Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T06:49:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T21:20:36Z : No. of bitstreams: 1 176824.pdf: 2824710 bytes, checksum: 14f97f4547d768b5712f7da607bb3041 (MD5) / O presente trabalho enfoca três aspectos. O primeiro é a inclusão de transações de energia na formulação do problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) com a introdução da mínima quantidade de variáveis. Isto é realizado modificando-se os limites de geração de potência ativa dos geradores. O segundo aspecto diz respeito à aplicação do algoritmo do Máximo Passo no Caminho Central, o qual é uma variante do método convencional de Pontos Interiores, utilizado para superar as dificuldades de convergência do processo iterativo provenientes da alteração dos limites de geração. O terceiro tópico considerado, é a divisão das perdas entre as transações. Neste item, três abordagens são consideradas: a modelagem das equações da rede com múltiplas barras de folga, o uso de relações de sensibilidade entre as variáveis do sistema elétrico e a utilização dos multiplicadores de Lagrange. Resultados com sistemas de diferentes portes ilustram o estudo realizado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T12:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:02:15Z : No. of bitstreams: 1 178679.pdf: 12844412 bytes, checksum: 65988c7381f6a55187299ac4e21bb1af (MD5) / A versão Primal-Dual do método de Pontos Interiores para programação não-linear possui a capacidade de resolver problemas de otimização não-lineares de grande porte, como os exigidos na operação dos sistemas elétricos modernos. O algoritmo inclui na sua formulação a perturbação da equação de complementaridade das condições de otimalidade de primeira ordem. Na versão convencional do método, esta perturbação requer um parâmetro empírico. A presente monografia estuda o referido parâmetro, expressando-o como a combinação linear de duas direções: de Centralização e Afim-Escala. A possibilidade de combinar estas direções permite a formulação de outras sete versões do método, com distintas características de convergência. As variantes do método de Pontos Interiores são avaliadas em sistemas teste e reais. São considerados no estudo: número de iterações até a convergência, tempo de cálculo e proximidade ao caminho central. Em geral, as versões analisadas requerem tempos de cálculo por iteração superiores ao algoritmo convencional. A vetorização da solução do sistema linear através do "caminho de fatoração" é considerada a fim de diminuir os tempos de convergência do processo de otimização.

Neste trabalho, é apresentado o problema de fluxo de potência ótimo DC utilizando os modelos de fluxos em rede e o princípio do mínimo esforço. É apresentada também uma revisão dos métodos de pontos interiores e o mesmo é desenvolvido para um problema geral de programação linear. Em seguida, desenvolvemos os métodos de pontos interiores primal-dual e preditor-corretor para os modelos de fluxo de potência específicos estudados. Resultados numéricos de uma implementação em MATLAB são apresentados para sistemas testes do IEEE e sistemas reais, comparando o desempenho obtido pelas duas formulações. O método de pontos interiores se mostra bastante robusto convergindo rapidamente para todos casos testados. O modelo usando o princípio do mínimo esforço converge em menos iterações, mas a modelagem por fluxos em rede se mostra mais rápida, uma vez que suas iterações são mais baratas. / In this work, the optimal DC power flow problem using the network flow models, and the minimum effort principle are presented. Also is presented a review of the interior point methods and this method is developed for a generic linear programming problem. We developed the primal-dual and predictor-corrector versions of the interior point methods for the specific power flow models studied. Numerical results of a MATLAB implementation are presented for IEEE test systems and for real systems, confronting the performances achieved for both approaches. The interior point methods shows to be robust, achieving fast convergence in all instances tested. The minimum effort principle based model converges in fewer iterations, but the network flow model shows to be faster, since its iterations are cheaper.

