Encontrar a configuração de mínimas perdas ôhmicas ou que forneça um adequado plano de restabelecimento aptos a ocorrência de faltas permanentes são problemas de natureza combinatorial, com múltiplos objetivos e restrições, que envolvem funções cujas características, em geral, dificultam o uso de técnicas de programação matemática. Algoritmos Evolutivos têm apresentado resultados animadores para esses problemas, especialmente quando aplicados em sistemas de distribuição de grande porte. Neste trabalho são propostas duas novas metodologias, baseadas em Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivo, para reconfiguração de redes em sistemas de distribuição, que podem ser aplicadas para o tratamento dos problemas de redução de perdas ôhmicas e restabelecimento de energia em sistemas de grande porte (com milhares de barras, linhas e chaves). Para o desenvolvimento dessas metodologias, foi utilizado uma estrutura de dados para manipular grafos produzindo exclusivamente configurações radiais e conexas, chamada Representação Nó-profundidade. As metodologias propostas foram testadas para diversos sistemas, dentre os quais destaca-se um com 30:880 barras, tendo sido satisfatórios os resultados obtidos. Para o problema de restabelecimento de energia foram testados falta única e múltiplas faltas. / Find the distribution system configuration of minimum power losses or that provides an adequate service restoration plan is a combinatorial, multi-objective and multi constraint problems, which involves functions whose characteristics, in general, difficult the use of mathematical programming techniques. Evolutionary Algorithms have shown relevant results for these problems, especially for Large-Scale Distribution Systems. This work proposes two methodologies for network reconfiguration based on Multi-Objective Evolutionary Algorithms, which can be applied to treat the problems of power loss reduction and service restoration in large scale distribution systems (with thousands of buses, lines and switches). In order to develop these methodolgies, it was used a data structure to manipulate graphs producing exclusively radial and connected connections, called Node Depth Encoding. The proposed methodologies were successfully tested in several distribution systems, among them one with 30,880 buses. The problem of service restoration is analyzed considering cases of single and multiple faults.

O restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais geralmente envolve a reconfiguração de redes para restaurar eletricidade à(s) área(s) fora de serviço. As principais técnicas para restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de grande porte têm sido os algoritmos evolutivos (AEs). Após a falta ter sido identificada e a zona em falta ter sido isolada do sistema, o algoritmo deve encontrar soluções em que: 1) supra com energia o maior número de consumidores possível, 2) minimize o número de operações de chaveamentos, 3) não viole restrições operacionais do sistema, 4) reduza o total de perdas resistivas, 5) a configuração da rede seja radial e, 6) obtenha tal solução em tempo real. Este projeto emprega uma nova estrutura de dados para manipular grafos produzindo exclusivamente configurações radiais e conexas, chamada representação nó-profundidade (RNP), garantindo que todas as soluções potenciais geradas pelo algoritmo satisfaçam os itens (1) e (5). Além disso, propõe-se um AE utilizando a RNP capaz de encontrar planos de restabelecimento adequados para sistemas de distribuição de larga-escala, com milhares de chaves e barras, em tempo real. / Energy restoration in radial distribution systems usually involves the network reconfiguration to restore the electricity to the out-of-service areas. The main approaches for energy restoration in large-scale distribution systems have been the evolutionary algorithms (EAs). After a fault has been identified and isolated, the algorithm must find solutions that: 1) supply energy to the larger number of consumers, 2) reduce the number of switching operations, 3) respect operational constraints of the system, 4) reduce the amount of power losses, 5) generate exclusively radial configurations and 6) find solutions in real time. This work uses a new data structure, called node-depth encoding (NDE), to manipulate graphs producing exclusively radial and connected configurations, and guaranteeing that all potential solutions generated by the algorithm satisfy items (1) and (5). Moreover, we propose an EA using the NDE that is capable of finding adequate restoration plans in real time for large-scale distribution systems, with thousands of switches and buses.