[pt] Com a implantação do novo modelo econômico nos sistemas de potência, a justa remuneração das empresas provedoras de serviços ancilares tem se tornado um assunto grande importância. O suporte de potência reativa, por se tratar também de um serviço ancilar, está inserido neste contexto. Desta forma, a factível identificação dos agentes beneficiários pelo suporte, bem como as proporções deste beneficiamento podem implicar em um mecanismo viável de remuneração para os custos de cada fonte provedora. Este trabalho apresenta um método de alocação de custos pelo suporte de potência reativa baseado nos princípios fundamentais da teoria de circuitos elétricos, buscando determinar a contribuição de potência reativa de cada fonte para cada barra de carga. Para isto, é sugerida uma modelagem de fontes de tensão, que permite levar em conta a natureza local da relação Q-V, proporcionando uma abordagem simples e clara do problema. Complementarmente é apresentado um método de alocação das perdas reativas em cada ramo de transmissão entre as fontes provedoras de potência reativa. Para validar o método proposto, são realizados testes em sistemas de potência de pequeno e médio porte, apresentado as parcelas de contribuição de cada fonte de potência reativa para cada carga, e adicionalmente para as perdas reativas em cada ramo de transmissão. Comparações são estabelecidas com um método existente, onde é constatado que o método proposto apresenta maior coerência com as propriedades elétricas dos sistemas de potência, destacando-se a verificação clara da natureza local do consumo de potência reativa. Em relação aos resultados da alocação de perdas reativas, verifica-se que o método serve como indicativo sobre o uso da rede de transmissão por parte de cada fonte de potência reativa. / [en] After implantation of power systems` new economic model, a fair remuneration strategy of ancillary services suppliers had became an important issue. Reactive power support is also an ancillary service, thus, it belongs to this context. Then, identification of service beneficiaries as well as the benefit proportions may take a feasible remuneration mechanism for each source. This work presents a reactive power support cost allocation method based on fundamental principles of circuit theory, where reactive power contribution from each source to each load is calculated. This method suggests a modeling of voltage sources, which takes into account the Q-V relationship, providing a simple and clear treatment of the problem. Additionally, a reactive loss allocation method to each branch is presented. To validate the proposed method, tests with small and medium size systems are realized. So, there are presented results of reactive power demand and transmission losses allocation into systems` sources. Comparisons with an existent method are established, when we can verify that the proposed method brings more coherence with the electrical properties of power systems and the local nature of reactive power consumption. In the other hand, results of reactive losses allocation can indicate the transmission network usage by each reactive power source.

[pt] O fenômeno de estabilidade de tensão é um problema associado ao fluxo de potência ativa e reativa nas linhas de transmissão. A manifestação mais conhecida do fenômeno é a existência de uma máxima carga que pode ser alimentada pela rede. Outra possibilidade é a existência de uma máxima injeção de potência ativa e reativa fornecida por geradores e compensadores. A curva QV possibilita o cálculo da margem Q, que corresponde à distância entre o caso-base e ponto de fronteira da curva. A margem Q, supostamente, é um índice para avaliação da estabilidade do sistema, determinando uma operação normal quando a inclinação da curva é positiva. O método da matriz D também fornece a relação Q e V de cada barra, avaliando, supostamente, as condições de estabilidade do sistema. Nesta dissertação foi proposta a análise desses dois índices, com o objetivo de explicitar as premissas, similaridades e diferenças das duas maneiras de se calcular a relação VQ. E assim, avaliar e identificar possíveis resultados não coerentes. / [en] The phenomenon of voltage stability is a problem associated with active and reactive power flow in transmission lines. The best-known manifestation of the event is the existence of a maximum load that can be supplied by the grid. Another possibility is the existence of a maximum injection of active and reactive power provided by generators and compensators. The QV curve enables the calculation of the Q margin, which corresponds to the distance between the base case and the curve s inflection point. The Q margin, supposedly, is an index for evaluating the system stability, consisting of normal operation when the slope of the curve is positive. The matrix method D also provides the relation Q and V of each bar evaluating, supposedly, conditions of system stability. In this dissertation, an analysis of these two indices was proposed to clarify the assumptions, similarities, and differences between the two ways of calculating the VQ relation. And so, evaluate and identify possible non-coherent results.

