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Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:33:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ayres_HugoMurici_D.pdf: 4725835 bytes, checksum: 6d41278e02826905a36d4c10199daaae (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A instalação e a operação de geradores de médio porte conectados em sistemas de distribuição de energia elétrica demandam a análise de vários aspectos técnicos. As principais metodologias existentes são baseadas em repetidos cálculos de fluxo de carga e de curto-circuito para se obter os locais e níveis de geração permitidos para a instalação desses geradores sem que haja violações de qualquer restrição técnica em regime permanente. Embora essas análises sejam bastante precisas, tais estudos quantitativos não trazem informações adicionais para realizar o gerenciamento técnico dos impactos advindos de múltiplos geradores, ou seja, determinar o grau de influência de cada gerador em determinados quesitos técnicos de forma que estes sejam penalizados ou recompensados de acordo. Adicionalmente, essas metodologias requerem um elevado número de homens-horas e esforço computacional para realizar a análise. Esta tese de doutorado apresenta novas metodologias de análise do impacto de geradores distribuídos em sistemas de distribuição de energia elétrica considerando aspectos técnicos de operação em regime permanente. Com base em matrizes de sensibilidades obtidas a partir da resolução de um único fluxo de carga para o caso base e do cálculo de uma matriz impedância, os métodos propostos permitem determinar a máxima potência que esses geradores podem exportar para o sistema respeitando os limites de regulação de tensão, capacidade de corrente dos condutores e capacidade de interrupção de correntes de curto-circuito dos dispositivos de proteção ou de condução transitória dos cabos. Com simples operações matriciais, o impacto de novas instalações de geradores distribuídos pode ser diretamente estimado para diferentes níveis de demanda, modo de operação dos geradores e níveis de geração dos mesmos. Além disso, tais métodos baseados em sensibilidades permitem que fatores de responsabilidade sejam prontamente calculados, os quais quantificam o impacto percentual de cada gerador em determinados quesitos técnicos. Tais índices numéricos podem ser utilizados por engenheiros de empresas concessionárias de energia para penalizar ou recompensar os produtores de energia que contribuem para a degradação ou não de algum tipo de limite ou restrição operativa dos sistemas de distribuição. Visto que os métodos propostos são baseados em extrapolação de métodos linearizados, seus resultados foram comparados com aqueles obtidos via repetidos cálculos de fluxo de carga e de corrente de curto-circuito, sendo que tal comparação comprova que os resultados obtidos com os métodos aproximados são precisos / Abstract: The installation and operation of medium generators in electrical distribution systems demand the analysis of several technical aspects. The main methodologies are based on repetitive power flow and short-circuit calculations in order to obtain the locations and generation levels allowed for the connection of theses generators without violating any technical constraint of steady-state operation. Although these analyses are very precise, such quantitative studies do not bring further information to suitably manage the technical impacts due to multiple generators, that is, the determination of individual generator influence on the technical aspects so that they can be penalized or rewarded in a proper manner. Moreover, these methodologies require a high number of man-hours and processing time. This Ph.D. thesis presents new methodologies for analysis of the impact of distributed generation connected to electrical distribution systems taking into account technical aspects of steady-state operation. Based on sensitivities matrices obtained from only one power flow solution and from one impedance matrix calculation, the proposed methods allow the determination of the maximum power that these generators can export to the grid regarding the voltage regulation, feeder current limits and short-circuit current limits. With simple matrix operations, the impact of adding new generators at any bus of the grid, with any capacity, and any operating mode (leading, lagging or unitary power factor) can be estimated for different power demand. Moreover, such methods based on sensitivities permit a rapid calculation of responsibility factors, which quantify the individual impact of each generator in the technical aspects under analysis. Such indices can be used by electric utility managers and distribution engineers to penalize or reward the electricity producers who depreciate or not the power quality, by violating any limit or operational constraint of the distribution systems. Since these methodologies are based on linearized methods, the results are compared with those obtained by repetitive power flow and short-circuit current calculations. The comparison reveals that the results from the linearized methods are accurate / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Le développement des énergies renouvelables et des liaisons HVDC conduit à une augmentation de la pénétration de l’électronique de puissance dans les réseaux de transport d’électricité. Comme les convertisseurs possèdent des propriétés physiques différentes de celles des alternateurs synchrones, une évolution des contrôles employés s’avère nécessaire. Au vu de la taille des ensembles à simuler, la validation de solutions innovantes doit être réalisée par des simulations numériques et il est nécessaire d’être vigilant sur les outils utilisés afin d’éviter des temps de calcul prohibitifs. Dans cette thèse, des outils et des méthodes pour l’analyse et la simulation de réseaux de transport 100 % électronique