This dissertation contains a strategy to minimize the non-technical electrical energy losses in an electrical distribution network. In order to develop the strategy, a model was constructed that simulates an electrical distribution network and includes different parameters that calculate the estimated technical losses in the electricity distribution network. The model was then used as the base to develop the strategy to minimize the electrical energy losses in an electrical distribution network. Increasing energy costs and environmentalists actions to protect the natural resources, force energy supply companies to conserve and reduce energy usage. Therefore the research focused on the reduction of electrical energy losses in distribution networks. The loss occurrences are divided into two categories: technical and non-technical losses. Reducing these losses ensure that the cost of electricity to customers will be reduced and in turn improve the efficiency of the distribution network. The model developed to calculate the non-technical losses in an electrical distribution network was tested at two different networks. Firstly at the University of Pretoria, where the network segment consisted of different network busses delivering electrical energy. Secondly results were obtained in a residential network of the Tshwane Metropolitan Council. In this network there was only one bus but various different time intervals were used to determine the time interval most suitable for determining the electrical energy losses in the electrical distribution network. The model was used primarily to quantify the technical losses as a base point towards determining the non-technical losses. Using the model one is able to forecast the technical energy losses of a section in the electricity distribution network and this enabled one to develop a strategy to minimize the energy losses in the distribution network. The model will enable municipalities or electricity distribution companies to estimate electrical energy losses in their electrical supply networks and facilitate the development of strategies to reduce electrical energy losses. / Dissertation (MEng (Electrical Engineering))--University of Pretoria, 2006. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

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As perdas técnicas e comerciais apresentam valores significativos nas empresas de distribuição de energia elétrica, prejudicando o seu desempenho técnico e financeiro. A aplicação e avaliação das técnicas de redução de perdas estão diretamente relacionadas à correta estimação das mesmas. Este trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho dos métodos baseados em fluxo de carga e estimação de estados na estimação de perdas, considerando sistemas de distribuição equilibrados. O método de fluxo de carga utilizado é o Newton-Raphson. Considerando este fluxo de carga, os métodos de comparação com medições e de fatores de correção são descritos e aplicados, ambos revisados da literatura. Utilizando o estimador de estados por mínimos quadrados ponderados, a estimação das perdas é dada com o auxílio da análise de erros grosseiros. Nos métodos utilizados, o primeiro aplica a análise dos resíduos, conforme é apresentado na literatura, no outro método, é proposta a aplicação da análise dos erros compostos. O estudo de caso é realizado em um sistema de distribuição equilibrado, considerando predições de carga e um número restrito de medições. Nos casos propostos, são inseridos diferentes níveis de perdas comerciais, em diferentes barras, e é considerado que as predições de carga e as medições estão sujeitas a erros. Para cada caso proposto, os resultados apresentam os erros dos métodos na estimação das perdas técnicas e comerciais. Adicionalmente, é realizada uma análise da relação dos erros com o nível de inserção de perdas comerciais. O trabalho também apresenta o desempenho dos métodos na localização das perdas comerciais e um estudo do custo computacional das metodologias. Os resultados demonstram que a precisão da predição de carga é determinante na estimação das perdas comerciais. O método baseado em estimador de estados com a aplicação da análise de erros compostos, proposto neste trabalho, apresentou os melhores resultados na estimação e identificação de perdas. A expansão deste método para sistemas de distribuição maiores e desequilibrados aparenta ser uma alternativa interessante para a estimação e combate de perdas. / The technical and commercial energy losses are significant in distribution companies, hampering the technical and financial performance. The application and evaluation of techniques to reduce losses are directly related to the proper loss estimation. This work aims to analyze the performance of loss estimation using methods based on load flow and state estimation, considering balanced distribution systems. The method of load flow used is the Newton-Raphson. Considering this load flow, the methods of comparison with measurements and correction factors are described, both of them from the literature. Using the weighted least squares state estimator, the losses are estimated using the gross error analysis. One of the methods uses the residue analysis, as presented in the literature, in another method, is proposed to use the composed error analysis. The case study is performed in a balanced distribution system, considering load forecastings and a limited number of measurements. In the proposed cases, different levels of commercial losses are inserted in different buses, and it is considered that load forecatings and measurements are subject to error. For each proposed case, the results show the methods errors in technical and commercial loss estimation. Additionally, an analysis of the relationship of estimation errors with the level of commercial losses is performed. This work also shows the methods performance in the commercial losses location and a study of the computational costs of methods. The results show that the load forecast accuracy is relevant in the commercial losses estimation. The method based on state estimation that uses composed error analysis, proposed in this dissertation, showed the best results in the loss estimation and identification. The expansion of this method for larger and unbalanced distribution systems appears to be an interesting alternative to estimate and combat losses.