Submitted by Cristina Coutinho de Oliveira null (35131907861) on 2016-04-18T18:23:10Z No. of bitstreams: 1 Defesa_final.pdf: 1997390 bytes, checksum: 8300a03e6985d3d69b82de41b61bb274 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-04-19T15:01:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_cc_me_ilha.pdf: 1997390 bytes, checksum: 8300a03e6985d3d69b82de41b61bb274 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-19T15:01:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_cc_me_ilha.pdf: 1997390 bytes, checksum: 8300a03e6985d3d69b82de41b61bb274 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nesta proposta apresenta-se um estudo comparativo entre algumas das diversas metodologias existentes na literatura específica para a resolução do Fluxo de Potência (FP) e Fluxo de Potência Continuado (FPC), utilizando métodos baseados em equações de injeção de potência e em equações de injeção de corrente. A formulação de injeção de potência é baseada nas equações de balanço de potência ativa e reativa de cada barra, enquanto que a de injeção de corrente utiliza expressões referentes ao balanço de corrente. É realizada a comparação da influência de três formas de tratamento das barras de geração (PV) nas características de convergência do método de Newton-Raphson simplificado utilizado na solução das equações de fluxo de potência escritas em coordenadas polares, considerando a formulação de injeção de corrente. Também são apresentados os resultados de análises de desempenho entre o método simplificado e o convencional, o qual utiliza as equações de injeção de potência expressa em termos de coordenadas polares. As análises de desempenho são realizadas para os sistemas testes do IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras e duas versões reais de grande porte do sistema elétrico SUL/SULDESTE brasileiro 638 e 787 barras considerando: diferentes relações R/X para os ramos e diferentes condições de carregamentos. Os resultados obtidos com duas das formas de tratamento das barras PV mostram que é possível se obter uma melhora nas características de convergência do método simplificado. / This work presents a comparative study on the various existing methods in the literature to solve the power flow (PF) and continuation power flow (CPF), using the methods which are based on power injection equations and current injection equations. The power injection formulation works based on active and reactive power balance equations at each bus, while the current injection using expressions relating to the current balance. In order to make the comparison, the influence of three forms of handling the generation buses (PV) in the convergence characteristics of simplified Newton-Raphson method, used in the solution of the power flow equations in polar coordinates, and by considering the current injection formulation is considered. Moreover, the results of performance tests between the simplified and the conventional methods, which use the power injection equations expressed in terms of polar coordinates, are presented. In order to performance analysis five IEEE test systems such as 14, 30, 57, 118, and 300 bus and two large-scale real electrical power systems such as south Brazilian 638 and 787 bus systems are conducted. The aforementioned systems are tested under different R/X ratios for the branches and different loading conditions. The results show that an improvement in convergence characteristics can be obtained for the simplified method.

Orientador: Dilson Amancio Alves / Resumo: Nesta proposta apresenta-se um estudo comparativo entre algumas das diversas metodologias existentes na literatura específica para a resolução do Fluxo de Potência (FP) e Fluxo de Potência Continuado (FPC), utilizando métodos baseados em equações de injeção de potência e em equações de injeção de corrente. A formulação de injeção de potência é baseada nas equações de balanço de potência ativa e reativa de cada barra, enquanto que a de injeção de corrente utiliza expressões referentes ao balanço de corrente. É realizada a comparação da influência de três formas de tratamento das barras de geração (PV) nas características de convergência do método de Newton-Raphson simplificado utilizado na solução das equações de fluxo de potência escritas em coordenadas polares, considerando a formulação de injeção de corrente. Também são apresentados os resultados de análises de desempenho entre o método simplificado e o convencional, o qual utiliza as equações de injeção de potência expressa em termos de coordenadas polares. As análises de desempenho são realizadas para os sistemas testes do IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras e duas versões reais de grande porte do sistema elétrico SUL/SULDESTE brasileiro 638 e 787 barras considerando: diferentes relações R/X para os ramos e diferentes condições de carregamentos. Os resultados obtidos com duas das formas de tratamento das barras PV mostram que é possível se obter uma melhora nas características de convergência do método simplificado. / Abstract: This work presents a comparative study on the various existing methods in the literature to solve the power flow (PF) and continuation power flow (CPF), using the methods which are based on power injection equations and current injection equations. The power injection formulation works based on active and reactive power balance equations at each bus, while the current injection using expressions relating to the current balance. In order to make the comparison, the