Submitted by Marina Teixeira Costa null (marinateixeiracosta@gmail.com) on 2017-02-14T14:27:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertação MARINA 12.pdf: 1807218 bytes, checksum: 95bc28b832360cf51847512b47b234d8 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-14T15:29:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 costa_mt_me_bauru.pdf: 1807218 bytes, checksum: 95bc28b832360cf51847512b47b234d8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T15:29:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 costa_mt_me_bauru.pdf: 1807218 bytes, checksum: 95bc28b832360cf51847512b47b234d8 (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O problema de Fluxo de Potência Ótimo determina a melhor condição de operação de um sistema elétrico de potência. Há diferentes classes de problemas de Fluxo de Potência Ótimo de acordo com os tipos de funções a serem otimizadas, e os conjuntos de controles e de restrições utilizados. Dentre elas, dá-se destaque ao problema de Fluxo de Potência Ótimo com Restrição de Segurança, o qual é uma importante ferramenta para os Operadores dos Sistemas de Transmissão, tanto para o planejamento operacional, quanto para a precificação da energia. Seu objetivo é minimizar os custos operacionais de geração de energia levando em consideração as restrições decorrentes da operação do sistema sob um conjunto de contingências. Ele é formulado como um problema de otimização não linear, não-convexo de grande porte, com variáveis contínuas e discretas. Neste trabalho investiga-se este problema em relação à sua formulação, dificuldades computacionais e método de solução. Para um tratamento do problema mais próximo à realidade adotam-se alguns controles como variáveis discretas, ou seja, os taps dos transformadores. Estes são tratados através de um método que penaliza a função objetivo quando as variáveis discretas assumem valores não discretos. Desta forma, o problema não linear discreto é transformado em um problema contínuo e o método Primal-Dual Barreira Logarítmica é utilizado em sua resolução. Testes computacionais são apresentados com o problema de Fluxo de Potência Ótimo com Restrição de Segurança associado ao sistema teste IEEE 14 barras em três etapas de teste. Os resultados obtidos e as comparações realizadas comprovam a eficiência do método de resolução escolhido / The Optimum Power Flow problem determines the best operating condition of an electric power system. There are different classes of Optimal Power Flow problems according to the types of functions to be optimized, and the sets of controls and constraints used. Among them, the problem of Optimal Power Flow with Security Constraint is highlighted, which is an important tool for the Transmission System operators, both for operational planning and for energy pricing. Its objective is to minimize the operational costs of power generation taking into account the constraints arising from the operation of the system under a set of contingencies. It is formulated as a nonlinear, nonconvex large optimization problem, of continuous and discrete variables. In this work, the problem in relation to its formulation, computational difficulties and solution method is investigated. For a treatment of the problem closest to the reality, some controls such as discrete variables, i.e. the taps of the transformers, are used. These are treated by a method that penalizes the objective function when the discrete variables assume non-discrete values. Thus, the discrete nonlinear problem is transformed into a continuous problem and the Primal-Dual Logarithmic Barrier method is used in its resolution. Computational tests are performed with the optimal power flow problem with security constraint associated with the test system of IEEE 14 bars in three test stages. The obtained results and the realized comparisons prove the efficiency of the chosen resolution method.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-01T14:29:29Z No. of bitstreams: 1 paulaoliveiralagatta.pdf: 1917786 bytes, checksum: 627585584595873c205fcbcf5c79980f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:01:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 paulaoliveiralagatta.pdf: 1917786 bytes, checksum: 627585584595873c205fcbcf5c79980f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 paulaoliveiralagatta.pdf: 1917786 bytes, checksum: 627585584595873c205fcbcf5c79980f (MD5) Previous issue date: 2012-03-05 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho são propostas duas formulações de importantes ferramentas para análise de redes em regime permanente, onde são consideradas equações que descrevem o comportamento do controle primário e secundário de frequência em sistemas elétricos de potência. A primeira proposta é baseada em uma formulação do problema de fluxo de potência convencional e a segunda uma formulação do fluxo de potência ótimo. A formulação de fluxo de potência proposta é desenvolvida a partir de uma metodologia genérica de representação de dispositivos de controle. Esta metodologia consiste em incorporar as equações que modelam dispositivos de controle ao problema básico de fluxo de potência em coordenadas polares, formando um sistema de