrices to determine the PMOR are constant, because they are computed for fixed parameters. Despite be constant, they are employed to compute MORs for a parameter range around the fixed ones. The second approach considers that the equations and variables associated to a given controller are removed from the full order model (FOM). Then a MOR is computed from the remaining FOM. After this step, the removed equations and preserved variables are reincorporated to the MOR. The third PMOR approach is similar to the second one; however it removes from the FOM only the equations that contain parameters of interest. The fourth approach associates parallel branches to those branches that contain only parameters of interest. Then it is computed the MOR without those parallel branches and finally recouple them to the reduced system. Experiments were performed in a large-scale power system model in order to evaluate each PMOR approach performance. The approaches were employed for tuning Power System Stabilizer (PSS) via Root Locus analysis. The second, third and fourth PMOR approaches presented better performances regarding their capacity to maintain frequency and time responses and modal stability very close to the original system behavior. But the fourth approach presented the best performance regarding parameter range changing and smaller model order than second and third approaches.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-02-22T16:12:06Z No. of bitstreams: 1 2015_SergioLuisVarricchio.pdf: 4493052 bytes, checksum: 92e5c99c2dd2af1b9316cc7bc12be2ac (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-02-25T13:09:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_SergioLuisVarricchio.pdf: 4493052 bytes, checksum: 92e5c99c2dd2af1b9316cc7bc12be2ac (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-25T13:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_SergioLuisVarricchio.pdf: 4493052 bytes, checksum: 92e5c99c2dd2af1b9316cc7bc12be2ac (MD5) / Dois tipos de modelagens propícias para a realização da análise modal de redes elétricas são apresentados neste trabalho: sistemas descritores (SD) e matriz Y(s). Os modelos individuais dos componentes mais importantes da rede elétrica são apresentados. Um novo método, denominado SMDPA (Sequential MIMO Dominant Pole Algorithm), é também desenvolvido para o cálculo sequencial de polos dominantes e matrizes de resíduos associadas de funções de transferência (FTs) multivariáveis (Multiple Inputs Multiple Outputs – MIMO) de sistemas infinitos (que possuem infinitos polos), possibilitando sua análise modal. Sistemas infinitos são fácil e precisamente modelados por matriz Y(s), mas a formulação por SD permite apenas uma representação aproximada (finita) destes sistemas. As dificuldades computacionais em se aproximar sistemas infinitos por finitos são evidenciadas neste trabalho. É mostrado que elas praticamente impossibilitam a aplicação a sistemas infinitos de métodos de análise modal desenvolvidos para sistemas finitos, reforçando a necessidade de métodos como o SMDPA, especialmente desenvolvidos para sistemas infinitos. O conceito de sistemas lineares da série de energia espectral de uma FT, em uma faixa de frequências de interesse, é empregado para a criação de um novo critério de parada para o largamente utilizado método SADPA (Subspace Accelerated Dominant Pole Algorithm), gerando uma nova versão, aqui denominada de enhanced SADPA, mais adequada à construção de modelos de ordem reduzida de sistemas finitos. Finalmente, é apresentado o inédito HMBT (Hybrid Modal-Balanced Truncation Method) para a redução da ordem de modelos, especialmente aplicável à modelagem linear de sistemas (estáveis ou instáveis) para estudos de estabilidade eletromecânica por SD. Este método consiste no uso combinado do enhanced SADPA e do SRBT (Square Root Balanced Truncation Method), superando as desvantagens do uso individual destes métodos e se beneficiando da sinergia do seu uso combinado. O HMBT tem também a vantagem de ser mais simples de usar do que os métodos de redução do tipo baixo posto. / Two modeling approaches suitable for the modal analysis of electrical networks are presented in this work: descriptor systems (DS) and Y(s) matrix. The individual models of the most important electrical network components are presented. A new method, named SMDPA (Sequential MIMO Dominant Pole Algorithm), is also developed for the sequential computation of dominant poles and associated residue matrices of multivariable (Multiple Inputs Multiple Outputs – MIMO) transfer functions (TFs) of infinite systems (having an infinite number of poles), which allows its modal analysis. Infinite systems can be easily and accurately represented in the Y(s) matrix formulation but the DS formulation only allows an approximated (finite) representation of these systems. The computational difficulties in approximating infinite systems by finite systems are highlighted in this work. It is shown that these difficulties make practically unfeasible the application to infinite systems of modal analysis methods developed for finite systems, reinforcing the need for developing methods such as SMDPA that are especially designed for infinite systems. The linear system concept of the spectral energy series of a TF, considering a frequency window of interest, is used to develop a new stopping criterion for the widely known Subspace Accelerated Dominant Pole Algorithm - SADPA, yielding a new version of this method, named in this thesis as enhance SADPA, which is more suitable for building reduced order models of finite systems. Finally, the new Hybrid Modal-Balanced Truncation Method - HMBT for model order reduction, specially applied to the linear DS modeling of stable or unstable systems for electromechanical stability studies, is proposed. This method consists of the combined use of the enhanced SADPA and the Square Root Balanced Truncation Method - SRBT methods, overcoming the disadvantages associated with the individual use of these model order reduction methods and benefitting from the synergy of their combined use. This method also has the advantage of being simpler to use than the sparse low rank methods.