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-10-06T15:00:35Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Siqueira Vinhal - 2013.pdf: 543638 bytes, checksum: 0cfeff261acd147877fc67035e17c1fb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-10-06T15:58:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Siqueira Vinhal - 2013.pdf: 543638 bytes, checksum: 0cfeff261acd147877fc67035e17c1fb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-06T15:58:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gustavo Siqueira Vinhal - 2013.pdf: 543638 bytes, checksum: 0cfeff261acd147877fc67035e17c1fb (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-08-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Many relevant problems to NP-Hard class are present in the real world. Among them we can mention the problems of network design (PNDs) that involve electricity distribution, vehicle traffic, and others. There are not algorithms which provide a exact solution for these types of problems with an acceptable computation time. Over the years, research has been developed used evolutionary algorithms (EAs) to provide an efficient solution with a acceptable computation time for these problems. In addition, appropriate data structures may further improve the performance of EAs to PNDs. The node-depth-degree (NDDE) representation have show significant results for PNDs. The application of EAs in hardware can improve the performance of the algorithm. In this sense, this work presents the implementation of a EA in Nios II processor of a FPGA board to solving the PND minimum spanning tree with degree constraint. The results demonstrate that the implementation of EAs in hardware brings significant results with better performance, due to the power of parallelism present in the FPGA. / Diversos problemas pertinentes a classe NP-Difícil estão presentes no mundo real. Dentre eles pode-se citar os problemas de projeto de redes (PPRs) que envolvem distribuição de energia elétrica, tráfego de veículos, entre outros. Não existem algoritmos que forneçam uma solução exata para esses tipos de problemas com um tempo de computação aceitável. Ao longo dos anos pesquisas estão sendo desenvolvidas utilizado algoritmos evolutivos (EAs) para fornecer uma solução eficiente com tempo de computção aceitável para tais problemas. Além disso, estruturas de dados adequadas podem melhorar ainda mais o desempenho dos EAs para PPRs. A representação nó-profundidade-grau (NDDE) apresenta resultados significativos para PPRs. A aplicação de EAs em hardware pode melhorar o desempenho do algoritmo. Nesse sentido, este trabalho apresenta a implementação de um EA no processador Nios II de uma placa FPGA para solução do PPR da árvore geradora mínima com restrição de grau. Os resultados demonstram que a implementação de EAs em hardware traz resultados significativos com melhor desempenho, devido ao poder de paralelismo presente no FPGA.

Desenvolver um sistema de distribuição de energia confiável é certamente um desafio inerente aos profissionais do setor elétrico. Porém, os sistemas estão sujeitos a falhas e, sendo assim, o rápido restabelecimento traz a satisfação do cliente e reduz as compensações pagas pelas concessionárias de energia. Neste contexto a presente dissertação visa avaliar a metodologia para restabelecimento de energia denominada AEMT-H que se baseia em algoritmos evolutivos multi-objetivo se na estrutura de dados chamada Representação Nó- Profundidade (RNP). Esta avaliação ocorrerá através da aplicação do AEMT-H para obtenção de planos de restabelecimento de energia após a ocorrência de faltas simples no sistema COPEL da cidade de Londrina. Os resultados gerados serão avaliados estatisticamente e ainda subjetivamente pelos profissionais do COD da concessionária. Os algoritmos evolutivos têm apresentado resultados animadores para os problemas de restabelecimento de energia. Em especial, os resultados obtidos, quando da representação computacional de sistemas de distribuição de grande porte (com milhares de barras e chaves) através da RNP, possuem como característica o tempo de resposta da ordem de segundos, instigando a evolução das pesquisas para utilização desta metodologia inclusive em aplicativos de tempo real. O sistema de Londrina possui 30.156 barras, 2.660 chaves \"NF\", 250 chaves \"NA\" e atende um universo de mais de 231.000 consumidores ligados diretamente ao sistema de 13,8 kV ou, após os transformadores de distribuição, nas tensões de 220V e 127V. Neste sistema estão presentes 6 subestações 138 kV/13,8 kV e 64 circuitos alimentadores, totalizando uma capacidade de transformação de energia de 541,7 MVA. / The development of a reliable distribution system is certainly a challenge to electrical industry professionals. However, these systems are subject to failures and thus the fast restoration brings customer satisfaction and reduces the compensation paid by the electricity utilities. In this context, this dissertation aims to evaluate the methodology for service restoration called \"AEMT-H\", which is based on multi-objective evolutionary algorithms and in the data structure called Node Depth Encoding (NDE). This evaluation will occur by applying the \"AEMT-H\" to obtain service restoration plans considering the occurrence of simple faults in the COPEL system of the city of Londrina. The obtained results will bee valuated statistically and subjectively by professionals of the Distribution Operation Center. It is important to highlight that Evolutionary algorithms have shown promising results to treat the service restoration problem in distribution systems. In particular, the results obtained when using NDE tocomputationally represent the electrical topology of large distribution systems (with thousand of buses and switchers) are very interesting in terms of time processing (in the order of seconds). The system of Londrina has 30,156 buses, 2,660 switchers normally closed, 250 switchers normally opened and supplies a universe of more than 231,000 consumers connected directly to the system with voltage of 13.8 kV or, after distribution transformers, with voltages of 220V and 127V. This system contains 6 substations 138 kV/13,8 kV and 64 feeders, and a installed power of 541.7 MVA.