As perdas técnicas e comerciais apresentam valores significativos nas empresas de distribuição de energia elétrica, prejudicando o seu desempenho técnico e financeiro. A aplicação e avaliação das técnicas de redução de perdas estão diretamente relacionadas à correta estimação das mesmas. Este trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho dos métodos baseados em fluxo de carga e estimação de estados na estimação de perdas, considerando sistemas de distribuição equilibrados. O método de fluxo de carga utilizado é o Newton-Raphson. Considerando este fluxo de carga, os métodos de comparação com medições e de fatores de correção são descritos e aplicados, ambos revisados da literatura. Utilizando o estimador de estados por mínimos quadrados ponderados, a estimação das perdas é dada com o auxílio da análise de erros grosseiros. Nos métodos utilizados, o primeiro aplica a análise dos resíduos, conforme é apresentado na literatura, no outro método, é proposta a aplicação da análise dos erros compostos. O estudo de caso é realizado em um sistema de distribuição equilibrado, considerando predições de carga e um número restrito de medições. Nos casos propostos, são inseridos diferentes níveis de perdas comerciais, em diferentes barras, e é considerado que as predições de carga e as medições estão sujeitas a erros. Para cada caso proposto, os resultados apresentam os erros dos métodos na estimação das perdas técnicas e comerciais. Adicionalmente, é realizada uma análise da relação dos erros com o nível de inserção de perdas comerciais. O trabalho também apresenta o desempenho dos métodos na localização das perdas comerciais e um estudo do custo computacional das metodologias. Os resultados demonstram que a precisão da predição de carga é determinante na estimação das perdas comerciais. O método baseado em estimador de estados com a aplicação da análise de erros compostos, proposto neste trabalho, apresentou os melhores resultados na estimação e identificação de perdas. A expansão deste método para sistemas de distribuição maiores e desequilibrados aparenta ser uma alternativa interessante para a estimação e combate de perdas. / The technical and commercial energy losses are significant in distribution companies, hampering the technical and financial performance. The application and evaluation of techniques to reduce losses are directly related to the proper loss estimation. This work aims to analyze the performance of loss estimation using methods based on load flow and state estimation, considering balanced distribution systems. The method of load flow used is the Newton-Raphson. Considering this load flow, the methods of comparison with measurements and correction factors are described, both of them from the literature. Using the weighted least squares state estimator, the losses are estimated using the gross error analysis. One of the methods uses the residue analysis, as presented in the literature, in another method, is proposed to use the composed error analysis. The case study is performed in a balanced distribution system, considering load forecastings and a limited number of measurements. In the proposed cases, different levels of commercial losses are inserted in different buses, and it is considered that load forecatings and measurements are subject to error. For each proposed case, the results show the methods errors in technical and commercial loss estimation. Additionally, an analysis of the relationship of estimation errors with the level of commercial losses is performed. This work also shows the methods performance in the commercial losses location and a study of the computational costs of methods. The results show that the load forecast accuracy is relevant in the commercial losses estimation. The method based on state estimation that uses composed error analysis, proposed in this dissertation, showed the best results in the loss estimation and identification. The expansion of this method for larger and unbalanced distribution systems appears to be an interesting alternative to estimate and combat losses.

