O desenvolvimento sustentável busca satisfazer as necessidades humanas no presente sem comprometer a capacidade de satisfazer as necessidades da sociedade no futuro. Com a demanda crescente por energia, a diversificação da matriz energética atual e a busca por fontes renováveis complementares tornam-se cada vez mais importantes. Entre essas fontes as energias provenientes do sol e das correntes de ar se destacam como duas das mais promissoras e, na busca pelo aproveitamento direto da radiação solar e da energia cinética oriunda dos ventos, diversas tecnologias tem sido estudadas e desenvolvidas. No Brasil, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL (2016) as fontes de energia eólica e solar fotovoltaica representam pouco mais de 6% do total considerando os empreendimentos em operação, o que indica uma oportunidade para a expansão da geração de energia elétrica utilizando estas fontes limpas. Considerando, então, a relevância que a geração renovável de energia assume nesse contexto, este trabalho detalha a implantação, discute os resultados obtidos e estuda a viabilidade técnica-econômica da instalação de um projeto de geração eólico isolado e fotovoltaico com conexão à rede elétrica de distribuição, sob o âmbito das Resoluções Normativas número 482/2012 e 687/2015 da ANEEL, fornecendo energia a uma estação rádio base de telefonia celular no estado de São Paulo. / Sustainable development seeks to meet human needs in the present without compromising the ability to meet the needs of society in the future. With the growing demand for energy, the diversification of the energy matrix and the search for complementary renewable sources become increasingly important. Among these sources, the energy from the sun and air currents stand out as two of the most promising and in the search for direct use of solar radiation and kinetic energy from the wind, several technologies have been studied and developed. In Brazil, according to the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL 2016) the sources of photovoltaic solar and wind energy account for just over 6% of total considering the projects in operation, indicating an opportunity for the expansion of electricity generation using these clean sources. So considering the importance that renewable energy generation takes this context, this paper details the implementation, discusses the results and assessing the technical and economic feasibility of installing a isolated wind generation and a photovoltaic generation project with connection to the electrical distribution network, under the scope of Normative Resolution number 482/2012 and 687/2015 of ANEEL, providing power to a radio station cellular base in the state of São Paulo.

A inclusão de fontes alternativas no sistema de energia elétrica possibilita a otimização dos recursos naturais disponíveis para geração. A conexão dessas fontes deve ser efetuada de forma a evitar índices de qualidade de energia incondizentes aos limites estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Nesse contexto, sistemas de Geração Distribuída (GD) conectados à rede de distribuição via controle tensão/potência utilizam controladores Proporcional+Ressonantes (P+R) para produzir tensões com mínimas distorções na presença de cargas não lineares. Além disso, esse tipo de solução apresenta resultados satisfatórios na presença de outros tipos de carga (linear, não linear e conexão de máquina de indução), entretanto, para uma carga RLC com frequência de ressonância igual à frequência fundamental, o sistema de GD torna-se instável e as distorções harmônicas ultrapassam os limites mínimos estabelecidos para assegurar a qualidade de energia. Dessa forma, essa dissertação de mestrado propõe a substituição do controlador P+R da frequência fundamental por um controlador de ordem fracionária PIλ, projetado através de um algoritmo de otimização heurística. Os resultados obtidos através de simulação demonstram que o controlador proposto apresenta resultados satisfatórios para todas as cargas testadas: Não Linear; Motor de Indução Trifásico e RLC com frequência de ressonância igual à fundamental da rede. Entretanto, os resultados experimentais mostraram uma sensibilidade quanto à mudança de carga e quanto aos parâmetros de discretização do controlador, sugerindo a necessidade de uma análise mais rigorosa na etapa de projeto de modo a se ter robustez quanto à variação de carga. / The insertion of alternative sources in the power system enables the optimization of natural resources available for electrical generation. The connection of these sources to the grid has to be made in order to avoid indices of power quality greater than the limits established by national and international standards. In this context, a Distributed Generation (DG) systems connected to the grid via voltage/power control use a proportional+resonant (P+R) controller to produce not only the fundamental frequency but also to reduce the voltage distortion when nonlinear loads are connected to the DG terminals. Additionally, this type of solution shows satisfactory results for linear, balanced, unbalanced and direct connection