Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2217_1.pdf: 882149 bytes, checksum: 3c08b499446a409d8a16c96820f252d3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / O procedimento mais adequado para verificação da segurança de uma estrutura é quantificar a sua probabilidade de falha. A determinação deste valor pode ser feita utilizando o método de confiabilidade de primeira ordem (FORM), que recai em um problema de otimização para resolver o problema de confiabilidade estrutural. Outra alternativa é aplicar o método de simulação de aleatoriedade de Monte Carlo. O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia para verificação da segurança e dimensionamento ótimo baseado na verificação da segurança de dutos com defeitos causados por corrosão. Por sua vez, para aplicação dos métodos de confiabilidade, a função de falha do problema deverá ser definida. Aqui, esta função será representada pela pressão interna aplicada e pela pressão de falha em termos de ruptura. Apesar da pressão de falha poder ser obtida por fórmulas empíricas usando códigos tais como B31G, RSTRENG, BS-7910 e DNV-99, o uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) torna o problema mais realístico na obtenção da pressão de falha do duto, pelo fato dos resultados empíricos serem em geral muito conservadores. Para calcular a pressão de falha considerando o MEF, as não-linearidades do material e da geometria devem ser consideradas. Este é um problema com simulação de alto custo, mesmo para uma única simulação. No caso de múltiplas avaliações da função e do gradiente, tal como o procedimento de análise de confiabilidade, dependendo do caso estudado, o alto custo computacional envolvido pode tornar o emprego desta ferramenta inviável. Modelos substitutos são apontados na literatura como uma ferramenta poderosa para superar os problemas citados. A idéia básica é a de construir uma simplificação matemática para o problema original normalmente de alto custo computacional. Este modelo aproximado é aqui utilizado para aplicações referentes à confiabilidade de estruturas fornecendo uma visão sobre as tendências globais das respostas no domínio de falha. Uma vez que o modelo substituto é construído, as várias avaliações de funções e seus gradientes que envolvem o processo de confiabilidade ficam diretamente associadas a este modelo, em substituição às respostas obtidas pelo modelo de simulação original. Neste trabalho, aproximação do tipo ajuste de dados via krigagem será utilizada. Finalmente, o dimensionamento ótimo do duto será apresentado visando garantir que em um determinado período de exposição, o duto conserve o nível de segurança com o menor custo de projeto possível. No contexto da verificação da segurança, o método semi-probabilístico também se insere. Em contrapartida, não é possível definir a probabilidade de falha fazendo uso deste método. O fatorde segurança será aqui calculado apenas para efeito de verificação. Serão estudados dutos com defeito isolado e com múltiplos defeitos. O presente estudo analisará incertezas relacionadas com parâmetros geométricos do duto e do defeito, com o carregamento aplicado e com as propriedades do material. Para efeito comparativo, a predição de falha desses dutos será representada por soluções empíricas tais como BS-7910 (1999) e por soluções numéricas via MEF e via técnicas de aproximação por krigagem. Comparações entre as diferentes metodologias de verificação da segurança serão apresentadas, considerando o efeito do tempo. O dimensionamento ótimo do duto será avaliado, considerando como variável de projeto a espessura do duto ou o tempo de inspeção. Com o presente estudo fica apresentada uma metodologia realística e viável na prática, podendo facilitar o trabalho do engenheiro na avaliação da segurança de dutos sujeitos à corrosão. Esta provém da aplicação de diferentes procedimentos. Estes envolvem: análise determinística nãolinear física e geométrica, análise de confiabilidade para consideração de incertezas no problema, uso de modelos substitutos e dimensionamento ótimo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / One of the main goals of the electric utilities is to provide energy to its customers in a reliable and low cost way. Traditionally, the electricity sector regulatory commissions impose continuity targets, which must be carried out, to avoid great penalties. For many years, the electric utilities have adopted the practice of allowing the increment of temporary interruptions, aiming the reduction of permanent interruptions in energy supply, through coordinated protection schemes. However, due to the increase growing in electronic loads, and the existence of complex power-driven industrial processes, there is a less tolerance in short duration interruptions events. Therefore, the reliability must be characterized as widely way, considering the occurrence of such disturbances. The definition of protection devices types, and its arrangement in the feeder, enables the restriction of faults propagation, reducing the number of consumers subject to interruptions in energy supply. Similarly, the allocation of switching devices in an optimized way, provides a reduction of the interruptions duration, allowing the isolation of portions of the network subject to failure, the reconfiguration of the feeder and restoration of the supply to the consumer, in permanent interruptions cases. Targeting these factors, in this work are proposed two methods to optimize the reliability of electrical distribution systems. The optimization with a single objective is based on optimized allocation of protective and switching devices in the feeder, aiming the minimization