equações de ordem (2nb+nc). O fluxo de potência desenvolvido é capaz de estimar os desvios de frequência do sistema devido a uma perturbação da carga. Por outro lado, o fluxo de potência ótimo proposto é capaz de identificar montantes e locais de corte carga, de forma a manter a frequência do sistema em uma faixa aceitável de operação. A formulação proposta de FPO consiste em incluir no problema equações de igualdade e desigualdade associadas com o controle primário de frequência e geração de potência ativa. Os desenvolvimentos propostos para o fluxo de potência convencional foram implementados no ambiente MatLab®. Para solução do fluxo de potência ótimo utilizou-se um pacote comercial de otimização, denominado LINGO®. A avaliação do fluxo de potência e fluxo de potência ótimo propostos é feita através do estudo de sistemas tutoriais e do sistema New England. A validação da análise de desvios de frequência é feita através da utilização do programa ANATEM, desenvolvido pelo CEPEL. Os resultados obtidos mostram as vantagens da utilização das formulações propostas. / This work proposes a new formulation for both the conventional power flow and the optimal power flow formulation, in which the steady-state equations describing the primary and secondary frequency control in electrical power systems are included. The proposed power flow formulation is based on a flexible methodology for the representation of control devices. Such methodology incorporates equations that model control devices into the basic power flow formulation in polar coordinates, generating an augmented system of equations having order (2nb + nc). The developed power flow is able to estimate the system frequency deviation due to a load disturbance. On other hand, the proposed optimum power flow formulation is able to identify the minimum load shedding necessary to maintain the system frequency in an acceptable range of operation. The proposed OPF formulation includes additional equality and inequality constraints to represent the steady state primary frequency control as a function of the active power generation. The proposed development for the conventional power flow was made using the MATLAB® environment. The optimal power flow solution used a commercial optimization package called LINGO®. The evaluation of the proposed power flow and optimal power flow formulations were made through the study of small test systems and the New England test system. Validations of the frequency deviation analysis were made using the program ANATEM, developed by CEPEL. The results obtained show the advantages of using the proposed formulations.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-07-21T13:29:40Z No. of bitstreams: 1 paulosergiodecastronascimento.pdf: 3896961 bytes, checksum: 0b372ca459a14823ea250c1b708376af (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-08T18:15:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 paulosergiodecastronascimento.pdf: 3896961 bytes, checksum: 0b372ca459a14823ea250c1b708376af (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T18:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 paulosergiodecastronascimento.pdf: 3896961 bytes, checksum: 0b372ca459a14823ea250c1b708376af (MD5) Previous issue date: 2017-04-18 / O Controle de Intercâmbio de Potência Reativa (CIPR) é uma metodologia cujo principal objetivo é manter o intercâmbio de potência reativa de uma área em um determinado valor especificado. Tal esquema tem potencial para subsidiar o estudo do suporte de potência reativa fornecido ou requerido por uma determinada área e seu impacto na operação do sistema. Além disso, tal estratégia de controle foi elaborada visando o desacoplamento de controle de tensão e potência reativa da área, de forma a permitir uma maior eficiência de estratégias de controle coordenado de tensão. A sistemática básica da formulação matemática que será apresentada, foi inspirada especialmente no método de controle de intercâmbio de potência ativa entre áreas, onde múltiplos geradores contribuem para controlar o intercâmbio de potencia ativa em valores especificados, conforme descrito em [1]. A principal contribuição deste trabalho está associada a uma nova formulação aumentada, onde apenas uma equação adicional é utilizada para representação do controle de intercâmbio de potência reativa. A metodologia propicia uma grande flexibilidade, permitindo não só a aplicação no CIPR, mas também na modelagem de outros tipos de controles que necessitam representar vários equipamentos simultaneamente. Para a aplicação deste trabalho, a metodologia representa os vários geradores participantes do CIPR, com acréscimo de apenas uma linha e uma coluna na matriz jacobiana, sendo esta a principal contribuição deste trabalho. Adicionalmente, a metodologia apresenta grande versatilidade na incorporação e/ou retirada dos equipamentos responsáveis pelo controle, representando de forma eficiente as limitações reais dos equipamentos. O modelo matemático proposto foi testado em diversos sistemas testes, obtendo-se bons resultados. As simulações realizadas foram validadas usando o programa Anarede de propriedade do Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (CEPEL). Os