influence of three forms of handling the generation buses (PV) in the convergence characteristics of simplified Newton-Raphson method, used in the solution of the power flow equations in polar coordinates, and by considering the current injection formulation is considered. Moreover, the results of performance tests between the simplified and the conventional methods, which use the power injection equations expressed in terms of polar coordinates, are presented. In order to performance analysis five IEEE test systems such as 14, 30, 57, 118, and 300 bus and two large-scale real electrical power systems such as south Brazilian 638 and 787 bus systems are conducted. The aforementioned systems are tested under different R/X ratios for the branches and different loading conditions. The results show that an improvement in convergence characteristics can be obtained for the simplified method. / Mestre

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-21T17:50:55Z No. of bitstreams: 1 thiagoresendedealmeida.pdf: 4974622 bytes, checksum: 0f8c86117d7625e1546498cd6c17f367 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T02:16:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagoresendedealmeida.pdf: 4974622 bytes, checksum: 0f8c86117d7625e1546498cd6c17f367 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T02:16:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagoresendedealmeida.pdf: 4974622 bytes, checksum: 0f8c86117d7625e1546498cd6c17f367 (MD5) Previous issue date: 2013-10-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O principal objetivo deste trabalho é avaliar a influência da variação dos parâmetros da rede elétrica em função da frequência do sistema em estudos relacionados à avaliação da segurança de tensão de Sistemas Elétricos de Potência (SEP). Neste sentido, é proposta uma alteração na formulação denominada Fluxo de Potência com Regulação Primária. Tal formulação representa uma modelagem alternativa do problema de Fluxo de Potência, onde a frequência do sistema pode ser estimada com precisão satisfatória. É importante destacar que a metodologia proposta neste trabalho mantém a formulação full Newton do problema. A partir deste contexto são consideradas as variações dos parâmetros da rede, tais como shunts de barra, shunts de linha e o modelo de Linhas de Transmissão e Transformadores, tornando estes parâmetros dependentes com os desvios de frequência do sistema. É também realizada uma avaliação das cargas tipo motor de indução. Assim como os parâmetros da rede, os parâmetros do motor de indução são modificados de acordo com os desvios de frequência do sistema. Em seguida são desenvolvidos estudos de avaliação da segurança de tensão a partir do desenvolvimento e implementação de um Fluxo de Potência Continuado modificado e de uma formulação alternativa do problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO). A partir dessas ferramentas é possível avaliar a variação da frequência do sistema em função do aumento do seu carregamento. Também são feitas análises a partir dos autovalores da matriz Jacobiana do método proposto. Finalmente são utilizados cinco sistemas de pequeno e médio portes para a validação da metodologia proposta. Além de dois sistemas tutoriais de pequeno porte, é utilizado o sistema 16 Barras, que é um sistema criado a partir de dados reais e condições operativas encontradas no Sistema Interligado Nacional (SIN), os sistemas New England e IEEE-118 Barras, que são sistemas testes normalmente utilizados na literatura. O programa ANATEM, desenvolvido pelo CEPEL, é utilizado de forma a validar os desenvolvimentos realizados neste trabalho. / The main objective of this work is to evaluate the influence of varying the network parameters depending on the system frequency in studies related to the voltage security assessment of Electric Power Systems. In this sense, it is proposed a modification in the formulation of the called Governor Power Flow. Such formulation represents an alternative modeling of the power flow problem, where the system frequency can be estimated with satisfactory accuracy. It is important to highlight that in this work the proposed methodology retains full Newton formulation of the problem. From this context it is considered variations of the network parameters, such as shunt devices (capacitors and reactors) and equivalent models of transmission lines and transformers, making them dependent parameters with frequency system. It is also studied the induction motor modeling. As the network parameters, the parameters of the induction motor are modified according to the deviation of system frequency. Then voltage security assessment studies are carried out through the development and implementation of a Modified Continuation Power Flow and an Optimal Power Flow. Using these tools it is possible to evaluate the system frequency variation due to the increase of the system loading. Analyzes are also made using the eigenvalues of the Jacobian matrix associated with the proposed methodology. Finally six systems of small and medium scale are used in validation process of the proposed methodology. In addition to two tutorials small systems are used a 16 buses test system, which is created from real data and operating conditions found in the Interconnected Brazilian System, the well know New England system and the IEEE-118 buses test systems, which are systems commonly used in the literature. The ANATEM program, developed by CEPEL, is used to validate the developments made in this work.

