Orientador: Prof. Dr. Thales Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / O crescimento da demanda por energia elétrica, ocasionada pelo desenvolvimento humano e o esgotamento e impactos ambientais causados pelas fontes tradicionais de geração de eletricidade têm feito com que novas fontes energéticas sejam não só cada vez mais importantes, mas necessárias, chamando a atenção de governos e entidades do setor elétrico no mundo inteiro. Tendo este cenário como base, este trabalho avalia a viabilidade técnica e econômica da utilização de aerogeradores também para o provimento do serviço ancilar de suporte de potência reativa, visto que algumas máquinas utilizadas na aerogeração tais como os DFIG (Double Fed Induction Generator), possuem a capacidade de operarem com fator de potência diferente do unitário. Para tanto, utiliza-se o software AMPL (Modeling Language for Mathematical Programming), em conjunto com o solver Knitro, com o intuito de modelar e analisar a operação de sistemas de transmissão com a inserção de geradores eólicos com a tecnologia DFIG. Para atender ao objetivo proposto é modelado um FPO (Fluxo de Potência Ótimo) de maneira a permitir a análise dos resultados sobre a contribuição dos aerogeradores para o sistema, considerando a potência reativa produzida pelos geradores eólicos para minimizar as perdas técnicas na transmissão. Para validar o modelo proposto são realizadas simulações em sistemas elétricos conhecidos (benchmarks do IEEE). / The growth in demand for electricity, caused by human development and depletion and environmental impacts caused by traditional sources of electricity generation, have caused new energy sources are not only increasingly important, but necessary, drawing attention to governments and the electricity sector entities worldwide. Taking this scenario as a basis, this study evaluates the technical and economic feasibility of using wind generators also for the provision of reactive power ancillary service, as some machines used in wind-generation such as DFIG (Double Fed Induction Generator) have the ability it operates with different power factor of the unit. To do so, it uses the software AMPL (Modeling Language for Mathematical Programming), together with the solver Knitro in order to model and analyze the transmission system operating with the insertion of wind generators with the DFIG technology. Therefore, it is modeled the OPF (Optimal Power Flow) and subsequent analysis of the results on the contribution of wind turbines for the system, considering the reactive power produced by the wind farms to minimize technical losses in transmission. In order to validate the model, simulations are performed in known electrical systems (IEEE benchmarks).

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Neste trabalho analisou-se o desempenho de um Sistema Elétrico de Potência, quando alocados TCSC (do inglês, Thyristor Controlled Serie Compensator), e determinaram-se seus parâmetros ótimos de controle buscando maximizar a capacidade de transmissão total do sistema e melhorar o seu perfil de tensão, operando com suas variáveis dentro de limites pré-estabelecidos. Para tanto, foram modeladas variações do problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo (FPOR) e executadas em duas fases, identificadas como fase de alocação e fase de análise. Na fase de alocação foram realizadas simulações para analisar a alocação de diferentes quantidades de TCSC no sistema, com o objetivo de maximizar a capacidade de transmissão total e, por conseguinte, com base em um carregamento previsto na rede, foi determinada a quantidade mínima de dispositivos necessários para atender tal demanda. Em seguida, com o número de TCSC definido, os mesmos foram realocados com o objetivo de minimizar o desvio de tensão. Na fase de análise, os TCSC alocados na fase anterior foram mantidos com objetivo de otimizar o perfil de tensão, simulando variações nas cargas do sistema. Na fase de alocação, foi utilizada uma modelagem de Programação Não Linear Inteira Mista (PNLIM). Na fase de análise, o perfil de tensão foi otimizado por meio de uma modelagem de Programação Não Linear (PNL). Os resultados obtidos para os sistemas testes IEEE-14 e -118 barras demonstram os benefícios da utilização de TCSC na rede, pois possibilitou o aumento da carga total do sistema, e proporcionou uma melhora no perfil de tensão por meio do seu ajuste ótimo. / This work analyzed the electric power system performance when allocated TCSC (Thysristor Controlled Series Compensator) and determined their optimal control parameters in order to maximize the total transmission capability of the system and improve the voltage profile, operating within their pre-stablished limits. For this purpose, variations of Reactive Optimal Power Flow (FPOR) problems were modeled and executed in two phases, identified as phase of allocation and phase of analysis: In the allocation phase, simulations were performed to analyze the allocation of different amounts of TCSC in the system in order to maximize the total transmission capacity and, therefore, based on a predicted loading in the network, the minimum amount of devices was determined to attain such demand. Then, as the number of TCSC was defined, they were reallocated with the objective of minimizing the voltage deviation. In the analysis phase, the TCSC were maintained by considering the objective of optimizing the voltage profile and simulating loads variations of the system. In the allocation phase, a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) model was used. In the analysis phase, the voltage profile was optimized through a Nonlinear Programming (NLP) modeling. The results for the IEEE-14 and -118 test systems demonstrated the benefits of using the TCSC in the network because it allowed the increase of the total load of the system and provided an improvement in the voltage profile through its optimum adjustment.

