Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-25Bitstream added on 2014-06-13T19:19:06Z : No. of bitstreams: 1 zamperin_jlb_me_ilha.pdf: 774102 bytes, checksum: 31d8e9b6caa4fd749316a7a51919fa50 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de uma metodologia analítica para análise do desempenho dinâmico/transitório dos geradores de indução conectados ao sistema de energia elétrica. O método proposto para o estudo da estabilidade das máquinas de indução baseia-se no monitoramento da tensão interna E' durante o período transitório do sistema, a qual pode comprometer a capacidade de transmissão de potência na linha, com consequente colapso da estabilidade da máquina. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. O método desenvolvido foi validado por meio de simulações digitais, em duas configurações do sistema: o primeiro caso, desprezando o suporte de potência reativa, para efeito de análise nos estudos de estabilidade transitória. No segundo, é realizada a compensação dinâmica de potência reativa via SVC (Static Var Compensator). Neste caso, mesmo na presença do compensador variável de reativo, o método da tensão interna revelou-se capaz de avaliar novos limites de estabilidade para o sistema. Considerados os resultados obtidos, observa-se que o método proposto apresenta resultados suficientemente precisos para avaliar o comportamento dos geradores de indução conectados à rede elétrica / This dissertation proposes the development of an analytical methodology for analysis of dynamic/transient performance of an induction generator connected to a bulk power system. The proposed method for studying the stability of induction machines is based on monitoring the internal voltage named E' since during the transient system, its magnitude may decrease and so causing degeneration of the transmission system capability, with consequent collapse of machine stability. Thus it is the analysis of transient performance of the machine by observing the variable that is actually the cause of instability. The analytical method was validated by means of digital simulations, in two system configurations: in the first case, no reactive support is considered, and the purpose is to analyse the machine transient stability itself. In the second, a reactive support is provided by means of the dynamic reactive compensation via SVC (Static Var Compensator). In this case, even in the presence of variable reactive compensator, the method of internal voltage proved to be able to properly assess new stability limits. The results so obtained lead to the indication that the proposed method results are accurate enough in order to evaluate the behavior of induction generators, connected to the power grid

Orientador: André Luiz Andreoli / Resumo: Nos últimos anos, questões relacionadas ao meio ambiente, principalmente, ao uso de combustíveis fósseis e à emissão de gases poluentes na atmosfera, ganharam grande destaque internacional. Com os avanços da comunidade científica e o aumento no preço do petróleo no começo da década de 1970, o uso de fontes renováveis, não poluentes e limpas teve grande investimento por parte de diversos países. Nesse contexto, a geração eólica vem se destacando como uma das mais promissoras, especialmente devido a sua viabilidade econômica e ao seu rápido desenvolvimento tecnológico. Entre as diferentes topologias utilizadas nos sistemas de geração eólica, destaca-se a configuração elaborada para operação em velocidade variável, que emprega o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG), associado ao conversor eletrônico back-to-back para controle de sua operação. Como principais vantagens da utilização do DFIG, destacam-se sua maior eficiência na conversão de energia, menor estresse mecânico do rotor, controle independente de potência ativa e reativa limitada a valores típicos de 30% da potência nominal. Por outro, sabe-se que, durante a ocorrência de um distúrbio, as correntes do rotor podem atingir altas magnitudes e causar danos ao conversor. Além disso, sobretensões no capacitor do elo CC ocorrem devido à perda de capacidade de transferência de energia do conversor do lado da rede. Entretanto, os aerogeradores podem ser requisitados a permanecerem em funcionamento mesmo durante uma fa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last years, issues related to the environment, especially the use of fossil fuels and the emission of polluting gases into the atmosphere, have gained great international prominence. With the advances of scientific community and the increase of the oil price in the beginning of the 1970s, the use of renewable, non-polluting and clean sources had a great investment by several countries. In this context, wind generation has stood out as one of the most promising, especially due to its economic viability and its fast technological development. Among the different topologies used in wind generation systems, the configuration developed for operation at variable speed is highlighted, which employs the doubly-fed induction generator (DFIG) associated with back-to-back electronic converter to control its operation. The main advantages of using DFIG include its greater efficiency in energy conversion, less mechanical rotor stress, independent control of active and reactive power limited to typical values of 30% of the rated power. On the other hand, it is known that, during the occurrence of a disturbance, such as an electrical fault, the rotor currents can reach high magnitudes in order to damage the rotor side converter. In addition, overvoltages in the DC link capacitor occur due to the loss of power transfer capacity on grid side converter. However, wind turbines may be required to main in operation even during a fault, in addition to contributing the restoration of voltage... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-13T17:31:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_avaliacaoimpactoeconomico.pdf: 3268437 bytes, checksum: e9bb3fc980592034f7ae8f93c8f2d42b (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-13T17:31:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_avaliacaoimpactoeconomico.pdf: 3268437 bytes, checksum: e9bb3fc980592034f7ae8f93c8f2d42b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-13T17:31:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_avaliacaoimpactoeconomico.pdf: 3268437 bytes, checksum: e9bb3fc980592034f7ae8f93c8f2d42b (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Esta dissertação de mestrado apresenta uma ferramenta de gerenciamento de energia de um sistema de energia no contexto Smart Grid que contém Veículos Elétricos inseridos como cargas e Geração Eólica. A técnica de otimização utilizada foi Recozimento Simulado, a fim de minimizar o custo total de energia da rede em estudo. Foram adotadas três estratégias de carregamento: Carregamento no Horário de Ponta, Carregamento Fora de Ponta e Carregamento Inteligente, além de técnicas de Gerenciamento pelo Lado da Demanda. Além do processo de carregamento, também será estudado o descarregamento da bateria dos veículos elétricos, preferencialmente, no pico da curva de carga, bem como a possibilidade de fornecer energia à rede elétrica através do parque eólico a fim de suprir tanto a carga própria do sistema quanto à carga de Veículos Elétricos inserida através da criação de uma estação de carregamento / descarregamento. O sistema utilizado é IEEE 39 barras (New England). Os resultados provaram a eficácia do método proposto e a importância de se considerar além da distribuição, a geração e a transmissão em estudos de planejamento, de expansão e de operação de Redes Inteligentes de Energia que possuam Veículos Elétricos e Geração Eólica a elas conectados. / This master dissertation presents a power management tool of a power system operating in a Smart Grid that contains Electric Vehicles inserted as loads and Wind Power Generation. The optimization technique used was Simulated Annealing, in order to minimize the total energy cost of the network being studied. Three charging strategies were adopted: Peak Charging, Off-peak Charging and Smart Charging besides Demand Side Management techniques. In addition to the charging process will also be studied the Discharging of the battery electric vehicles, preferably at the peak of the load curve, as well as the possibility of supplying grid power through the wind farm to supply both loads in the topology of the system as for the loads of electric vehicles inserted through the creation of a charging/ discharging station. The system used is the IEEE - 39 bus New England power system. The results proved the effectiveness of the proposed method and the importance of considering besides distribution as well as generation and transmission in studies of planning, expansion, and operation of Smart Grids that contain Electric Vehicles and Wind Power Generation.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-02T11:31:43Z No. of bitstreams: 1 Felipe Oliveira.pdf: 3179442 bytes, checksum: 0988804a0a58c2aaf337ea2f5034dc42 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T11:31:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Oliveira.pdf: 3179442 bytes, checksum: 0988804a0a58c2aaf337ea2f5034dc42 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / The locational marginal prices (LMPs) are essential financial guidelines for the electricity industry, which orientates most of the projects and deliberations in electrical market environments. In current scenario of the electricity markets, wind power plants and energy storage systems have been revealing itself as feasible and relevant electrical energy supply alternatives. In this work a generic methodology based on artificial intelligence (AI) techniques is formulated and applied to the calculation and decomposition of LMPs of electric power systems (EPS) with the insertion of energy storage systems and wind farms. In the proposed AI-based methodology the optimal power flow (OPF) model, on which the calculation and decomposition of LMP is based, considers the wind behavior profile volatility, the risks of wind power levels previously scheduled, and the energy storage systems operative peculiarities. The proposed AI-based methodology takes into account the mathematical and computational models of the particle swarm optimization (PSO) algorithm. This proposal was properly implemented and applied for the computation and decomposition of LMPs of test systems and considering different operative scenarios involving conventional power plants, wind farms, and energy storage systems. / Os preços marginais locacionais (LMPs – Locational Marginal Prices) consistem em diretrizes financeiras mercadologicamente indispensáveis para a indústria da eletricidade, os quais norteiam grande parte dos projetos e deliberações no âmbito dos mercados elétricos. No panorama vigente dos mercados elétricos, as plantas de geração eólica e os sistemas de armazenamento de energia vêm progressiva e ininterruptamente se revelando alternativas de suprimento de eletricidade cada vez mais relevantes e viáveis. Neste trabalho, é formulada uma metodologia genérica baseada em técnicas de inteligência artificial (IA) cuja aplicação tem o objetivo de computar e decompor os LMPs associados às barras constituintes de um sistema elétrico de potência (SEP) integrado por geradores convencionais, plantas de geração eólica e por sistemas de armazenamento de energia. Na metodologia IA proposta, o modelo de fluxo de potência ótimo (FPO) sobre o qual se alicerça o cômputo e a decomposição dos LMPs associados às barras de um SEP, leva em consideração a volatilidade inerente ao perfil comportamental dos ventos, os riscos associados à assunção de níveis previamente programados de potência proveniente da geração eólica e as peculiaridades operativas concernentes aos sistemas de armazenamento de energia. Adotando-se os modelos matemáticos e computacionais dos algoritmos de otimização por enxame de partículas (PSO – Particle Swarm Optimization), a metodologia IA proposta foi devidamente implementada e aplicada na aquisição e decomposição dos LMPs associados às barras constituintes de sistemas-testes submetidos a diferentes cenários operativos envolvendo centrais de geração convencionais, plantas de geração eólica e sistemas de armazenamento de energia.