Encontrar a configuração de mínimas perdas ôhmicas ou que forneça um adequado plano de restabelecimento aptos a ocorrência de faltas permanentes são problemas de natureza combinatorial, com múltiplos objetivos e restrições, que envolvem funções cujas características, em geral, dificultam o uso de técnicas de programação matemática. Algoritmos Evolutivos têm apresentado resultados animadores para esses problemas, especialmente quando aplicados em sistemas de distribuição de grande porte. Neste trabalho são propostas duas novas metodologias, baseadas em Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivo, para reconfiguração de redes em sistemas de distribuição, que podem ser aplicadas para o tratamento dos problemas de redução de perdas ôhmicas e restabelecimento de energia em sistemas de grande porte (com milhares de barras, linhas e chaves). Para o desenvolvimento dessas metodologias, foi utilizado uma estrutura de dados para manipular grafos produzindo exclusivamente configurações radiais e conexas, chamada Representação Nó-profundidade. As metodologias propostas foram testadas para diversos sistemas, dentre os quais destaca-se um com 30:880 barras, tendo sido satisfatórios os resultados obtidos. Para o problema de restabelecimento de energia foram testados falta única e múltiplas faltas. / Find the distribution system configuration of minimum power losses or that provides an adequate service restoration plan is a combinatorial, multi-objective and multi constraint problems, which involves functions whose characteristics, in general, difficult the use of mathematical programming techniques. Evolutionary Algorithms have shown relevant results for these problems, especially for Large-Scale Distribution Systems. This work proposes two methodologies for network reconfiguration based on Multi-Objective Evolutionary Algorithms, which can be applied to treat the problems of power loss reduction and service restoration in large scale distribution systems (with thousands of buses, lines and switches). In order to develop these methodolgies, it was used a data structure to manipulate graphs producing exclusively radial and connected connections, called Node Depth Encoding. The proposed methodologies were successfully tested in several distribution systems, among them one with 30,880 buses. The problem of service restoration is analyzed considering cases of single and multiple faults.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-11-20T11:31:40Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danilo Alves Martins de Faria - 2013.pdf: 1188393 bytes, checksum: c56b169690f22bbbeaa2ee6fa46ade1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-11-20T14:17:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danilo Alves Martins de Faria - 2013.pdf: 1188393 bytes, checksum: c56b169690f22bbbeaa2ee6fa46ade1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-20T14:17:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danilo Alves Martins de Faria - 2013.pdf: 1188393 bytes, checksum: c56b169690f22bbbeaa2ee6fa46ade1c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-10-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Network Design Problems (NDPs) are present in many areas, such as electric power distribution, communication networks, vehicle routing, phylogenetic trees among others. Many NDPs are classified as NP-Hard problems. Among the techniques used to solve them, we highlight the Evolutionary Algorithms (EA). These algorithms simulate the natural evolution of the species. However, in its standard form EAs have limitations to solve large scale NDPs, or with very specific characteristics. To solve these problems, many researchers have studied specific forms of representation of NDPs. Among these stands we show Node-Depth-Degre Encoding (NDDE). This representation produces only feasible solutions, regardless of the network characteristics. NDDE has two mutation operators Preserve Ancestor Operator (PAO) and Ancestor Change Operator (CAO) and the recombination operator EHR (Evolutionary History Recombination Operator) that uses historical applications of mutation, and was applied to NDPs more than one tree and had good results. Thus, this work proposes adapt EHR for NDPs classics represented by a single tree. In addition, two evolutionary algorithms are developed: the AE-RNPG, which uses only NDDE, with mutation operators. And the AE-EHR, which makes use of mutation operators and recombination operator