of induction machine as well. However, for parallel RLC load with frequency of resonance equals to the fundamental frequency of the grid, the DG system operation becomes unstable with high levels of harmonic distortions and an oscillatory behavior. In this context, we propose the replacement of the PR controller for the fundamental frequency by a fractional order controller PIλ designed via a heuristic optimization algorithm. To prove the feasibility of the proposed approach a set of simulations are presented, however, the experimental prototype shown the sensitivity of the controller for different loads and for the controller discretization parameters suggesting the need for more analysis during the design procedures of the PIλ controller to achieve the expected robustness.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO VANESSAVIQUETTI LOWENBERG.pdf: 2250957 bytes, checksum: 81895e5a2a510f6aea4627b4b6c0d230 (MD5) Previous issue date: 2013-04-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work considers the connection of wind power units to the distribution system, aiming at verifying the maximum power limits that can be connected complying with given connection requirements. The maximum power limits have been characterized in terms of maximum integration levels, to the equivalent capacity in the connection node, and in terms of maximum penetration levels, to the full load power feeder. The steady-state voltage in the distribution system nodes has to comply with a priori given maximum variation limits for all possible wind farm working conditions, supplying from 20 to 100% of its nominal power. The research has been developed in two different distribution feeders: a 5-nodes distribution feeder, connecting the wind farm at four different points and considering three different load levels; a 32-nodes distribution feeder, connecting the wind farm to ten different nodes of the system and also considering three different load levels. The maximum integration and penetration levels of wind power have been evaluated in terms of (i) the connection node characteristics (equivalent X/R ratio impedance and voltage); (ii) the feeder load; (iii) the connection node. The connection of either one or two wind farms has been considered for both feeders, assuming wind farms with equal characteristics. The analysis showed strong influence of the impedance X/R ratio on the maximum wind energy integration and penetration levels. The feeder load influences these levels in a non-linear manner and in some cases also an in inverse way, i.e. the load increasing can either increase or decrease the maximum integration level. The equivalent voltage influence on the maximum wind power integration and penetration was not evident in the performed tests. The feeder structure did influence the levels since, in many cases, the maximum integration and penetration levels of wind power have not been determined by the voltage in the connection node but by the voltage in other feeder s node. In general, the connection of two wind farms showed higher wind energy penetration levels compared to only one wind farm, being more or less expressive according to the connecting node characteristics. / Este trabalho se insere no contexto do estudo da conexão de unidades de geração eólica em sistemas de distribuição no sentido de verificar quais os limites máximos de potência que po- dem ser interligados atendendo a determinados requisitos de conexão. Os limites máximos de potência são caracterizados em termos dos níveis máximos de inserção de geração eólica, relativos à capacidade equivalente vista pelo nó de conexão, e da máxima penetração de geração eólica, relativos à carga instalada no alimentador. Exige-se que a tensão de regime permanente nos nós do alimentador de distribuição atenda a limites máximos pré-estabelecidos de variação para todas as condições operativas possíveis do parque eólico produzindo desde 20% até 100% de sua potência nominal. O estudo foi realizado através de simulação computacional sobre dois alimentadores de distribuição diferentes: um alimentador com 5 nós, conectando o parque eólico em quatro diferentes pontos deste sistema e considerando três níveis diferentes de carregamento; e um alimentador com 32 nós, conectando o parque eólico em dez diferentes pontos deste sistema e considerando também três níveis diferentes de carregamento. Os níveis máximos de inserção e penetração de geração eólica foram analisados em função: (i) das características do nó de conexão (relação X/R da impedância e tensão equivalentes); (ii) do carregamento do alimentador; (iii) do nó de conexão. Para os dois alimentadores foram considerados os casos da conexão de um e de dois parques eólicos, sendo que em todos os casos foram adotados parques eólicos idênticos. As análises realizadas mostraram grande influência da relação X/R da impedância equivalente tanto sobre a inserção quanto a penetração de geração eólica. O carregamento do alimentador influenciou de maneira não linear e também em alguns casos de maneira inversa, significando que o aumento do carregamento pode tanto aumentar quanto reduzir a máxima inserção de geração eólica. A influência da tensão equivalente sobre a inserção e penetração de geração eólica não mostrou-se muito evidente nos testes realizados. A topologia do alimentador teve influência, pois em diversos casos os limites má- ximos de inserção e penetração de geração eólica foram determinados pela tensão em nós do alimentador distintos do nó de conexão do parque. De maneira geral, a conexão de dois parques eólicos mostrou atingir níveis superiores de penetração de geração eólica em comparação a um só parque, podendo ser mais ou menos expressiva conforme a característica dos nós de conexão envolvidos.