Este trabalho apresenta uma metodologia para alocação eficiente de dispositivos indicadores de faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica. São avaliadas como as principais variáveis que influenciam na quantificação da potencialidade para instalação de dispositivos indicadores de faltas se comportam ao longo do tronco principal dos alimentadores de distribuição de energia elétrica. Como metodologia, empregou-se sistemas de inferência fuzzy para quantificar a referida potencialidade a partir das variáveis avaliadas. Resultados com dados reais destacam também a eficiência da metodologia proposta para quantificar e avaliar a rede de dispositivos indicadores já existentes em alimentadores. / This work presents a methodology for efficient allocation of fault indicator devices in electric power distribution systems. The behavior of the main variables that influence in the quantification of the potentiality for installation of fault indicator devices were analyzed taking into account the feeder length. In methodology terms, fuzzy inference systems were used to quantify this potentiality from the analyzed variables. Results with real data have also highlighted the efficiency of the proposed methodology to quantify and to evaluate the fault indicator device network already existent in power distribution feeders.

Nos últimos anos, fatores como a reestruturação do setor de energia elétrica, a necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, dificuldades na construção de grandes unidades geradoras e linhas de transmissão causadas por normas de proteção ambiental têm provocado o aumento considerável do interesse por geração distribuída. O conceito de geração distribuída tornou-se muito interessante, entretanto, sua aplicação pode provocar problemas de qualidade de energia elétrica, caso sua influência não seja devidamente estudada. Neste contexto, este documento caracteriza as variações de tensão causadas pela atuação da proteção anti-ilhamento de geradores síncronos distribuídos. Este problema pode ser considerado uma nova abordagem sobre os impactos dos geradores distribuídos na qualidade da energia elétrica, visto que as causas das variações de tensão são tipicamente relacionadas às tomadas ou alívios de grandes blocos carga, partidas de motores de indução, curtos-circuitos, desligamentos de linhas etc. Para estudar o problema, inicialmente foi feito um estudo sobre normatização técnica da área com um apanhado dos guias de diversas concessionárias. Posteriormente, simulações computacionais utilizando o programa SimPowerSystems e um sistema teste foram utilizados para que análises estáticas e dinâmicas do problema fossem feitas no intuito de investigar a natureza das variações de tensão e os fatores que influenciam suas magnitudes e durações. Índices para avaliar as variações de tensão foram criados, e um método para obtenção dos mesmos foi proposto. Tal método utiliza apenas ferramentas de análise estática (fluxo de carga) para a obtenção dos índices, evitando o uso de ferramentas dinâmicas (domínio do tempo) reduzindo o custo computacional e financeiro para análise do problema. Em seguida, o mesmo foi aplicado a um sistema que simula uma rede de distribuição real propondo-se a inserção de bancos de capacitores como medida mitigatória para o problema estudado neste trabalho. / In recent years, factors such as the restructuring of the electricity sector, the necessity to use different primary energy sources as a way to diversify sources of energy, barriers in the construction of large generating units and transmission lines caused by environmental protection standards, as well as technological advances in the generation of electricity, have caused a considerable increase in the interest for distributed generation. The concept of distributed generation has become very interesting; however, its application can result in poor power quality, if its influence is not well studied. In this context, this document characterizes voltage variations caused by the action of anti-islanding protection of distributed synchronous generators. This problem can be considered a new approach on the impact of distributed generators in power quality, since the cause of voltage variations are typically related load switching, induction motors start-up, short circuits, lines disconnection, etc. To investigate the problem, initially a study was carried out on technical standardization in the area with an overview of various utilities guides. Later, computer simulations using the SimPowerSystems software and a test system were employed for static and dynamic analysis of the problem, aiming at investigating the nature of voltage variations and the main factors that influence their magnitudes and durations. Indices to assess the voltage variations were created, and a method for obtaining them was proposed. This method uses only static approach tools (power flow calculations) to obtain the indices, avoiding the use of dynamic tools (time-domain simulations) and reducing computational and financial costs to analyses the problem. The proposed method was applied to a larger system and the insertion of capacitors bank was proposed as mitigating solution for the problem studied in this work.