As perdas técnicas e comerciais apresentam valores significativos nas empresas de distribuição de energia elétrica, prejudicando o seu desempenho técnico e financeiro. A aplicação e avaliação das técnicas de redução de perdas estão diretamente relacionadas à correta estimação das mesmas. Este trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho dos métodos baseados em fluxo de carga e estimação de estados na estimação de perdas, considerando sistemas de distribuição equilibrados. O método de fluxo de carga utilizado é o Newton-Raphson. Considerando este fluxo de carga, os métodos de comparação com medições e de fatores de correção são descritos e aplicados, ambos revisados da literatura. Utilizando o estimador de estados por mínimos quadrados ponderados, a estimação das perdas é dada com o auxílio da análise de erros grosseiros. Nos métodos utilizados, o primeiro aplica a análise dos resíduos, conforme é apresentado na literatura, no outro método, é proposta a aplicação da análise dos erros compostos. O estudo de caso é realizado em um sistema de distribuição equilibrado, considerando predições de carga e um número restrito de medições. Nos casos propostos, são inseridos diferentes níveis de perdas comerciais, em diferentes barras, e é considerado que as predições de carga e as medições estão sujeitas a erros. Para cada caso proposto, os resultados apresentam os erros dos métodos na estimação das perdas técnicas e comerciais. Adicionalmente, é realizada uma análise da relação dos erros com o nível de inserção de perdas comerciais. O trabalho também apresenta o desempenho dos métodos na localização das perdas comerciais e um estudo do custo computacional das metodologias. Os resultados demonstram que a precisão da predição de carga é determinante na estimação das perdas comerciais. O método baseado em estimador de estados com a aplicação da análise de erros compostos, proposto neste trabalho, apresentou os melhores resultados na estimação e identificação de perdas. A expansão deste método para sistemas de distribuição maiores e desequilibrados aparenta ser uma alternativa interessante para a estimação e combate de perdas. / The technical and commercial energy losses are significant in distribution companies, hampering the technical and financial performance. The application and evaluation of techniques to reduce losses are directly related to the proper loss estimation. This work aims to analyze the performance of loss estimation using methods based on load flow and state estimation, considering balanced distribution systems. The method of load flow used is the Newton-Raphson. Considering this load flow, the methods of comparison with measurements and correction factors are described, both of them from the literature. Using the weighted least squares state estimator, the losses are estimated using the gross error analysis. One of the methods uses the residue analysis, as presented in the literature, in another method, is proposed to use the composed error analysis. The case study is performed in a balanced distribution system, considering load forecastings and a limited number of measurements. In the proposed cases, different levels of commercial losses are inserted in different buses, and it is considered that load forecatings and measurements are subject to error. For each proposed case, the results show the methods errors in technical and commercial loss estimation. Additionally, an analysis of the relationship of estimation errors with the level of commercial losses is performed. This work also shows the methods performance in the commercial losses location and a study of the computational costs of methods. The results show that the load forecast accuracy is relevant in the commercial losses estimation. The method based on state estimation that uses composed error analysis, proposed in this dissertation, showed the best results in the loss estimation and identification. The expansion of this method for larger and unbalanced distribution systems appears to be an interesting alternative to estimate and combat losses.

