A função básica de um sistema de energia elétrica é fornecer aos seus clientes energia elétrica economicamente e tão confiável quanto possível. A importância da confiabilidade dos sistemas de energia elétrica é claramente notada quando as pessoas são confrontadas com a perda de energia elétrica, não importando se a perda provoca parada das linhas de produção ou mesmo impactos financeiros às empresas, o que pode consequentemente causar enorme impacto econômico além de situações que impactam o conforto da população. Dentro deste contexto esta tese apresenta uma metodologia para avaliação da confiabilidade de plantas de geração de energia elétrica que possibilita avaliar qualitativamente e quantitativamente a confiabilidade e disponibilidade dos principais componentes elétricos e mecânicos necessários à geração confiável de energia. A análise qualitativa foi realizada levando-se em consideração as características físicas das usinas hidroelétricas e as características construtivas das unidades geradoras para que fosse possibilitada a classificação das unidades geradoras em grupos estatisticamente significativos. A análise quantitativa foi fundamentada em métodos estatísticos de estimação e inferência e aspectos relacionados ao desempenho e disponibilidade de usinas hidroelétricas brasileiras tendo como referência os índices preconizados pelas agências regulatórias. As unidades geradoras foram modeladas através de métodos estatísticos e probabilísticos que permitem avaliar por meio de técnicas de confiabilidade a frequência e a duração das falhas além das probabilidades associadas a cada estado de falha. Os dados de falha foram obtidos por meio de bancos de dados consolidados por agentes geradores e órgãos federais responsáveis pela operação do sistema interligado nacional. Os dados representam a história operativa de grande parte das usinas hidrelétricas brasileiras operadas e despachadas de forma centralizada. A metodologia apresentada nesta tese preenche uma lacuna na existência de metodologias focadas em avaliação de confiabilidade de plantas de geração em fase de projeto, que possibilitariam a mitigação de riscos de falhas e perdas produtivas quando da operação comercial da planta de geração. / The basic function of a power system is to provide their customers electricity as economically and reliably as possible. The importance of the reliability of electric power systems is clearly noted when people are confronted with the loss of energy, no matter if the loss stops the production lines or even causes financial impacts on companies, which may consequently cause huge economic impact beyond situations that influence the comfort of the population. Within this context, this thesis presents a methodology for assessing the reliability of plants generating electricity that enables qualitatively and quantitatively evaluate the reliability and availability of key electrical and mechanical components needed to generate reliable power. Qualitative analysis was performed taking into account the physical characteristics of hydroelectric and constructive features of the generating units to which the classification was made to enable pool and cluster generating units in groups statistically significant. Quantitative analysis was based on statistical methods of estimation and inference and aspects related to performance and availability of Brazilian hydroelectric plants with reference to the indices recommended by regulatory agencies. The units were modeled using probabilistic and statistical methods for assessing, by means of reliability techniques, the frequency and duration of failures plus the probabilities associated with each state of failure. The failure data were obtained from consolidated databases by agents and federal agencies responsible for the operation of the national grid. The data represent the operational history of much of Brazil\'s hydroelectric facilities operated and dispatched centrally. The methodology presented in this thesis fills a gap in the existence of methodologies focused on reliability assessment of power plants in the design phase, which would allow the mitigation of risks of failures and production losses when the commercial operation of the generating plant.

