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.

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.

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.

Os dispositivos Indicadores de Faltas (IFs) contribuem para a melhoria do processo de localização de faltas em alimentadores de distribuição e, consequentemente, para a qualidade do fornecimento de energia elétrica. Todavia, a grande dificuldade de se aplicar tais dispositivos em larga escala está na escassez de metodologias eficientes que apontem em quais pontos do sistema de distribuição eles devem ser instalados. Por isso, o presente trabalho propõe uma abordagem computacional evolutiva capaz de alocar dispositivos IFs em alimentadores primários de distribuição de energia elétrica. De forma mais específica, o problema de se obter o melhor local de instalação é solucionado por meio da técnica de Algoritmos Genéticos (AGs), que busca obter uma configuração eficiente de instalação de IFs no tronco principal do alimentador de distribuição. A metodologia proposta é aplicada a dois alimentadores reais. Aspectos de viabilidade técnica e financeira dos IFs também são analisados. Os resultados apresentados comprovam a eficiência da metodologia proposta. / Fault Indicator (FIs) devices have contributed to improve the location of faults on primary feeders, and consequently the reliability of distribution systems. However, one of the main problems facing their installation in a large scale in a distribution system is the lack of efficient methods to analyze big networks and to pinpoint exactly on which buses these devices should be placed. Thus, this paper proposes an evolutionary computing strategy to solve the problem of fault indicator placement in primary distribution feeders. Specifically, a genetic algorithm (GA) is employed to search for an efficient configuration of FIs, located at the best positions in the main feeder. The proposed methodology was applied in two actual distribution feeders. Technical and financial viability aspects are also analyzed. Finally, the results confirm the efficiency of the GA approach to the FI placement problem.

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.

Os sistemas elétricos de distribuição estão evoluindo rapidamente devido à penetração de geração distribuída e ao crescimento na utilização de avançadas estruturas de medição e sistemas de gerenciamento de distribuição de energia elétrica. Esta evolução traz consigo novos desafios devido à intermitência da geração, a qual pode gerar impactos indesejáveis nos sistemas de distribuição, como a interação de diferentes harmônicos. As Unidades de Medição Fasorial (PMUs) tem potencial para desempenhar um importante papel no monitoramento de sistemas elétricos de distribuição por meio dos fasores com medidas temporalmente sincronizadas de tensão e corrente em vários locais do sistema, oferecendo assim inúmeras possibilidades para estimar o estado de uma rede de distribuição. Porém, para serem utilizadas amplamente em redes de distribuição, é necessário que as PMUs apresentem um menor custo e possuam algumas características funcionais exclusivas para o uso nestas redes. Assim, o objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de uma unidade de medição fasorial de baixo custo com características originais para o uso no nível de distribuição de energia elétrica, tais como medição fasorial nas redes de média e baixa tensão utilizando a modelagem dos transformadores e a identificação e estimação dos parâmetros da causa de ocorrência de distúrbios elétricos. Para isso, foram construídos dois protótipos da unidade de medição fasorial proposta neste trabalho, visando verificar a sincronização na medição de fasores de tensão e corrente. Os protótipos também foram acoplados à rede com diferentes combinações de impedância e alimentaram variadas cargas, onde foi possível através das técnicas implementadas nos equipamentos identificar e estimar os parâmetros elétricos da origem (rede ou carga) da ocorrência de variações na tensão e potência fornecidas pela rede distribuição. / Power distribution systems are evolving at a high pace largely due to the proliferation of distributed energy resources and the growing utilization of advanced metering infrastructures and distribution management system. This evolution is also leading to new challenges due large penetration of intermittent distributed generation, which can lead to noticeable impacts on distribution feeders. Phasor Measurement Units (PMUs) have the potential to play an essential role in power distribution system monitoring. For providing synchronized measurements of voltage and current phasors at various system locations, PMUs offer numerous possibilities for ascertaining information relating to the state of the power distribution system. However, to be used widely in power distribution systems, its necessary that PMUs get a low cost and have some exclusive features for these systems. Thus, the main objective of this thesis have consisted of developing a low cost Phasor Measurement Unit with original features proposed for distribution level, such as compatibility with low and medium voltage power networks using transformer modeling and also the identification and parameter estimation of the cause of electrical disturbances. So, they were built two prototypes of the Phasor Measurement Unit, in order to verify the synchronization in the measurement of voltage and current phasors. The prototypes were also coupled to the network with different combinations of impedance and they fed varying loads, where it was possible through the techniques implemented in the equipment identify and estimate electrical parameters of the cause (network or load) of variations in voltage and power supplied by the network distribution.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1.pdf: 9399593 bytes, checksum: 2b9a870f5813a4e937b5ce7233c9debc (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Fundação Parque Tecnológico Itaipu / In this dissertation the modeling of an expert system to support analysis in medium voltage overhead lines is presented, allowing simulations of different networks in a web environment. Based on object-oriented methodology, this system follows as a demonstration of the application of artificial intelligence to act on problems relating to the Electrical Power Distribution Systems. With its implementation, it was possible to automate the processing of data for the calculation of power flow, showing through interface, information necessary for carrying out the analysis in these systems. The modeling of the backward forward sweep method was attached to the proposed model, and was employed as the expert system inference engine, and a heuristic model was established to power flow solution, with the property to adapt to the characteristics of networks, with representation of balanced or unbalanced loads, and with two types of mechanisms to suggest improvements and diagnostics on networks with problems in voltages profiles. / Neste trabalho é apresentada a modelagem de um sistema especialista para suporte à análises em redes de média tensão, possibilitando simulações de diversas redes em ambiente web. Baseado na metodologia orientada a objetos, este sistema segue como uma demonstração da aplicação de inteligência artificial para atuar em problemas relacionados com os Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica. Com a sua implementação foi possível automatizar o processamento de dados para o cálculo do fluxo de potência, apresentando por meio de interface gráfica, as informações necessárias para a realização das analises nestes sistemas. Acoplando a modelagem do método backward forward sweep no modelo proposto, empregando-a como motor de inferência do sistema especialista, foi estabelecida uma modelagem de solução heurística para o fluxo de potência, com a propriedade de se adaptar às características das redes, com representação de cargas balanceadas ou desbalanceadas, e com dois tipos de mecanismos para sugestão de melhorias e diagnósticos em redes com problemas nos perfis de tensões.

