Orientador: Dilson Amancio Alves / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Francisco Carlos Vieira Malange / Banca: Luiz Carlos Pereira da Silva / Banca: Madson Cortes de Almeida / Resumo: Este trabalho analisa a utilização de técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado. Essas técnicas são consideradas inadequadas para a obtenção da margem de carregamento de sistemas com problemas de estabilidade de tensão com características fortemente locais. Isto se deve ao fato de que no ponto de máximo carregamento a singularidade da matriz Jacobiana do método de parametrização global coincide com a da matriz Jacobiana do fluxo de carga. Nesses casos, a parametrização local é considerada como a única forma de se eliminar a singularidade. Entretanto, este trabalho mostra que a singularidade também pode ser eficientemente eliminada não só para estes sistemas, mas para qualquer outro, através de uma nova técnica de parametrização (global). A técnica utiliza a equação de uma reta que passa por um ponto no plano determinado pelas variáveis fator de carregamento e a somatória das magnitudes, ou dos ângulos, das tensões nodais de todas as barras do sistema, que são as variáveis comumente usadas pelas técnicas de parametrização global. Os resultados obtidos para diversos sistemas confirmam o aumento da eficiência dos métodos propostos e mostram sua viabilidade para aplicações no planejamento da operação nos atuais sistemas de gerenciamento de energia / Abstract: This work presents an analysis of the use of global parameterization techniques to the continuation power flow. Those techniques are considered inadequate for computation of the loading margin of power systems characterized by strong local static voltage stability. In such systems, at maximum loading point, the singularity of the Jacobian matrices of global parameterization techniques coincide with the one of the power flow Jacobian matrix. In those cases, the local parameterization is considered as the only way to overcome the singularity. However, this paper shows that this kind of singularity can be efficiently eliminated not only for these systems, but also for all others, by a new parameterization technique (global). This technique uses the addition of a line equation, which passes through a point in the plane determined by the sum of all the bus voltage magnitudes, or angles, and loading factor variables, that are variables commonly used by global parameterization techniques. The obtained results for several systems confirm the efficiency increased of the proposed methods and show its viability for applications in the operating planning in a modern energy management system / Doutor

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Resumo: Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para o planeja-mento e despacho ótimo de fontes de potência ativa, considerando as incertezas das cargas (le-ve, nominal e pesada) e fontes de energia renováveis não despacháveis através de uma aborda-gem probabilística. O modelo matemático é um problema de programação não linear inteiro misto, multiobjetivo, não convexo e probabilístico na sua forma original sem a necessidade de realizar qualquer tipo de simplificação ou linearização tanto das funções objetivo como das res-trições. Um algoritmo baseado na meta-heurística Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) é proposto para resolver o problema de maneira eficaz. Os resultados obtidos com as simulações realizadas usando a implementação computacional nos sistemas de testes IEEE30 barras e IEEE118 barras mostram a eficiência e robustez da metodologia proposta. / Abstract: This work proposes the development of a computational tool for the planning and optimal dispatch of active power sources, considering the uncertainties of the loads (light, nominal and heavy) and non-dispatchable renewable energy sources through a probabilistic approach. The mathematical model is a multi-objective mixed-integer nonlinear programing problem, that is nonconvex and probabilistic in its original form, without the need to perform any kind of simplification or linearization of both objective functions and constraints. An algorithm based on the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) meta-heuristic is pro-posed to solve the problem effectively. The results obtained with the simulations performed using the computational implementation in the IEEE30 bus and IEEE118 bus test systems show the efficiency and robustness of the proposed methodology. / Doutor