modelos de fluxo de potência e o núcleo principal da metodologia proposta foram desenvolvidos em MATLAB, auxiliadas por diversos programas para formulação e verificação dos resultados. Sendo os principais destes: Mathematica, Anarede, PSIM, linguagem R, Rstudio. / Reactive Power Interchange Control (RPIC) is a methodology whose main objective is to maintain the reactive power interchange of an area at a specified value. Such a scheme has the potential to support the study of the reactive power support provided or required by a given area and its impact on the operation of the system. In addition, such control strategy was elaborated aiming at the decoupling of tension control and reactive power of the area, in order to allow greater efficiency of coordinated voltage control strategies. The basic mathematical formulation, which will be presented, was inspired by the method of control of active power interchange between areas, where multiple generators contribute to control the active power exchange in specified values, as described in [1]. The main contribution of this work is associated with a new augmented formulation, where only one additional equation is used to represent the reactive power exchange control between two areas. The methodology provides great flexibility, allowing not only the application in the RPIC, but in other to generally model control strategies, in which the contribution of more than one device for a given control strategy is required. For the application of this work, the modelling represents the various generators participating in the RPIC, in which only one additional line and column in the Jacobian matrix is required, being this formulation the main contribution of this work. In addition, the methodology presents great flexibility in the incorporation or removal of a control device, which has reached its corresponding limit. The proposed mathematical model was tested in several test systems, obtaining good results. The simulations were validated using the ANAREDE program owned by the Electric Energy Research Center (CEPEL). The power flow models and the main core of the proposed methodology were developed in MATLAB, aided by several programs for formulating and verifying the results. The main ones being: Mathematica, ANAREDE, PSIM, R language, Rstudio.

Neste trabalho, as restrições de estabilidade transitória são incorporadas ao problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) por meio da aproximação de equações diferenciais do problema de estabilidade por um conjunto de equações algébricas provenientes de procedimentos de integração numérica. Uma contribuição original desta dissertação é a proposição de um procedimento de otimização multi-passos que minimiza problemas de convergência e acelera o processo computacional. O procedimento de otimização proposto foi testado com sucesso num sistema pequeno de 3 geradores, tendo as potências geradas como variáveis de controle. / In this work, transient stability constraints are incorporated into the Optimal Power Flow (OPF) problem by approximating differential equations constraints by a set of equivalent algebraic equations originated from numerical integration procedures. A contribution of this dissertation is the proposal of a multi-step optimization procedure, which minimizes convergence problems and speeds up computation. The proposed optimization procedure was successfully tested on a small 3-machine power system, having the generated powers as control variables.

Neste trabalho propomos uma abordagem para a resolução do problema de fluxo de potência ótimo. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os métodos de penalidade, de barreira, de Newton-Lagrangiano, da função Lagrangiana aumentada e dual-Lagrangiano. Nesta abordagem, as restrições de igualdade são tratadas pelo método de Newton, as restrições canalizadas, de tensão e tap, pelo método da função barreira logarítmica, e as restrições de desigualdade e demais restrições canalizadas, pelo método da função Lagrangiana aumentada. A motivação para este estudo foi a necessidade de manter as variáveis - tensão e tap - dentro de seus limites. Os resultados numéricos apresentados evidenciam o potencial desta metodologia para a resolução de problemas de programação não-linear e, em particular, do problema de fluxo de potência ótimo. / A new approach to solving the optimal power flow problem is proposed in this study. The first step in developing this method was to obtain theoretical material from bibliographic survey, which described in detail the penalty method, the barrier method, Newton\'s method, the augmented Lagrangian method end the dual-Lagrangian method. In the new approach, equality constraints are handled by Newton\'s method, the voltage end tap box inequality constraints by the logarithmic barrier method and the inequality constraints and the other box inequality constraints by the augmented Lagrangian method. The motivation for this research was the necessity to keep the voltage and tap variables within their limits. The numerical results demonstrate the potential of this methodology for the solution of nonlinear problems and, in particular, of the optimal power flow problem.

