Orientador: Fábio Bertequini Leão / Resumo: Neste trabalho propõe-se um modelo matemático de Programação Não Linear Binária (PNLB) para resolver o problema de alocação ótima de dispositivos indicadores de falta (OPFI – Optimal Placement of Fault Indicator Devices) em redes radiais de distribuição de energia elétrica. O problema é modelado por meio de uma função objetivo que considera dois custos conflitantes: o Custo da Energia Não Suprida (CENS) e o Custo de Investimento em Sensores (CINV). O modelo matemático proposto pode ser resolvido por métodos exatos e para todos os testes simulados foram utilizados os softwares de programação matemática AMPL (A Mathematical Programming Language) e KNITRO versão 9.0.0. Para validação do método proposto, são realizados testes em um sistema de distribuição de 19 barras, e em outros dois sistemas de 34 e 70 barras, sendo que nesses dois sistemas os indicadores de falta foram alocados apenas no tronco principal desses alimentadores. Os resultados obtidos mostram que o modelo matemático é adequado para resolver o problema formulado. Assim, o método proposto traz contribuição à literatura, visto que o problema da alocação ótima desses dispositivos tem sido resolvido principalmente por meio de técnicas meta-heurísticas. / Abstract: This paper proposes a Binary Nonlinear Programming model to solve the problem of Optimal Placement of Fault Indicator Devices (OPFI) in radial distribution networks. The problem is modeled by an objective function that considers two conflicting costs: Cost of Energy Not Supplied and Cost of Investing in Sensors. The proposed mathematical model can be solved by exact methods and for all the simulated tests the mathematical programming software AMPL (A Mathematical Programming Language) and KNITRO version 9.0.0 were used. For validation of the proposed method, tests are performed in a 19-bar distribution system, and in two other systems of 34 and 70 bars, where in these two systems fault indicators were only allocated to the main trunk of these feeders. The results obtained show that the mathematical model is adequate to solve the problem formulated. Thus, the proposed method brings contribution to the literature, since the problem of optimal allocation of these devices has been solved mainly by means of metaheuristic techniques. / Mestre

Os dispositivos Indicadores de Faltas (IFs) contribuem para a melhoria do processo de localização de faltas em alimentadores de distribuição e, consequentemente, para a qualidade do fornecimento de energia elétrica. Todavia, a grande dificuldade de se aplicar tais dispositivos em larga escala está na escassez de metodologias eficientes que apontem em quais pontos do sistema de distribuição eles devem ser instalados. Por isso, o presente trabalho propõe uma abordagem computacional evolutiva capaz de alocar dispositivos IFs em alimentadores primários de distribuição de energia elétrica. De forma mais específica, o problema de se obter o melhor local de instalação é solucionado por meio da técnica de Algoritmos Genéticos (AGs), que busca obter uma configuração eficiente de instalação de IFs no tronco principal do alimentador de distribuição. A metodologia proposta é aplicada a dois alimentadores reais. Aspectos de viabilidade técnica e financeira dos IFs também são analisados. Os resultados apresentados comprovam a eficiência da metodologia proposta. / Fault Indicator (FIs) devices have contributed to improve the location of faults on primary feeders, and consequently the reliability of distribution systems. However, one of the main problems facing their installation in a large scale in a distribution system is the lack of efficient methods to analyze big networks and to pinpoint exactly on which buses these devices should be placed. Thus, this paper proposes an evolutionary computing strategy to solve the problem of fault indicator placement in primary distribution feeders. Specifically, a genetic algorithm (GA) is employed to search for an efficient configuration of FIs, located at the best positions in the main feeder. The proposed methodology was applied in two actual distribution feeders. Technical and financial viability aspects are also analyzed. Finally, the results confirm the efficiency of the GA approach to the FI placement problem.