This thesis considers three separate but connected problems regarding energy networks: the load flow problem, the optimal power flow problem, and the islanding problem. All three problems are non-convex non linear problems, and so have the potential of returning local solutions. The goal of this thesis is to find solution methods to each of these problems that will minimize the chances of returning a local solution. The thesis first considers the load ow problem and looks into a novel approach to solving load flows, the Holomorphic Embedding Load Flow Method (HELM). The current literature does not provide any HELM models that can accurately handle general power networks containing PV and PQ buses of realistic sizes. This thesis expands upon previous work to present models of HELM capable of solving general networks efficiently, with computational results for the standard IEEE test cases provided for comparison. The thesis next considers the optimal power flow problem, and creates a framework for a load flow-based OPF solver. The OPF solver is designed with incorporating HELM as the load flow solver in mind, and is tested on IEEE test cases to compare it with other available OPF solvers. The OPF solvers are also tested with modified test cases known to have local solutions to show how a LF-OPF solver using HELM is more likely to find the global optimal solution than the other available OPF solvers. The thesis finally investigates solving a full AC-islanding problem, which can be considered as an extension of the transmission switching problem, using a standard MINLP solver and comparing the results to solutions obtained from approximations to the AC problem. Analysing in detail the results of the AC-islanding problem, alterations are made to the standard MINLP solver to allow better results to be obtained, all the while considering the trade-off between results and elapsed time.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-07-10T22:09:09Z No. of bitstreams: 1 DanielCCC_DISSERT.pdf: 9759239 bytes, checksum: c746ad4900e2b62f84bdaeef1d4d2625 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:07:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DanielCCC_DISSERT.pdf: 9759239 bytes, checksum: c746ad4900e2b62f84bdaeef1d4d2625 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-18T15:08:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DanielCCC_DISSERT.pdf: 9759239 bytes, checksum: c746ad4900e2b62f84bdaeef1d4d2625 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T15:08:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielCCC_DISSERT.pdf: 9759239 bytes, checksum: c746ad4900e2b62f84bdaeef1d4d2625 (MD5) Previous issue date: 2017-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Good use of technology for education becomes a very viable alternative in the improvement of teaching methods. In a world where information is exchanged at high speed, learning - teaching processes also demand quickly and efficiencce. One of the options to ensure these requirements in education modernization is the use of virtual reality tools, such as simulators, adding factors immersion and interactivity in the student learning process. Combine these benefits to the context of wind energy education, which has been disseminated every year in the country and mainly in the state of Rio Grande do Norte, makes the consolidation of this highly relevant technology. Thus, this work deals with the construction of a 3D simulation tool on a free platform that will bring in its structure the key concepts inherent in wind energy portrayed in an interactive and immersive way to the user. The simulator, 5 different modules, in which will be allowed the analysis of thematics of power control and its strategies; energy annual production and grid connection. In the simulator, the user may move in an environment similar to the wind farm and know its structure, as well as options such as choose the power of the incident wind, view the control of the execution of the blades and monitor the power generated according to your decisions, beyond others The simulator was developed on the Unity 3D software, which is originally developed for creating games, but in this work were used all the graphics and interactivity available for educational purposes on the subject of acquisition and energy use through the winds / O bom uso da tecnologia a favor da educação torna-se uma alternativa bastante viável no aperfeiçoamento dos métodos de ensino. Em um mundo onde as informações são trocadas em alta velocidade, os processos de ensino-aprendizado também demandam rapidez e eficiência. Uma das opções que garantem estes requisitos na modernização do ensino está no uso de ferramentas de realidade virtual, como simuladores, que adicionam os fatores imersão e interatividade no processo de aprendizado do aluno. Aliar esses benefícios ao contexto do ensino de energia eólica, que vem se difundindo ano a ano no país e principalmente no estado do Rio Grande do Norte, torna a consolidação dessa tecnologia bastante relevante. Desta forma, este trabalho trata da construção de uma ferramenta de simulação 3D em uma plataforma gratuita que trará em sua estrutura os principais conceitos inerentes à energia eólica retratadas de uma forma interativa e imersiva para o usuário. O simulador, terá 5 módulos distintos, que permitirão a análise das temáticas de controle de potência e suas estratégias; produção anual de energia e conexão à rede. Usando o simulador, é possível transitar em um ambiente similar ao parque eólico e conhecer sua estrutura, além de opções como: escolher a força do vento incidente, visualizar a execução do controle das pás e acompanhar a energia gerada de acordo com suas decisões, entre outros. O simulador foi desenvolvido majoritariamente no software Unity 3D, que é, originalmente desenvolvido para criação de jogos, mas que, nesse trabalho, foram aproveitados todos os recursos gráficos e interatividade disponíveis para fins didáticos na temática da aquisição e aproveitamento de energia através dos ventos / 2017-07-10