Este trabalho apresenta um sistema de informações geográficas (SIG) como ferramenta de analise da reconfiguração de redes de distribuição de energia elétrica, juntamente com a evolução e tendências para os sistemas SIG. É utilizado um banco de dados relacional para armazenar dados geográficos e não geográficos e resultados de cálculo de fluxo de potência. A região em estudo é visualizada em forma de mapa sobrepondo a rede primária e os seus elementos elétricos. A simulação do novo estado da rede é feita, intuitivamente com o mouse, a partir dos elementos gráficos. O aplicativo apresenta graficamente os resultados de simulações de manobras na rede de distribuição e os valores resultantes do fluxo de potência para suas principais grandezas elétricas. / This work describes the implementation of a Geographical Information System (GIS) based reconfiguration system, aimed at primary distribution feeders (13.8 kV), together with an overview on the evolution and future trends of GIS applications. A relational database stores both spatial and non-spatial data, which are shown on the screen as a map on top of which all elements of the electrical system are displayed. An intuitive user interface, through the use of the mouse and graphical resources, allows the state of protective/switching devices to be easily changed (from closed to open and vice-versa). A load-flow routine can be executed at any time, allowing the evaluation of the impact of a particular operation. Simulation results are presented in two forms: graphical data shown directly on the screen and alphanumeric reports for later analysis.

O presente trabalho visa a investigação e o desenvolvimento de estratégias de otimização contínua e discreta para problemas de Fluxo de Potência Ótimo com Restrições de Segurança (FPORS) Multiobjetivo, incorporando variáveis de controle associadas a taps de transformadores em fase, chaveamentos de bancos de capacitores e reatores shunt. Um modelo Problema de Otimização Multiobjetivo (POM) é formulado segundo a soma ponderada, cujos objetivos são a minimização de perdas ativas nas linhas de transmissão e de um termo adicional que proporciona uma maior margem de reativos ao sistema. Investiga-se a incorporação de controles associados a taps e shunts como grandezas fixas, ou variáveis contínuas e discretas, sendo neste último caso aplicadas funções auxiliares do tipo polinomial e senoidal, para fins de discretização. O problema completo é resolvido via meta-heurísticas Evolutionary Particle Swarm Optimization (EPSO) e Differential Evolutionary Particle Swarm Optimization (DEEPSO). Os algoritmos foram desenvolvidos utilizando o software MatLab R2013a, sendo a metodologia aplicada aos sistemas IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras e validada sob os prismas diversidade e qualidade das soluções geradas e complexidade computacional. Os resultados obtidos demonstram o potencial do modelo e estratégias de resolução propostas como ferramentas auxiliares ao processo de tomada de decisão em Análise de Segurança de redes elétricas, maximizando as possibilidades de ação visando a redução de emergências pós-contingência. / The goal of the present work is to investigate and develop continuous and discrete optimization strategies for SCOPF problems, also taking into account control variables related to in-phase transformers, capacitor banks and shunt reactors. Multiobjective optimization model is formulated under a weighted sum criteria whose objectives are the minimization of active power losses and an additional term that yields a greater reactive support to the system. Controls associated with taps and shunts are modeled either as fixed quantities, or continuous and discrete variables, in which case auxiliary functions of polynomial and sinusoidal types are applied for discretization purposes. The complete model is solved via EPSO and DEEPSO metaheuristics. Routines coded in Matlab were applied to the IEEE 14,30, 57, 118 and 300-bus test systems, where the method was validated in terms of diversity and quality of solutions and computational complexity. The results demonstrate the robustness of the model and solution approaches and uphold it as an effective support tool for the decision-making process in Power Systems Security Analysis, maximizing preventive actions in order to avoid insecure operating conditions.