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-29T13:12:16Z No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T13:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / CNPQ / The Distributed Generation (DG) can improve the power quality indices associated with Short Duration Voltage Variations (SDVV) due to the reduction in the electric network loading, which in turn causes an improvement in the pre-fault voltage profile. On the other hand, the DG can also deteriorates the power quality indices related to SDVV due to the increasing in the fault currents, which in turns reduce the post-fault voltages. Furthermore, the assessment of the DG impact on SDVV is more difficult with the presence of renewable energy resources. This complexity is due to fluctuations in output power caused by stochastic variations in the primary energy source (sun, wind, tide levels, etc.). Additionally, the bibliographical review on Predictive Assessment of Short Duration Voltage Variations (PAVV) revealed that none of the existing methodology considered the impact of fluctuations in the output power of a wind DG on power quality indices related to SDVV. It was also noticed that the load variations during the study period are ignored in the papers on SDVV. The existence of these deficiencies and the governmental incentives for the use of wind generation motivated this research. The main aim of this dissertation is the development of a methodology for the PAVV capable of recognizing uncertainties associated with wind DG and load fluctuations. The modeling of these uncertainties was carried out using NonSequential Monte Carlo Simulation (MCS). The nodal voltages in the fault scenarios generated by MCS were evaluated using the Admittance Summation Method (ASM) in phase coordinates. The combination of the MCS with the ASM allowed estimating the following indices related to SDVV: the expected value of the SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) and expected nodal frequency of SDVV. Furthermore, the probability distributions and box plots of the SARFI index have been obtained. The proposed method for the PAVV was tested and validated in a test system with 32 buses. The tests results demonstrated that the DG insertion causes an improvement in the power quality indices associated with SDVV. Additionally, the substitution of conventional DG by wind DG cause a small deterioration in the power quality indices related to SDVV due to fluctuations in the output power of the wind DG. Finally, it was observed that the load fluctuations during the study period cause significant variations in the SARFI index. / A Geração Distribuída (GD) pode melhorar os índices de qualidade de energia associados com as Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD) devido a redução no carregamento da rede elétrica, que por sua vez causa uma melhoria no perfil de tensão pré- falta. Por outro lado, a GD também pode degradar os índices de qualidade de energia associados com VTCD devido ao aumento nas correntes de falta, que por sua vez reduzem as tensões pós-falta. Além disso, a avaliação do impacto da DG sobre VTCD é mais difícil com a presença de fontes de energia renováveis. Esta complexidade se deve as flutuações na potência de saída causadas pelas variações estocásticas na fonte de energia primária (sol, vento, níveis de maré, etc.). Adicionalmente, a revisão bibliográfica realizada sobre Avaliação Preditiva de VTCD (APVT) revelou que nenhuma metodologia existente considerou o impacto de flutuações na potência de saída de geradores eólicos nos índices de qualidade referentes às VTCD. Também foi observado que flutuações de carga ao longo do período de estudo são desconsideradas nos artigos sobre APVT. A existência destas deficiências nos métodos de APVT e os incentivos governamentais para o uso de geração eólica motivaram esta pesquisa. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para a APVT capaz de reconhecer as incertezas associadas com a GD eólica e flutuações de carga. A modelagem destas incertezas na APVT foi realizada através do uso da Simulação Monte Carlo (SMC) não-sequencial. As tensões nodais nos cenários de falta gerados pela Simulação Monte Carlo (SMC) foram calculadas usando-se o Método de Soma de Admitância (MSA) em coordenadas de fase. A combinação da SMC com o MSA permitiu estimar os seguintes índices probabilísticos relacionados com as VTCD: valor esperado do SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) e frequência nodal esperada de VTCD. Além disso, foram obtidas distribuições de probabilidade e diagramas de caixa associados com o SARFI. O método proposto nesta dissertação para a APVT foi testado em uma rede de distribuição de 32 barras. Os resultados dos testes mostram que a inserção de GD causa uma melhoria nos índices de qualidade associados com as VTCD. Adicionalmente, a substituição de GD convencional por GD eólica causa uma pequena deterioração nos índices de qualidade referentes às VTCD devido as flutuações na potência de saída da GD eólica. Finalmente, também foi observado que as flutuações na carga ao longo do período de estudo causam variações significativas no índice SARFI.