Submitted by MARCO ALONSO MENESES ORIONDO (mameneseso@gmail.com) on 2016-04-29T17:33:57Z No. of bitstreams: 1 Meneses - Dissertação.pdf: 4087822 bytes, checksum: dc161c85a2ac9500af836619b1f9d6f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-02T18:55:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oriondo_mam_me_ilha.pdf: 4087822 bytes, checksum: dc161c85a2ac9500af836619b1f9d6f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-02T18:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oriondo_mam_me_ilha.pdf: 4087822 bytes, checksum: dc161c85a2ac9500af836619b1f9d6f3 (MD5) Previous issue date: 2016-03-10 / Neste trabalho apresenta-se uma versão especializada da meta-heurística Algoritmo dos Fogos de Artifício de Busca Dinâmica com Mutação de Covariância (AFABDMC) para resolver o problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) em sistemas de transmissão. No algoritmo proposto consideram-se como variáveis contínuas de controle a magnitude da tensão e a geração de potência ativa nas barras de geração e como variáveis de controle discretas o estado de operação dos shunts e a posição do comutador de taps em transformadores. Assim, o modelo para o problema é de Programação Não-Linear Inteira Mista (PNLIM). A estratégia de resolução adotada consiste em controlar, em cada iteração, os valores das variáveis de controle discretas utilizando-se a meta-heurística AFABDMC e a partir desses valores escolhidos pela meta-heurística, resolver um problema de Programação Não-Linear (PNL) que fornece os valores das variáveis de controle contínuas junto com o estado de operação do sistema. A meta-heurística AFABDMC foi escrita em linguagem MATLAB e o modelo do problema em AMPL. Os subproblemas de PNL foram resolvidos utilizando-se o solver KNITRO, sendo que a interface entre o MATLAB e o AMPL foi feita utilizando-se o AMPL API. Foram realizados testes com os sistemas IEEE de 14, 30, 57 e 118 barras e os resultados indicam que a metodologia proposta é capaz de encontrar soluções de muito boa qualidade para o problema. / In this work, a new specialized metaheuristic based on the Dynamic Search Fireworks Algorithm with Covariance Mutation (DSFWACM) is applied on the Optimal Power Flow (OPF) problem in transmission systems. In the proposed method, generator bus voltage magnitudes and active power generation are considered as continuous variables and the operating state of the shunts and transformer taps settings are considered as discrete variables. Thus, the model is a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) problem. The adopted resolution strategy is to control, in each iteration, the value of the discrete control variables using the DSFWACM metaheuristic and from the metaheuristic’s chosen values, solve the Nonlinear Programming (NLP) problem that provides the values of the continuous control variables along with the system’s operation state. The DSFWACM metaheuristic was written in MATLAB and the problem model in AMPL. The NLP sub-problems were solved using the KNITRO solver, and the interface between MATLAB and AMPL was implemented using the AMPL API. Tests were conducted with the IEEE 14, 30, 57 and 118-bus systems and the results show that the proposed method is able to find high quality solutions to the problem. / CNPq: 132374/2011-0

Orientador: Rubén Romero Lázaro / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma versão especializada da meta-heurística Algoritmo dos Fogos de Artifício de Busca Dinâmica com Mutação de Covariância (AFABDMC) para resolver o problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) em sistemas de transmissão. No algoritmo proposto consideram-se como variáveis contínuas de controle a magnitude da tensão e a geração de potência ativa nas barras de geração e como variáveis de controle discretas o estado de operação dos shunts e a posição do comutador de taps em transformadores. Assim, o modelo para o problema é de Programação Não-Linear Inteira Mista (PNLIM). A estratégia de resolução adotada consiste em controlar, em cada iteração, os valores das variáveis de controle discretas utilizando-se a meta-heurística AFABDMC e a partir desses valores escolhidos pela meta-heurística, resolver um problema de Programação Não-Linear (PNL) que fornece os valores das variáveis de controle contínuas junto com o estado de operação do sistema. A meta-heurística AFABDMC foi escrita em linguagem MATLAB e o modelo do problema em AMPL. Os subproblemas de PNL foram resolvidos utilizando-se o solver KNITRO, sendo que a interface entre o MATLAB e o AMPL foi feita utilizando-se o AMPL API. Foram realizados testes com os sistemas IEEE de 14, 30, 57 e 118 barras e os resultados indicam que a metodologia proposta é capaz de encontrar soluções de muito boa qualidade para o problema. / Abstract: In this work, a new specialized metaheuristic based on the Dynamic Search Fireworks Algorithm with Covariance Mutation (DSFWACM) is