of the reliability indices that considers the occurrence of permanent interruptions in energy supply. It is possible the choice of different indices, considering parameters such as load, number of consumers, and energy costs related to the occurrence of interruptions. The protection scheme, in this case is pre-defined (coordinated or selective), and applied to all reclosers allocated in the process of optimization, as well as the breaker of the substation. The second methodology - called double objective - is based on simultaneous minimization of reliability index that take into account the occurrence of permanent interruptions, and the indicator MAIFIE (Momentary Average Interruption Event Frequency Index), which considers the incidence of events that cause temporary interruptions in energy supply. Thus, besides the allocation of protection and switching devices, the optimization consists in definition of the protection scheme to be employed in reclosers and circuit breaker at the substation. Both formulations result in models of nonlinear programming with discontinuous and non-differentiable objective functions, subject to non-linear restrictions. These restrictions reflect in economic and technical limitations, such as coordination and selectivity between the protective devices, topology of the feeder, maximum number of devices available for allocation, and others. In order to find the best solution of the problem with single objective, a Simple Genetic Algorithm is proposed. A conjunct of best solutions of the dual objective problem was accomplished by using Multiobjective Genetic Algorithm. Among these, the most appropriate solution is selected through the use of Fuzzy Inference System. The performance of the algorithms and the quality of the solutions were verified by submitting a real 421 bus distribution system in the process of optimization. The results are commented and compared with the commonly practices used by electric companies. / Uma das principais metas das empresas concessionárias é fornecer energia a seus clientes de forma confiável e com baixo custo. Tradicionalmente, órgãos reguladores do setor elétrico estabelecem metas de continuidade, que devem ser satisfeitas sob pena da aplicação de vultosas multas. Durante muitos anos, as concessionárias têm adotado a prática de permitir o incremento das interrupções temporárias, visando à diminuição na ocorrência das interrupções permanentes no fornecimento de energia, pelo emprego do esquema de proteção coordenado. Entretanto, com o crescente aumento das cargas eletrônicas, e a existência de processos industriais automatizados cada vez mais complexos, existe uma menor tolerância à ocorrência de interrupções de curta duração. Logo, a confiabilidade deve ser caracterizada de forma mais ampla, considerando a ocorrência deste tipo de distúrbio. A definição dos tipos de dispositivos de proteção, e a disposição dos mesmos em locais específicos do alimentador, possibilitam restringir a propagação de faltas, reduzindo o número de consumidores submetidos a interrupções no fornecimento de energia. De forma semelhante, a alocação de chaves de manobras de maneira otimizada provê meios de reduzir a duração das interrupções, possibilitando a isolação de trechos da rede sob condição de falta, a reconfiguração do alimentador e o restabelecimento do fornecimento à parte dos consumidores, caso ocorram interrupções permanentes. Visando estes fatores, neste trabalho são propostas duas metodologias de otimização da confiabilidade de sistemas elétricos de distribuição. A otimização com objetivo único consiste na alocação de dispositivos de proteção e manobras no alimentador, visando à minimização de indicadores de confiabilidade que consideram a ocorrência de interrupções permanentes no fornecimento de energia. É possível a escolha de diferentes indicadores, considerando parâmetros como: carga, número de consumidores, energia e custos relacionados à ocorrência de interrupções. O esquema de proteção, neste caso é pré-definido (coordenado ou seletivo), sendo aplicado a todos os religadores alocados no processo de otimização, inclusive ao disjuntor da subestação. A segunda metodologia denominada duplo objetivo consiste na minimização simultânea de um indicador de confiabilidade que considera a ocorrência de interrupções permanentes, e do indicador MAIFIE (Momentary Average Interruption Event Frequency Index), que considera a ocorrência de eventos causadores de interrupções temporárias no fornecimento de energia. Desta forma, além da alocação dos dispositivos de proteção e manobras, o processo de otimização visa definir o esquema de proteção a ser empregado nos religadores, bem como no disjuntor da subestação. Ambas as formulações resultam em modelos de programação não-lineares, com funções objetivo descontínuas e não diferenciáveis, sujeitas a restrições não-lineares. Estas restrições refletem limitações técnicas e econômicas, tais como coordenação e seletividade entre os dispositivos de proteção, topologia do alimentador, número máximo de dispositivos disponíveis para alocação, entre outras. Na busca da melhor solução do problema com objetivo único é empregado o Algoritmo Genético Simples. Um conjunto de soluções ótimas do problema duplo objetivo é obtido utilizando o Algoritmo Genético Multiobjetivo. Dentre estas, a solução mais adequada é selecionada por meio de um Sistema de Inferência Nebulosa. O desempenho dos algoritmos e a qualidade das soluções foram verificados submetendo um sistema de distribuição real de 421 barras ao processo de otimização. Por fim, os resultados são comentados e comparados com as práticas mais utilizadas pelas concessionárias.