de puissance sont développés. Une partie importante des travaux est consacrée à la modélisation des convertisseurs, ce qui permet de réaliser des simulations numériques plus ou moins précises en fonction du cahier des charges de l’étude et d’appliquer ou de développer des méthodes d’analyse de stabilité. Un modèle simplifié du réseau Irlandais est utilisé comme réseau exemple de façon à valider les méthodes et outils développés dans le cadre de la thèse. / The development of renewable generation and HVDC links lead to an important increase of the penetration of power electronics in the transmission systems. As Power Electronics converters have completely different physical behavior than synchronous machines, an evolution in the way TSOs control transmission systems is needed. It is impossible to build a real size prototype of a transmission system. The validation of the solutions must be done using dynamic numerical simulations. Because of the size of the studied systems, we have to be careful with the simulation tools that we use, in order to reduce the computation time. In this PhD tools and methods for the analysis and simulation of large transmission systems using 100% power electronics are developed. An important part of the work looks at the models of the converters. Those models allow us to do numerical simulations and to apply and develop stability and performance analysis methods for the considered system. A simple model of the Irish network will be used as an example in order to assess the developed methods.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, muitos trabalhos técnicos e científicos importantes só são possíveis com o auxílio de computadores e de programas específicos. Na Engenharia Elétrica esses recursos são utilizados em estudos estáticos e dinâmicos de sistemas elétricos de potência, os quais dão suporte, por exemplo, ao planejamento e a operação da rede elétrica realizados pelas empresas do setor. Em função dessa importância é grande a quantidade de programas disponíveis, comerciais ou não. As aplicações comerciais são conhecidas por serem computacionalmente eficientes, bem como pela quantidade de recursos oferecidos, mas apesar disso, não são adequadas para fins educacionais ou para a realização de pesquisas. Um dos principais motivos apontados é porque o código fonte não é fornecido, e assim não podem ser estudados ou adaptados conforme a necessidade. Por isso muitos usuários principalmente do meio acadêmico preferem criar suas próprias aplicações, sendo a maioria delas desenvolvidas no MATLAB ou escritas nas linguagens de programação FORTRAN e C++. Esses programas são disponibilizados como aplicações desktop destinadas geralmente a somente um tipo de estudo e com uma interface pouco amigável. Entretanto, existem algumas opções com características mais atrativas como a existência de uma interface gráfica com o usuário, e número de recursos computacionais próximos àqueles encontrados nas aplicações comercias. Na literatura há ainda propostas de aplicações web cuja principal vantagem é o acesso remoto e simultâneo por qualquer computador. No geral, as aplicações existentes não disponibilizam recursos de colaboração em tempo real, e não permitem a interoperabilidade com outras aplicações. Nesse contexto, esta tese focou na investigação da implementação de uma aplicação web para a análise de sistemas elétricos, explorando esses dois aspectos supracitados. Para isso alguns programas similares, sem fins comerciais e com código fonte disponível, foram investigados. E também foram selecionadas e apresentadas as ferramentas computacionais necessárias ao desenvolvimento da aplicação. As investigações e as implementações computacionais realizadas, bem como os resultados obtidos são devidamente apresentados e analisados ao final deste trabalho. / Currently, many important technical and scientific works are only possible with the aid of computers and specific programs. In Electrical Engineering, these resources are both used in static and dynamic studies of electric power systems, which give support, for example, to the planning, and operation of the grid performed by companies in the sector. Because of this, there is a large number of commercial or non-commercial programs available. Commercial applications are known to be computationally efficient as well as the amount of offered resources; nevertheless, they are not suitable for educational purposes or for conducting research. One of the main reasons pointed out is because they are not open source, and thus they cannot be studied or adapted as needed. Thus, many users, quite often in academia, prefer to create their own applications, most of them written in MATLAB, FORTRAN and C ++ programming languages. These programs are provided as desktop applications usually designed to only one type of study and without user-friendly interface. However, there are a few options with more attractive features such as the existence of a graphical user interface, and number of computational resources close to those found in commercial applications. There are also proposals in the literature for web applications whose main advantage is the remote and simultaneous access by any computer. Generally, the existing applications do not make available real-time collaboration features, and no interoperability with other applications. In this context, this thesis focused on the research of the implementation of a web application for analysis of electrical power systems, exploring these two aspects above mentioned. For that, some similar non-commercial programs and open-source were deeply investigated. In addition, the computational tools necessary to develop the application were selected and presented. The investigations and computational implementation performed here, as well as the results are properly presented and analyzed at the end of this work. / Tese (Doutorado)