[pt] Um algoritmo de Fluxo de Potência Probabilístico (FPP) permite avaliar a probabilidade de ocorrência de certos eventos em um sistema de potência, baseado em seu desempenho passado, na previsão das demandas e nas disponibilidades das unidades geradoras e equipamentos de transmissão. Tais eventos são sobrecargas, sobre/subtensões e insuficiência de geração de potência ativa/reativa. As probabilidades ou riscos associados a tais eventos são medidas ou índices de adequação relacionando cargas, equipamentos disponíveis e a política operativa. Pode-se dizer que a formulação de FPP mais realista até hoje proposta possui duas restrições básicas. A primeira é a dificuldade de se obter simultaneamente e de forma eficiente, todos os índices de adequação. A segunda está relacionada com a precisão do algoritmo para as grandezas reativas, mesmo para níveis de incerteza não muito elevados. Neste trabalho, além de ser proposto um novo algoritmo de solução que resolve as restrições anteriormente citadas de forma bastante simples e eficaz, são demonstradas diversas aplicações dos algoritmos de FPP e também definidas metodologias de utilização desta ferramenta em estudos de planejamento da operação e da expansão, ressaltando-se ainda as similaridades com a análise de confiabilidade global de sistemas de potência. A aplicação dos métodos de FPP, obtendo informações adicionais para complementar a abordagem determinística convencional, tem demonstrado ser uma ferramenta auxiliar bastente útil no processo de tomada de decisão. As vantagens da inclusão deste algoritmo no rol de técnicas imprescindíveis aos engenheiros vem incentivando o uso desta abordagem de maneira mais ampla. / [en] A Probabilistic Power Flow Algorithm (PPF) allows the practical evaluation of the probability of occurrence of power system events, based on their historical performance, load forecast and availability of generating units and transmission equipment. Such events are overlads, undervoltages, overvoltages and indufficiency of active/reactive power generation. The probabilities or risks associated to these events are adequacy measures, or indices, linking loads, available equipment and operational policies. The practical PPF formulations available in literature present two main drawbacks. The first one is related with the computational difficulty in simultaneously obtaining all basic adequacy indices, within an efficient computational scheme. The second is related with the accuracy of calculated reactive figures, even in the case of modest uncertainty levels. In this work, a new, simple and efficient PPF algorithm, which alleviates the previous drawbacks, is proposed. Several practical applications of the proposed PPF algorithm are described as well as methodologies for its use in operational and expansion planning. Also, the similarities between PPF and composite reliability evaluation algorithms are emphasized. The application of PPF methods, providing additional information to the conventional deterministic approaches, has shown to be a very important auxiliary tool in the decision making process, thus contributing for the broad use of probabilistic methods.

AN ABSTRACT OF THE THESIS OF Mohamed A. Abuella, for the Master of Science degree in Electrical and Computer Engineering, presented on May 10, 2012, at Southern Illinois University Carbondale. TITLE:STUDY OF PARTICLE SWARM FOR OPTIMAL POWER FLOW IN IEEE BENCHMARK SYSTEMS INCLUDING WIND POWER GENERATORS MAJOR PROFESSOR: Dr. C. Hatziadoniu, The aim of this thesis is the optimal economic dispatch of real power in systems that include wind power. The economic dispatch of wind power units is quite different of conventional thermal units. In addition, the consideration should take the intermittency nature of wind speed and operating constraints as well. Therefore, this thesis uses a model that considers the aforementioned considerations in addition to whether the utility owns wind turbines or not. The optimal power flow (OPF) is solved by using one of the modern optimization algorithms: the particle swarm optimization algorithm (PSO). IEEE 30-bus test system has been adapted to study the implementation PSO algorithm in OPF of conventional-thermal generators. A small and simple 6-bus system has been used to study OPF of a system that includes wind-powered generators besides to thermal generators. The analysis of investigations on power systems is presented in tabulated and illustrative methods to lead to clear conclusions.

[pt] Neste trabalho são apresentados modelos para a dinâmica vertical e para a dinâmica lateral de veículos terrestres e desenvolve-se um procedimento para o aclopamento desses modelos. A simulação computacional é empregada para a análise e comparação do desempenho de veículos com suspensão convencional e ativa, quanto à dirigibilidade e estabilidade em curva. É realizado um estudo sobre a influencia dos parâmetros típicos dessas suspensões no comportamento das principais variáveis que caracterizam a dinâmica dos veículos, utilizando dados reais. / [en] In this work models of vertical and lateral vehicle dynamics are presented. A procedure to couple them is also developed. A numerical simulation is applied to analyze and compare the performance between a vehicle with a conventional suspension and another with an active suspension. An analysis, based on real data, of how some chacteristic parameters of those suspensions influence the behavior of the main variables that characterize the vehicle dynamics is also performed.