applied on the Optimal Power Flow (OPF) problem in transmission systems. In the proposed method, generator bus voltage magnitudes and active power generation are considered as continuous variables and the operating state of the shunts and transformer taps settings are considered as discrete variables. Thus, the model is a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) problem. The adopted resolution strategy is to control, in each iteration, the value of the discrete control variables using the DSFWACM metaheuristic and from the metaheuristic’s chosen values, solve the Nonlinear Programming (NLP) problem that provides the values of the continuous control variables along with the system’s operation state. The DSFWACM metaheuristic was written in MATLAB and the problem model in AMPL. The NLP sub-problems were solved using the KNITRO solver, and the interface between MATLAB and AMPL was implemented using the AMPL API. Tests were conducted with the IEEE 14, 30, 57 and 118-bus systems and the results show that the proposed method is able to find high quality solutions to the problem. / Mestre

Neste trabalho realizamos um estudo do Despacho de Potência Ativa AC, o qual é uma estratégia de alocação da geração de potência entre as usinas de um sistema. Para isto, obtivemos dados teóricos, a partir de levantamento bibliográfico, que explicitaram os conceitos de Despacho Ativo. Fundamentamos, metodologicamente, nossa pesquisa no Método da Função Lagrangeana Aumentada. O sistema de equações resultantes das condições de otimalidade foram resolvidos pelo Método de Newton Modificado. Apresentamos os resultados de estudos de casos acadêmicos para a validação e verificação da eficiência da abordagem proposta. Os resultados indicaram uma coerência com as perspectivas reais de contribuição na resolução do Despacho Ótimo de Potência Ativa AC. / In this work we accomplished a study of the AC Active Power Dispatch, which is a strategy of distribution of the power generation among the plants of a system. For this, we obtained theoretical data, starting from bibliographical investigation, that elucidated the concepts of Active Dispatch. We based our research in the Method of the Augmented Lagrangian Function. The equation system originated of the optimal conditions was solved for Modified Newton\'s Method. We presented the results of studies of academic cases for the validation and verification of the efficiency of the proposal approach. The results indicated a coherence with the real perspectives of contribution in the resolution of the AC Active Optimal Power Dispatch.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-11T14:02:57Z No. of bitstreams: 1 joseantoniochiabaibento.pdf: 931983 bytes, checksum: e18793314d0e558922ed90cb19474dbb (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:37:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joseantoniochiabaibento.pdf: 931983 bytes, checksum: e18793314d0e558922ed90cb19474dbb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:37:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joseantoniochiabaibento.pdf: 931983 bytes, checksum: e18793314d0e558922ed90cb19474dbb (MD5) Previous issue date: 2013-02-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A penetração de parques eólicos nos sistemas elétricos de potência tem apresentado um grande crescimento no Brasil e no mundo devido à disponibilidade da matéria prima, os ventos, e à necessidade de reformulação das matrizes energéticas a fim de reduzir os impactos ambientais decorrentes da geração de energia elétrica. Porém, as usinas eólicas apresentam variações nos despachos de potência devido à variabilidade de velocidade dos ventos. Estas variações causam impactos no sistema, podendo afetar a confiabilidade e a estabilidade de tensão. Além disto, a operação de determinados tipos de aerogeradores requer suporte adicional de potência reativa. Uma opção para aumentar as margens operativas e acomodar as intermitências de regime dos ventos em sistemas elétricos de potência consiste na utilização de compensadores estáticos de reativos (CER) junto às usinas eólicas. Estes equipamentos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) provêm suporte de potência reativa variável e de rápido controle, de acordo com os requisitos operacionais dos aerogeradores. Neste sentido, o presente trabalho apresenta uma metodologia para ajuste ótimo dos parâmetros do CER visando dar suporte de potência reativa para a operação de usinas eólicas em sistemas elétricos de potência. Para representar as intermitências no despacho de potência dos aerogeradores, a metodologia proposta considera diferentes cenários de vento. O problema é modelado através de fluxo de potência ótimo (FPO), associado à técnica de decomposição matemática de Benders. Os parâmetros de ajuste do CER são a tensão de referência e o coeficiente de inclinação da curva característica deste equipamento em regime