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-03T18:16:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudosGeradoresDistribuidos.pdf: 2266342 bytes, checksum: 0d5bb31184f14bc0deec29361a167536 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-07T13:21:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudosGeradoresDistribuidos.pdf: 2266342 bytes, checksum: 0d5bb31184f14bc0deec29361a167536 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T13:21:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudosGeradoresDistribuidos.pdf: 2266342 bytes, checksum: 0d5bb31184f14bc0deec29361a167536 (MD5) Previous issue date: 2015-12-16 / Nesta tese apresenta-se um estudo que objetiva desenvolver modelos lineares adequados ao estudo de estabilidade em sistemas de potência interligados que incorporem grandes geradores distribuídos conectados à rede via inversor. Para esse fim, um modelo do tipo Heffron-Phillips estendido foi desenvolvido para um sistema de teste que é constituído por um gerador distribuído de grande porte, e de um gerador síncrono, ambos de potências similares e interligados a um sistema de porte muito maior (barra infinita). Devido à presença do gerador distribuído e de seu subsistema de controle de corrente, o modelo estendido apresenta um conjunto de canais que se originam no subsistema de regulação de corrente do gerador distribuído e chegam até o ponto de soma dos torques atuando no eixo do loop eletromecânico do gerador síncrono. Através de considerável número de testes computacionais, e para uma ampla gama de condições de operação, foram avaliadas as importâncias relativas dos novos ganhos de canal. Verificou-se, então, que os ganhos associados aos caminhos diretos são aqueles que possuem influência predominante na contribuição do gerador distribuído para os torques de sincronismo e de amortecimento que atuam no eixo do gerador síncrono. Além disso, os valores dos novos ganhos mostraram-se desprezíveis quando o nível de geração do gerador distribuído torna-se bastante reduzido. Esta observação permitiu efetuar simplificações adicionais ao modelo proposto, a fim de se obter um modelo mais adequado ao projeto de Estabilizadores de Sistema de Potência (ESP) para tal classe de sistemas de potência. Além disso, novas fórmulas são propostas na tese para estimar os valores dos coeficientes dos torques de sincronismo e de amortecimento, em função do nível de geração de potência ativa do gerador distribuído. Para o sistema teste, um ESP foi projetado utilizando-se o modelo simplificado e, subsequentemente, sua degradação de desempenho foi investigada para um grande conjunto de condições de operação do sistema. Os resultados mostraram uma considerável dessintonia no desempenho do ESP para elevado nível de potência ativa pelo gerador distribuído, em comparação com o nível de geração do gerador síncrono. Testes complementares foram realizados com o objetivo de avaliar possíveis efeitos adversos de uma interação entre o ESP e o controle Proporcional e Integral (PI) de um dispositivo FACTS – TCSC (Flexible AC Transmission Systems - Thyristor Controlled Series Compensator). Verificou-se que é necessário evitar operar o controlador PI (Proporcional e Integral) com ganhos muito elevados, de forma a não reduzir substancialmente a estabilidade do sistema. / This thesis presents a study to develop linear models suitable for conducting stability studies in interconnected electrical power systems that include large utility-scale inverterconnected power stations. To that end, an extended Heffron-Phillips-type model was developed for a study power system consisting of a utility-scale inverter-connected power source and a synchronous generator, both of which having similar power ratings and being interconnected to a larger power system (infinite bus bar). Due to the presence of the distributed generator and associated current regulating control subsystem, the extended model presents a set of signal channels originating at the current regulation subsystem of the distributed generator and arriving at the torque summing point of the synchronous generator. By performing a large set of computational tests, for a wide range of operating conditions, the relative importance of these new channel gains were assessed. It was found that the gains associated with the direct paths have a predominant influence on the contribution of the distributed generator for both synchronizing as well as damping torques actuating on the synchronous generator shaft. Furthermore, the