As instalações de geradores distribuídos têm sido impulsionadas pela necessidade da diversificação da matriz energética nos países, por fatores ambientais e por revelar benefícios aos sistemas elétricos. No Brasil, estas conexões têm apresentado um crescimento bastante significativo nos últimos anos, devido às novas regulamentações estabelecidas pela ANEEL. Entretanto, alterações no sistema elétrico em grandes escalas acarretam consequências à operação segura, confiável e de qualidade do mesmo. Neste contexto, ainda há poucos trabalhos que analisam tais problemas em sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica e, com base nisso, o presente trabalho visa avaliar os impactos que elevados níveis de geração fotovoltaica podem acarretar aos níveis de tensões nodais, às perdas técnicas e também à proteção destes sistemas, adotando como referência uma rede reticulada real de 81 barras e a rede do IEEE 390 barras. Uma vez que tais condições são avaliadas têm-se as análises de adição de funções de proteção (direcional de potência, direcional de sobrecorrente, subtensão e desbalanço de tensão) a fim de buscar alternativas para que os protetores de rede não se sensibilizem para fluxos reversos de potência provenientes dos geradores distribuídos e, assim, estes se limitem a atuarem para distúrbios no lado de média tensão. Para tanto, as simulações foram realizadas no programa OpenDSS e os resultados mostraram que a função de desbalanço de tensão é a que se apresenta com maior potencial para ser aplicada na prática, uma vez que foi possível minimizar o número de atuações dos protetores de rede devido aos geradores distribuídos. / The installation of distributed generators have been boosted by the need to diversify the energy matrix in the countries, by environmental issues and by revealing benefits to the electrical systems. In Brazil, these connections have shown a very significant growth in the last years, due to the new regulations established by the National Agency of Electric Energy. However, large-scale changes in the electrical system lead to consequences for its safe, reliable and well-qualified operation. In this context, there are still few studies that analyze such problems in low-voltage secondary distribution networks, and based on this, the present work aims to analyze the performance of these systems based an actual Brazilian 81-nodes low-voltage secondary network and on the IEEE 390-nodes system. The objective is to evaluate the impacts of high levels of distributed generation on the power quality and protection of the grid. Once such conditions are evaluated, some protection functions are considered (directional power, directional overcurrent, undervoltage and voltage unbalance) with the purpose of finding alternatives so that the network protectors are not sensitized to reverse power flows from the distributed generators and, thus, they only trip for disturbances an the medium voltage side. Therefore, the simulations were performed in the OpenDSS software and the results showed that the voltage unbalance protection function was the one with the highest potential to be applied in practice, since it was possible to minimize the reverse power flow due to distributed generators.

As instalações de geradores distribuídos têm sido impulsionadas pela necessidade da diversificação da matriz energética nos países, por fatores ambientais e por revelar benefícios aos sistemas elétricos. No Brasil, estas conexões têm apresentado um crescimento bastante significativo nos últimos anos, devido às novas regulamentações estabelecidas pela ANEEL. Entretanto, alterações no sistema elétrico em grandes escalas acarretam consequências à operação segura, confiável e de qualidade do mesmo. Neste contexto, ainda há poucos trabalhos que analisam tais problemas em sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica e, com base nisso, o presente trabalho visa avaliar os impactos que elevados níveis de geração fotovoltaica podem acarretar aos níveis de tensões nodais, às perdas técnicas e também à proteção destes sistemas, adotando como referência uma rede reticulada real de 81 barras e a rede do IEEE 390 barras. Uma vez que tais condições são avaliadas têm-se as análises de adição de funções de proteção (direcional de potência, direcional de sobrecorrente, subtensão e desbalanço de tensão) a fim de buscar alternativas para que os protetores de rede não se sensibilizem para fluxos reversos de potência provenientes dos geradores distribuídos e, assim, estes se limitem a atuarem para distúrbios no lado de média tensão. Para tanto, as simulações foram realizadas no programa OpenDSS e os resultados mostraram que a função de desbalanço de tensão é a que se apresenta com maior potencial para ser aplicada na prática, uma vez que foi possível minimizar o número