Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T11:21:48Z No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T11:57:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T11:57:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Este trabalho objetiva apresentar uma metodologia capaz de estimar os componentes harmônicos em sistemas de distribuição com topologia radial utilizando PMUs (Phasor Measurement Units). Os estados a serem estimados serão as correntes passantes em todas as linhas do sistema em coordenadas retangulares. Uma vez que essas correntes são obtidas, torna-se possível o cálculo de outras grandezas elétricas através das equações de fluxo de potência e leis de Kirchhoff. A metodologia considera poucas unidades de medição fasorial (as PMUs) instaladas efetuando a leitura dos sinais de tensões nodais e correntes nas linhas com distorção harmônica. A fim de restaurar a observabilidade do sistema por completo, são considerados dados históricos de demanda de potência ativa/reativa, os quais serão tratados como restrições de desigualdades excursionando entre um valor mínimo e máximo considerados em um problema de otimização não linear que visa diminuir a diferença entre os valores monitorados pelas PMUs e os calculados pela metodologia. As mencionadas restrições permitem ao estimador o acompanhamento das variações sofridas ao longo do tempo na curva de carga para a frequência fundamental e também para as demais frequências. A abordagem proposta neste trabalho considera a modelagem trifásica de equipamentos e linhas de distribuição, portanto, são modelados os efeitos de acoplamento mútuo entre fases e a operação não linear de equipamentos de eletrônica de potência tiristorizados. O método demonstra eficiência não apenas em estimar os componentes harmônicos de um certo espectro considerado no estudo, como também se mostra uma ferramenta prática de detecção e identificação de fontes harmônicas no sistema elétrico de potência, além de explicitar um exemplo prático do uso de PMUs no que tange ao monitoramento de redes de distribuição, carentes de acompanhamento em tempo real. A metodologia ainda se mostra capaz de ser aliada a grandes estudos contextualizados em qualidade de energia, uma vez que permite a estimação de índices de distorção harmônica. / This work aims to present a methodology which is capable of estimating harmonic components for distribution systems with radial topology, using PMUs (Phasor Measurement Units). The estimated states will be all branch currents of the system expressed in rectangular coordinates. Once these currents are obtained, it is possible to calculate other electrical quantities using power flow equations and also Kirchhoff’s law. The methodology considers the installation of a few number of phasor measurement units which will measure voltage and branch currents signals distorted by harmonic sources. In order to make the whole system observable, historical data of active/reactive power demand will be treated as inequality constraints varying between minimum and maximum limits described in a non linear optimization problem, which aims to minimize the difference between the values monitored by PMUs and the ones calculated by the methodology. The already mentioned constraints allows the accompaniment of the variations occured in a typical load curve during a period of time for the fundamental frequency and also for their multiples, allowing the accompaniment of the harmonic load curve, normally unknown. The proposed approach considers a three-phase modelling of equipments and distribution lines, subject to their mutual coupling effects caused by mutual impedances between the lines. It will also be considered electronic-based devices using thyristors located along the distribution feeder, injecting harmonic currents in the system. The method demonstrates efficiency in estimating the harmonic states of the net and also in detecting and identifying harmonic sources in an eletric power system, besides showing a practical use of PMUs for the monitoring of distribution systems, lacking in information and real-time accompaniment. The method also enables the estimation of power quality indicators such as total harmonic distortion.