O grau de integração entre as áreas de planejamento da expansão e de planejamento da operação de concessionárias de distribuição de energia elétrica ainda é insuficiente, pelo menos no caso brasileiro. Isso significa que a área de planejamento da operação não pode explorar plenamente e implementar os resultados e as recomendações trazidas pela área de planejamento da expansão em seus estudos de planejamento da operação. Como consequência, uma quantidade considerável de trabalho torna-se redundante, a eficiência é reduzida e há perda de qualidade. Além disso, uma concessionária de distribuição de energia elétrica geralmente possui vários sistemas independentes para a análise de redes elétricas de acordo com seu tipo (equilibrado ou desequilibrado), nível de tensão (subtransmissão, distribuição primária ou distribuição secundária) e sua topologia (radial ou malha). Obviamente, essa falta de integração também implica grandes dificuldades na realização de estudos de planejamento e de operação, ainda mais com a disponibilidade dos dados hoje difundida. Este trabalho tem como objetivo melhorar essa integração por meio de uma nova metodologia e de um sistema computacional de apoio. Uma das características mais interessantes da ferramenta é precisamente a sua capacidade de analisar qualquer tipo de rede elétrica, independentemente dos parâmetros. Por meio de alguns estudos de casos, demonstra-se como uma melhor integração entre as duas áreas dentro de um banco de dados significa redução de tempo na execução de atividades de ambas as áreas, eliminação de retrabalho e melhor qualidade dos resultados, que são posteriormente enviados para o operador nacional do sistema (ONS). / The degree of integration between the expansion planning and the operational planning areas in electricity distribution utilities is still insufficient, at least in the Brazilian case. This means that the latter cannot fully exploit and implement results and recommendations brought about by the former in its planning studies. As a consequence, a considerable amount of work becomes redundant, with reduced efficiency and loss of quality. In addition, an electricity distribution utility usually possesses various independent systems for analyzing electrical networks according to their type (balanced or unbalanced), their rated voltage (subtransmission, primary feeder or low-voltage circuit) and their topology (radial or meshed). Obviously, this lack of integration also implies considerable difficulties when carrying out planning and operational studies, even more with today´s widespread data availability. This work focuses on improving such integration through a new methodology and a supporting computational system. One of the most interesting features of the software is precisely its ability to analyze any type of electrical network, regardless of the above parameters. Through some study cases, it is shown how a better integration between the two areas within a utility means reduced overall time, elimination of redundant work and better quality of results, which are later sent to the independent system operator (ISO).

O objetivo do desenvolvimento deste trabalho é tecer uma análise da viabilidade técnica - econômica da modernização do sistema de Proteção da Distribuição, comparando a utilização dos relés digitais aos quais foram incorporadas novas funções, em relação aos relés eletromecânicos e estáticos. As informações apresentadas nesse trabalho mostram que os relés digitais oferecem uma significante economia quanto ao custo de aquisição e implantação, no desenvolvimento dos projetos de aplicação e na manutenção destes equipamentos após instalados em campo. Os relés eletromecânicos tem sido largamente utilizados nos esquemas de proteção de consumidores industriais e residencias de grande porte e nos sistemas de proteção das companhias de eletricidade. Devido a quantidade de peças móveis e freqüentes re-ajustes que estes tipos de equipamentos necessitam, os mesmos demandam muitas horas dispendidas pelo pessoal de calibração e manutenção das empresas de eletricidade. A realização de Estudos de Proteção, com a parametrização destes relés muitas vezes torna-se inviável, sob o ponto de vista de sensibilidade e da coordenação das proteções, devido ao fato de que estes equipamentos possuem ajustes limitados tanto de valores de corrente de partida como na seleção de curvas tempo x corrente utilizadas para temporização das proteções, no caso de relés eletromecânicos de sobrecorrente. Durante os últimos anos, com o advento da evolução da indústria, da micro eletrônica e do desenvolvimento de softwares, os relés digitais veêm substituíndo os relés eletromecânicos e estáticos, tanto em instalações novas como também nas remodelações das instalações mais antigas, nos sistemas elétricos de proteção industrial e de empresas de eletricidade. Realizou-se uma análise quanto ao histórico dos relés de proteção, mostrando o seu desenvolvimento desde os relés mais antigos, tipos eletromecânicos, após os relés estáticos, que foram a evolução dos anteriores e finalmente estudando os relés digitais. Os relés digitais oferecem muitas vantagens se comparados com os relés eletromecânicos e estáticos, as quais serão abordandos em items específicos da revisão de literatura neste trabalho. O trabalho é finalizado com uma análise de casos, onde foram computados e analisados casos, como índices de fornecimento, custos de instalação de relés digitais em substituição à relés e sistemas eletromecânicos e estáticos, utilizados convencionalmente para a proteção em alimentadores de Subestações da Copel - Companhia Paranaense de Energia, com o objetivo de coletar-se e analisar-se, ao longo de 12 meses as reais vantagens e desvantagens da utilização destes equipamentos nos sistemas elétricos de proteção dos circuitos de distribuição de energia. / The purpose of this study is to carry out a technical and economic feasibility assessment of the updating of the Distribution Protection system, comparing the use of digital relays, to which new functions have been integrated, with electromechanical and static relays. Information hereby presented shows that digital relays are significantly cost-effective in terms of acquisition and implementation for developing application projects and in maintaining that equipment after it has been set up in the field. Electromechanical relays have been largely used in protection schemes for large-scale industrial and residential consumers, as well as in security schemes for power plant companies. Because of the large number of moving parts and frequent readjustments required by that type of equipment, many manhours must be put in by calibration and maintenance staff employed by power plant companies. Carrying out a Protection Study that establishes parameters for those relays is often unfeasible given the sensitivity and coordination of the protections, in that the equipment in question has limited adjustments, both in terms of pick-up currents values and of the selection of time curve vs. current used in the protection timer, in the case of overcurrent electromechanical relays. During the last years, with the rise of industrial evolution, microelectronics and software development, digital relays are replacing electromechanical and static relays in electrical security systems used by industrial and power plant company protection, both in new facilities and in refurbished facilities. A study was carried out on the history of protection relays showing how they developed from the older, electromechanical type after the static relays, which evolved form the former, and was concluded with the study of digital relay models. Digital relays provide significant advantages compared to electromechanical and static relays, which will be covered under specific revision items of the references provided herein. The study is concluded by assessing case studies that were accounted for and assessed, such as supply rates, installation costs of digital relays to replace electromechanical and static systems used traditionally to provide protection for COPEL´s (Power Company of the State of Paraná) Substations. The purpose was to collect and analyze, over a 12-month period, the actual advantages and disadvantages of using that type of equipment in electrical systems that provide circuit protection for power distribution.