de atuações dos protetores de rede devido aos geradores distribuídos. / The installation of distributed generators have been boosted by the need to diversify the energy matrix in the countries, by environmental issues and by revealing benefits to the electrical systems. In Brazil, these connections have shown a very significant growth in the last years, due to the new regulations established by the National Agency of Electric Energy. However, large-scale changes in the electrical system lead to consequences for its safe, reliable and well-qualified operation. In this context, there are still few studies that analyze such problems in low-voltage secondary distribution networks, and based on this, the present work aims to analyze the performance of these systems based an actual Brazilian 81-nodes low-voltage secondary network and on the IEEE 390-nodes system. The objective is to evaluate the impacts of high levels of distributed generation on the power quality and protection of the grid. Once such conditions are evaluated, some protection functions are considered (directional power, directional overcurrent, undervoltage and voltage unbalance) with the purpose of finding alternatives so that the network protectors are not sensitized to reverse power flows from the distributed generators and, thus, they only trip for disturbances an the medium voltage side. Therefore, the simulations were performed in the OpenDSS software and the results showed that the voltage unbalance protection function was the one with the highest potential to be applied in practice, since it was possible to minimize the reverse power flow due to distributed generators.

A importância das novas tecnologias de informação, automação, monitoramento e sistemas eletrônicos inteligentes têm aumentado significativamente nos últimos anos. Essas tecnologias desempenham um papel fundamental na sociedade moderna e contribuem de forma decisiva para a resolução de importantes desafios para uma sociedade que quer ser mais próspera, internacionalmente competitiva, saudável, segura e sustentável. Como eixo de \"inovação\", essas tecnologias são fatores importantes para todos os setores produtivos da economia. O motor destas tecnologias, entretanto, é a energia, particularmente a eletricidade. Assim, em uma sociedade cujo estilo de vida é fortemente dependente dela, desenvolver tecnologias que permitam não somente a geração, mas também a distribuição de energia de forma barata e limpa e que garantam seu fornecimento ao longo do tempo com a máxima eficiência é uma questão prioritária. Os sistemas baseados em redes inteligentes (do inglês: Smart Grid) vêm, justamente, atender a esses requisitos, representando o que há de mais moderno no setor elétrico, com aumento e diversificação de fontes de geração distribuída na forma de pequenos geradores, maior interação consumidor-distribuidor de energia, integração de diferentes fontes de geração renováveis (ex.: solar, eólica etc.). O cenário energético nacional está avançando de forma muito rápida. Nas distribuidoras, o foco claramente está na redução de perdas comerciais e de custos operacionais, principalmente por meio da modernização dos ativos e da crescente instalação de dispositivos eletrônicos inteligentes nos clientes de baixa tensão (ex.: medidores eletrônicos, dispositivos eletrônicos inteligentes para monitoramento e diagnóstico, relés digitais etc.). Esta tese de doutorado apresenta uma solução com tecnologia nacional que disponibiliza todos os benefícios do Smart Grid através dos equipamentos mais importantes e estratégicos presentes na topologia das Redes de Distribuição Subterrânea Secundária Trifásica: os Protetores de Redes. A partir do centro nevrálgico das Redes de Distribuição Subterrâneas (RDS), cuja topologia está presente nos centros de alta concentração de carga das principais metrópoles do Brasil, a solução desenvolvida pode viabilizar técnica e economicamente a modernização da automação da RDS, com tecnologia nacional de baixo custo, proporcionando igualmente a incorporação dos avanços do Smart Grid e da Geração Distribuída. Este salto tecnológico significaria para as distribuidoras de energia elétrica entre outros benefícios: Melhor controle do processo para uma melhor otimização da rede, desde integração das intermitentes fontes renováveis até uma interação mais dinâmica com os consumidores; Maior flexibilidade às concessionárias em relação ao uso da energia para atingir o grande objetivo social de redução do efeito estufa e otimização do consumo de energia reduzindo perdas e desperdícios; No curto prazo, os benefícios diretos da melhoria do gerenciamento da indisponibilidade, gerenciamento otimizado dos ativos e do capital, melhoria no planejamento, processos e serviços de fornecimento e usos finais de energia, aumento de eficiência