A dissertação aborda atributos das redes de média e baixa tensão que estão sujeitos a incerteza em sua determinação e são requeridos pelo modelo simplificado de cálculo das perdas técnicas, aqui denominado como MSCPRO, e que foi utilizado pela ANEEL ao longo do 2º ciclo de revisão tarifária para cálculo das perdas técnicas regulatórias das distribuidoras de energia. Para as redes de média tensão, devem ser determinados atributos de suas redes como, por exemplo, ângulo de ação e área de atuação, que possuem subjetividade em sua determinação. Já para a baixa tensão, deve ser realizada a classificação de cada rede em uma das cinco tipologias otimizadas utilizadas pelo modelo MSCPRO no cálculo das perdas técnicas deste segmento. Diante disto, é proposta nesta dissertação, para o segmento de redes de média tensão, uma metodologia para determinação de atributos sujeitos à incerteza que melhor descrevem as redes reais a partir da análise da distribuição das cargas. Ademais, é proposta uma formulação genérica para alimentadores cujo tronco é composto por mais de um tipo de cabo. Já para as redes de baixa tensão, são propostas quatro diferentes técnicas que se apoiam basicamente em modelo heurístico, classificadores hierárquicos e modelos estatísticos de agrupamento aglomerativo para classificação destas redes em uma das cinco tipologias otimizadas. / The dissertation discusses about descriptors attributes of medium and low voltage networks which are subject to uncertainty in their determination and are required the calculation of technical losses by the simplified model, here so-called as MSCPRO, and was used by ANEEL during the 2º tariff cycle review for calculation of regulatory technical losses of power distributors. For medium voltage networks, it must be determined some network attributes, such as, action angle and area which do not have specific methodology for its determination. As for the low voltage networks, the classification should be performed for each one of the five optimized network types used by the model MSCPRO in the calculation of technical losses in this segment. Given this, it is proposed in this dissertation, for the segment of medium voltage networks, a methodology for determining descriptors attributes subject to uncertainty that best describe real networks from the analysis of the loads distribution. Furthermore, it is proposed a generic formulation for feeders whose trunk is composed of more than one type of cable. For low voltage networks, it is proposed four different techniques that are mainly based on heuristic model, hierarchical classifiers and statistical models for agglomerative clustering classification of these networks into one of five types optimized.

A dissertação aborda atributos das redes de média e baixa tensão que estão sujeitos a incerteza em sua determinação e são requeridos pelo modelo simplificado de cálculo das perdas técnicas, aqui denominado como MSCPRO, e que foi utilizado pela ANEEL ao longo do 2º ciclo de revisão tarifária para cálculo das perdas técnicas regulatórias das distribuidoras de energia. Para as redes de média tensão, devem ser determinados atributos de suas redes como, por exemplo, ângulo de ação e área de atuação, que possuem subjetividade em sua determinação. Já para a baixa tensão, deve ser realizada a classificação de cada rede em uma das cinco tipologias otimizadas utilizadas pelo modelo MSCPRO no cálculo das perdas técnicas deste segmento. Diante disto, é proposta nesta dissertação, para o segmento de redes de média tensão, uma metodologia para determinação de atributos sujeitos à incerteza que melhor descrevem as redes reais a partir da análise da distribuição das cargas. Ademais, é proposta uma formulação genérica para alimentadores cujo tronco é composto por mais de um tipo de cabo. Já para as redes de baixa tensão, são propostas quatro diferentes técnicas que se apoiam basicamente em modelo heurístico, classificadores hierárquicos e modelos estatísticos de agrupamento aglomerativo para classificação destas redes em uma das cinco tipologias otimizadas. / The dissertation discusses about descriptors attributes of medium and low voltage networks which are subject to uncertainty in their determination and are required the calculation of technical losses by the simplified model, here so-called as MSCPRO, and was used by ANEEL during the 2º tariff cycle review for calculation of regulatory technical losses of power distributors. For medium voltage networks, it must be determined some network attributes, such as, action angle and area which do not have specific methodology for its determination. As for the low voltage networks, the classification should be performed for each one of the five optimized network types used by the model MSCPRO in the calculation of technical losses in this segment. Given this, it is proposed in this dissertation, for the segment of medium voltage networks, a methodology for determining descriptors attributes subject to uncertainty that best describe real networks from the analysis of the loads distribution. Furthermore, it is proposed a generic formulation for feeders whose trunk is composed of more than one type of cable. For low voltage networks, it is proposed four different techniques that are mainly based on heuristic model, hierarchical classifiers and statistical models for agglomerative clustering classification of these networks into one of five types optimized.