Este presente trabalho visa fornecer novas ferramentas para a análise de índices de qualidade no âmbito do planejamento agregado de investimentos em sistemas de distribuição primária. O planejamento agregado de investimentos representa uma metodologia de previsão de investimentos em Sistemas de Distribuição de uma empresa, que utiliza a análise estatística e classificação de rede em famílias para representação da rede, considera aspectos de incertezas e critérios de priorização de obras, em função dos recursos disponíveis, e informa o tipo de obra a ser realizada e o montante de investimentos necessário por tipo de obra. Este trabalho procura complementar o modelo através da análise técnica dos índices de qualidade, quantificando-se os benefícios obtidos ao longo do horizonte de estudo, através de um sistema computacional que, baseado nos resultados dos representantes dos grupos de redes, determina os índices técnicos para tais representantes, para as regionais definidas e para todo o sistema, possibilitando a análise gerencial da evolução da rede elétrica. Também foi desenvolvida ferramenta que permite a determinação do Custo Incremental Médio de Longo Prazo (CIMLP) e do Custo Marginal do sistema de média tensão, englobando subestações de distribuição e circuitos primários do sistema elétrico. O trabalho é finalizado com o estudo de um caso de planejamento de uma área de concessão de uma empresa fictícia, onde são executados os processamentos e analisados os resultados técnicos, de custos e de qualidade. / This work aims at developing new tools for the analysis of quality of supply indices regarding long term investment planning of primary electric power distribution systems. Investment planning in aggregated basis represents a established methodology for estimating future investments in all distribution systems of a utility, by using statistic and clustering analysis to represent the overall network through groups of elementary distribution systems. The methodology also considers uncertainty and makes use of a number of criteria to prioritize new facilities to be incorporated into the system, taking into account financial constraints. For each new facility the system determines costs and corresponding benefits. This dissertation complements such model through the introduction and analysis of various quality of supply indices, helping the planner engineer to assess all benefits related to a given investment plan. The developed computational system is based on the results obtained for each elementary distribution system. It then evaluates global and regional technical indices, that allows for important managerial analysis concerning the system expansion. The computational system also evaluates the average long range incremental and the marginal costs associated with a specific investment plan, thus taking into account new facilities concerning substations and network feeders. A case study considering a fictitious distribution company and its overall system illustrates the tools developed, showing all potential studies and decision making capabilities which were made available during this research work.