de manutenção, redução de perdas técnicas e comerciais, otimização do investimento na compra de novos protetores com menores custos podendo superar a demanda reprimida pelos altos custos de alternativas importadas. / The importance of new technologies in the field of, automation, monitoring, information technology and electronic systems have increased significantly in recent years. These technologies play a basic role in the modern society and contribute of decisive way for the resolution of important challenges for a society that is in search of a more prosperous life, internationally competitive, healthful, safe and sustainable. As a key of \"innovation\", these technologies are key factors for all the productive sectors of the economy in the society. The fuel for the engine of these technologies, however, is the energy, particularly the electricity. Thus, in a society whose life style is strongly dependent of electricity, to develop technologies that not only allow the generation, but also the distribution of energy in a cheap and clean way and which could guarantee its supply throughout the time with the maximum efficiency is a priority issue. The systems based on intelligent networks fully meet these requirements, representing what there is of most modern in the electric sector. The Brazilian energy scenario is quickly changing over the recent years toward modernization, with more distributed generation, in the form of smaller generators, more customer interaction, the integration of more variable resources such as wind and solar, and more renewables overall. For the Power Utilities, especially in the Distribution Sector, the focus is clearly in the reduction of commercial losses and operational costs, mainly by means of the modernization of the assets and an increase in the installation of intelligent electronic devices at consumers side (e.g.: electronic energy meters, intelligent electronic devices for condition monitoring, digital relays etc.). This work presents a solution developed based on Brazilian technology that incorporates all the benefits of smart grid to the most important equipment that is present in the topology of the Low-Voltage Secondary Network Distribution System: the Network Protector. From the neuralgic center of these Low-Voltage Secondary Network Systems, which topology is used in the most important cities in Brazil, which has a high load concentration, the solution presented here make it feasible technically and economically the use of smart grid topology profiting from its great benefits such as: Allow utilities to better optimize the grid to support a number of public policies, from intermittent renewable integration to more dynamic interfaces with customers; Offer utilities more flexibility relative to how they use energy toward the greater societal objectives of reducing greenhouse gases and energy consumption. In the short and mid term, a smarter grid offers utilities operational benefits (outage management, improved processes, maintenance and workforce efficiency, reduced losses, etc.) as well as benefits associated with improved asset management (system planning, better capital asset utilization, etc.), lower investment to acquire new Network Protectors.

A importância das novas tecnologias de informação, automação, monitoramento e sistemas eletrônicos inteligentes têm aumentado significativamente nos últimos anos. Essas tecnologias desempenham um papel fundamental na sociedade moderna e contribuem de forma decisiva para a resolução de importantes desafios para uma sociedade que quer ser mais próspera, internacionalmente competitiva, saudável, segura e sustentável. Como eixo de \"inovação\", essas tecnologias são fatores importantes para todos os setores produtivos da economia. O motor destas tecnologias, entretanto, é a energia, particularmente a eletricidade. Assim, em uma sociedade cujo estilo de vida é fortemente dependente dela, desenvolver tecnologias que permitam não somente a geração, mas também a distribuição de energia de forma barata e limpa e que garantam seu fornecimento ao longo do tempo com a máxima eficiência é uma questão prioritária. Os sistemas baseados em redes inteligentes (do inglês: Smart Grid) vêm, justamente, atender a esses requisitos, representando o que há de mais moderno no setor elétrico, com aumento e diversificação de fontes de geração distribuída na forma de pequenos geradores, maior interação consumidor-distribuidor de energia, integração de diferentes fontes de geração renováveis (ex.: solar, eólica etc.). O cenário energético nacional está avançando de forma muito rápida. Nas distribuidoras, o foco claramente está na redução de perdas comerciais e de custos operacionais, principalmente por meio da modernização dos ativos e da crescente instalação de dispositivos eletrônicos