[pt] No novo modelo do Setor Elétrico é essencial desenvolver novas técnicas que estimem valores futuros, a curto e longo-prazos, das potências ativa e reativa. Com base nisso, este trabalho tem por objetivo apresentar uma nova técnica de previsão horária de potência reativa a curto-prazo, por subestação, baseada na linearidade existente entre as potências ativa e reativa. O modelo proposto, denominado de Modelo Híbrido de Previsão de Reativo, é dividido em duas etapas: A primeira etapa é feita uma classificação dos dados através de uma rede neural não supervisionada Mapas Auto-Organizáveis de Kohonen (SOM); A segunda etapa, utiliza-se um modelo de defasagem distribuída auto-regressivo (ADL) com estimação de Mínimos Quadrados Reponderados Iterativamente (IRLS) acoplado a uma correção para autocorrelação serial dos resíduos - Método Iterativo de Cochrane-Orcutt. Este Modelo Híbrido tem como variável dependente a potência reativa, e como variáveis explicativas dados horários de potência ativa e reativa no instante atual e defasadas no tempo. A previsão de potência reativa a curto-prazo é dividida em in sample e em out of sample. A previsão out of sample é aplicada a períodos horários em até um mês à frente. O modelo proposto é aplicado aos dados de uma concessionária específica de Energia Elétrica e os resultados são comparados a um modelo de Regressão Dinâmica convencional e a um modelo de Redes Neurais Artificiais Feedforward de Múltiplas camadas (MLP) com um algoritmo de retropropagação do erro. / [en] The forecasting of reactive and active power is an important tool in the monitoring of an Electrical Energy System. The main purpose of the present work is the development of a new short-term reactive power hourly forecast technique, which can be used at utility or substations levels. The proposed model, named A Hybrid Model for Reactive Forecasting, is divided in two stages. In the first stage, the active and reactive power data are classified by an unsupervised neural network - the Self-Organized Maps of Kohonen (SOM). In the second stage, a Autoregressive Distributed Lags Model (ADL) is used with its parameters estimated by an Iteratively Reweighted Least Square (IRLS). It also includes a correction lag structure for serial autocorrelation of the residuals as used in the Cochrane-Orcutt formulation. The short term reactive power forecasting is divided in in sample and out of sample. The out of sample forecast is applied to hourly periods until one month ahead. The proposed model is applied to real data of one substation and the results are compared with two other approaches, a conventional Dynamic Regression and a Feedforward Multi-layer Perceptron (MLP) Artificial Neural Network model.

Resumo: Com a necessidade de atender com qualidade a crescente demanda por energia eletrica, com poucas interrupcoes e com níıveis de tensao satisfatorios, e tendo em vista as restricoes ambientais existentes, que dificultam a implantacao de novos recursos aos sistemas de transmissao, como linhas, usinas, subestacoes, etc., as empresas de transmissao tem buscado otimizar os recursos existentes, operando os sistemas com menos folga o que, em alguns casos, pode ocasionar pequenas sobrecargas nas linhas. Nas estruturas atuais de operacao, acoes corretivas usualmente aplicadas ao alıvio dos sistemas de transmissao, como alteracoes nos nıveis de geracao e corte de cargas, fazem parte das atribuicoes do operador do sistema e estao fora do escopo de acao das empresas transmissoras que podem, contudo, alterar as condicoes de operacao de seus dispositivos, como transformadores, compensadores, etc. Neste trabalho e apresentada uma proposta para o alıvio de pequenas sobrecargas em redes de transmissao com base no controle do fluxo reativo das linhas. As acoes corretivas sao determinadas com base na linearizacao dos parametros do sistema em torno de seu ponto de operacao inicial, solucionando-se um problema de programacao linear (PL) cuja funcao objetivo a ser minimizada e o produto entre o custo dos servicos de suporte de reativos prestados pelos dispositivos e o desvio do sistema de seu ponto de operacao inicial. Haja vista a grande quantidade de dispositivos instalados no sistema que podem fornecer servicos de suporte de reativos e que problemas relativos a potencia reativa sao solucionados localmente, e possıvel reduzir a quantidade de dispositivos "candidatos" a realizacao das acoes corretivas e, consequentemente, o numero de variaveis e restricoes no PL a ser solucionado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The growing demand for electric power associated with the environmental limitations imposed to the expansion of power systems hamper the installation of new facilities, such as transmission lines, substations and power plants, and leads the transmission companies to optimize the existing resources. In consequence, transmission systems operate closer to their boundaries and small overloads may surge. In the deregulated operating environment, the standard overload relief