Made available in DSpace on 2017-07-10T16:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Milton Ernesto Barrios Aguilar 3.pdf: 9539969 bytes, checksum: 3ccd249e45fb24533b33236925ee74dc (MD5) Previous issue date: 2016-08-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increase in wind power integration into power systems is currently a general trend in many countries and the Variable-Speed Wind Turbine (VSWT) Equipped with a Doubly Fed Induction Generator System with back-to-back power converters are most often used for this purpose. There is the need for its control system to operate properly to ensure stability and to achieve the desired performance when they are subjected to different transient disturbances, which is a difficult taste due to nonlinearities and strong coupling between electrical and mechanical variables in this type of wind turbine. In this context, this work aims to tune the gains of the PI controllers that make up the control system using a collective intelligence meta-heuristic algorithm for two normal perturbations in the operation of a wind farm: a wind variation and electrical fault. For that, it was modeled the wind turbine taking advantage of detailed modeling, considering the stator voltage oriented control structure, with active and reactive power control loops and their respective current controls, all equipped with PI controllers. Therefore, a set of objective functions was generated penalizing the most important variables directly from the dynamic simulation. Next, a multi-objective PSO algorithm has been enhanced, to be used as a tuning tool. Then the algorithm was applied to the VSWT for Single-machine infinite bus system for wind speed variation and electrical fault. Finally, the robustness of the tunings was tested on the in Single-machine infinite bus system and a 32 nodes feeder. The PSO showed good ability to exploitation and intensification of the search space reaching the preset tuning requirements in all cases. Stability and satisfactory performance results were obtained for transient disturbances thanks to key variables penalty in the objective functions. The tuning resulted robust enough for variations of feeder parameters and operating conditions besides the proper stiffness coefficient of the turbine generator mechanical coupling, whenever the wind turbine was subjected to disturbances considered in the tuning. It is also noted that exploring the objective functions and the algorithm itself can attain a large improvement in the performance of the tuned wind turbine control system for wind variations and electrical faults / O aumento da integração da geração eólica em sistemas elétricos de potência é atualmente uma tendência generalizada em muitos países e os Aerogeradores de Velocidade Variáveis (AVV) com Geradores de Indução de Dupla Alimentação (DFIG) com conversores de potência de tipo back-to-back são os mais empregados para este fim. Existe a necessidade de que seu sistema de controle atue corretamente para garantir a estabilidade e obter o desempenho desejado quando estes são submetidos a diferentes perturbações transitórias, o que resulta difícil devido às não-linearidades e à forte relação entre as grandezas elétricas e mecânicas deste tipo de aerogerador. Neste contexto, esta dissertação tem como objetivo a sintonia dos ganhos dos controladores PI que compõem o sistema de controle, utilizando um algoritmo meta-heurístico de inteligência coletiva, para duas perturbações normais na operação de uma usina eólica: variação de vento e falta elétrica. Para isso, foi modelado o DFIG aproveitando modelos detalhados, considerando a estrutura de controle orientada pela tensão do estator, com malhas de controle de potência ativa e reativa e seus respetivos controles de correntes, todas equipadas com controladores tipo PI. Logo foi gerado um conjunto de funções objetivos, penalizando diretamente das simulação dinâmica as variáveis de maior importância. A seguir, foi aprimorado um algoritmo PSO multi-objetivo, o qual é utilizado como ferramenta de sintonia. Em seguida, o algoritmo foi aplicado ao DFIG na configuração máquina barra-infinita para variação de vento e falta elétrica. Finalmente foi testada a robustez das sintonias obtidas no sistema de máquina barra-infinita e em um alimentador de 32 nós. O PSO apresentou uma boa capacidade de exploração e intensificação do espaço de busca alcançando os requisitos de sintonia preestabelecidos em todos os casos. Os resultados de estabilidade e desempenhos foram satisfatórios para as perturbações transitórias utilizadas graças à penalização de variáveis chaves nas funções objetivos. A sintonia resultou suficientemente robusta para variações de parâmetros do alimentador e de condições operativas, além do próprio coeficiente de rigidez do acoplamento mecânico turbina-gerador, sempre que a usina esteja submetida a perturbações consideradas na sintonia. Observa-se também que explorando as funções objetivo e o próprio algoritmo pode-se atingir uma ampla melhoria no desempenho do sistema de controle do DFIG sintonizado para as variações de vento e faltas elétricas. Palavras-chave: Geração Eólica, Aerogeradores