inteligentes nos clientes de baixa tensão (ex.: medidores eletrônicos, dispositivos eletrônicos inteligentes para monitoramento e diagnóstico, relés digitais etc.). Esta tese de doutorado apresenta uma solução com tecnologia nacional que disponibiliza todos os benefícios do Smart Grid através dos equipamentos mais importantes e estratégicos presentes na topologia das Redes de Distribuição Subterrânea Secundária Trifásica: os Protetores de Redes. A partir do centro nevrálgico das Redes de Distribuição Subterrâneas (RDS), cuja topologia está presente nos centros de alta concentração de carga das principais metrópoles do Brasil, a solução desenvolvida pode viabilizar técnica e economicamente a modernização da automação da RDS, com tecnologia nacional de baixo custo, proporcionando igualmente a incorporação dos avanços do Smart Grid e da Geração Distribuída. Este salto tecnológico significaria para as distribuidoras de energia elétrica entre outros benefícios: Melhor controle do processo para uma melhor otimização da rede, desde integração das intermitentes fontes renováveis até uma interação mais dinâmica com os consumidores; Maior flexibilidade às concessionárias em relação ao uso da energia para atingir o grande objetivo social de redução do efeito estufa e otimização do consumo de energia reduzindo perdas e desperdícios; No curto prazo, os benefícios diretos da melhoria do gerenciamento da indisponibilidade, gerenciamento otimizado dos ativos e do capital, melhoria no planejamento, processos e serviços de fornecimento e usos finais de energia, aumento de eficiência de manutenção, redução de perdas técnicas e comerciais, otimização do investimento na compra de novos protetores com menores custos podendo superar a demanda reprimida pelos altos custos de alternativas importadas. / The importance of new technologies in the field of, automation, monitoring, information technology and electronic systems have increased significantly in recent years. These technologies play a basic role in the modern society and contribute of decisive way for the resolution of important challenges for a society that is in search of a more prosperous life, internationally competitive, healthful, safe and sustainable. As a key of \"innovation\", these technologies are key factors for all the productive sectors of the economy in the society. The fuel for the engine of these technologies, however, is the energy, particularly the electricity. Thus, in a society whose life style is strongly dependent of electricity, to develop technologies that not only allow the generation, but also the distribution of energy in a cheap and clean way and which could guarantee its supply throughout the time with the maximum efficiency is a priority issue. The systems based on intelligent networks fully meet these requirements, representing what there is of most modern in the electric sector. The Brazilian energy scenario is quickly changing over the recent years toward modernization, with more distributed generation, in the form of smaller generators, more customer interaction, the integration of more variable resources such as wind and solar, and more renewables overall. For the Power Utilities, especially in the Distribution Sector, the focus is clearly in the reduction of commercial losses and operational costs, mainly by means of the modernization of the assets and an increase in the installation of intelligent electronic devices at consumers side (e.g.: electronic energy meters, intelligent electronic devices for condition monitoring, digital relays etc.). This work presents a solution developed based on Brazilian technology that incorporates all the benefits of smart grid to the most important equipment that is present in the topology of the Low-Voltage Secondary Network Distribution System: the Network Protector. From the neuralgic center of these Low-Voltage Secondary Network Systems, which topology is used in the most important cities in Brazil, which has a high load concentration, the solution presented here make it feasible technically and economically the use of smart grid topology profiting from its great benefits such as: Allow utilities to better optimize the grid to support a number of public policies, from intermittent renewable integration to more dynamic interfaces with customers; Offer utilities more flexibility relative to how they use energy toward the greater societal objectives of reducing greenhouse gases and energy consumption. In the short and mid term, a smarter grid offers utilities operational benefits (outage management, improved processes, maintenance and workforce efficiency, reduced losses, etc.) as well as benefits associated with improved asset management (system planning, better capital asset utilization, etc.), lower investment to acquire new Network Protectors.