procedures, based on generation redispatch and load shedding, are in charge of the system operator and cannot be performed by the transmission companies, which can, otherwise, modify the control parameters of the transmission system devices, such as transformers, shunt compensators, etc. An overload relief procedure based on reactive power control applicable to small disturbances is presented in this paper. The corrective actions are determined by linearizing the system parameters around the initial operating point and solving a linear problem (LP), that minimizes the product between the total cost of the reactive power support provided by the devices and the deviation of the system from its initial operating point. Considering that reactive sources are spread over the whole system and the solution for reactive power problems can be found locally, the set of devices to be applied for the corrective actions can be reduced and, consequently, the number of variables and constraints to be added to the LP problem. To accomplish that, linear sensitivity factors which relate the reactive flow variation in the overloaded line to the devices' control parameters are applied and the "n" most effective devices to mitigate the overloads can be determined. In many market structures reactive power support is a mandatory service and, in some cases, it is not remunerated. However, despite the low cost of production of reactive power... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Coorientador: Javier Contreras Sanz / Banca: Percival Bueno Araújo / Banca: Dilson Amancio Alves / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Banca: Madson Cortes de Almeida / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-25Bitstream added on 2014-06-13T19:19:30Z : No. of bitstreams: 1 hoji_es_dr_ilha.pdf: 852924 bytes, checksum: 9b1bcf1d76e563dd1037dc628a5c3e2e (MD5) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / PROPG - Programa de Pós-Graduação / Com a necessidade de atender com qualidade a crescente demanda por energia eletrica, com poucas interrupcoes e com níıveis de tensao satisfatorios, e tendo em vista as restricoes ambientais existentes, que dificultam a implantacao de novos recursos aos sistemas de transmissao, como linhas, usinas, subestacoes, etc., as empresas de transmissao tem buscado otimizar os recursos existentes, operando os sistemas com menos folga o que, em alguns casos, pode ocasionar pequenas sobrecargas nas linhas. Nas estruturas atuais de operacao, acoes corretivas usualmente aplicadas ao alıvio dos sistemas de transmissao, como alteracoes nos nıveis de geracao e corte de cargas, fazem parte das atribuicoes do operador do sistema e estao fora do escopo de acao das empresas transmissoras que podem, contudo, alterar as condicoes de operacao de seus dispositivos, como transformadores, compensadores, etc. Neste trabalho e apresentada uma proposta para o alıvio de pequenas sobrecargas em redes de transmissao com base no controle do fluxo reativo das linhas. As acoes corretivas sao determinadas com base na linearizacao dos parametros do sistema em torno de seu ponto de operacao inicial, solucionando-se um problema de programacao linear (PL) cuja funcao objetivo a ser minimizada e o produto entre o custo dos servicos de suporte de reativos prestados pelos dispositivos e o desvio do sistema de seu ponto de operacao inicial. Haja vista a grande quantidade de dispositivos instalados no sistema que podem fornecer servicos de suporte de reativos e que problemas relativos a potencia reativa sao solucionados localmente, e possıvel reduzir a quantidade de dispositivos “candidatos” a realizacao das acoes corretivas e, consequentemente, o numero de variaveis e restricoes no PL a ser solucionado... / The growing demand for electric power associated with the environmental limitations imposed to the expansion of power systems hamper the installation of new facilities, such as transmission lines, substations and power plants, and leads the transmission companies to optimize the existing resources. In consequence, transmission systems operate closer to their boundaries and small overloads may surge. In the deregulated operating environment, the standard overload relief procedures, based on generation redispatch and load shedding, are in charge of the system operator and cannot be performed by the transmission companies, which can, otherwise, modify the control parameters of the transmission system devices, such as transformers, shunt compensators, etc. An overload relief procedure based on reactive power control applicable to small disturbances is presented in this paper. The corrective actions are determined by linearizing the system parameters around the initial operating point and solving a linear problem (LP), that minimizes the product between the total cost of the reactive power support provided by the devices and the deviation of the system from its initial operating point. Considering that reactive sources are spread over the whole system and the solution for reactive power problems can be found locally, the set of devices to be applied for the corrective actions can be reduced and, consequently, the number of variables and constraints to be added to the LP problem. To accomplish that, linear sensitivity factors which relate the reactive flow variation in the overloaded line to the devices’ control parameters are applied and the “n” most effective devices to mitigate the overloads can be determined. In many market structures reactive power support is a mandatory service and, in some cases, it is not remunerated. However, despite the low cost of production of reactive power... (Complete abstract click electronic access below)

