Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

Este trabalho tem o objetivo de utilizar métodos de otimização não linear a fim de desenvolver uma metodologia eficiente para alocação de bancos de capacitores visando a eliminar violações de tensão em redes de distribuição. A aplicação de capacitores em paralelo a sistemas elétricos de potência é comumente empregada com o intuito de se obter melhor controle do fluxo de potência, gerenciamento do perfil de tensão, correção do fator de potência e minimização de perdas. Tendo em vista estes benefícios, a metodologia deste trabalho se dará por meio da resolução de um problema de programação não linear associada com a aproximação linear da relação potência reativa versus tensão para determinar o número, a localização e o dimensionamento dos bancos capacitores ao longo das linhas de distribuição. Desta forma, pretende-se minimizar a injeção de reativos e reduzir as perdas ativas totais de modo que todas as restrições de operação e de carga sejam atendidas. Os resultados são avaliados pelo programa GAMS (General Algebraic Modeling System), pelo MATLAB TM (Matrix Laboratory) e por um programa elaborado em Fortran, sendo possível analisar e descrever as contribuições alcançadas pelo presente trabalho, considerando que este é um tema de grande relevância para a operação e planejamento da expansão dos sistemas elétricos de potência. / This work aims to use nonlinear optimization methods to develop an efficient methodology for capacitor banks allocation to eliminate voltage violations in distribution networks. The application of capacitors in parallel to the electric power systems are commonly employed in order to have better control of power flow, voltage profile management, power factor correction and loss minimization. To achieve these benefits, the methodology of this work will be done through the resolution of a nonlinear programming problem associated with the linear approach of Voltage Variations versus Reactive Power Variation, calculating the number, location and optimal design of capacitor banks along distribution lines. Thus, it looks forward to minimize reactive power injection and reduce losses subject to meeting the operating and the loading constraints. The results are evaluated by the program GAMS TM (General Algebraic Modeling System), by Matlab TM (Matrix Laboratory) and by a program written in FORTRAN TM, being able to analyze and describe the contributions achieved by this work, considering it is a topic of great relevance to the operation and expansion planning of electric power systems.

A presente dissertação apresenta e propõe um modelo para o monitoramento e avaliação de um sistema de distribuição de energia utilizando a técnica de manutenção com base nas condições de uso aplicada aos transformadores de potência e distribuição. O monitoramento dos transformadores baseado nas suas condições de uso permite inferir a taxa de degradação deste equipamento, de modo que a sua manutenção seja realizada de forma preventiva e não corretiva. A eficiência deste método de monitoramento é analisada em um sistema de distribuição de energia elétrica por meio do emprego do modelo de Markov. / This work presents and proposes a model to supervise and evaluate an electrical energy distribution system by applying the usage conditions based maintenance technique on the power and distribution transformers. Monitoring the distribution system transformers with the usage conditions technique allows the system administrator to perform a preventive maintenance instead of a corrective maintenance. The efficiency of this technique is evaluated on an electrical energy distribution system through the employment of the Markov model.

O fornecimento de energia elétrica é uma função social do Estado outorgada às concessionárias. Preocupadas em manter padrões de qualidade e reduzir custos para atingir seu objetivo maior que é o lucro, as empresas de energia não se interessam pela extensão de seu serviço para atender populações rurais pobres. O governo do estado de São Paulo planejou uma política de eletrificação rural com o objetivo de promover a valorização social da vida no campo. Baseado em um modelo desenvolvido pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social em parceria com a Universidade de São Paulo, foi proposto o programa \"Luz da Terra\", envolvendo vários novos atores e deixando para as concessionárias o papel de executar serviços de engenharia somente. Este trabalho analisa o processo de planejamento, o arranjo institucional e a prática de implantação desse programa em sua primeira fase. Os fracos resultados são atribuídos à falhas no arranjo institucional e nas ações de campo. O eixo do programa deslocou-se das comunidades e do poder local para as concessionárias. Em sua prática, o programa negou o modelo. Nesse contexto, são sugeridas medidas corretivas. / The electric energy supply is a State social matter granted to the utilities. Worried in to maintain quality patterns and to reduce costs to reach its larger objective that it is the profit, the utilities are not interested in the extension of its service to assist poor rural populations. The state of São Paulo government has planned a rural electrification politics aimed to promoving the social valuation of the life in rural areas. Based on a model developed by the Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social in partnership with the Universidade de São Paulo, the program \"Luz da Terra\" was proposed it, involving several new actors and passing to the utilities the task of executing engineering services only. This work analyses the planning process, the institutional arrangement and the practice of that program in its first phase. The weak results are attributed to mistakes in the institutional arrangement and in the country actions. The program axis moved from the communities and the local power to the utilities. In its practice, the program denied the model. In that context, this work suggests actions to correct it.