EHR to the One Max Tree Problem. The results showed that the AE-EHR obtained better solutions than the EA-RNPG for most instances analyzed. / Problemas de Projeto de Redes (PPRs) estão presentes em diversas áreas, tais como reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica, projetos de redes de comunicação, roteamento de veículos, reconstrução de árvores filogenéticas entre outros. Vários PPRs pertencem à classe de problemas NP-Difíceis. Dentre as técnicas utilizadas para resolvê-los, destacam-se os Algoritmos Evolutivos (AE), cujo processo de resolução de um problema simula a evolução natural das espécies. Entretanto, os AEs em sua forma padrão também possuem limitações quanto a PPRs de larga escala, ou com características muito específicas. Para solucionar esses problemas, diversas pesquisas têm estudado formas específicas de estruturas de dados dos PPRs. Dentre essas destaca-se a representação Nó-Profundidade-Grau (RNPG). Essa representação produz apenas soluções factíveis, independente da característica da rede. A RNPG possui dois operadores de mutação Preserve Ancestor Operator (PAO) e Change Ancestor Operator (CAO) e o operador de recombinação EHR (Evolutionary History Recombination Operator), que utiliza o histórico de aplicações dos operadores de mutação, o qual tem sido aplicado a PPRs com mais de uma árvore com bons resultados. Este trabalho propõem a adequação do EHR para PPRs clássicos de uma única árvore. Além disso, são desenvolvidos dois algoritmos evolutivos: o AE-RNPG, que utiliza a RNPG somente com os operadores de mutação; e o AE-EHR, que faz uso tanto dos operadores de mutação quanto do operador de recombinação EHR para o problema da Árvore máxima. Os resultados obtidos mostram que o AE-EHR obtém melhores soluções do que o AE-RNPG para a maioria das instâncias analisadas.

Diversos problemas do mundo real estão relacionados ao projeto de redes, tais como projeto de circuitos de energia elétrica, roteamento de veículos, planejamento de redes de telecomunicações e reconstrução filogenética. Em geral, esses problemas podem ser modelados por meio de grafos, que manipulam milhares ou milhões de nós (correspondendo às variáveis de entrada), dificultando a obtenção de soluções em tempo real. O Projeto de uma Rede é um problema combinatório, em que se busca encontrar a rede mais adequada segundo um critério como, por exemplo, menor custo, menor caminho e tempo de percurso. A solução desses problemas é, em geral, computacionalmente complexa. Nesse sentido, metaheurísticas como Algoritmos Evolutivos têm sido amplamente investigadas. Diversas pesquisas mostram que o desempenho de Algoritmos Evolutivos para Problemas de Projetos de Redes pode ser aumentado significativamente por meio de representações mais apropriadas. Este trabalho investiga a paralelização da Representação Nó-Profundidade (RNP) em hardware, com o objetivo de encontrar melhores soluções para Problemas de Projetos de Redes. Para implementar a arquitetura de hardware, denominada de HP-RNP (Hardware Parallelized RNP), foi utilizada a tecnologia de FPGA para explorar o alto grau de paralelismo que essa plataforma pode proporcionar. Os resultados experimentais mostraram que o HP-RNP é capaz de gerar e avaliar novas redes em tempo médio limitado por uma constante (O(1)) / Many problems related to network design can be found in real world applications, such as design of electric circuits, vehicle routing, telecommunication network planning and phylogeny reconstruction. In general, these problems can be modelled using graphs that handle thousands or millions of nodes (input variables), making it hard to obtain solutions in real-time. The Network Design is the combinatorial problem of finding the most suitable network subject to a evaluation criterion as, for example, lower cost, minimal path and time to traverse the network. The solution of those problems is in general computationally complex. Metaheuristics as Evolutionary Algorithms have been widely investigated for such problems. Several researches have shown that the performance of Evolutionary Algorithms for the Network Design Problems can be significantly increased through more appropriated dynamic data structures (encodings). This work investigates the parallelization of Node-Depth Encoding (NDE) in hardware in order to find better solutions for Network Design Problems. To implement the proposed hardware architecture, called HP-NDE (Hardware Parallellized NDE), the FPGA technology was used to explore the high degree of parallelism that such platform can provide. The experimental results have shown that the HP-NDE can generate and evaluate new networks in average time constrained by a constant (O(1))