permanente. Destaca-se que o ajuste ótimo deste coeficiente é inédito na literatura especializada. Testes com sistemas do IEEE são realizados para validar a metodologia proposta. / The penetration of wind farms in power systems has shown tremendous growth in Brazil and in the world due to the availability of the raw material, the wind, and the need to redefine the energy mix to reduce the environmental impacts from the electrical energy generation. However, the wind farms have variable outputs due to the variation of wind speeds. These outputs impact the power system and can affect the reliability and the voltage stability. Besides, the operation of some aerogenerators requires additional support of reactive power. An option for handling this feature and increasing the operative margins of power systems is the use of static VAr compensators (SVC) together with the wind farms. These FACTS devices (Flexible AC Transmission Systems) provide a variable reactive power support, with a fast control according to the operational requirements of the aerogenerators. In this sense, this work presents a methodology for the optimal adjustment of the SVC parameters to give reactive power support for wind farms operating in power systems. The proposed methodology considers different wind scenarios to represent the variations of the wind farms outputs. The problem is modeled through an optimal power flow (OPF) and the Benders decomposition technique. The SVC parameters for adjustment are its reference voltage and the coefficient of its characteristic curve in stable state. It can be highlighted that the adjustment of this coefficient is innovative for the literature. Tests with systems of the IEEE are performed to validate the proposed methodology.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-09T11:56:03Z No. of bitstreams: 1 wesleyperes.pdf: 1629298 bytes, checksum: 979f44672c05a9876154ebaff4efaf74 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:30:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 wesleyperes.pdf: 1629298 bytes, checksum: 979f44672c05a9876154ebaff4efaf74 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T13:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wesleyperes.pdf: 1629298 bytes, checksum: 979f44672c05a9876154ebaff4efaf74 (MD5) Previous issue date: 2012-03-05 / Este trabalho apresenta uma metodologia baseada em Fluxo de Potência Ótimo (FPO) e Análise de Sensibilidade para a definição da configuração mínima de rede necessária para garantir, com segurança, o processo de recomposição fluente de corredores radiais de transmissão. Nos instantes iniciais de recomposição, devido à baixa capacidade de geração que o sistema se encontra, uma estratégia importante consiste em elevar a Capacidade de Curto Circuito das barras. Neste sentido, a metodologia proposta baseia-se na incorporação, na função objetivo do FPO, da maximização da potência de curto circuito das barras. Para tanto, uma Análise de Sensibilidade é realizada a cada iteração do processo iterativo para determinar os fatores de ponderação de alocação associados à impedância equivalente permitindo a inclusão no FPO da maximização da potência de curto circuito das barras. Na metodologia proposta os reatores que mais reduzirem a impedância receberão menores fatores de ponderação de alocação. Adicionalmente, o FPO contempla a modelagem das máquinas síncronas, curva de capabilidade e o estudo de cada cenário de recomposição em regime permanente, pré e pós rejeição de carga. O programa desenvolvido em MATLAB é utilizado para a simulação de corredores de recomposição fluente do sistema elétrico brasileiro. Os resultados obtidos apontam para uma ferramenta eficaz ao estudo de recomposição fluente. / This work presents a methodology based on Optimal Power Flow (OPF) and Sensitivity Analysis to define a minimum network configuration for a power system fluent restoration taking security issues into account. At this early restoration stage, the system has low Short-Circuit Capacity due to the low generation capacity. An important strategy is to increase the Short Circuit Capacity at this operation stage through search network configurations with low bus equivalent impedance. In this work, the Short-Circuit Capacity is incorporated in the objective function of the OPF formulation by using sensitivity analysis which yields lowest allocation factors for more suitable reactors to reduce the equivalents impedances. The proposed OPF takes into account the synchronous machine model, the capability curves and the set of overvoltage critical restoration scenarios following load rejection. The restoration scenarios are represented at steady state prior and after load rejection. The computational tool is developed in the MATLAB platform and it is used to conduct case studies for fluent restoration branches of Brazilian Electric System. The results show that the proposed methodology is effective.