A função básica de um sistema de energia elétrica é fornecer aos seus clientes energia elétrica economicamente e tão confiável quanto possível. A importância da confiabilidade dos sistemas de energia elétrica é claramente notada quando as pessoas são confrontadas com a perda de energia elétrica, não importando se a perda provoca parada das linhas de produção ou mesmo impactos financeiros às empresas, o que pode consequentemente causar enorme impacto econômico além de situações que impactam o conforto da população. Dentro deste contexto esta tese apresenta uma metodologia para avaliação da confiabilidade de plantas de geração de energia elétrica que possibilita avaliar qualitativamente e quantitativamente a confiabilidade e disponibilidade dos principais componentes elétricos e mecânicos necessários à geração confiável de energia. A análise qualitativa foi realizada levando-se em consideração as características físicas das usinas hidroelétricas e as características construtivas das unidades geradoras para que fosse possibilitada a classificação das unidades geradoras em grupos estatisticamente significativos. A análise quantitativa foi fundamentada em métodos estatísticos de estimação e inferência e aspectos relacionados ao desempenho e disponibilidade de usinas hidroelétricas brasileiras tendo como referência os índices preconizados pelas agências regulatórias. As unidades geradoras foram modeladas através de métodos estatísticos e probabilísticos que permitem avaliar por meio de técnicas de confiabilidade a frequência e a duração das falhas além das probabilidades associadas a cada estado de falha. Os dados de falha foram obtidos por meio de bancos de dados consolidados por agentes geradores e órgãos federais responsáveis pela operação do sistema interligado nacional. Os dados representam a história operativa de grande parte das usinas hidrelétricas brasileiras operadas e despachadas de forma centralizada. A metodologia apresentada nesta tese preenche uma lacuna na existência de metodologias focadas em avaliação de confiabilidade de plantas de geração em fase de projeto, que possibilitariam a mitigação de riscos de falhas e perdas produtivas quando da operação comercial da planta de geração. / The basic function of a power system is to provide their customers electricity as economically and reliably as possible. The importance of the reliability of electric power systems is clearly noted when people are confronted with the loss of energy, no matter if the loss stops the production lines or even causes financial impacts on companies, which may consequently cause huge economic impact beyond situations that influence the comfort of the population. Within this context, this thesis presents a methodology for assessing the reliability of plants generating electricity that enables qualitatively and quantitatively evaluate the reliability and availability of key electrical and mechanical components needed to generate reliable power. Qualitative analysis was performed taking into account the physical characteristics of hydroelectric and constructive features of the generating units to which the classification was made to enable pool and cluster generating units in groups statistically significant. Quantitative analysis was based on statistical methods of estimation and inference and aspects related to performance and availability of Brazilian hydroelectric plants with reference to the indices recommended by regulatory agencies. The units were modeled using probabilistic and statistical methods for assessing, by means of reliability techniques, the frequency and duration of failures plus the probabilities associated with each state of failure. The failure data were obtained from consolidated databases by agents and federal agencies responsible for the operation of the national grid. The data represent the operational history of much of Brazil\'s hydroelectric facilities operated and dispatched centrally. The methodology presented in this thesis fills a gap in the existence of methodologies focused on reliability assessment of power plants in the design phase, which would allow the mitigation of risks of failures and production losses when the commercial operation of the generating plant.

The Turkish TSO (TEIAS) has been leading a project that aims the synchronous interconnected operation of the Turkish Power System and the ENTSO-E CESA (former UCTE) System. For this purpose, this study concentrates on the specific problems related to the electromechanical systems of large size hydroelectric power plants regarding low frequency inter area oscillations, which are prone to occur once the interconnected operation is established. The expected frequency of inter area oscillations after interconnected operation is close to 0.15 Hz, which is in the frequency range of the speed governing structures of turbines, as explained in the first two sections of the thesis. In the third section, the nonlinear turbine governor model used throughout the study is explained. In the following part, the governor parameter tuning study with regard to the defined performance objectives is explained. Afterwards, the effect of the retuned governor settings of the sample hydroelectric power plants on a simple multi machine power system is shown. Following that, the system wide effect of removing the sources of negative damping, which are strongly dependent on the governor settings of the major hydroelectric power plants of the Turkish Power System, is shown. In the final part, conclusions are made on the operation of the hydroelectric power plants regarding the frequency stability of the system after synchronous interconnected operation of the Turkish Power System and the ENTSO-E CESA System.