Os dispositivos Indicadores de Faltas (IFs) contribuem para a melhoria do processo de localização de faltas em alimentadores de distribuição e, consequentemente, para a qualidade do fornecimento de energia elétrica. Todavia, a grande dificuldade de se aplicar tais dispositivos em larga escala está na escassez de metodologias eficientes que apontem em quais pontos do sistema de distribuição eles devem ser instalados. Por isso, o presente trabalho propõe uma abordagem computacional evolutiva capaz de alocar dispositivos IFs em alimentadores primários de distribuição de energia elétrica. De forma mais específica, o problema de se obter o melhor local de instalação é solucionado por meio da técnica de Algoritmos Genéticos (AGs), que busca obter uma configuração eficiente de instalação de IFs no tronco principal do alimentador de distribuição. A metodologia proposta é aplicada a dois alimentadores reais. Aspectos de viabilidade técnica e financeira dos IFs também são analisados. Os resultados apresentados comprovam a eficiência da metodologia proposta. / Fault Indicator (FIs) devices have contributed to improve the location of faults on primary feeders, and consequently the reliability of distribution systems. However, one of the main problems facing their installation in a large scale in a distribution system is the lack of efficient methods to analyze big networks and to pinpoint exactly on which buses these devices should be placed. Thus, this paper proposes an evolutionary computing strategy to solve the problem of fault indicator placement in primary distribution feeders. Specifically, a genetic algorithm (GA) is employed to search for an efficient configuration of FIs, located at the best positions in the main feeder. The proposed methodology was applied in two actual distribution feeders. Technical and financial viability aspects are also analyzed. Finally, the results confirm the efficiency of the GA approach to the FI placement problem.

Orientador: Fábio Bertequini Leão / Resumo: O sistema de proteção tradicional de sistemas de distribuição predominantemente utiliza relés de sobrecorrente alocados na subestação e religadores automáticos ao longo dos alimentadores principais coordenados com fusíveis em ramais laterais. A inserção de GD (Geração Distribuída) na rede de distribuição pode causar diversos impactos do ponto de vista da proteção do sistema. Um dos impactos mais expressivos é a perda de coordenação dos dispositivos tradicionalmente empregados, devido a inserção da GD possibilitar fluxos de potência bidirecionais na rede. Portanto, neste trabalho é proposta uma solução para proteção e monitoramento da rede de distribuição considerando a inserção de fontes dispersas de energia. O sistema proposto é baseado na separação da rede de distribuição em zonas de proteção de acordo com a possibilidade de ilhamento da GD. Para o monitoramento da rede são empregados sensores indicadores de falta. Um método denominado Método de Degrau de Correntes (MDC) é proposto para identificação e localização de faltas a partir dos dados de monitoramento da rede em tempo real. Uma estratégia de restauração é proposta baseada nos resultados obtidos pelo MDC. Para os estudos, utilizou-se do software de simulação de Sistemas Elétricos de Potência DIgSILENT Power Factory 14.0, empregado para análise de fluxo de potência e verificação de estabilidade nas situações pós-falta. O software MATLAB (MATrix LABoratory) é empregado para o desenvolvimento do algoritmo e metodologia ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The traditional protection system uses predominantly overcurrent relays allocated in substation and automatic reclosers along the main feeders coordinated with fuses in side branches. The penetration of GD (Distributed Generators) in distribution systems can cause different impacts in terms of system protection. One of the most significant impacts is the loss of coordination of the protection devices traditionally employed due to insertion of GD, which allows bidirectional power flows on the network. Therefore, this work proposes a solution for protection and monitoring the distribution network considering the insertion of dispersed energy resources. The proposed system is based on the separation of the distribution network in protection zones in accordance with the possibility of islanding of GD. For network monitoring fault indicators sensors are employed. A method called Currents Step Method (MDC) is proposed to identify and locate faults based on the network monitoring data in real time. A restoration strategy is proposed based on the results obtained by the MDC. For the studies, the DIgSILENT Power Factory 14.0 was employed to carry out power flow and stability analysis. The MATLAB (Matrix Laboratory) software was also used to develop the algorithm and methodology of identification, fault location and isolation of the distribution network using the data provided by the DIgSILENT. Regarding the results, it was noticed that the algorithm has a high reliability for the mos... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-06-13T17:58:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jáder de Alencar Vasconcelos - 2017.pdf: 5455445 bytes, checksum: 681a531dca4e2dfb4795b7619cc0dde5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-06-14T15:19:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jáder de Alencar Vasconcelos - 2017.pdf: 5455445 bytes, checksum: 681a531dca4e2dfb4795b7619cc0dde5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-14T15:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jáder de Alencar Vasconcelos - 2017.pdf: 5455445 bytes, checksum: 681a531dca4e2dfb4795b7619cc0dde5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Electricity distribution networks are constantly subject to contingencies that can lead to interruption of supply, bringing disruption to consumers of electric energy and increasing the cost of compensation for violation of individual indicators of continuity. In this context, Fault Indicator Devices (PIs) have been shown to be a promising alternative to improve Quality of Service. As the use of these equipments requires considerable investments, the use of IFs in arbitrary stretches of the network is prohibitive, making necessary the development of a methodology for the optimal allocation of these devices. In this sense, it is understood that a good methodology should minimize the average time of displacement of the maintenance teams to the locations of the defects, implying in the significant reduction of the other indicators dependent on this time, especially the Equivalent Duration of Interruption per Consumer Unit (DEC). The main contribution of this dissertation is the implementation of a meta-heuristic Variable Neighborhood Search (VNS), in order to determine the positions for the installation of the IFs, in order to reduce to the maximum the DEC estimation. In the methodology developed, the chosen network positions (sections) contemplate both the main trunk and the extensions, in addition to considering the influence of other protection devices in the network. In addition, the estimation of the average search time in the presence of these devices considers the failure rates and lengths of the stretches, extending the estimates made in other works. The results, obtained for a real feeder, in most of the studied situations, led to the allocation of IFs in sections of branches, bringing a more significant reduction in the Quality of Service indicators and demonstrating the effectiveness of the proposed methodology. / As redes de distribuição de energia elétrica estão constantemente sujeitas a contingências que podem levar à interrupção do fornecimento, trazendo transtornos aos consumidores da energia elétrica e potencializando os custos de ressarcimento por violação dos indicadores individuais de continuidade. Nesse contexto, os Dispositivos Indicadores de Faltas (IFs) têm se mostrado uma alternativa promissora para melhorar a Qualidade do Serviço. Como a utilização desses equipamentos exige investimentos consideráveis, o emprego de IFs em trechos arbitrários da rede é proibitivo, tornando necessário o desenvolvimento de uma metodologia para a alocação ótima destes dispositivos. Nesse sentido, entende-se que uma boa metodologia deve minimizar o tempo médio de deslocamento das equipes de manutenção até os locais dos defeitos, implicando na redução significativa dos demais indicadores dependentes deste tempo, em especial a Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (DEC). Tendo isso em vista, a principal contribuição desta dissertação consiste na implementação de uma meta-heurística Variable Neighborhood Search (VNS), a fim de determinar as posições para instalação dos IFs, de modo a reduzir ao máximo a estimativa do DEC. Na metodologia desenvolvida, as posições (trechos) de rede escolhidos contemplam tanto o tronco principal quanto os ramais, além de considerar a influência de outros dispositivos de proteção na rede. Somado a isso, a estimativa do tempo médio de busca na presença desses dispositivos considera as taxas de falha e comprimentos dos trechos, estendendo as estimativas realizadas em outros trabalhos. Os resultados, obtidos para um alimentador real, em grande parte das situações estudadas, levaram à alocação de IFs em trechos de ramais, trazendo uma redução mais significativa nos indicadores de Qualidade do Serviço e demonstrando a eficácia da metodologia proposta.