A instalação de geração distribuída nas redes de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica tem apresentado significativo crescimento em âmbito mundial, impulsionada pelos benefícios que pode proporcionar aos sistemas elétricos, pela necessidade de diversificação da matriz energética dos países, pela desregulamentação do setor de energia elétrica em diversos países e pela necessidade de gerar energia elétrica de forma sustentável. No entanto, para que os geradores distribuídos possam de fato beneficiar a operação das redes elétricas, seus impactos técnicos devem ser cuidadosamente estudados, sobretudo em redes de distribuição, as quais foram inicialmente planejadas para operar com fluxo de potência unidirecional. Dentre esses impactos, destaca-se a elevação do nível de curto-circuito da rede, pois correntes de curto-circuito com valores elevados podem causar violação das capacidades dos equipamentos em suportar os esforços térmicos e dinâmicos e também provocar a perda da coordenação entre os dispositivos de proteção contra sobrecorrente. Neste contexto, este trabalho analisa a influência de geradores distribuídos baseados em inversores na corrente de curto-circuito trifásica em um sistema de distribuição de energia, e sobretudo, comprova que sua contribuição no valor da corrente de falta não supera o dobro de sua corrente nominal. Além disso, com base nesta comprovação, apresenta duas estratégias para inserção desse tipo de gerador nos cálculos de curto-circuito de um sistema de distribuição de energia elétrica. As duas estratégias apresentam resultados satisfatórios, utilizam conceitos básicos de circuitos elétricos, independem de dados minuciosos dos inversores e são validadas através de aplicações numéricas com resultados confrontados aos obtidos das simulações. / The installation of distributed generation in distribution and subtransmission systems has shown significant growth worldwide, driven by the benefits it can provide to electrical systems, the need to diversify the energy sources, deregulation of the electricity industry in several countries and the need to generate electricity in a sustainable manner. However, in order to evaluate if distributed generators benefit the operation of power networks, their technical impacts should be carefully studied, especially in distribution networks, which were originally designed to operate with unidirectional power flow. Among the aforementioned impacts, there is the increase of the short circuit level in the distribution network, since high short-circuit currents may exceed the capabilities of equipment to support the dynamic and thermal stresses and also cause loss of coordination between the overcurrent protection devices. Within this context, this thesis analyzes the influence of inverter based distributed generators on three-phase short circuit currents in a power distribution systems. Especially it confirms that the contribution to the fault current does not exceed twice its rated value. Furthermore, based on this issue, this work presents two strategies for the inclusion of this type of generator in short circuit calculations. Both strategies presented satisfactory results, use basic concepts of electrical circuits, they do not depend on detailed data from the inverters and the results are validated by using simulation results.

O objetivo deste trabalho é avaliar qual seria o impacto da inserção dos veículos elétricos nos sistemas de distribuição de energia elétrica de duas distribuidoras brasileiras, a EDP Bandeirante e EDP ESCELSA. Como esta tecnologia ainda não se encontra em utilização no Brasil, será adotada uma abordagem prospectiva, de modo a projetar o crescimento da frota de veículos elétricos até o ano de 2020. Para que se possa simular em uma sub estação, qual será o impacto da adoção desta tecnologia. Utilizando-se das projeções de crescimento da frota, também serão quantificados o impacto na matriz energética nacional e nas emissões de gases do efeito estufa. / This work, aims to evaluate the impact of the electric vehicles insertion on two power distribution utilities, EDP Bandeirante and EDP ESCELSA. How the electric vehicles aren´t a reality on Brazil, an prospective approach will be adopted, to project the growth of the electric vehicles fleet until the 2020 year, so that can be simulated in one substation, the impact that would be caused by the adoption of this technology. Using these projections, the impact on Brazilian energetic matrix, and the greenhouse gas emissions will be calculated to.

O grau de integração entre as áreas de planejamento da expansão e de planejamento da operação de concessionárias de distribuição de energia elétrica ainda é insuficiente, pelo menos no caso brasileiro. Isso significa que a área de planejamento da operação não pode explorar plenamente e implementar os resultados e as recomendações trazidas pela área de planejamento da expansão em seus estudos de planejamento da operação. Como consequência, uma quantidade considerável de trabalho torna-se redundante, a eficiência é reduzida e há perda de qualidade. Além disso, uma concessionária de distribuição de energia elétrica geralmente possui vários sistemas independentes para a análise de redes elétricas de acordo com seu tipo (equilibrado ou desequilibrado), nível de tensão (subtransmissão, distribuição primária ou distribuição secundária) e sua topologia (radial ou malha). Obviamente, essa falta de integração também implica grandes dificuldades na realização de estudos de planejamento e de operação, ainda mais com a disponibilidade dos dados hoje difundida. Este trabalho tem como objetivo melhorar essa integração por meio de uma nova metodologia e de um sistema computacional de apoio. Uma das características mais interessantes da ferramenta é precisamente a sua capacidade de analisar qualquer tipo de rede elétrica, independentemente dos parâmetros. Por meio de alguns estudos de casos, demonstra-se como uma melhor integração entre as duas áreas dentro de um banco de dados significa redução de tempo na execução de atividades de ambas as áreas, eliminação de retrabalho e melhor qualidade dos resultados, que são posteriormente enviados para o operador nacional do sistema (ONS). / The degree of integration between the expansion planning and the operational planning areas in electricity distribution utilities is still insufficient, at least in the Brazilian case. This means that the latter cannot fully exploit and implement results and recommendations brought about by the former in its planning studies. As a consequence, a considerable amount of work becomes redundant, with reduced efficiency and loss of quality. In addition, an electricity distribution utility usually possesses various independent systems for analyzing electrical networks according to their type (balanced or unbalanced), their rated voltage (subtransmission, primary feeder or low-voltage circuit) and their topology (radial or meshed). Obviously, this lack of integration also implies considerable difficulties when carrying out planning and operational studies, even more with today´s widespread data availability. This work focuses on improving such integration through a new methodology and a supporting computational system. One of the most interesting features of the software is precisely its ability to analyze any type of electrical network, regardless of the above parameters. Through some study cases, it is shown how a better integration between the two areas within a utility means reduced overall time, elimination of redundant work and better quality of results, which are later sent to the independent system operator (ISO).