values of these path gains prove to be negligible when the generation level of the distributed generator is rather reduced. This observation allowed for performing further model simplifications in order to obtain a more suitable model for Power System Stabilizers (PSS) design for such class of power systems. In addition, new formulae are proposed hereby which allow for estimating the values of the synchronizing and damping torque coefficients as a function of the active power generation level of the distributed generator. For the test power system, a PSS damping controller was designed by using the developed simplified model. Subsequent ly, the PSS performance degradation has been investigated for a large set of operating conditions, The results showed considerable PSS performance detuning for those operating conditions corresponding to increased generating level at the distributed generator in comparison to synchronous active power generating level. Supplementary computational tests were performed to evaluate potential adverse interacting effects between the PSS and the proportional and integral (PI) control of a TCSC FACTS device in the area. It was found that moderate values must be chosen in order not to substantially reduce the system stability.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-04-27T13:33:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-04T12:41:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T12:41:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) Previous issue date: 2016-10-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho realiza-se o estudo de uma técnica ativa para detecção de ilhamento adequada para aplicação em Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR). A técnica é baseada na injeção de sinais de testes afetando a sequência negativa de tensão após a situação de ilhamento. São apresentadas definições e explicações sobre o sistema de distribuição de potência e sobre os elementos que pertencem a Geração Distribuída (GD). Regulamentos sobre o funcionamento de inversores e o modelo de célula fotovoltaica são apresentados. Detalha-se o conceito de ilhamento e sua Zona de Não Detecção (ZND) bem como as principais técnicas atuais para sua detecção. É apresentada a técnica de sequência negativa. São desenvolvidas algumas aplicações de instrumentação relacionadas a medição de sequência negativa, inversor senoidal e PLL. São projetados modelos que efetuam a injeção e medição de sequência negativa por meio de um VSI: controlador e filtro. São realizadas simulações para detecção de ilhamento sob condições comuns a SFCR: variação de irradiância e sombreamento de célula; e sob condições comuns em um sistema de potência de distribuição: variação e desbalanceamento de carga. Por fim, o desempenho do método aplicado é validado e comparado. / In this paper, is made a study of a active technique for detection of islanding that is proper for application in Grid-Connected Photovoltaic System (GCPS). The technique is based on injection of testing signals which affect negative-sequence of voltage after islanding case. Definitions and explanations are presented about power distributing system and about the elements which belong to Distributed Generation (DG). Standards about inverter’s function and about model of photovoltaic cell are presented. Details of islanding concept and its Non-Detection Zone (NDZ) as well as main current techniques for its detection are exhibited. It is shown the sequence-negative technique. Some instrumental applications related to negative-sequence measurement, sinusoidal inverter and PLL are developed. Models are designed to accomplish the injection and measurement of negative-sequence through VSI: controller and filter. Simulations were made to detect islanding under ordinary conditions of GCPS: irradiance variation and shading of photovoltaic cell; and under ordinary conditions of a power distribution system: charging variation and unbalanced charge. At last, the applied method performance is validated and compared.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-07-04T18:18:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoRedesDistribuicao.pdf: 3740924 bytes, checksum: 3fc693c9e32013dada9cf9bf3be0bcd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-17T16:36:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoRedesDistribuicao.pdf: 3740924 bytes, checksum: 3fc693c9e32013dada9cf9bf3be0bcd8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-17T16:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoRedesDistribuicao.pdf: 3740924 bytes, checksum: 3fc693c9e32013dada9cf9bf3be0bcd8 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação visa mostrar o impacto de geradores fotovoltaicos distribuídos, conectados nas redes de distribuição, na estabilidade de tensão de longo-prazo usando simulação completa no domínio do tempo. O efeito de diferentes níveis de penetração da geração fotovoltaica é investigado. Também são investigados diferentes modelos de redes de distribuição com geração distribuída: 1) Carga e GD representados por modelo ZIP e carga com potência ativa negativa do tipo