As perdas de energia elétrica devidas a furtos e fraudes, também chamadas de Perdas Não-Técnicas (PNT) ou Perdas Comerciais, têm sido matéria prioritária das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica, bem como dos órgãos reguladores, tanto pelo seu crescimento nos últimos anos quanto pelo seu impacto no sistema elétrico brasileiro. As formas de fraude são as mais variadas possíveis, o que gera enormes dificuldades para as concessionárias. Este trabalho tem como objetivo o estudo do problema das PNT utilizando-se de uma abordagem multidisciplinar, que analisa a experiência tanto de concessionárias no Brasil como no exterior. O trabalho discute as melhores práticas para mitigação das mesmas e propõe melhorias nos processos de combate e de prevenção, e nos procedimentos legais para recuperação de receitas, apoiados sobre uma cuidadosa contextualização regulatória. Chamase a atenção para a diversidade sócio-econômica nacional, compara-se com diversos exemplos internacionais, e propõe-se identificar os aspectos mais relevantes a serem considerados na regulação sobre o tema, discutindo procedimentos e metodologias para o equacionamento do montante de recursos a serem aplicados pelas companhias distribuidoras para a adequada redução dessas perdas de energia. Observa-se que grande parte das PNT tem origem em questões de cunho social. O Estado pode e deve estabelecer políticas para resolver tais questões, possibilitando a universalização do acesso e subsidiando o fornecimento de energia elétrica. Não fez parte dessa pesquisa discutir se estes instrumentos são suficientes ou devem ser aprimorados, mas sim analisar amplamente a questão das PNT com base nos condicionantes regulatórios atuais, que obrigam as concessionárias a reduzir estas perdas visando entre outros a modicidade tarifária dos consumidores regulares. / The electric power losses due to thefts and frauds, also called Non technical Losses (NTL), have been priority matter for concessionary companies of electric power distribution, as well as for government regulatory agencies, not only due to rapid growth over the past years but also due to its impact on Brazilian electrical system. There is a wide range of possible types and methods of frauds, causing enormous difficulties to licensed companies. The objective of this work is to study the problem of NTL using a wide approach, analyze the experience of dealerships in Brazil and abroad, discuss the best practices for mitigation of those losses and propose improvements in the combat and prevention processes, and the legal procedures for recovery of incomes, leaning on a careful regulatory context. This study draws attention to Brazil\'s socioeconomic diversity, comparing it to various international examples, and intends to identify the most relevant aspects that must be considered on the theme, discussing procedures and methodologies for the equation of the amount of resources to be applied by distributing companies to achieve the appropriate reduction of NTL. A large part of the commercial losses has its origin in issues of social stamp. The State owes and can establish policies to solve such issues, making possible the access to electric power supply for all consumers. It was not part of this research to discuss if these instruments are enough, but to analyze the issue of the commercial losses thoroughly based in the regulatory policies that push dealerships to reduce NTL objecting reasonable regular consumers\' tariff.