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Doubly Fed Induction Generator (DFIG) is one of the most frequently deployed large grid connected Wind Turbines (WT) concept. The implementation of classical vector control techniques, have been proven to work well for considering the initial grid code requirements. However, recently many grid operators are requiring WT to remain connected during grid faults, resulting in low voltage fault ride through capability (LVRT). In addition, it is required for WTs to contribute with reactive support during the fault. As a result, the improvements of the transient behavior of the DFIG, the power converter protection and the controller design have become a challenge for WT manufactures. This work presents a high performance stationary frame non-linear controller for doubly fed induction generator, which improves the steady state and transient behavior of the grid connected wind turbines especially under unbalance voltage dips resulting from network unbalance faults. A controller design procedure that guarantees the DFIG stability under uncertainties and disturbances at grid side is presented in details. Furthermore, it is demonstrated in the thesis that with the proposed controller different goals such as control of grid side active and reactive power, minimization of torque pulsation under unbalance operation and improvement of the low voltage ride through capability can be easily achieved. Simulations and experimental results are given to illustrate the good performance of a grid connected DFIG with the proposed controller. / Turbinas eólicas modernas que utilizam o Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA) são amplamente empregadas para geração de energia elétrica. Essa grande parcela de aero-geradores baseados na tecnologia GIDA e técnicas de controle vetorial clássicas já comprovaram ao longo dos últimos anos que este conceito apresenta méritos e foi capaz de satisfazer requisitos de conexão de turbinas eólicas com a rede elétrica inicialmente elaborados. No entanto, atualmente, os operadores do sistema estão revisando os códigos de rede em muitos países, introduzindo novos requisitos e estreitando os limites definidos inicialmente. Basicamente, os geradores eólicos estão assumindo maiores responsabilidades no sistema de potência. A capacidade de sobrevivência e suporte de reativos durante afundamentos de tensão, introduzidos nos novos códigos de rede, tornaram-se os maiores desafios para os fabricantes de aero-geradores com tecnologia GIDA. Essa tese de doutorado tem como principal objetivo desenvolver estratégias de controle para melhorar o desempenho dinâmico do Gerador de Indução Duplamente Alimentado conectado a rede elétrica frente aos requisitos de sobrevivência aos afundamentos de tensão no Ponto de Conexão (PC). Para isso, essa tese propõe um controlador não linear de alto desempenho baseado em modos deslizantes para o controle do GIDA em eixos estacionários. O controlador proposto melhora o comportamento transitório do GIDA principalmente durante distúrbios na tensão no PC. O projeto do controlador é desenvolvido de forma a garantir a estabilidade do GIDA conectado à rede elétrica mesmo considerando incertezas associadas ao modelo nominal. Outras características do controlador proposto, além da robustez, são a sua simplicidade de implementação e a sua excelente resposta transitória. Ainda, dois modos de operação são propostos para geração de referência do GIDA, MODO 1 para operação em condições normais da tensão da rede elétrica, MODO 2 com uma metodologia para o cálculo das referências de corrente de forma a dar suporte de reativos durante faltas próximas ao PC. O comportamento dinâmico do sistema e o desempenho da estratégia de controle são verificadas através de simulações e também experimentalmente.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Heitor Hugo Dias Mangueira.pdf: 499392 bytes, checksum: 0ab64bec14057aedb36d224a57047e6d (MD5) Previous issue date: 2005-07-05 / In this work, the spread of the uncertainties of wind power generation systems on a network is evaluated. The study uses a flow of power foggy multi-linearized. / Neste trabalho, a propagação das incertezas dos sistemas de geração eólica em rede é avaliada. O estudo utiliza um fluxo de potência nebuloso multi-linearizado.