Orientador: Edméa Cássia Baptista / Resumo: O problema de maximização da margem de carregamento operacional tem por finalidade determinar a maior demanda de carga em um sistema elétrico de potência que satisfaça todas as restrições operacionais do sistema e de equipamentos. Em linhas gerais, conhecer com precisão a máxima demanda de potência ativa e reativa suportada pelo sistema elétrico de potência para que o mesmo opere em condições satisfatórias é uma informação importante para a operação e planejamento do sistema. Muitos trabalhos, da literatura, formulam o problema de máximo carregamento através de um modelo de otimização contínuo, e mais recentemente, alguns trabalhos apresentam modelos que também passaram a levar em consideração o fator de potência da demanda das barras de carga. Neste trabalho propõe-se um modelo para o problema de máximo carregamento baseado no fator de potência de demanda ajustável e levando em consideração restrições de segurança. O problema de maximização da margem de carregamento operacional será formulado como um problema de programação não linear, não convexo de grande porte com variáveis contínuas e visa maximizar o somatório de potências ativas demandadas pelas barras de carga, respeitando um fator de potência mínimo pré-estabelecidos e restrições de segurança pós-contingência. Destaca-se que uma contribuição do trabalho é que o modelo encontre para o sistema um ponto de operação factível na presença de contingências pré-definidas, além disso, respeita os limites físicos e operacionai... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The problem of maximizing the operating load margin aims to determine the highest load demand in an electrical power system that satisfies all operational constraints of the system and equipment. In general, knowing precisely the maximum demand for active and reactive power supported by the electrical power system, in order that it operates in satisfactory conditions, is an important information for the operation and planning of the system. Many works in the literature formulate the problem of maximum loading through a continuous optimization model, and more recently, some works present models that also started to take into account the power factor of the load bars demand. This work proposes a model for the maximum load problem based on the adjustable demand power factor, taking into account security constraints. The problem of maximizing the operating load margin will be formulated as a non-linear, non-convex large programming problem with continuous variables and aims to maximize the sum of active powers demanded by the load bars, respecting an established minimum power factor and post-contingency security constraints. It is important to highlight that the model also ensures that the system finds a feasible operating point, even in the presence of predefined contingencies, besides; it respects the physical and operational limits provided for in the traditional Optimal Power Flow. The proposed model was tested for the IEEE 14, 30, 118 bus systems, simulated on the GAMS platf... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho são exploradas as potencialidades e efeitos de possíveis aplicações do UPFC (Unified Power Flow Controller) em redes elétricas. Este recente equipamento da família FACTS, apesar de mais complexo, apresenta rapidez e versatilidade de respostas que podem justificar sua aplicação em redes elétricas. São apresentados modelos matemáticos deste dispositivo, para regime permanente e transitório, utilizando transformações para coordenadas ortogonais. Com base nas respostas obtidas, durante as simulações das aplicações estudadas, pode-se constatar que a tensão série e seu posicionamento angular, introduzidos pelo UPFC, desempenham um importante papel no controle rápido e eficiente do fluxo de potência. Como contribuição deste trabalho, explorou-se a conexão do conversor shunt ao enrolamento terciário de autotransformadores, demonstrando a viabilidade do controle do fluxo de potência nestes equipamentos de transformação. O esquema proposto, instalado em transformadores em paralelo, eleva a disponibilidade de operação do UPFC, aumentando a flexibilidade operativa do sistema em implementações práticas. Através da formulação apresentada, o transformador de acoplamento shunt, convencionalmente utilizado pelo UPFC, apresenta dimensões reduzidas. Foi também examinada a possibilidade de limitação de correntes de curto-circuito, equilibrados ou não, com a ação dos controles do UPFC, particularmente, aprofundando a análise do seu desempenho mais eficiente diante de curtos monofásicos. Os resultados satisfatórios obtidos permitem considerar a viabilidade de limitação destas correntes como um subproduto interessante da atuação deste dispositivo FACTS. / In this thesis, the UPFC (Unified Power Flow Controller) various capabilities and effects for possible network applications, are studied. Although its structure is relatively more complex, when compared to the other FACTS controllers, its fast response and versatility can justify its application within the network. By utilising the orthogonal co-ordinates transform both the steady-state and transient mathematical models of the UPFC, are presented herein. Based on the results obtained and regarding the applications studied, it can be stated that the UPFC series voltage along with its phase angle play an important role for the fast and efficient control of the power flow. As a contribution of the present work, it has been proposed the connection of the shunt converter to the tertiary winding of autotransformers, demonstrating in this way the feasibility for controlling the power flow over such transforming assets. The proposed scheme, which regards two paralleled transformers, offers the UPFC a high operation availability increasing the system operative flexibility in actual implementations. By means of the proposed approach, the shunt coupling transformer, usually utilised in a classical UPFC configuration, presents a reduced size. Also, by utilising the UPFC control actions, it has been examined the possibility of short-circuit limitation over balanced and unbalanced circuits. Particularly, it has been analysed the UPFC most efficient performance towards line-to-ground faults. The satisfactory results obtained lead to consider the UPFC feasibility in limiting such currents; this, as an interesting by-product of this FACTS device action.