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:31:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3887.pdf: 2090685 bytes, checksum: de8ac2c8171fd1a8026544ed178ee90d (MD5) Previous issue date: 2011-06-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / Reservoirs of hydroelectric power generation plants are of strategic importance due to its multiple uses as generation of clean energy, water supply, and other social economic opportunities since the beginning of construction, which may also cause negative impacts. Assessing ecosystem services is an approach to complement Environmental Impact Assessment and a tool for cost-effectiveness analysis. This study identified 20 ecosystem services of Carlos Botelho (Lobo-Broa) hydroelectric power plant reservoir (Itirapina, São Paulo, Brazil) and its upstream wetlands, from Itaqueri River and Lobo Stream. It has also assigned qualitative and quantitative values for these services and analyzed their drivers of change. Qualitative valuation indicated direct and indirect influence of ecosystem services on human well-being. Preliminary quantitative valuation resulted in USD 120,445,657.87.ha-1 or USD 45,623.35.ha- 1.year-1, highlighting that losses on indirect use ecosystem services, as groundwater recharge, may reflect on local and regional economy. Analysis of drivers indicated that adequate and efficient environmental management along Tietê-Jacaré hydrographic basin, especially concerning the recovery of spatial heterogeneity, is necessary to avoid ecosystem services losses, especially tourism and recreation that provide local economic fluxes and human well-being. / Reservatórios de usinas de geração de energia hidrelétrica são de importância estratégica para múltiplos fins incluindo geração de energia renovável, abastecimento de água, inúmeras oportunidades de trabalho para a população humana e novos desenvolvimentos sociais e econômicos, entre outros, a partir do início da sua construção, que também causa impactos negativos. A avaliação dos serviços do ecossistema é uma abordagem que complementa o Estudo de Impacto Ambiental e torna-se ferramenta para a análise de custo-benefício. Este trabalho identificou 20 serviços ecossistêmicos da represa da UHE Carlos Botelho (Lobo-Broa), Itirapina-SP, e as áreas alagadas a montante, pertencentes ao Rio Itaqueri e Ribeirão do Lobo, e estimou valores qualitativos e quantitativos iniciais, em adição à análise das forçantes ( drivers ) de alterações nos serviços. As avaliações qualitativas mostram as influências diretas e indiretas dos serviços no bem-estar humano. A análise preliminar quantitativa resultou em USD 120.445.657,87.ha-1 ou USD 45.623,35.ha-1.ano-1 e indicou que a perda dos serviços de uso indireto, como recarga hídrica subterrânea, pode ser expressiva, refletindo na economia local e regional. A análise das forçantes indicou que é necessário o gerenciamento ambiental adequado e eficiente em toda a bacia hidrográfica do Tietê-Jacaré, especialmente em relação à recuperação da heterogeneidade espacial, a fim de evitar a perda dos serviços, destacando-se o turismo e a recreação, importantes na economia local e bem-estar humano.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the last decade there has been a significant increase in interest in microgeneration technologies for electric power. Sources of hydraulic power generation, wind and solar technologies represent some of the important developments that have had arising from the research efforts aimed at this area of power generation. The reason for this interest is due to the consolidation of what is called future in terms of power generation, which is based on decentralization of power generation through interconnected centers of small generators / consumers. At distribution level, distributed generation sources, together with the loads connected to its bus, forms what is defined as a microgrid. Depending on the instantaneous load and installed generation capacity, a microgrid can behave as a point of consumption or generation of energy at different times, being able to operate also connected to the network or islanded form according to the quality energy supplied or need in case of system failure. Among the technologies of microgeneration, micro hydro power plants with selfexcited induction generators (SEIG) came to represent an excellent option for electricity generation in isolated areas, mainly due to its characteristics of robustness and low cost, compared to synchronous machines. It is an alternative to the use of synchronous generators in low-power systems powered by small hydroelectric plants, rich in our country. In this sense, this Master's thesis deals with the modeling and control of a micro hydro power plant with SEIG with frequency and voltage control. The frequency control is achieved by controlling the opening of the feeding system of the turbine while the voltage control is performed through the control of reactive power of the set, using for this a Pulse Width Modulated (PWM) inverter. 