corrente constante, respectivamente, na subestação (SE); 2) Carga e GD representados por modelo ZIP e equivalente dinâmico, respectivamente, na SE; 3) Carga e GD representados por modelo ZIP e modelo dinâmico, respectivamente, distribuídos ao longo de uma rede de distribuição de MT. Equipamentos como transformadores com comutação de tape sob carga (OLTC, do inglês, “On-Load Tap Changer”), limitadores de sobrecorrente de excitação (OEL, do inglês, “Overexcitation Limiter”), cargas estáticas e autotransformadores reguladores de tensão são levados em consideração nas análises, pois afetam significativamente a estabilidade de tensão de longo-prazo. As investigações são realizadas por meio do uso do software de análise de rede (ANAREDE) e do software de análise de transitórios eletromecânicos (ANATEM), desenvolvidos pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL). A modelagem estática dos geradores fotovoltaicos é considerada como barras PQ, e a modelagem dinâmica é baseada no modelo PVD1 da WECC (Western Electricity Coordinating Council) implementada via Controle Definido pelo Usuário (CDU) no ANATEM. A proteção mandatória da geração fotovoltaica também é considerada. O sistema de potência estudado é uma junção de um sistema de transmissão de 11 barras com sistemas de distribuição da UKGDS (United Kingdom Generic Distribution System) de 76 barras cada. / This dissertation aims to show the impact of distributed photovoltaic generators connected to distribution networks on long term voltage stability using full time simulation. The effect of different penetration levels of photovoltaic generation is investigated. Different distribution network models considering distributed generation (DG) connections is also investigated: 1) Load and DG represented by ZIP model and negative active power loads, respectively, connected to the substation bus; 2) Load and DG represented by ZIP model and dynamic equivalent, respectively, connected to the substation bus; 3) Load and GD represented by ZIP model and dynamic model, respectively, distributed along a MV distribution network. Equipments such as On-Load Tap Changer (OLTC) transformers, Overexcitation Limiter (OEL), static loads and step voltage regulators are taken into account in the analyzes, since they significantly affect the long-term voltage stability. The investigations were conducted using both the power flow software ANAREDE and transient stability simulator ANATEM, developed by the Electrical Energy Research Center (CEPEL). For the purpose of power flow studies, photovoltaic generators are modeled as PQ buses with Q=0. The modelling of photovoltaic generators for dynamic studies is based on WECC (Western Electricity Coordinating Council) model, wich was inserted into file User Defined Controller (CDU) from ANATEM. The undervoltage protection of photovoltaic generator is also considered. The case studies were performed on a combined transmission and distribution model.

The simplified models of synchronous generators, widely used in stability studies of large electric power systems, are not completely suitable for the stability analysis and the design of controllers of distributed synchronous generators, generally connected to typically unbalanced branches. To more accurately analyze the systems with distributed generation, it is necessary to utilize synchronous generator models that consider frequency variation in their electrical equations. Furthermore, this model must represent possible unbalanced three-phase voltages at the generator terminals as well. Nonetheless, to provide reliable responses, the parameters of this more detailed model should be known. Thus, this work assesses the influence of the parameters on the responses of a detailed synchronous generator model, suitable to depict unbalanced operating conditions, and proposes an approach for the estimation of its most important parameters. In the proposed structure, we first employ Trajectory Sensitivity Functions to evaluate the dependency of the responses of this model with respect to its parameters and, from that, we rank them according to their importance. Subsequently, we apply an estimation process that utilizes the Unscented Kalman Filter with the aid of a genetic algorithm to estimate the main parameters of this synchronous generator model under unbalanced operating conditions. To obtain the results and, therefore, assess the proposed estimation approach, we make use of a system which comprises a synchronous generator connected to a three-phase unbalanced load. In addition to the unbalanced operation of the test system, we also consider noises due to the constant load switching, typical of distribution systems. The estimations performed for three operating conditions of the generator were very satisfactory, which demonstrates the efficiency of the proposed approach to obtain adequate models for the description of synchronous generator operation under unbalanced operating conditions. / Os modelos simplificados de geradores síncronos, amplamente utilizados em estudos de estabilidade de grandes sistemas elétricos de potência, não são completamente adequados