[pt] Este trabalho apresenta metodologias para definir a remuneração dos geradores que provêem serviços ancilares em função do benefício proporcionado ao sistema. São analisados os serviços ancilares de suporte de potência reativa e reserva de potência. Para o serviço ancilar de suporte de potência reativa, o valor do benefício proporcionado pelos geradores é obtido por meio do custo evitado de alocação de novas fontes de potência reativa. Já para o serviço ancilar de reserva de potência, o benefício é calculado a partir da redução observada no valor esperado de energia não suprida, multiplicada pelo custo unitário de interrupção do sistema de potência. O valor de benefício proporcionado por cada serviço ancilar é determinado por meio de um algoritmo de pontos interiores em um problema de fluxo de potência ótimo. A remuneração que cabe a cada gerador é definida por meio do emprego do método de repartição de custos de Aumann-Shapley, oriundo da Teoria dos Jogos Cooperativos. A aplicação deste método garante que a repartição do benefício entre os geradores seja realizada de forma justa e eficiente. As metodologias propostas para são ilustradas em dois sistemas de potência distintos: o sistema IEEE-RTS e o sistema Sul-Sudeste Brasileiro. Os resultados obtidos são discutidos e a eficácia da metodologia é analisada. / [en] This work presents methodologies to define the remuneration of the generators that provide ancillary services to the power system as a function of the benefit provided to the system. In this work the ancillary services considered are the reactive power supply and the generation reserve. To the ancillary service of reactive power supply, the benefit provided by the generators is calculated by the avoided cost of new reactive power sources. The benefit provided by the ancillary service of generation reserve is calculated as the reduction on the expected energy not supplied, multiplied by the interruption cost of the power system. An optimum power flow is used to determine the benefit provided by each ancillary service. The remuneration of each generator is defined through the cost allocation method of Aumann-Shapley, which belongs to the Cooperative Game Theory. The Aumann-Shapley method guarantees that the payment partition among the generators is fair and efficient. The proposed methodology is applied to the IEEE-RTS power system and the Brazilian South-Southwest power system. The numerical results are discussed and the efficiency of the methodology is analyzed.

[pt] No novo modelo para o setor elétrico brasileiro a operação do sistema é de responsabilidade do Operador Independente do Sistema enquanto que a propriedade do equipamento e os gastos com a sua manutenção são de responsabilidade do agente prestador do serviço ancilar.Desta forma, o lucro do agente prestador do serviço ancilar de potência reativa será função do custo deste serviço uma vez que a sua remuneração é previamente definida pelo agente regulador. Dentro desta ótica os riscos operacionais dos equipamentos de compensação de potência reativa, se não forem convenientemente mitigados,poderão aumentar os gastos com a manutenção e o pagamento de multa pela indisponibilidade do equipamento.Riscos operacionais são situações de sistema que estão fora da responsabilidade do agente mas que poderão reduzir o seu faturamento.Esta dissertação descreve os riscos operacionais e faz algumas sugestões para proteger o agente da redução do seu faturamento. / [en] In the new brazilian deregulated electrical network, system operation is under Independent System Operator responsibility while the ancillary service agent is the owner of the reactive power equipment and, as a consequence, is responsible for its maintenance costs. In the new model, the profit of the agent is a function of the maintenance costs because his payment is previously defined by the authorities. The operational risks of the reactive power equipments, if not conveniently mitigated, may increase the maintenance frequency and may also result in the payment of a fee due to the equipment unavailability.Operational risks are events in the electrical transmission system that are not under the responsibility of the agent but may reduce his profits. This report describes these operational risks and makes some suggestions to protect the agent against the reduction in his profits.