As perdas de energia elétrica devidas a furtos e fraudes, também chamadas de Perdas Não-Técnicas (PNT) ou Perdas Comerciais, têm sido matéria prioritária das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica, bem como dos órgãos reguladores, tanto pelo seu crescimento nos últimos anos quanto pelo seu impacto no sistema elétrico brasileiro. As formas de fraude são as mais variadas possíveis, o que gera enormes dificuldades para as concessionárias. Este trabalho tem como objetivo o estudo do problema das PNT utilizando-se de uma abordagem multidisciplinar, que analisa a experiência tanto de concessionárias no Brasil como no exterior. O trabalho discute as melhores práticas para mitigação das mesmas e propõe melhorias nos processos de combate e de prevenção, e nos procedimentos legais para recuperação de receitas, apoiados sobre uma cuidadosa contextualização regulatória. Chamase a atenção para a diversidade sócio-econômica nacional, compara-se com diversos exemplos internacionais, e propõe-se identificar os aspectos mais relevantes a serem considerados na regulação sobre o tema, discutindo procedimentos e metodologias para o equacionamento do montante de recursos a serem aplicados pelas companhias distribuidoras para a adequada redução dessas perdas de energia. Observa-se que grande parte das PNT tem origem em questões de cunho social. O Estado pode e deve estabelecer políticas para resolver tais questões, possibilitando a universalização do acesso e subsidiando o fornecimento de energia elétrica. Não fez parte dessa pesquisa discutir se estes instrumentos são suficientes ou devem ser aprimorados, mas sim analisar amplamente a questão das PNT com base nos condicionantes regulatórios atuais, que obrigam as concessionárias a reduzir estas perdas visando entre outros a modicidade tarifária dos consumidores regulares. / The electric power losses due to thefts and frauds, also called Non technical Losses (NTL), have been priority matter for concessionary companies of electric power distribution, as well as for government regulatory agencies, not only due to rapid growth over the past years but also due to its impact on Brazilian electrical system. There is a wide range of possible types and methods of frauds, causing enormous difficulties to licensed companies. The objective of this work is to study the problem of NTL using a wide approach, analyze the experience of dealerships in Brazil and abroad, discuss the best practices for mitigation of those losses and propose improvements in the combat and prevention processes, and the legal procedures for recovery of incomes, leaning on a careful regulatory context. This study draws attention to Brazil\'s socioeconomic diversity, comparing it to various international examples, and intends to identify the most relevant aspects that must be considered on the theme, discussing procedures and methodologies for the equation of the amount of resources to be applied by distributing companies to achieve the appropriate reduction of NTL. A large part of the commercial losses has its origin in issues of social stamp. The State owes and can establish policies to solve such issues, making possible the access to electric power supply for all consumers. It was not part of this research to discuss if these instruments are enough, but to analyze the issue of the commercial losses thoroughly based in the regulatory policies that push dealerships to reduce NTL objecting reasonable regular consumers\' tariff.

Esse trabalho tem por objetivo aprimorar a principal atividade das empresas de distribuição no que diz respeito ao combate às perdas comerciais: as inspeções em campo às unidades consumidoras (UCs). Para tanto, é feita a proposição de um método para identificar quedas de consumo atípicas dentro do universo de faturamento de UCs de uma concessionária de energia elétrica. A proposta está fundamentada na análise dos registros históricos de consumo, de modo que os dados considerados atípicos possam ser indicados e as UCs ranqueadas de acordo com a prioridade para as inspeções em campo. Para tanto, propõe-se a utilização combinada de técnicas de previsão de demanda e de estatísticas robustas. A validade do método foi verificada através de um estudo de caso em uma empresa de distribuição de energia elétrica do sul do Brasil. Através do estudo de caso, concluiu-se que o método é capaz de identificar quedas de consumo atípicas, tendo identificado satisfatoriamente 89,38% dos casos avaliados. Ao final do trabalho, são apresentadas sugestões de estudos complementares, de modo a aperfeiçoar o desempenho do método. / This study aims to enhance the main business of distribution companies regarding to the efforts to avoid non-technical losses, that means, field inspections at the consumer units (CUs). For that, the proposition of an algorithm to identify atypical consumption falls within the universe of PAs billing of an electric facility is made. The proposal is based on the analysis of historical records of consumption, so that the data which are considered atypical can be indicated and the CUs ranked according to their priority for inspections in the field. Combined techniques of demand forecasting and statistics robust are proposed. The validity of the algorithm was verified through a case study in an electric power distribution facility in southern Brazil. Through the case study, it was concluded that the algorithm is able to identify atypical consumption falls, and satisfactorily 89.38% of the cases was identified. At the end of this paper, suggestions for further studies in order to improve the performance of the algorithm are presented.