Modern power networks incorporate communications and information technology infrastructure into the electrical power system to create a smart grid in terms of control and operation. The smart grid enables real-time communication and control between consumers and utility companies allowing suppliers to optimize energy usage based on price preference and system technical issues. The smart grid design aims to provide overall power system monitoring, create protection and control strategies to maintain system performance, stability and security. This dissertation contributed to the development of a unique and novel smart grid test-bed laboratory with integrated monitoring, protection and control systems. This test-bed was used as a platform to test the smart grid operational ideas developed here. The implementation of this system in the real-time software creates an environment for studying, implementing and verifying novel control and protection schemes developed in this dissertation. Phasor measurement techniques were developed using the available Data Acquisition (DAQ) devices in order to monitor all points in the power system in real time. This provides a practical view of system parameter changes, system abnormal conditions and its stability and security information system. These developments provide valuable measurements for technical power system operators in the energy control centers. Phasor Measurement technology is an excellent solution for improving system planning, operation and energy trading in addition to enabling advanced applications in Wide Area Monitoring, Protection and Control (WAMPAC). Moreover, a virtual protection system was developed and implemented in the smart grid laboratory with integrated functionality for wide area applications. Experiments and procedures were developed in the system in order to detect the system abnormal conditions and apply proper remedies to heal the system. A design for DC microgrid was developed to integrate it to the AC system with appropriate control capability. This system represents realistic hybrid AC/DC microgrids connectivity to the AC side to study the use of such architecture in system operation to help remedy system abnormal conditions. In addition, this dissertation explored the challenges and feasibility of the implementation of real-time system analysis features in order to monitor the system security and stability measures. These indices are measured experimentally during the operation of the developed hybrid AC/DC microgrids. Furthermore, a real-time optimal power flow system was implemented to optimally manage the power sharing between AC generators and DC side resources. A study relating to real-time energy management algorithm in hybrid microgrids was performed to evaluate the effects of using energy storage resources and their use in mitigating heavy load impacts on system stability and operational security.

<div>The electric power system of a deep space vehicle is mission-critical, and needs to operate autonomously because of high latency in communicating with ground-based mission control. Key tasks to be automated include managing loads under various physical constraints, continuously monitoring the system state to detect and locate faults, and efficiently responding to those faults. </div><div><br></div><div>This work focuses on three aspects for achieving autonomous, fault-tolerant operation in the dc power system of a spacecraft. First, a sequential procedure is proposed to estimate the node voltages and branch currents in the power system from erroneous sensor measurements. An optimal design for the sensor network is also put forth to enable reliable sensor fault detection and identification. Secondly, a machine-learning based approach that utilizes power-spectrum based features of the current signal is suggested to identify component faults in power electronic converters in the system. Finally, an optimization algorithm is set</div><div>forth that decides how to operate the power system under both normal and faulted conditions. Operational decisions include shedding loads, switching lines, and controlling battery charging. Results of case studies considering various faults in the system are presented.</div>

The power grid is a complex system that requires detailed planning and operation of the power sources. As renewable resources are increasing their share of the power mix, there are new criterion and aspects to take into account. Renewable resources such as wind and solar power are intermittent and challenge the planning and operation further. Simultaneously, the power demand increases and will continue to increase in the future. As the power resources and demand are changing in the power system, the power grid needs to adapt and be more flexible. A flexibility tool for the power system is Dynamic Rating which can dynamically increase the capacity in the power grid components depending on the environmental conditions. This can enable for higher transmission in overhead lines which facilitates the operation planning of power units. Dynamic rating can be applied to various power system components, but the focus in this project is Dynamic Line Rating (DLR). It is interesting to study the implementation of dynamic rating in the realtime market. The real-time market optimal power flow can be done in singleinterval or multi-interval. In this project, dynamic rating is implemented into multi-interval real-time market optimal power flow to investigate the effect on the generation costs. The results indicate that DLR can reduce the generation costs in power grids that are sometimes congested. / Kraftnätet är ett komplext system som kräver detaljerad planering och verksamhet av energikällor. Allt eftersom andelen förnybara energikällor ökar tillkommer nya aspekter att ta hänsyn till. Förnybara energikällor såsom vindkraft och solenergi har en mer ojämn produktion då de är beroende av vädret, vilket utmanar drift och planering av elproduktion mer än tidigare samtidigt som elbehovet ökar och kommer att fortsätta öka i framtiden. Det växande elbehovet och utökningen av förnybara energikällor kräver att elnätet kan anpassas och vara flexibelt. Ett sätt att öka flexibiliteten är att värdera kapaciten i transmissionsledningar dynamiskt (DLR) istället för statiskt där kapaciteten beräknas efter värsta tänkbara scenario. Dynamisk värdering kan därför möjliggöra högre kraftöverföring i ledningarna under gynsamma väderförhållanden vilket underlättar driften och planeringen av kraftkomponenterna. I detta examensarbete studeras dynamisk värdering av transmissionsledningar i realtidselmarknaden med flera intervall (MIRTM) där driftplaneringen optimeras så att driftkostnaderna minimeras under bivillor för kraftsystemet. Målet är att undersöka hur driftkostnaderna påverkas då bivillkoret för kraftflödet i transmissionsledningarna är mer flexibelt med DLR. Resultaten från detta projekt visar att DLR kan minska kostnaderna i elnät som är överbelastade.