Este trabalho aborda os sistemas multiterminais para transmissão em corrente contínua baseados em conversores do tipo fonte de corrente (CSC - current source converters). São apresentados resultados de estudo em um sistema multiterminal em corrente contínua (MTDC) de quatro terminais em três estações inserido no sistema norte-nordeste brasileiro, tendo como enfoque principal a sua modelagem, simulação e desempenho em relação à estabilidade durante transitórios eletromecânicos. O sistema é modelado nos programas PSCAD/EMTDC e EMTP-RV, com detalhe para a topologia, os controles e requisitos do MTDC. São também descritos e modelados os conversores a tiristores, as linhas em corrente contínua, bancos capacitivos para compensação de fator de potência, bem como os geradores síncronos e seus reguladores. O desempenho do sistema é avaliado por meio de simulações de inicialização, de regime permanente e transitória diante de contingências. Com isso, esta pesquisa contribui para a compreensão do desempenho de sistemas MTDC e para a criação de modelos para inserção nos programas de transitórios eletromecânicos. / This work addresses the CSC-based, multiterminal solution for DC transmission. The focus of the study was to analyze a four-terminal three-station MTDC scheme inserted in the Brazilian north-northeast power system through modeling, simulation and evaluation of performance regarding stability during electromechanical transients. The system is modeled in PSCAD/EMTDC and EMTP-RV programs, with special detail in the MTDC topology, controls and technical/operative requirements. It is also described the thyristor-based converters, the DC lines, capacitor banks for power factor compensation, as well as the synchronous generators and their regulators. The system performance is evaluated through simulation of converter initialization, steady state response and transient response after contingencies. Thus, this research not only contributes to the understanding of the performance and operation of MTDC systems, but it also assists the development of MTDC models for electromechanical transient programs.

Este trabalho aborda os sistemas multiterminais para transmissão em corrente contínua baseados em conversores do tipo fonte de corrente (CSC - current source converters). São apresentados resultados de estudo em um sistema multiterminal em corrente contínua (MTDC) de quatro terminais em três estações inserido no sistema norte-nordeste brasileiro, tendo como enfoque principal a sua modelagem, simulação e desempenho em relação à estabilidade durante transitórios eletromecânicos. O sistema é modelado nos programas PSCAD/EMTDC e EMTP-RV, com detalhe para a topologia, os controles e requisitos do MTDC. São também descritos e modelados os conversores a tiristores, as linhas em corrente contínua, bancos capacitivos para compensação de fator de potência, bem como os geradores síncronos e seus reguladores. O desempenho do sistema é avaliado por meio de simulações de inicialização, de regime permanente e transitória diante de contingências. Com isso, esta pesquisa contribui para a compreensão do desempenho de sistemas MTDC e para a criação de modelos para inserção nos programas de transitórios eletromecânicos. / This work addresses the CSC-based, multiterminal solution for DC transmission. The focus of the study was to analyze a four-terminal three-station MTDC scheme inserted in the Brazilian north-northeast power system through modeling, simulation and evaluation of performance regarding stability during electromechanical transients. The system is modeled in PSCAD/EMTDC and EMTP-RV programs, with special detail in the MTDC topology, controls and technical/operative requirements. It is also described the thyristor-based converters, the DC lines, capacitor banks for power factor compensation, as well as the synchronous generators and their regulators. The system performance is evaluated through simulation of converter initialization, steady state response and transient response after contingencies. Thus, this research not only contributes to the understanding of the performance and operation of MTDC systems, but it also assists the development of MTDC models for electromechanical transient programs.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-14T11:21:59Z No. of bitstreams: 1 joaopauloananiassilva.pdf: 3095899 bytes, checksum: 88e8d49f662cce4952a994126dbb718b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-16T13:00:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaopauloananiassilva.pdf: 3095899 bytes, checksum: 88e8d49f662cce4952a994126dbb718b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-16T13:00:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaopauloananiassilva.pdf: 3095899 bytes, checksum: 88e8d49f662cce4952a994126dbb718b (MD5) Previous issue date: 2016-09-12 / Este trabalho objetiva explorar a generalização e flexibilização da modelagem matemáticaparasimulaçãonuméricadasdinâmicasdecurtoelongoprazodoscomponentes dos sistemas elétricos de potência. Para isto, é apresentada uma metodologia que busca explicitar os elementos integradores mostrando como estes podem ser manipulados visando tornar a solução das dinâmicas em sistemas de potência mais flexível. Ao explicitar o elemento integrador é possível flexibilizar a escolha do método de integração, o cálculo das condições iniciais para as variáveis de estado