O emprego de geradores fotovoltaicos (FV) conectados ao sistema de distribuição de energia elétrica tem apresentado um crescimento significativo na última década. No Brasil, sua existência ainda é reduzida, entretanto a previsão é que esta aumente nos próximos anos em função das novas regulamentações estabelecidas pelas concessionárias de energia, com apoio da Agência Nacional de Energia Elétrica. O estudo das consequências trazidas pela conexão massiva de geradores FV possibilita o planejamento correto de operação do sistema de distribuição, evitando assim, a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores. Dentro desse contexto, este trabalho possui como objetivo a análise da influência que um elevado nível de penetração de sistemas FV possui em um sistema de distribuição de energia elétrica. Durante as análises, foram considerados diversos geradores FV distribuídos aleatoriamente em dois sistemas de distribuição teste bastante distintos. O programa de simulação computacional empregado foi o OpenDSS. Os estudos consideraram situações de regime permanente e foram feitas abordagens empregando variações temporais, com o propósito de avaliar o comportamento e a interação entre os perfis de carga e geração FV. Os resultados mostraram a importância de considerar as variações temporais de demanda e de geração, e apontaram que o perfil de tensão em regime permanente, nível de desbalanço de tensão, perdas técnicas, regulação da tensão e desconexão dos geradores são fatores importantes que devem ser avaliados em estudos deste tipo. Além disso, mostrou-se que possíveis impactos negativos decorrentes da introdução massiva de geradores fotovoltaicos podem ser mitigados utilizando as soluções propostas ao final deste trabalho. / The employment of photovoltaic (PV) generators connected to the grid has increased significantly in the past decade. In Brazil, there are a few PV systems nowadays, but this scenario tends to change since new regulations have been established by the utilities with support of the Brazilian Electrical Energy Agency. The study of the effects caused by high penetration levels of PV generators enables the correct operation of the distribution networks and prevents the degradation of power quality provided to the consumers. In this context, the purpose of this research is to analyze the consequences caused by high-penetration levels of PV systems in distribution networks. Several distributed PV generators are considered and located randomly in two distinct distribution test feeders. The studies were carried out by using the software OpenDSS. The analysis focused on steady state studies and typical daily load and PV generation curves have been considered to evaluate the behavior and the interaction between loads and PV generation. The results have shown the importance of considering such load and power variation, and pointed out that voltage profile, voltage unbalance level, technical losses, voltage regulation and generators disconnection are important issues to be studied in situations like the ones analyzed in this work. Furthermore, possible negative impacts caused by high PV penetration levels can be mitigated by employing the potential solutions proposed in this dissertation.