Esta dissertação tem por propósito analisar os impactos da geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e sobre a proteção das redes de média tensão das concessionárias de distribuição de energia elétrica usando uma abordagem paramétrica. A principal motivação deste trabalho são os recentes incentivos regulatórios que estão fomentando a geração distribuída no Brasil. Contudo, as redes de distribuição convencionais foram projetadas para serem passivas e a introdução da geração poderá causar problemas de ordem técnica que ainda precisam ser resolvidos. Tais problemas foram pesquisados e aqueles relacionados com os impactos sobre as correntes de curto-circuito foram enfatizados. As normas técnicas das concessionárias também foram investigadas porque seus requisitos, como a ligação dos transformadores de acoplamento, influem nas correntes de curto-circuito. Para se calcular as correntes de curto-circuito, desenvolveu-se uma planilha eletrônica cujos resultados foram validados com programas comerciais de análise de redes elétricas. Esta ferramenta foi utilizada para demonstrar, através de exemplos, o impacto causado pela geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e, posteriormente, para realizar as análises paramétricas nas quais a influência de cada variável foi avaliada. A aplicação do método paramétrico permitiu o estudo de possíveis limites para a potência de um gerador distribuído em função dos impactos admissíveis, de seu ponto de conexão, de seus parâmetros elétricos e dos parâmetros elétricos da rede. / The purpose of this thesis is to analyse the impacts of distributed generation on short-circuit currents and protection of the distribution utilities medium voltage networks using a parametric approach. The new regulations that are promoting the distributed generation in Brazil are the main motivation for this work. However, the conventional distribution networks were designed to be passive; therefore the integration of generation may cause some technical problems yet to be solved. Such problems were researched and those related to the impacts on short-circuit currents were emphasized. The utilities technical standards were also explored as their requirements affect the short-circuit currents (e.g. the transformers connections). A spreadsheet was developed in order to calculated the short-circuit currents and it was validated comparing its results to those of a commercial network analysis software. This tool was used to expose the impacts of distributed generation on short-circuit currents through examples and also to carry out parametric analysis in which the influence of every variable was evaluated. The application of a parametric method made it possible to define the maximum installed capacity of a distributed generator as a function of the allowed limits to the impacts on the short-circuit currents, its point of coupling, its electrical parameters and the electrical parameters of the network.

As cooperativas de eletrificação rural são agentes que sempre estiveram à margem do setor elétrico e que agora devem se regularizar, adaptando-se aos condicionantes do serviço público de energia elétrica decorrentes da Lei de Concessões de 1995. Este trabalho faz a avaliação do aparato de regulação das atividades das cooperativas de eletrificação rural brasileiras e da política pública de regularização aplicada em São Paulo. O foco da avaliação é o cidadão rural, o cidadão que consome energia elétrica, e o cidadão que está ainda excluído do acesso ao serviço de eletricidade. A interpretação do problema e o estudo do processo de regularização levaram à constatação da existência de uma situação de impasse. Demonstra-se a tese de que a atitude do órgão regulador perante a tarefa que a lei lhe impõe cria um paradoxo em que as cooperativas são deixadas fora do alcance da regulação, com prejuízo maior para o cidadão que mora em sua área de atuação. Em particular, no momento em que todo brasileiro acaba de ganhar a garantia do seu direito de acesso à eletricidade, o cidadão que mora na área das cooperativas não tem a proteção do Estado para fazer valer esse seu direito. O trabalho oferece uma proposta acadêmica de alternativa de saída para esse impasse institucional, baseada na busca do equilíbrio entre os agentes. / The rural electric cooperatives are agents who have always been on the edge of the electric sector. Now, they must be regularized to the new rules of the electric energy public service established by the 1995 Concessions Law. This work provides an evaluation of the Brazilian rural electric cooperatives regulation apparatus and the regularization public policy applied in São Paulo. The evaluation focus is the rural citizen, the electric energy consumer and the citizens who have been excluded from this public service. The interpretation of the problem and the study of the regularization process has led to the evidence that the situation reached an impasse. The thesis is that the attitude of regulatory agencies create a paradox where the cooperatives are not covered by the regulation policies with damage to citizens in these areas. Particularly, given that the Brazilian citizens have won the right of electricity access, the citizen who lives in the cooperative area have no protection by State to do this right effective. This work offers an academic proposal to break this institutional impasse, based on the search of the agents equilibrium.