Orientador: John Fredy Franco Baquero / Resumo: O planejamento bem-sucedido de redes de distribuição requer uma metodologia que inclua um modelo de rede preciso que considere não apenas os custos econômicos, mas também os custos associados à confiabilidade do sistema. Considerando estas duas características essenciais, esta tese propõe modelos matemáticos que permitam incluir a avaliação da confiabilidade dentro do problema do planejamento de expansão de sistemas de distribuição com múltiplos estágios, visando expandir os ativos de rede (ramos e subestações) e minimizar os custos de confiabilidade do sistema. Em relação às características da rede, o modelo de planejamento proposto utiliza um fluxo de potência AC não-linear e não convexo, que é convertido em um problema convexo usando reformulação cônica, técnicas de linearização por partes, com o intuito de obter tratabilidade computacional usando técnicas clássicas de otimização. Além disso, a avaliação de confiabilidade convencional baseada em simulação é implementada de forma equivalente por meio de expressões algébricas dentro do modelo matemático. Vários casos de estudo são usados ​​para demostrar a eficácia da metodologia de planejamento proposta. / Abstract: Successful planning of distribution networks requires a methodology that includes an accurate network model that considers not only the economic costs but also the costs associated with system reliability. Considering these two essential characteristics, this thesis proposes mathematical models that include reliability assessment within multi-stage expansion planning problem of distribution systems, aiming at expanding network assets (branches and substations) and minimizing reliability costs of the system. In relation to the network characteristics, the proposed planning model uses a non-convex nonlinear AC power flow, which is converted into a convex problem using conic reformulation and piece-wise linearization, to obtain the computational treatability using classical optimization techniques. In addition, conventional simulation-based reliability assessment is implemented equivalently through algebraic expressions. Several benchmarks are used to demonstrate the effectiveness of the proposed planning methodology. / Doutor

O presente trabalho visa a investigação e o desenvolvimento de estratégias de otimização contínua e discreta para problemas de Fluxo de Potência Ótimo com Restrições de Segurança (FPORS) Multiobjetivo, incorporando variáveis de controle associadas a taps de transformadores em fase, chaveamentos de bancos de capacitores e reatores shunt. Um modelo Problema de Otimização Multiobjetivo (POM) é formulado segundo a soma ponderada, cujos objetivos são a minimização de perdas ativas nas linhas de transmissão e de um termo adicional que proporciona uma maior margem de reativos ao sistema. Investiga-se a incorporação de controles associados a taps e shunts como grandezas fixas, ou variáveis contínuas e discretas, sendo neste último caso aplicadas funções auxiliares do tipo polinomial e senoidal, para fins de discretização. O problema completo é resolvido via meta-heurísticas Evolutionary Particle Swarm Optimization (EPSO) e Differential Evolutionary Particle Swarm Optimization (DEEPSO). Os algoritmos foram desenvolvidos utilizando o software MatLab R2013a, sendo a metodologia aplicada aos sistemas IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras e validada sob os prismas diversidade e qualidade das soluções geradas e complexidade computacional. Os resultados obtidos demonstram o potencial do modelo e estratégias de resolução propostas como ferramentas auxiliares ao processo de tomada de decisão em Análise de Segurança de redes elétricas, maximizando as possibilidades de ação visando a redução de emergências pós-contingência. / The goal of the present work is to investigate and develop continuous and discrete optimization strategies for SCOPF problems, also taking into account control variables related to in-phase transformers, capacitor banks and shunt reactors. Multiobjective optimization model is formulated under a weighted sum criteria whose objectives are the minimization of active power losses and an additional term that yields a greater reactive support to the system. Controls associated with taps and shunts are modeled either as fixed quantities, or continuous and discrete variables, in which case auxiliary functions of polynomial and sinusoidal types are applied for discretization purposes. The complete model is solved via EPSO and DEEPSO metaheuristics. Routines coded in Matlab were applied to the IEEE 14,30, 57, 118 and 300-bus test systems, where the method was validated in terms of diversity and quality of solutions and computational complexity. The results demonstrate the robustness of the model and solution approaches and uphold it as an effective support tool for the decision-making process in Power Systems Security Analysis, maximizing preventive actions in order to avoid insecure operating conditions.

Este trabalho apresenta um sistema de informações geográficas (SIG) como ferramenta de analise da reconfiguração de redes de distribuição de energia elétrica, juntamente com a evolução e tendências para os sistemas SIG. É utilizado um banco de dados relacional para armazenar dados geográficos e não geográficos e resultados de cálculo de fluxo de potência. A região em estudo é visualizada em forma de mapa sobrepondo a rede primária e os seus elementos elétricos. A simulação do novo estado da rede é feita, intuitivamente com o mouse, a partir dos elementos gráficos. O aplicativo apresenta graficamente os resultados de simulações de manobras na rede de distribuição e os valores resultantes do fluxo de potência para suas principais grandezas elétricas. / This work describes the implementation of a Geographical Information System (GIS) based reconfiguration system, aimed at primary distribution feeders (13.8 kV), together with an overview on the evolution and future trends of GIS applications. A relational database stores both spatial and non-spatial data, which are shown on the screen as a map on top of which all elements of the electrical system are displayed. An intuitive user interface, through the use of the mouse and graphical resources, allows the state of protective/switching devices to be easily changed (from closed to open and vice-versa). A load-flow routine can be executed at any time, allowing the evaluation of the impact of a particular operation. Simulation results are presented in two forms: graphical data shown directly on the screen and alphanumeric reports for later analysis.