A elaboração de planos de restabelecimento de energia (PRE) de forma rápida, para re-energização de sistemas de distribuição radiais (SDR), faz-se necessária para lidar com situações que deixam regiões dos SDR sem energia. Tais situações podem ser causadas por faltas permanentes ou pela necessidade de isolar zonas dos SDR para serviços de manutenção. Dentre os objetivos de um PRE, destacam-se: (i) reduzir o número de consumidores interrompidos (ou nenhum), e (ii) minimizar o número de manobras; que devem ser atendidos sem desrespeitar os limites operacionais dos equipamentos. Conseqüentemente, a obtenção de PRE em SDR é um problema com múltiplos objetivos, alguns conflitantes. As principais técnicas desenvolvidas para obtenção de PRE em SDR baseiam-se em algoritmos evolutivos (AE). A limitação da maioria dessas técnicas é a necessidade de simplificações na rede, para lidar com SDR de grande porte, que limitam consideravelmente a possibilidade de obtenção de um PRE adequado. Propõe-se, neste trabalho, o desenvolvimento e implantação computacional de um algoritmo para obtenção de PRE em SDR, que consiga lidar com sistemas de grande porte sem a necessidade de simplificações, isto é, considerando uma grande parte (ou a totalidade) de linhas, barras, cargas e chaves do sistema. O algoritmo proposto baseia-se em um AE multi-objetivo e na estrutura de dados, para armazenamento de grafos, denominada representação nó-profundidade (RNP), bem como em dois operadores genéticos que foram desenvolvidos para manipular de forma eficiente os dados armazenados na RNP. Em razão de se basear em um AE multi-objetivo, o algoritmo proposto possibilita uma investigação mais ampla do espaço de busca. Por outro lado, fazendo uso da RNP, para representar computacionalmente os SDR, e de seus operadores genéticos, o algoritmo proposto aumenta significativamente a eficiência da busca por adequados PRE. Isto porque aqueles operadores geram apenas configurações radiais, nas quais todos os consumidores são atendidos. Para comprovar a eficiência do algoritmo proposto, várias simulações computacionais foram realizadas, utilizando o sistema de distribuição real, de uma companhia brasileira, que possui 3.860 barras, 635 chaves, 3 subestações e 23 alimentadores. / An elaborated and fast energy restoration plan (ERP) is required to deal with steady faults in radial distribution systems (RDS). That is, after a faulted zone has been identified and isolated by the relays, it is desired to elaborate a proper ERP to restore energy on that zone. Moreover, during the normal system operation, it is frequently necessary to elaborate ERP to isolate zones to execute routine tasks of network maintenance. Some of the objectives of an ERP are: (i) very few interrupted customers (or none), and (ii) operating a minimal number of switches, while at the same time respecting security constraints. As a consequence, the service restoration is a multiple objective problem, with some degree of conflict. The main methods developed for elaboration of ERP are based on evolutionary algorithms (EA). The limitation of the majority of these methods is the necessity of network simplifications to work with large-scale RDS. In general, these simplifications restrict the achievement of an adequate ERP. This work proposes the development and implementation of an algorithm for elaboration of ERP, which can deal with large-scale RDS without requiring network simplifications, that is, considering a large number (or all) of lines, buses, loads and switches of the system. The proposed algorithm is based on a multi-objective EA, on a new graph tree encoding called node-depth encoding (NDE), as well as on two genetic operators developed to efficiently manipulate a graph trees stored in NDEs. Using a multi-objective EA, the proposed algorithm enables a better exploration of the search space. On the other hand, using NDE and its operators, the efficiency of the search is increased when the proposed algorithm is used generating proper ERP, because those operators generate only radial configurations where all consumers are attended. The efficiency of the proposed algorithm is shown using a Brazilian distribution system with 3,860 buses, 635 switches, 3 substations and 23 feeders.