Este trabalho apresenta uma análise crítica da metodologia usada no PRODIST 2010, e propostas alternativas para a fixação de metas e tarifas em função da qualidade do serviço. Todas as análises se sustentam em estudos estatísticos dos dados de interrupções nos anos 2007 e 2008 de 6 empresas distribuidoras de energia com diferentes características de DEC, FEC, número de usuários e número de conjuntos. A primeira proposta chamada de Tarifa Única Meta Única (TAMU) propõe a mesma meta de qualidade do serviço para todos os usuários de um mesmo nível de tensão. Na proposta se fixou como critério geral que 10% dos usuários pior atendidos de um nível de tensão devem ser ressarcidos por má qualidade do serviço. Para alcançar esse objetivo as metas dos níveis de tensão de cada empresa foram fixadas a partir dos seus histogramas de frequência acumulada dos indicadores individuais dos usuários. Esse procedimento garante que a percentagem de usuários ressarcidos seja igual em todos os níveis de tensão das empresas. Os resultados obtidos no cálculo da multa média por usuário ressarcido conservam uma coerência justa com a piora dos indicadores coletivos (isto não acontece no PRODIST), onde as concessionárias que apresentaram os piores desempenhos pagariam uma multa média maior por usuário. A segunda proposta descreve uma metodologia de tarifas diferenciadas por descontos (TARDIF). Nessa metodologia os DIC dos usuários de um mesmo nível de tensão foram classificados em 5 intervalos múltiplos de sua média coletiva (DEC). Os últimos 3 intervalos de classificação correspondem aos usuários que tiveram a pior qualidade do serviço no ano. Para esses usuários foram definidos descontos tarifários que compensariam os prejuízos no seguinte ano. Nos resultados obtidos, as multas médias dos usuários ressarcidos conservam a relação com a média de atendimento e com a dispersão dos dados, sendo o último o critério mais dominante. / This work presents a review of the methodology used in PRODIST 2010, and alternative proposals for setting targets and rates depending on quality of service (QoS). All analysis are supported in statistical interruption data studies of 6 electricity distribution companies (EDC) between 2007 and 2008 with different characteristics of DEC, FEC, number of users and sets. The first proposal called Single Rate - Single Goal (TAMU in Portuguese) proposes the same goal of QoS to all same voltage level users. This proposal sets as a general criterion that 10% of users with worst voltage level attendance must be compensated for getting poor QoS. In order to achieve this goal, the top voltage levels of each company were determined from its cumulative frequency histograms of the user individual indicators value. This procedure guarantees the same percentage of users compensated in all EDC voltage levels. The results obtained by calculating the average penalty per user refunded maintain a fairly consistent with deterioration of collective indicators values (this does not happen in PRODIST 2010), where EDC with worst performances will pay a higher average penalty per user. The second proposal describes a different discount rate methodology (TARDIF in Portuguese). In this methodology, the DIC of users with same voltage level were classified into five intervals of its collective average (DEC). The last three classification intervals correspond to users who have had the worst QoS in the year. For these users were defined discount rates that would compensate the losses next year. In the obtained results, the average penalties of refunded users maintain the relationship between the average attendance and the data scattering, being the last one the most dominant criterion.

Os Sistemas de Armazenamento a Baterias (SAEB) têm demonstrado uma grande flexibilidade de aplicações em melhorias e resoluções de problemas em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEEs). Grandes variações no valor de tensão dentro de um período, seja diário ou semanal, são observados devido à predominante topologia radial dos SDEEs e o constante aumento da utilização de Geradores Distribuídos (GDs). Pelas características de operar como carga ou geração, os SAEBs podem ser utilizados para melhorar o perfil de tensão. No entanto, as restrições de operação desses dispositivos tornam dificultoso identificar bons momentos de atuação e barramentos de alocação para este propósito. Geralmente, essa atuação é tratada de uma forma dependente dos GDs, porém essa abordagem não permite que os SAEBs possam operar em momentos independentes a fim de melhorar o perfil de tensão do SDEE. Desta forma, neste trabalho é desenvolvida uma abordagem para o planejamento da alocação e atuação do SAEB, utilizando uma modificação no algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) de forma que o SAEB possa atuar independente dos GDs e ser alocado em outras barras, com o objetivo de melhorar o perfil de tensão. As soluções são analisadas através de simulações de Monte Carlo para investigar o comportamento em diversas situações de curva de carga. Os resultados demonstram que a abordagem proposta busca encontrar boas alocações e atuações e que os parâmetros técnicos dos SAEBs, como capacidade de energia armazenada e potência nominal do inversor, influenciam diretamente nos resultados. / Battery Energy Storage Systems (BESS) have demonstrated great flexibility of applications in improvements and problem-solving in Electrical Distribution Systems (DSs). Significant variations in the nominal voltage value within a period, either daily or weekly, are observed due to the predominant radial topology of the DSs and the constant increase of the use of Distributed Generators (DGs). By the characteristics of operating as load or generation, SAEBs can be used to improve the voltage profile. However, the restrictions of these devices make it difficult to identify good operating moments and allocation buses for this purpose. Generally, this operation is treated in a way dependent on the DGs, but this strategy does not allow the BESS to operate at independent moments to improve the voltage profile of the SDEE. Thus, in this work an approach is developed for SAEBs allocation and operation planning, using a modification in the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm so that the SAEB can operate independently of the GDs and be allocated in other bars, with the objective to improve the voltage profile. The solutions are analyzed through Monte Carlo simulations to investigate the behavior in various load curve situations. The results demonstrate that the proposed approach seeks to find proper allocations and actions and that the technical parameters of SAEBs directly influence the results.