10 Based on these definitions and knowledge acquired, it was proposed a system to be implemented experimentally, consisting of a micro hydro power plant, in this case a motor driven by a voltage PWM inverter, emulating the behavior of a turbine coupled to the induction generator. The terminals of the SEIG feed a bus where loads with different characteristics are connected, featuring a microgrid, having as main goal the control of the voltage and frequency stability of the energy supplied by the generator to the isolated system. Among the studies developed for the implementation of the prototype is possible to highlight: three-phase system modeling, hydraulic system modeling, voltage and frequency control, and synchronization method. Throughout this paper, simulations and experimental results are presented in order to be demonstrated the applicability of control methods, their performance and technical feasibility of the system. / Na última década houve um aumento significativo no interesse em tecnologias aplicáveis a microgeração de energia elétrica. Fontes de geração de energia hidráulicas, eólicas e solares representam algumas das tecnologias que tiveram importantes evoluções decorrentes dos esforços em pesquisas destinados a esta área de geração de energia. A razão para tal interesse se deve a consolidação do que é chamado futuro em termos de geração de energia, sendo este baseado na descentralização da geração de energia através de redes interligadas de pequenos centros geradores/consumidores. A nível de distribuição, as fontes de geração distribuída, juntamente com as cargas conectadas ao seu barramento, formariam o que é definido como uma micro-rede. Dependendo da carga instantânea e da capacidade de geração instalada, uma micro-rede pode comportar-se como um ponto de consumo ou de geração de energia em diferentes momentos, sendo capaz também de operar conectada à rede ou de forma ilhada de acordo com a qualidade da energia fornecida ou necessidade do sistema em caso de falta. Dentre as tecnologias de microgeração, as micro centrais hidrelétricas (MCH) com geradores de indução auto-excitados (GIAE) passaram a representar uma excelente opção para a geração de energia elétrica em áreas isoladas, devido basicamente as suas características de robustes e baixo custo, quando comparadas às máquinas síncronas. Trata-se de uma alternativa ao uso de geradores síncronos em sistemas de baixa potência acionados por pequenos aproveitamentos hidrelétricos, ricos em nosso território nacional. Neste sentido, a presente Dissertação de Mestrado trata da modelagem e controle de uma MCH com GIAE com controle de frequência e tensão. O controle de frequência é obtido a partir do controle de abertura do sistema de alimentação da turbina enquanto que, o controle de tensão é realizado a partir do controle da potência reativa do conjunto, utilizando para isso um inversor de tensão. Partindo destas definições e dos conhecimentos adquiridos, foi proposto um sistema a ser implementado experimentalmente, composto de uma micro central hidrelétrica, neste caso um motor acionado por um inversor de tensão, emulando o comportamento de uma turbina hidráulica, acoplado ao gerador de indução. Os terminais do GIAE alimentam um barramento onde são conectadas cargas com características distintas, caracterizando uma micro-rede, tendo como objetivo o controle da estabilidade da tensão e frequência da energia fornecida pelo gerador ao sistema isolado. Dentre os estudos desenvolvidos para a implementação do protótipo é possível destacar: modelagem do sistema trifásico considerado, modelagem do sistema hidráulico, controle de tensão e frequência e método de sincronismo. Ao longo desta dissertação, resultados de simulações e experimentais são apresentados, a fim de que, seja demonstrada a aplicabilidade dos métodos de controle, seus desempenhos e a viabilidade técnica do sistema.

Orientador: Secundino Soares Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:22:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monte_Bruno_M.pdf: 1808851 bytes, checksum: 7268c8ef4bb1363f9876841d3a0ce345 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O planejamento energético de sistemas hidrotérmicos caracteriza-se pela otimização dos recursos hidráulicos através da maximização da operação hidrelétrica e da minimização da operação térmica. Seu objetivo é garantir um atendimento à carga de maneira econômica e confiável durante todo o horizonte de estudo. Este problema pode ser caracterizado como de natureza complexa, dado que suas características o definem como um problema de grande porte, dinâmico, estocástico e não-linear. Não obstante muitas técnicas já terem sido propostas para solução deste problema, não existe, ainda, uma metodologia unânime que aborde todas essas características com eficiência. A Programação Dinâmica, que é uma das técnicas mais populares utilizadas, tem sua aplicação limitada em sistemas reais, dado que exige um elevado esforço computacional. Neste trabalho, foi proposta uma metodologia alternativa para abordagem do planejamento da operação de médio prazo de sistemas hidrotérmicos. A metodologia proposta é baseada em um Sistema de Inferência Neural-Nebulosa Adaptativo atuando em paralelo com um modelo de otimização determinístico com perfeita previsão de vazão. A informação do otimizador determinístico é utilizada no treinamento da rede, que gera uma base de regra de inferência nebulosa que reproduzirá o comportamento ótimo da usina através da definição da vazão turbinada, em cada estágio, em função das varáveis de entrada estipuladas. A performance da metodologia Neural Nebulosa proposta foi comparada com outras modelagens, como a Programação Dinâmica Determinística, a Programação Dinâmica Estocástica e o Controle