A elaboração de planos de restabelecimento de energia (PRE) de forma rápida, para re-energização de sistemas de distribuição radiais (SDR), faz-se necessária para lidar com situações que deixam regiões dos SDR sem energia. Tais situações podem ser causadas por faltas permanentes ou pela necessidade de isolar zonas dos SDR para serviços de manutenção. Dentre os objetivos de um PRE, destacam-se: (i) reduzir o número de consumidores interrompidos (ou nenhum), e (ii) minimizar o número de manobras; que devem ser atendidos sem desrespeitar os limites operacionais dos equipamentos. Conseqüentemente, a obtenção de PRE em SDR é um problema com múltiplos objetivos, alguns conflitantes. As principais técnicas desenvolvidas para obtenção de PRE em SDR baseiam-se em algoritmos evolutivos (AE). A limitação da maioria dessas técnicas é a necessidade de simplificações na rede, para lidar com SDR de grande porte, que limitam consideravelmente a possibilidade de obtenção de um PRE adequado. Propõe-se, neste trabalho, o desenvolvimento e implantação computacional de um algoritmo para obtenção de PRE em SDR, que consiga lidar com sistemas de grande porte sem a necessidade de simplificações, isto é, considerando uma grande parte (ou a totalidade) de linhas, barras, cargas e chaves do sistema. O algoritmo proposto baseia-se em um AE multi-objetivo e na estrutura de dados, para armazenamento de grafos, denominada representação nó-profundidade (RNP), bem como em dois operadores genéticos que foram desenvolvidos para manipular de forma eficiente os dados armazenados na RNP. Em razão de se basear em um AE multi-objetivo, o algoritmo proposto possibilita uma investigação mais ampla do espaço de busca. Por outro lado, fazendo uso da RNP, para representar computacionalmente os SDR, e de seus operadores genéticos, o algoritmo proposto aumenta significativamente a eficiência da busca por adequados PRE. Isto porque aqueles operadores geram apenas configurações radiais, nas quais todos os consumidores são atendidos. Para comprovar a eficiência do algoritmo proposto, várias simulações computacionais foram realizadas, utilizando o sistema de distribuição real, de uma companhia brasileira, que possui 3.860 barras, 635 chaves, 3 subestações e 23 alimentadores. / An elaborated and fast energy restoration plan (ERP) is required to deal with steady faults in radial distribution systems (RDS). That is, after a faulted zone has been identified and isolated by the relays, it is desired to elaborate a proper ERP to restore energy on that zone. Moreover, during the normal system operation, it is frequently necessary to elaborate ERP to isolate zones to execute routine tasks of network maintenance. Some of the objectives of an ERP are: (i) very few interrupted customers (or none), and (ii) operating a minimal number of switches, while at the same time respecting security constraints. As a consequence, the service restoration is a multiple objective problem, with some degree of conflict. The main methods developed for elaboration of ERP are based on evolutionary algorithms (EA). The limitation of the majority of these methods is the necessity of network simplifications to work with large-scale RDS. In general, these simplifications restrict the achievement of an adequate ERP. This work proposes the development and implementation of an algorithm for elaboration of ERP, which can deal with large-scale RDS without requiring network simplifications, that is, considering a large number (or all) of lines, buses, loads and switches of the system. The proposed algorithm is based on a multi-objective EA, on a new graph tree encoding called node-depth encoding (NDE), as well as on two genetic operators developed to efficiently manipulate a graph trees stored in NDEs. Using a multi-objective EA, the proposed algorithm enables a better exploration of the search space. On the other hand, using NDE and its operators, the efficiency of the search is increased when the proposed algorithm is used generating proper ERP, because those operators generate only radial configurations where all consumers are attended. The efficiency of the proposed algorithm is shown using a Brazilian distribution system with 3,860 buses, 635 switches, 3 substations and 23 feeders.