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a perspectiva econômica e modelo de negócio da tecnologia de telecomunicação nas redes de distribuição de energia elétrica. Essa integração entre a tecnologia de telecomunicação e a rede de distribuição constitui um sistema conhecido como rede inteligente ou smart grid. Neste estudo são analisados os modelos de rede inteligentes mais significativos do mundo, os quais ainda se encontram em fase inicial. Na análise da implantação da rede inteligente em diversos países, observa-se a existência de diferentes motivações. Por exemplo, no caso norte-americano, trata-se dos esforços do setor de energia em garantir a confiabilidade no abastecimento. Na Europa, há um grande comprometimento com a redução de carbono e gases causadores do efeito estufa. No Brasil, busca-se uma estratégia para melhorar aspectos técnicos da distribuição, diminuir as perdas técnicas, eliminar ou reduzir o roubo de energia e ajustar a oferta de energia com o crescimento urbano e industrial, aprimorando a regulamentação sobre o setor. Além da ausência de padrões de telecomunicação, que se constitui em restrição para todos os projetos de smart grid, o Brasil apresenta grandes entraves para a implantação da rede inteligente, como as tarifas elevadas para os consumidores, as dificuldades para um despacho ótimo das unidades geradoras, o elevado volume de perdas no sistema elétrico, o baixo consumo de eletricidade em termos per capita, o elevado número de medidores a serem substituídos e as diferentes características das concessionárias. Com o objetivo de eliminar ou reduzir esses entraves, propõe-se neste estudo um modelo de negócio que determina, como mais significativos, os investimentos em tecnologia da comunicação e em medidores bidirecionais. O modelo proposto avalia uma série de benefícios, dentre os quais destacam-se a redução das perdas comerciais e a redução das ligações informais. Adicionalmente, o modelo pode colaborar na modernização da rede de distribuição e para o crescimento do Produto Interno Bruto com menores investimentos em geração e transmissão e, portanto, com responsabilidade ambiental. / This thesis aims at evaluating the economic perspective and business model of the telecommunications technology in the electric power distribution system. The integration between the telecommunications systems and the distribution electric grid constitutes a new system known as intelligrid or \"smart grid\". The analysis of the most important smart grid models in the world, which are still in initial stage, shows that different countries have different motivations for the smart grid deployment. For example, the deployment motivations in USA are mostly related to efforts of the power sector to ensure reliability of the energy supply. In Europe there is a big commitment to reduce carbon and greenhouse gases. In Brazil a strategy is being sought to improve the electric power distribution grid, reduce technical losses, eliminate or reduce the theft of electricity, and match energy supply to urban and industrial growth, improving regulation of the power sector. In addition to the lack of telecommunications standards, which is a constraint for all smart grid projects, in Brazil there are high barriers to the smart grid deployment, such as high tariffs to consumers, difficulties for an optimal dispatch of generating units, a high volume of losses in the electrical system, a low per capita electricity consumption, a large number of meters to be replaced, and the different profiles of the electric power distribution companies. Aiming at eliminating or reducing such barriers, a business model framework is proposed, which determines investments in communications technology and in two-way meters as the most significant ones. The proposed model evaluates a number of benefits, among which the most important are the reduction of commercial losses and the reduction of informal connections to the mains. Additionally, the model can assist in upgrading the power distribution system and the growth of GDP with lower investments in generation and transmission, and, therefore, with environmental responsibility.