e, inclusive, a estratégia para eliminação de dinâmicas dependendo do estudo a ser realizado. O método empregado para a solução do conjunto de equações algébrico-diferenciais é o simultâneo, ou seja, a rede é solucionada juntamente com as equações que modelam os equipamentos. Este conjunto é obtido através da conversão das equações diferenciais em equações das diferenças, empregando o método de integração trapezoidal, formando um único conjunto algébrico e não linear, que é resolvido pelo método de Newton-Raphson. Todos os aspectos discutidos neste trabalho referentes a modelagem matemática são empregados no desenvolvimento de uma ferramenta de simulação flexível utilizando a linguagem de programação Python. Por fim, a metodologia proposta e a ferramenta são avaliadas através do estudo de três sistemas teste. Os resultados obtidos são comparados aos do programa ANATEM e, na sequência, é realizada uma análise do desempenho computacional. / This work aims to explore the generalisation and flexibility of mathematical modelling to numerical simulation of dynamic short and long-term components of electric power systems. Thus, it is presented a methodology that seeks to clarify the integrating elements showing how these can be manipulated in order to make the solution of dynamics in power systems more flexible. After the integrating element be explained, it is possible to make the choice of integration method flexible, the calculation of initial conditions for the state variables and even the strategy for eliminating dynamics depending on the study to be performed. It was used the simultaneous method to solve the set of algebraic-differential equations. In other words, the network and the equations that model the equipment are solved in a single set of equations and simultaneously. It was used the trapezoidal integration method to convert the differential equations into difference equations. This process generates a non-linear algebraic set, which is solved by the Newton-Raphson method. Every aspect discussed in this work regarding the mathematical modelling are employed in the development of a flexible simulation tool using the Python programming language. Finally, the proposed methodology and the tool are evaluated by studying three different test systems. The obtained results are compared to the ANATEM program, following a computational efficiency analysis.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raimundo Nonato Diniz.pdf: 3599082 bytes, checksum: 5e6a5df5d6046a848205e71a3d63c95f (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work the influence of FACTS (Flexible AC Transmission Systems) Controllers and power system stabilizers (PSS) on electromechanical stability of electrical power systems (EPS) is analyzed considering their technical and economic impact in the operation and planning. FACTS Controllers most employees in practical applications were considered in this study, the Static VAr Compensator (SVC) and Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC), in addition to the PSS. For the technical and economic evaluation of the impact of FACTS and PSS in power systems a methodology based on indices of electromechanical small-signal and transient stability has been developed. Software packages PacDyn and ANATEM, including ANAREDE, all produced by CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica), were used to analyze the technical impact of SVC, TCSC and PSS on electromechanical stability enhancement. The economic analysis was based on the use of software package PSAT (Power Systems Analysis Toolbox). As part of the technical evaluation, coordination and tuning of the parameters of PSS and FACTS Controllers were conducted using artificial intelligence techniques in order to obtain the best optimal values. The proposed methodology was applied to test systems and a configuration of the Brazilian Interconnected System (SIN - Sistema Interligado Nacional) modeled with 50 generators and 616 buses. / Neste trabalho é analisada a influência dos Controladores FACTS (Flexible AC Transmission Systems) e dos estabilizadores de sistemas de potência ou PSS (Power System Stabilizers) na estabilidade eletromecânica dos sistemas de energia elétrica (SEE), considerando o seu impacto técnico e econômico na operação e planejamento. Os Controladores FACTS mais empregados na prática foram considerados nesta pesquisa, o compensador estático de potência reativa ou SVC (Static VAr Compensator) e o capacitor série controlado a tiristores ou TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), além dos PSS. Para a avaliação técnico-econômica do impacto dos FACTS e PSS nos SEE foi desenvolvida uma metodologia baseada em índices de estabilidade eletromecânica a pequenas perturbações e de estabilidade transitória. Na análise técnica foram utilizados os programas PacDyn e ANATEM, além do ANAREDE, todos desenvolvidos pelo CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica). A análise econômica baseou-se no uso do aplicativo PSAT (Power Systems Analysis Toolbox). Como parte da avaliação técnica a coordenação e sintonização dos parâmetros dos PSS, SVC e TCSC foram conduzidas utilizando métodos de inteligência artificial de forma a obter os melhores valores ótimos. A metodologia proposta foi aplicada a sistemas teste e a uma configuração do Sistema Interligado Nacional (SIN) modelado com 50 geradores e 616 barras.