Submitted by WALDEMAR PEREIRA MATHIAS NETO null (waldemarmathias@gmail.com) on 2016-10-04T02:26:06Z No. of bitstreams: 1 MATHIAS-NETO-TESE-2016.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / Os modernos sistemas aéreos de distribuição de energia elétrica são projetados para operar com altos índices de confiabilidade. Todavia, interrupções de fornecimento podem ocorrer a qualquer momento e causadas pelos mais diversos fatores, tais como, vendavais, árvores, ou ainda, colisão de veículos com a rede. Portanto, para garantir o mínimo impacto destas interrupções nos índices de confiabilidade da rede, áreas sem fornecimento devem ser reenergizadas tão rá- pido quanto possível. Este processo de reenergização do sistema é comumente denominado restauração. O principal objetivo do processo de restauração é restabelecer o maior número de cargas, no menor intervalo de tempo possível, por meio de uma sequência de aberturas e fechamentos de chaves de manobras. A existência de um conjunto de chaves seccionadoras estrategicamente posicionadas na rede permite que a estrutura malhada dos sistemas de distribuição opere com topologias radiais. Portanto, a execução de uma sequência de manobras é capaz de alterar a topologia radial da rede e restabelecer as cargas previamente sem fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova metodologia para solução do problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica baseado no uso conjunto da meta-heurística de busca tabu, a representação nó-profundidade (RNP) e seus operadores PAO e CAO. Os operadores da RNP são empregados para originar a vizinhança da meta-heurística de busca tabu. Um novo operador foi introduzido e alterações nos demais operadores foram realizadas para possibilitar soluções factíveis em sistemas com alto carregamento. O problema é formulado através de um modelo não linear inteiro misto e considera a minimização dos custo da interrupção não programada como objetivo do problema. Os limites operacionais da rede são avaliados durante o intervalo previsto para a rede permanecer no estado restaurativo. Estes limites caracterizam as restrições do problema. Ao modelo matemático foi incluído a geração distribuída e cargas remotamente controladas como ferramentas de apoio à restauração. Os geradores distribuídos são modelados através de curvas horárias de geração, em função de sua tecnologia, e as cargas são modeladas através de curvas que consideram o perfil de consumo. Adicionalmente, cargas controladas termostaticamente também foram incluídas ao modelo. Por fim, a técnica de solução proposta é avaliada através de um sistema teste baseado no sistema de distribuição IEEE de 37 barras em oito diferentes cenários. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da metodologia para a solução do problema de restauração de sistemas de distribui- ção. / The modern overhead power distribution systems are designed to operate with high reliability indices. However, power outages may occur at any time and caused by several factors, such aswindstorms, trees or vehicle collision with the network. Therefore, to ensure minimal impact of these interruptions in network reliability indices, out-of-service areas, which are not affected by the permanent fault, should be re-energized as fast as possible. The process of system reenergizing is called restoration. The main purpose of restoration process is to restore the largest amount of load, as fast as possible, through a sequence of switching actions. The existence of several switchgears, strategically allocated in the network, allows the meshed distribution systems work with radial topologies. Therefore, performing a sequence of maneuvers, automatically or manually, may change the radial grid topology and restore the loads previously without a power supply. This work proposes a new methodology to solve the distribution system restoration problem based on the joint use of tabu search meta-heuristic, the node-depth encoding (NDE) and its operators (PAO and CAO). The NDE operators are used to buid the neighborhood of tabu search meta-heuristic. A new operator was introduced and changes in other operators were carried out to allow feasible solutions in systems with heavy loading. The proposed mathematical model minimize the cost of unscheduled outage aim of the problem. The problem of restrictions are characterized by the operating limits of the network and evaluated periodically while the network remains in the restorative state. Additionally, the use of distributed generation and controlled remotely loads are considered to support the restoration tools. The problem is formulated as a nonlinear mixed-integer model. The main goal is minimize the cost of unscheduled interruption. The operating limits of the network are evaluated while it remains in the restorative state.. These limits characterize the constraints of the problem. At the mathematical model was included distributed generation and loads remotely controlled as support tools. The distributed generators are modeled by its hourly curves and the loads are modeled through curves with their consumption profile. Additionally, controlled thermostatically loads were also included into the mathematical model. Finally, the proposed solution is evaluated through a modified test system based on the IEEE 37-bus feeder test system. Eight different scenarios was evaluated. The results indicate the feasibility of the methodology to solve the distribution systems restoration problem. / FEPISA: 011/2011