de Malha Aberta, através de simulações em cinco usinas hidrelétricas do parque gerador brasileiro considerando as vazões afluentes do histórico. Os resultados indicaram que a metodologia Neural Nebulosa proposta apresentou desempenho similar a abordagens mais tradicionais e que se configuram computacionalmente menos eficiente. / Abstract: The long term hydrothermal scheduling lies in the optimization of the water resource usage through the maximization of the hydroelectric production and the minimization of the thermal plants operation. Its goal is to assure an economic and reliable load supply throughout the study stages. This problem can be characterized by exhibiting a complex nature, since its characteristics define it as a large scale, dynamic, stochastic and nonlinear problem. Although many optimization approaches have already been proposed to answer the hydrothermal scheduling problem, until now, there is no unanimous approach that is able to cope efficiently with all the problem issues. Dynamic Programming, which is one of the most commonly used techniques to deal with this problem, is limited regarding its application on real systems since its computational requirements tend to be heavy. In this work we proposed an alternative approach to deal with the long term hydrothermal scheduling. The proposed technique is based on an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System working in parallel with a deterministic optimization model with perfect inflows forecasting. The optimal operation information is processed by the network that produces fuzzy rules describing the optimal decisions of the plant through the definition of the amount of discharge in each stage and depending on the chosen input variables. The performance of the proposed Neuro-Fuzzy approach was compared to other policies, including Deterministic Dynamic Programming, Stochastic Dynamic Programming and Open- Loop Feedback Control, by simulation using historical inflow records of five different Brazilian hydroelectric power plants. The results demonstrated that the Neuro-Fuzzy approach provided similar and competitive performance to less computationally efficient and commonly used policies. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

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Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Previsao de Vazoes Naturais Diarias.pdf: 3835466 bytes, checksum: f927e5c8c3a89c73430512243b55c36c (MD5) Previous issue date: 2012-09-05 / The forecast of natural flows to hydroelectric plant reservoirs is an essential input to the planning and programming of the SIN´s operation. Various computer models are used to determine these forecasts, including physical models, statistical models and the ones developed with the RNA´s techniques. Currently, the ONS performs daily forecasts of natural flows to the UHE Tucuruí based on the univariate stochastic model named PREVIVAZH, developed by Electric Energy Research Center - Eletrobras CEPEL. Throughout the last decade, several papers have shown evolution in the application of neural networks methodology in many areas, specially in the prediction of flows on a daily, weekly and monthly basis. The goal of this dissertation is to present and calibrate a model of natural flow forecast using the RNA´s methodology, more specifically the NSRBN (Non-Linear Sigmoidal Regression Blocks Networks) (VALENCA; LUDERMIR, 2001), on a time lapse from 1 to 12 days forward to the Tucuruí Hydroelectric Plant, considering the hydrometric stations data located upstream from it s reservoir. In addition, a comparative analysis of results found throughout the calibrated neural network and the ones released by ONS is performed. The results show the advantage of the methodology of artificial neural networks on autoregressive models. The Mean Absolute Percentage Error - MAPE values obtained were, on average, 48 % lower than those released by the ONS. / A previsão de vazões naturais aos reservatórios das usinas hidrelétricas é insumo fundamental para o planejamento e operação do SIN. Diversos modelos são utilizados na determinação dessas previsões, entre os quais podem ser citados os modelos físicos, os estatísticos e aqueles baseados na técnica de Redes Neurais Artificiais. Atualmente, o ONS realiza as previsões diárias de vazões naturais para a Usina Hidrelétrica Tucuruí com base no modelo estocástico univariado denominado PREVIVAZH, desenvolvido pelo CEPEL. Ao longo da última década, muitos trabalhos têm mostrado a evolução da aplicação da metodologia de Redes Neurais Artificiais em diversas áreas e em particular na previsão de vazões naturais, para intervalos de tempo diários, semanais e mensais. O objetivo deste trabalho foi calibrar e avaliar um modelo de previsão de vazões naturais, utilizando a metodologia de RNA, mais especificamente as redes construtivas do tipo NSRBN(Non-Linear Sigmoidal Regression Blocks Networks) (VALENCA; LUDERMIR, 2001), no horizonte de 1 até 12 dias à frente, para a Usina Hidrelétrica Tucuruí, considerando as informações advindas de postos hidrométricos localizados à montante do seu reservatório. Adicionalmente, foi realizada uma análise comparativa dos resultados encontrados pela rede neural calibrada e aqueles obtidos e divulgados pelo ONS. Os resultados obtidos mostram a vantagem da metodologia de redes neurais artificiais sobre os modelos auto-regressivos. Os valores do Erro Percentual Médio Absoluto - MAPE foram, em média, 48% inferiores aos divulgados pelo ONS.