Cette thèse a pour but de contribuer à la qualification du formulaire de calcul neutronique NARVAL, dédié aux coeurs de réacteurs à plaques. En particulier, l’objectif est de développer des méthodes innovantes permettant d’utiliser les données expérimentales inédites du programme HIPPOCAMPE pour évaluer la précision du profil de puissance calculé. La complexité provient de la localisation de l’instrumentation (chambres à fission placées entre les assemblages) et des hétérogénéités caractéristiques de ce type de coeurs (géométrie à plaques, poisons consommables et de contrôle solides). Pour aborder ce problème deux voies ont été mises en oeuvre : la première voie consiste à « combiner puis extrapoler » les écarts C/E observés afin de déterminer les incertitudes associées aux facteurs de puissance. Nous avons utilisé, pour ce faire, la méthode « P/A », traditionnellement employée dans les REP électrogènes mais jamais appliquée aux coeurs à plaques à ce jour. La deuxième voie passe, en revanche, par la reconstruction d’une nappe de puissance à utiliser comme référence (comparaison calcul/« expérience-reconstruite ») : nous avons focalisé notre travail sur des techniques géostatistiques. Après avoir constaté que les deux méthodes conduisent à des résultats satisfaisants (erreur comparable à l’incertitude expérimentale cible) nous avons continué notre recherche, en explorant les possibles développements et en introduisant en particulier une nouvelle méthode hybride (associant les techniques géostatistiques à la méthode P/A) qui permet d'améliorer ultérieurement la qualification du profil de puissance (écart-type des écarts C/E cohérent avec la constatation expérimentale). / The aim of this doctoral thesis work is to contribute to the experimental validation of a neutron physic code, called NARVAL, devoted to the analysis of slab cores reactors. The primary objective is to develop some innovative methods in order to validate the computed power map starting from the original experimental data, provided by the HIPPOCAMPE campaign. The particular position of the instrumentation (fission chambers located between the assemblies) and the strong heterogeneities, characterising this specific core design (slab geometry, burnable and control neutron absorbers in solid state) represent the main challenge of this work. Two different approaches are investigated : the first one consists in “combining and extrapolating” the observed calculated/experimental results in order to evaluate the uncertainty of power coefficients. Among different solutions, the “P/A” method is chosen : it is usually employed to perform conventional PWR plant analysis and has never been applied before to slab cores. The latter aims to reconstruct a power map that could be used as a direct reference for code validation : in this case the geostatistical techniques are selected. These methods provide satisfactory results as estimated errors are in good agreement with the experimental uncertainty target. Nevertheless, in this work a new hybrid method, applying the geostatistical technics to the P/A scheme, is investigated and developed. The good agreement between the experimental and the estimated validations of the computed power map attests the noteworthy performance of this new method.

This thesis is devoted to the development of new models for a recently-implemented FACTS (flexible alternating current transmission system) device, the unified power flow controller (UPFC), and the control coordination of power systems with FACTS devices in steady-state operating mode. The key objectives of the research reported in the thesis are, through online control coordination based on the models of power systems having FACTS devices, those of maximising the network operational benefit and restoring system static security following a disturbance or contingency. Based on the novel concept of interpreting the updated voltage solutions at each iteration in the Newton-Raphson (NR) power-flow analysis as dynamic variables, the thesis first develops a procedure for representing the unified power flow controllers (UPFCs) in the steady-state evaluation. Both the shunt converter and series converter control systems of a UPFC are modeled in their dynamical form with the discrete time variable replaced by the NR iterative step in the power-flow analysis. The key advantage of the model developed is that of facilitating the process of UPFC constraint resolution during the NR solution sequence. Any relative priority in control functions pre-set in the UPFC controllers is automatically represented in the power-flow formulation. Although the developed UPFC model based on the dynamic simulation of series and shunt converter controllers is flexible and general, the number of NR iterations required for convergence can be large. Therefore, the model is suitable mainly for power system planning and design studies. For online control coordination, the thesis develops the second UPFC model based on nodal voltages. The model retains all of the flexibility and generality of the dynamic simulation-based approach while the number of iterations required for solution convergence is independent of the UPFC controller dynamic responses. Drawing on the constrained optimisation based on Newton’s method together with the new UPFC model expressed in terms of nodal voltages, a systematic and general method for determining optimal reference inputs to UPFCs in steady-state operation is developed. The method is directly applicable to UPFCs operation with a high-level line optimisation control (LOC) for maximising the network operational benefit. By using a new continuation technique with adaptive parameter, the algorithm for solving the constrained optimisation problem extends substantially the region of convergence achieved with the conventional Newton’s method. Having established the foundation provided by the comprehensive models developed for representing power systems with FACTS devices including the UPFC, the research, in the second part, focuses on real-time control coordination of power system controllers, with the main purpose of restoring power system static security following a disturbance or contingency. At present, as the cost of phasor measurement units (PMUs) and wide-area communication network is on the decrease, the research proposes and develops a new secondary voltage control where voltages at all of the load nodes are directly controlled, using measured voltages.