As novas tecnologias FACTS aplicadas ao sistema de transmissão, com base em eletrônica de potência, podem também ser úteis à distribuição. Para tal é preciso conduzir um procedimento de consolidação da utilização e do desempenho destas, para sua aplicação sem riscos. Neste trabalho, dois aspectos serão contemplados. O primeiro se refere à aplicação do dispositivo FACTS atuando como um capacitor série. Em se tendo controle de módulo e da fase da tensão inserida em série com a linha pode-se fazê-la comportar-se como uma queda em uma reatância série capacitiva ou indutiva. O controle dessa reatância série (aumentando/diminuindo) permitirá a aplicação do conceito de compensação série em qualquer ponto do sistema de distribuição, provendo benefícios de um controle contínuo da tensão e também do controle do fluxo de carga no sistema independente da corrente. O segundo aspecto refere-se ao uso dos dispositivos na conexão de alimentadores controlando a potência ativa entre eles. Para esta operação outro dispositivo UPFC, com conceito similar ao descrito acima, entretanto atuando na fase da tensão entre 2 barras, comporta-se como um transformador defasador com variação contínua de ?taps?, podendo controlar a potência ativa entre os alimentadores. A aplicação destas tecnologias propiciarão vários benefícios para a expansão da distribuição tais como, flexibilização do uso da rede, interligação de alimentadores permitindo manobras de blocos de energia sem ?pisca?, ajuste contínuo do suporte de reativos durante a operação, controle dinâmico do fluxo de potência. O objetivo deste trabalho é estudar a aplicabilidade da tecnologia FACTS e estender este conceito para aplicação em sistemas de distribuição e conduzir simulações digitais em redes de distribuição (15kV) identificando o desempenho e os benefícios atingidos. O programa de simulação utilizado é o ATP (Alternative Transients Program). / The new FACTS technologies applied to the transmission system, based on power electronics, can also be useful to the distribution. For that, it is necessary to drive a procedure to consolidate the use and the performance for their application without risks. In this work two aspects will be approached. The first refers to the application of a FACTS device acting as series compensator. This device will be able to control the voltage in module and phase in order to act as a voltage drop in a serie reactance with capacitive or inductive features. The control of this series reactance (increasing/ decreasing) will allow the application of series compensation concept to any point of the distribution system, providing the benefits of continuous control of the voltage added to the load flow control in the system independent of the current. The second aspect refers to its use in the connection of two feeders controlling the active power between them. For this operation other device, UPFC, with similar concept as described previously, acts mainly in the phase of the injected voltage in the line, performing as a phase-shift with continuous taps variation and is able to control the active power flow between feeders. The application of this technology will provide several benefits for the distribution expansion, such as, a greater flexibility in the use of the network, connection of feeders without load flow interruption, continuous adjust of reactive power during the operation and dynamic control of power flow. The purpose of this work is to study the applicability of the FACTS technology, to extend this concept for the application in the distribution system by using digital simulations in distribution network up to 15kV identifying the performance and the reached benefits.

O objetivo de um problema de Fluxo de Potência Ótimo é determinar o estado de um sistema de transmissão de energia elétrica que otimize um dado desempenho do sistema, e satisfaça suas restrições físicas e operacionais. O problema de Fluxo de Potência Ótimo é modelado como um problema de programação não linear com variáveis discretas e contínuas. Na maioria das abordagens da literatura para a resolução de problemas de Fluxo de Potência Ótimo, os controles discretos são modelados como variáveis contínuas. Estas formulações estão longe da realidade de um sistema elétrico pois alguns controles podem somente ser ajustados por passos discretos. Este trabalho apresenta um método para tratar as variáveis discretas do problema de Fluxo de Potência Ótimo. Uma função, que penaliza a função objetivo quando as variáveis discretas assumem valores não discretos, é apresentada. Ao incorporar esta função na função objetivo, um problema de programação não linear com somente variáveis contínuas é obtido e a solução desse problema é equivalente à solução do problema original, que contém variáveis discretas e contínuas. O problema de programação não linear é resolvido pelo Método de Pontos Interiores com Filtro. Experimentos numéricos com os sistemas elétricos IEEE 14, 30, 118 e 300 Barras comprovam que a abordagem proposta é eficiente na resolução de problemas de Fluxo de Potência Ótimo. / The aim of solving the Optimal Power Flow problem is to determine the state of an electric power transmission system that optimizes a given system performance, while satisfying its physical and operating constraints. The Optimal Power Flow problem is modeled as a large-scale mixed-discrete nonlinear programming problem. In most techniques existing in the literature to solve the Optimal Power Flow problems, the discrete controls are modeled as continuous variables. These formulations are unrealistic, as some controls can be set only to values taken from a given set of discrete values. This study proposes a method for handling the discrete variables of the Optimal Power Flow problem. A function, which penalizes the objective function when discrete variables assume non-discrete values, is presented. By including this penalty function into the objective function, a nonlinear programming problem with only continuous variables is obtained and the solution of this problem is equivalent to the solution of the initial problem that contains discrete and continuous variables. The nonlinear programming problem is solved by a Interior-Point Method with filter line-search. Numerical tests using the IEEE 14, 30, 118 and 300-Bus test systems indicate that the proposed approach is efficient in the resolution of OPF problems.