Este presente trabalho visa fornecer novas ferramentas para a análise de índices de qualidade no âmbito do planejamento agregado de investimentos em sistemas de distribuição primária. O planejamento agregado de investimentos representa uma metodologia de previsão de investimentos em Sistemas de Distribuição de uma empresa, que utiliza a análise estatística e classificação de rede em famílias para representação da rede, considera aspectos de incertezas e critérios de priorização de obras, em função dos recursos disponíveis, e informa o tipo de obra a ser realizada e o montante de investimentos necessário por tipo de obra. Este trabalho procura complementar o modelo através da análise técnica dos índices de qualidade, quantificando-se os benefícios obtidos ao longo do horizonte de estudo, através de um sistema computacional que, baseado nos resultados dos representantes dos grupos de redes, determina os índices técnicos para tais representantes, para as regionais definidas e para todo o sistema, possibilitando a análise gerencial da evolução da rede elétrica. Também foi desenvolvida ferramenta que permite a determinação do Custo Incremental Médio de Longo Prazo (CIMLP) e do Custo Marginal do sistema de média tensão, englobando subestações de distribuição e circuitos primários do sistema elétrico. O trabalho é finalizado com o estudo de um caso de planejamento de uma área de concessão de uma empresa fictícia, onde são executados os processamentos e analisados os resultados técnicos, de custos e de qualidade. / This work aims at developing new tools for the analysis of quality of supply indices regarding long term investment planning of primary electric power distribution systems. Investment planning in aggregated basis represents a established methodology for estimating future investments in all distribution systems of a utility, by using statistic and clustering analysis to represent the overall network through groups of elementary distribution systems. The methodology also considers uncertainty and makes use of a number of criteria to prioritize new facilities to be incorporated into the system, taking into account financial constraints. For each new facility the system determines costs and corresponding benefits. This dissertation complements such model through the introduction and analysis of various quality of supply indices, helping the planner engineer to assess all benefits related to a given investment plan. The developed computational system is based on the results obtained for each elementary distribution system. It then evaluates global and regional technical indices, that allows for important managerial analysis concerning the system expansion. The computational system also evaluates the average long range incremental and the marginal costs associated with a specific investment plan, thus taking into account new facilities concerning substations and network feeders. A case study considering a fictitious distribution company and its overall system illustrates the tools developed, showing all potential studies and decision making capabilities which were made available during this research work.

O objetivo deste trabalho é avaliar qual seria o impacto da inserção dos veículos elétricos nos sistemas de distribuição de energia elétrica de duas distribuidoras brasileiras, a EDP Bandeirante e EDP ESCELSA. Como esta tecnologia ainda não se encontra em utilização no Brasil, será adotada uma abordagem prospectiva, de modo a projetar o crescimento da frota de veículos elétricos até o ano de 2020. Para que se possa simular em uma sub estação, qual será o impacto da adoção desta tecnologia. Utilizando-se das projeções de crescimento da frota, também serão quantificados o impacto na matriz energética nacional e nas emissões de gases do efeito estufa. / This work, aims to evaluate the impact of the electric vehicles insertion on two power distribution utilities, EDP Bandeirante and EDP ESCELSA. How the electric vehicles aren´t a reality on Brazil, an prospective approach will be adopted, to project the growth of the electric vehicles fleet until the 2020 year, so that can be simulated in one substation, the impact that would be caused by the adoption of this technology. Using these projections, the impact on Brazilian energetic matrix, and the greenhouse gas emissions will be calculated to.