[pt] Esta dissertação apresenta uma aplicação das técnicas de Fluxo de Potência Probabilístico (FPP) no planejamento da expansão de sistemas de potência. Um breve resumo da formulação e solução do problema de FPP é incluído para identificar as diferenças entre esta técnica e outras ferramentas disponíveis tais como os algoritmos de avaliação da confiabilidade composta - geração e transmissão. O potencial das técnicas de FPP será demonstrado através de um estudo utilizando o Sistema Norte/Nordeste brasileiro. O planejamento da expansão da rede elétrica de uma área deste sistema, obtido através de um algoritmo convencional de fluxo de potência, é comparado com aquele obtido por um programa de FPP que modela as indisponibilidades de capacidade de geração, bem como as incertezas existentes nos picos de cargas. As diferenças significativas demonstram os benefícios das técnicas de FPP. Uma ênfase especial é dada à modelagem de curto e longo prazos das incertezas das cargas. / [en] This dissertation presents an application of Probabilistic Load Flow (PFL) techniques to the expansion planning of power systems. A brief review of the PFL formulation and solution is included to identify differences between this technique and other available tools such as composite generation and transmission reliability evaluation algorithms. The potencial of the PLF technique is demonstrated by a case study using the Brazilian North/Northeastern system. The network expansion planning of an area of this system is studied using a conventional load flow program and the results compared with those obtained from a PLF program that models generation capacity unavailabilities and peak load uncertainties. The significant diffrences demonstrate the benefits of the PLF technique. Special emphasis is given to short and long term modeling using analyses of real system load data.

[pt] O sistema elétrico é planejado para operar na condição mais confiável possível de atendimento, sem que sejam violadas as restrições operativas a que está sujeito. Para a busca da região segura de operação utilizam-se vários programas de otimização e simulação. O Fluxo de Potência Ótimo (FPO) é uma ferramenta muito útil para a busca do ponto de operação seguro. Mas, devido a sua complexidade computacional para solução das restrições não-lineares, possui resposta relativamente lenta, impossibilitando a sua utilização em diversos casos práticos, tanto em tempo real, onde existe a necessidade de rapidez de resposta, como no planejamento da operação, quando é necessário um grande número de execuções do FPO. Em contrapartida, o Fluxo de Potência Ótimo Linearizado (FPO DC), devido a sua simplicidade computacional, possui grande rapidez de resposta. Mas, nas suas aproximações não são consideradas as restrições reativas, o que pode levar a uma solução em que estas sejam violadas. Este trabalho apresenta uma metodologia que incorpora ao Fluxo de Potência Ótimo Linearizado restrições reativas em função da potência ativa do geradores, de tal forma que a solução fornecida por este modelo leve em consideração as restrições de tensão e potência reativa. / [en] The electrical network is planned to stay in the most reliable operation conditions, without any violated operation constraints. Many optimization and simulation models are used to define the safe operation region. The Optimal Power Flow (OPF) is a useful tool for the search of the best safe operation point. However, the computational complexity associated to its non-linear constraints implies in a heavy computation time and makes it difficult to be used whenever a fast response is required, as in on-line oporation or even most operation planning problems. On the other hand, the Linearized Optimal Power Flow (LOPF), due to its simplicity, is a very fast tool. However, it does not consider reactive (voltage) constraints, and is not able to detect any violation. This work presents a model to incorporate voltage constraints in the Linearized Power Flow.

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antônio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / Esse trabalho apresenta uma análise da introdução de controladores FACTS no sistema elétrico através do fluxo de potência ótimo. O fluxo de potência ótimo foi modelado utilizando as ferramentas AMPL e o solver Knitro. Nos estudos feitos buscouse determinar a quantidade de reativos e também o ponto ótimo de instalação desses dispositivos. Para realizar a análise, os estudos foram feitos em três cenários de carga diferentes e com três funções objetivos diferentes. Com análises feitas nos sistemas IEEE 14 e 118 barras, foi possível notar uma melhora no sistema quando temos os controladores FACTS conectados. Observou-se que o ponto ideal de instalação de fonte de reativos depende da função objetivo e da carga do sistema. Com isso, demonstra-se que a introdução desse tipo de dispositivo pode aumentar a capacidade do sistema elétrico, suprindo o aumento da demanda de potência reativa. / This study presents an analysis of the introduction of different FACTS controllers in the electrical system by optimal power flow. For the analysis we used an optimal power flow in the system using the tools AMPL and solver Knitro. In studies of the electrical system were made seeking not only determine the amount of reactive, but also determine the optimum installation location of these devices. To perform the analysis studies were performed in three different load scenarios and with three different objectives functions. With analyzes the IEEE systems 14 and 118 bars, it was possible to notice an improvement in the system when we have the FACTS controllers connected. It was observed that the ideal location of reactive depends of the objective function and system load. Thus it is shown that the introduction of this type of device can be made to meet the increased demand of reactive power.