para a análise de estabilidade e projetos de controladores dos geradores síncronos distribuídos, geralmente conectados a sistemas tipicamente desequilibrados. Para que os sistemas com geração distribuída possam ser analisados mais fidedignamente, é necessária a utilização de um modelo de gerador síncrono que considere a variação de frequência em suas equações elétricas. Além disso, esse modelo também deve ser capaz de representar possíveis tensões trifásicas desequilibradas nos terminais do gerador. Entretanto, para que esse modelo mais detalhado possa fornecer respostas coerentes com a realidade, deve-se conhecer seus parâmetros. Dessa forma, este trabalho avalia a influência dos parâmetros nas respostas de um modelo de gerador síncrono mais detalhado, adequado para representar operações desbalanceadas, e propõe uma abordagem para a estimação de seus parâmetros mais importantes. Nessa estrutura, inicialmente empregam-se as Funções de Sensibilidade de Trajetória para avaliar a dependência das respostas desse modelo em relação aos seus parâmetros e, a partir disso, ordená-los conforme sua importância. Em seguida, aplica-se um processo de estimação que utiliza o Filtro de Kalman Unscented com o auxílio de um algoritmo genético para estimar os principais parâmetros desse modelo de gerador síncrono em condições de desbalanço. Para a obtenção dos resultados e consequente avaliação da abordagem de estimação proposta, utiliza-se um sistema composto por um gerador síncrono conectado a uma carga trifásica desbalanceada. Além da operação desbalanceada desse sistema teste, também são considerados ruídos devidos ao constante chaveamento de cargas, típicos de sistemas de distribuição. As estimações realizadas para três condições de operação do gerador foram bem satisfatórias, indicando a eficiência da abordagem proposta na obtenção de modelos adequados para descrever a operação de geradores síncronos em condições de desbalanço.

A inclusão de fontes alternativas no sistema de energia elétrica possibilita a otimização dos recursos naturais disponíveis para geração. A conexão dessas fontes deve ser efetuada de forma a evitar índices de qualidade de energia incondizentes aos limites estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Nesse contexto, sistemas de Geração Distribuída (GD) conectados à rede de distribuição via controle tensão/potência utilizam controladores Proporcional+Ressonantes (P+R) para produzir tensões com mínimas distorções na presença de cargas não lineares. Além disso, esse tipo de solução apresenta resultados satisfatórios na presença de outros tipos de carga (linear, não linear e conexão de máquina de indução), entretanto, para uma carga RLC com frequência de ressonância igual à frequência fundamental, o sistema de GD torna-se instável e as distorções harmônicas ultrapassam os limites mínimos estabelecidos para assegurar a qualidade de energia. Dessa forma, essa dissertação de mestrado propõe a substituição do controlador P+R da frequência fundamental por um controlador de ordem fracionária PIλ, projetado através de um algoritmo de otimização heurística. Os resultados obtidos através de simulação demonstram que o controlador proposto apresenta resultados satisfatórios para todas as cargas testadas: Não Linear; Motor de Indução Trifásico e RLC com frequência de ressonância igual à fundamental da rede. Entretanto, os resultados experimentais mostraram uma sensibilidade quanto à mudança de carga e quanto aos parâmetros de discretização do controlador, sugerindo a necessidade de uma análise mais rigorosa na etapa de projeto de modo a se ter robustez quanto à variação de carga. / The insertion of alternative sources in the power system enables the optimization of natural resources available for electrical generation. The connection of these sources to the grid has to be made in order to avoid indices of power quality greater than the limits established by national and international standards. In this context, a Distributed Generation (DG) systems connected to the grid via voltage/power control use a proportional+resonant (P+R) controller to produce not only the fundamental frequency but also to reduce the voltage distortion when nonlinear loads are connected to the DG terminals. Additionally, this type of solution shows satisfactory results for linear, balanced, unbalanced and direct connection of induction machine as well. However, for parallel RLC load with frequency of resonance equals to the fundamental frequency of the grid, the DG system operation becomes unstable with high levels of harmonic distortions and an oscillatory behavior. In this context, we propose the replacement of the PR controller for the fundamental frequency by a fractional order controller PIλ designed via a heuristic optimization algorithm. To prove the feasibility of the proposed approach a set of simulations are presented, however, the experimental prototype shown the sensitivity of the controller for different loads and for the controller discretization parameters suggesting the need for more analysis during the design procedures of the PIλ controller to achieve the expected robustness.

O emprego de geradores fotovoltaicos (FV) conectados ao sistema de distribuição de energia elétrica tem apresentado um crescimento significativo na última década. No Brasil, sua existência ainda é reduzida, entretanto a previsão é que esta aumente nos próximos anos em função das novas regulamentações estabelecidas pelas concessionárias de energia, com apoio da Agência Nacional de Energia Elétrica. O estudo das consequências trazidas pela conexão massiva de geradores FV possibilita o planejamento correto de operação do sistema de distribuição, evitando assim, a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores. Dentro desse contexto, este trabalho possui como objetivo a análise da influência que um elevado nível de penetração de sistemas FV possui em um sistema de distribuição de energia elétrica. Durante as análises, foram considerados diversos geradores FV distribuídos aleatoriamente em dois sistemas de distribuição teste bastante distintos. O programa de simulação computacional empregado foi o OpenDSS. Os estudos consideraram situações de regime permanente e foram feitas abordagens empregando variações temporais, com o propósito de avaliar o comportamento e a interação entre os perfis de carga e geração FV. Os resultados mostraram a importância de considerar as variações temporais de demanda e de geração, e apontaram que o perfil de tensão em regime permanente, nível de desbalanço de tensão, perdas técnicas, regulação da tensão e desconexão dos geradores são fatores importantes que devem ser avaliados em estudos deste tipo. Além disso, mostrou-se que possíveis impactos negativos decorrentes da introdução massiva de geradores fotovoltaicos podem ser mitigados utilizando as soluções propostas ao final deste trabalho. / The employment of photovoltaic (PV) generators connected to the grid has increased significantly in the past decade. In Brazil, there are a few PV systems nowadays, but this scenario tends to change since new regulations have been established by the utilities with support of the Brazilian Electrical Energy Agency. The study of the effects caused by high penetration levels of PV generators enables the correct operation of the distribution networks and prevents the degradation of power quality provided to the consumers. In this context, the purpose of this research is to analyze the consequences caused by high-penetration levels of PV systems in distribution networks. Several distributed PV generators are considered and located randomly in two distinct distribution test feeders. The studies were carried out by using the software OpenDSS. The analysis focused on steady state studies and typical daily load and PV generation curves have been considered to evaluate the behavior and the interaction between loads and PV generation. The results have shown the importance of considering such load and power variation, and pointed out that voltage profile, voltage unbalance level, technical losses, voltage regulation and generators disconnection are important issues to be studied in situations like the ones analyzed in this work. Furthermore, possible negative impacts caused by high PV penetration levels can be mitigated by employing the potential solutions proposed in this dissertation.

Orientador: Jônatas Boás Leite / Resumo: A análise de curto-circuito é um método extremamente importante para os sistemas de energia elétrica (SEE), pois fornece os parâmetros necessários para o dimensionamento adequado dos equipamentos elétricos e ajuste dos dispositivos de proteção que garantem a segurança do SEE e contribuem para a redução dos riscos associados às pessoas próximas ao SEE. Assumindo o atual cenário de intensa inserção de fontes de energia renováveis no SEE, este trabalho propõe métodos e modelos matemáticos para representar os geradores distribuídos de fontes renováveis e não renováveis na análise de curto-circuito em sistemas de distribuição. As características da corrente de curto-circuito de quatro tecnologias de geradores distribuídos são apresentadas: síncrono, indução, fotovoltaico e gerador de indução duplamente alimentado (DFIG, do inglês, Doubly Fed Induction Generator). Neste trabalho considera-se um sistema elétrico trifásico desbalanceado real onde são realizadas simulações de faltas mono-, bi- e trifásicas permitindo, assim, avaliação e compreensão dos efeitos dessas tecnologias nas correntes de curto-circuito em redes de distribuição. Na análise de curto-circuito proposta, o método de varredura para cálculo do fluxo de potência em sistemas radiais, e/ou fracamente malhados, é utilizado na obtenção das condições de operação do sistema de distribuição. A determinação da matriz de impedância nodal com redução de Kron para cada gerador presente no SEE e o princípio da superposição são ut... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre