CAPES / Comuns em projetos de engenharia elétrica, bobinas solenoidais com núcleo de ar e camada simples de enrolamento podem apresentar frequência de autorressonância por efeitos de onda estacionária. A compreensão e determinação destas frequências é portanto de primordial interesse para os profissionais envolvidos com estes componentes. Neste trabalho é apresentada uma teoria que visa explicar o comportamento deste componentes quando em autorressonância por onda estacionária, sendo também desenvolvida uma equação prática que pode determinar tais valores de frequência. O comportamento da impedância nestes componentes também é discutido e demonstrado, onde, baseado nesta teoria, duas novas configurações são apresentadas: uma bobina com ambos terminais abertos e uma bobina com ambos terminais aterrados. Através de uma abordagem didática, correlaciona-se o enrolamento com um tubo de ar ressonante, e explica-se o que é registrado em termos de impedância e fase em um analisador vetorial de impedâncias ao conectar em seus terminais um enrolamento que apresenta autorressonância por onda estacionária. Uma análise da transferência de energia sem fio em circuitos ressonantes magneticamente acoplados é também apresentada, onde é destacada a relação entre eficiência, transferência relativa de potência e impedância refletida em circuitos com 2 e 4 bobinas. Um sistema de transferência de energia sem fio, utilizando bobinas bifilares abertas, é proposto. O sistema possui algumas vantagens uma vez que, a bobina bifilar aberta, ao contrário de uma bobina convencional, possui uma autorressonância série. Portanto, o sistema se comporta como um circuito contendo indutor e capacitor em série. Ainda, uma vez que o circuito dispensa o uso de capacitores, possibilita-se uma menor dimensão das unidades transmissora e receptora, além de se evitar eventuais danos aos capacitores em aplicações envolvendo maiores potências. / Common in electrical engineering projects, air-core single-layer solenoid coils can present self-resonant frequencies due to stationary waves effects. The comprehension and determination of these frequencies is of primordial interest for the professionals evolved with these components. In this work, a theory that aims to explain these components behavior at standing wave self-resonance is presented, a practical equation that can determine such frequency values is also developed. The impedance behavior in these components is also discussed and demonstrated, where, based in this theory, two new configurations are presented: a coil with both terminals open and a coil with both terminals grounded. Through a didactic approach the coil and a resonant air-pipe are correlated, and it is explained what is registered in terms of impedance and phase on a vector impedance analyzer when a standing wave self-resonant coil is connected on its terminals. An analysis of the wireless energy transfer in magnetically coupled resonant circuits is also presented, being emphasized the relation between efficiency, relative power transfer and reflected impedance in 2 and 4-coils circuits. A wireless power transfer system using open bifilar coils is proposed. The proposed system has the advantages that the open bifilar coil, different from a conventional coil, has a series self-resonance. Thus, the system behaves as a series-inductor capacitor circuit. Also, since the circuit avoids capacitors, it allows a smaller transmitter and receptor units dimensions, besides avoiding eventual damages to capacitors in higher power applications.

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

Em subestações de transmissão e distribuição de energia elétrica são utilizadas estruturas metálicas ou de concreto para o suporte de equipamentos e ancoragem de linhas de transmissão. Nestas estruturas os esforços principais atuam horizontalmente pela ação do vento e da tração nos cabos de transmissão de energia elétrica. Devido aos baixos esforços verticais, normalmente, utilizam-se como solução fundações rasas, uma vez que apresentam menor custo e maior facilidade de execução quando comparadas com fundações profundas. Devido a distância de aplicação das cargas horizontais em relação à base, os momentos gerados por estas se tornam elevados em relação à carga vertical atuante. Esta configuração faz com que a resultante dos esforços, frequentemente, esteja fora do núcleo central da fundação. Segundo a NBR 6122 (1996), para a avaliação da capacidade de suporte das fundações nos casos de cargas excêntricas, deve ser adotada uma área efetiva onde os esforços de compressão são considerados uniformemente distribuídos. Este procedimento simplificado muitas vezes torna os dimensionamentos extremamente conservadores, tendo em vista os baixos carregamentos verticais e as grandes excentricidades. Esta pesquisa visa, através de utilização de modelos computacionais numéricos, caracterizar o comportamento de ruptura dos solos solicitados por fundações superficiais sujeitas a esforços combinados verticais, horizontais e momentos. Além disso, os resultados obtidos nos modelos numéricos são comparados com as formulações clássicas de dimensionamento de fundações. / For power substations, both steel and reinforced concrete structures are normally used to support the equipments and the high voltage wiring. In such cases, the wind forces predominate and cause tension in the electrical cables and structures. As the vertical loads are relatively small, generally shallow foundations apply, being also easily executed under lower costs. Due to the distance between the horizontal forces and the structural foundation, high moments are generated comparatively to the vertical loads present, defining big eccentricity in the foundation. According to ABNT-NBR 6122 (1996), to determine the foundation bearing capacity, an effective area way be considered for the compression stresses to act. This situation often yields to unrealistic foundation design. The present dissertation intend to model the failure behavior of the soil supporting shallow foundation by means of computational methods, considering vertical and horizontal forces acting along with moments. A comparison is also mode with commonly used bearing capacity equations for the same type of foundations.

Transmissão de energia sem fio através de indução magnética ressonante foi primeiramente apresentada por Nikola Tesla há mais de um século, mas as limitações tecnológicas da época não possibilitaram sua imediata aplicação. Somente ao final do século XX que sistemas comerciais baseados nesta técnica puderam ser implementados. Atualmente é a tecnologia que se mostra mais adequada para transferência de energia para equipamentos móveis portáteis, como smartphones e tablets. Também hoje é a única tecnologia disponível que permite o desenvolvimento de veículos elétricos energizados dinamicamente, isto é, enquanto em movimento. Nesta técnica de transmissão de energia sem fio, independentemente do nível de complexidade da aplicação, a passagem da energia entre lado da transmissão e recepção se dá por meio de um enlace eletromagnético formado por bobinas ressonantes. Várias configurações de bobinas podem ser usadas na construção deste enlace. Neste trabalho será estudado um sistema baseado em um enlace composto por três bobinas montadas em alinhamento axial. O desempenho do sistema será avaliado em termos da potência entregue à carga, eficiência da transmissão de energia e alcance do enlace. Os resultados do sistema de três bobinas serão comparados aos resultados de um sistema composto por duas bobinas operando sob condições semelhantes. A comparação deixa clara a maior flexibilidade do sistema de três bobinas, que se mostra capaz de operar em uma faixa mais ampla de valores de eficiência e potência que o sistema de duas bobinas. Serão definidas as condições limites que permitam ao sistema de três bobinas operar com maior eficiência, maior potência entregue à carga ou maior alcance de enlace que aqueles obtidos com um sistema de duas bobinas. Serão também apresentados resultados reais que mostram, para condições específicas de operação, uma potência entregue à carga quase duas vezes maior que aquela possível com o sistema de duas bobinas e, ao mesmo tempo, uma eficiência praticamente três vezes maior. / Wireless power transfer through magnetic induction was first presented by Nikola Testla a century ago but, technical limitations did not let its immediate application at that time. It was only late of XX Century that commercial systems based on this technology could be offered. Nowadays this technology is considered the most appropriated to be used with portable devices like smartphones, tablets and so on. Additionally, it is the only technology available for dynamic charging of electric vehicles. In other words, charging while they are moving. In this kind of wireless power transfer technology, the energy transfer from the transmitter to the receiver is made through an electromagnetic link created by resonant coils. Several coils configurations can be used to implement the link. This work will focus on a system with three-coils assembled on axial alignment. The system performance will be evaluated in terms of power delivered to the load, efficiency and link distance. The three-coil system results will be compared with two-coil system results working under same operational conditions. That comparison points out the greater flexibility of three-coil system. This kind of system shows to be capable to function over a wider range of efficiency and power delivered to the load, which is not possible to the first one. Moreover, conditions under which the three-coil system shows to be more efficient, or able to deliver greater power to the load than two-coil system, will be discussed. Real data will be presented, as a case of a specific point of operation, in which the power delivered to the load is almost two times higher and efficiency is almost three times greater than the ones verified when using a two-coil system.

CAPES / Comuns em projetos de engenharia elétrica, bobinas solenoidais com núcleo de ar e camada simples de enrolamento podem apresentar frequência de autorressonância por efeitos de onda estacionária. A compreensão e determinação destas frequências é portanto de primordial interesse para os profissionais envolvidos com estes componentes. Neste trabalho é apresentada uma teoria que visa explicar o comportamento deste componentes quando em autorressonância por onda estacionária, sendo também desenvolvida uma equação prática que pode determinar tais valores de frequência. O comportamento da impedância nestes componentes também é discutido e demonstrado, onde, baseado nesta teoria, duas novas configurações são apresentadas: uma bobina com ambos terminais abertos e uma bobina com ambos terminais aterrados. Através de uma abordagem didática, correlaciona-se o enrolamento com um tubo de ar ressonante, e explica-se o que é registrado em termos de impedância e fase em um analisador vetorial de impedâncias ao conectar em seus terminais um enrolamento que apresenta autorressonância por onda estacionária. Uma análise da transferência de energia sem fio em circuitos ressonantes magneticamente acoplados é também apresentada, onde é destacada a relação entre eficiência, transferência relativa de potência e impedância refletida em circuitos com 2 e 4 bobinas. Um sistema de transferência de energia sem fio, utilizando bobinas bifilares abertas, é proposto. O sistema possui algumas vantagens uma vez que, a bobina bifilar aberta, ao contrário de uma bobina convencional, possui uma autorressonância série. Portanto, o sistema se comporta como um circuito contendo indutor e capacitor em série. Ainda, uma vez que o circuito dispensa o uso de capacitores, possibilita-se uma menor dimensão das unidades transmissora e receptora, além de se evitar eventuais danos aos capacitores em aplicações envolvendo maiores potências. / Common in electrical engineering projects, air-core single-layer solenoid coils can present self-resonant frequencies due to stationary waves effects. The comprehension and determination of these frequencies is of primordial interest for the professionals evolved with these components. In this work, a theory that aims to explain these components behavior at standing wave self-resonance is presented, a practical equation that can determine such frequency values is also developed. The impedance behavior in these components is also discussed and demonstrated, where, based in this theory, two new configurations are presented: a coil with both terminals open and a coil with both terminals grounded. Through a didactic approach the coil and a resonant air-pipe are correlated, and it is explained what is registered in terms of impedance and phase on a vector impedance analyzer when a standing wave self-resonant coil is connected on its terminals. An analysis of the wireless energy transfer in magnetically coupled resonant circuits is also presented, being emphasized the relation between efficiency, relative power transfer and reflected impedance in 2 and 4-coils circuits. A wireless power transfer system using open bifilar coils is proposed. The proposed system has the advantages that the open bifilar coil, different from a conventional coil, has a series self-resonance. Thus, the system behaves as a series-inductor capacitor circuit. Also, since the circuit avoids capacitors, it allows a smaller transmitter and receptor units dimensions, besides avoiding eventual damages to capacitors in higher power applications.

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

abstract: The smart grid initiative is the impetus behind changes that are expected to culminate into an enhanced distribution system with the communication and control infrastructure to support advanced distribution system applications and resources such as distributed generation, energy storage systems, and price responsive loads. This research proposes a distribution-class analog of the transmission LMP (DLMP) as an enabler of the advanced applications of the enhanced distribution system. The DLMP is envisioned as a control signal that can incentivize distribution system resources to behave optimally in a manner that benefits economic efficiency and system reliability and that can optimally couple the transmission and the distribution systems. The DLMP is calculated from a two-stage optimization problem; a transmission system OPF and a distribution system OPF. An iterative framework that ensures accurate representation of the distribution system's price sensitive resources for the transmission system problem and vice versa is developed and its convergence problem is discussed. As part of the DLMP calculation framework, a DCOPF formulation that endogenously captures the effect of real power losses is discussed. The formulation uses piecewise linear functions to approximate losses. This thesis explores, with theoretical proofs, the breakdown of the loss approximation technique when non-positive DLMPs/LMPs occur and discusses a mixed integer linear programming formulation that corrects the breakdown. The DLMP is numerically illustrated in traditional and enhanced distribution systems and its superiority to contemporary pricing mechanisms is demonstrated using price responsive loads. Results show that the impact of the inaccuracy of contemporary pricing schemes becomes significant as flexible resources increase. At high elasticity, aggregate load consumption deviated from the optimal consumption by up to about 45 percent when using a flat or time-of-use rate. Individual load consumption deviated by up to 25 percent when using a real-time price. The superiority of the DLMP is more pronounced when important distribution network conditions are not reflected by contemporary prices. The individual load consumption incentivized by the real-time price deviated by up to 90 percent from the optimal consumption in a congested distribution network. While the DLMP internalizes congestion management, the consumption incentivized by the real-time price caused overloads. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2013

Orientador: Ariovaldo Verandio Garcia, Ruben Augusto Romero Lazaro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T06:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RiderFlores_MarcosJulio_D.pdf: 1021887 bytes, checksum: 6000961c2f5457b410ac691912476270 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho são propostos modelos matemáticos e técnicas de solução para resolver o problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão através de três enfoques. a) Usando o modelo de corrente alternada do sistema de transmissão e um algoritmo heurístico construtivo especializado para resolver o problema de planejamento, e, ainda, realiza-se uma primeira tentativa de alocação de fontes de potência reativas; b) Usando o modelo de corrente contínua e técnicas de programação não-linear especializadas. Nesse caso emprega-se uma versão relaxada do problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão usando o modelo de corrente contínua, onde a integralidade das variáveis de investimento é desprezada. Resolve-se o problema de programação não-linear, modelado de forma matricial com um algoritmo de otimização especializado e, além disso, um algoritmo heurístico construtivo especializado é utilizado para resolver o problema de planejamento. c) Usando o modelo de corrente contínua e um algoritmo Branch and Bound (B&B) sem empregar técnicas de decomposição. Para isso foram redefinidos os chamados testes de sondagem no algoritmo B&B e em cada nó da árvore de B&B tem-se um problema de programação não-linear que são resolvidos usando a metodologia desenvolvida no item (b). Os ítens (a), (b) e (c) requerem a solução de problemas de programação não-linear diferenciados. Uma revisão das características principais da resolução iterativa dos métodos de pontos interiores é apresentada. Foi desenvolvida uma técnica baseada em uma combinação de métodos de pontos interiores de alta ordem (MPI-AO) para resolver os problemas de programação não-linear de forma rápida, eficiente e robusta. Essa combinação dos MPI-AO tem como objetivo colocar num único método as características particulares de cada um dos MPI-AO e melhorar o desempenho computacional comparado com os MPI-AO de forma individual / Abstract: In this work mathematical models and solution techniques are proposed to solve the power system transmission expansion planning problem through three approaches: a) Using the nonlinear model ofthe transmission system (AC model) and a specialized constructive heuristic algorithm to solve the problem and, yet, a first attempt to allocate reactive power sources is also considered; b) Using the direct-current (DC) model and specialized techniques of nonlinear programming. In this case a version of the power system transmission expansion planning problem using the DC model where the integrality of the investment variables is relaxed is used. The nonlinear programming problem is solved with a specialized optimization algorithm and, moreover, a constructive heuristic algorithm is employed to solve the planning problem. c) Using the DC model and Branch and Bound (B&B) algorithm without the use of decomposition techniques. The so called fathoming tests of the B&B were redefined and at each node of the tree a nonlinear programming problem is solved using the method developed in b). Items a), b) and c) require the solution of distinct problems of nonlinear programming. A revision of the main characteristics of the iterative solution of the interior points methods is presented. An optimization technique based on a combination of the higher order interior point methods (HO-IPM) had been developed to solve the nonlinear programming problems in a fast, efficient and robust way. This combination of the HO-IPM has as objective to explore the particular characteristics of each method in a single one and to improve the comparative computational performance with the HO-IPM of individual form / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T10:37:14Z No. of bitstreams: 1 leandroalmeidavasconcelos.pdf: 2921811 bytes, checksum: acf68048e9da96cbcc9355d4ebc70813 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T11:53:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leandroalmeidavasconcelos.pdf: 2921811 bytes, checksum: acf68048e9da96cbcc9355d4ebc70813 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T11:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leandroalmeidavasconcelos.pdf: 2921811 bytes, checksum: acf68048e9da96cbcc9355d4ebc70813 (MD5) Previous issue date: 2014-10-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A tecnologia HVDC (High Voltage Direct Current) possui características que a tornam especialmente atrativa para determinadas aplicações em transmissão de energia elétrica. Além disso, pode-se verificar a partir do estudo de utilização desse tipo de tecnologia no mundo que existe uma tendência e perspectiva de utilização crescente nos Sistemas Elétricos de Potência. Desta forma, torna-se cada vez mais importante dispor de técnicas que possibilitem a inclusão dos modelos destes equipamentos em programas de análise de redes de forma eficiente, principalmente no fluxo de potência, com a finalidade de permitir a correta modelagem da rede como um todo nos estudos de planejamento da expansão e operação. A transmissão em corrente contínua vem se tornando amplamente reconhecida no que tange as suas vantagens no transporte de grandes blocos de energia a grandes distâncias, no transporte de potência entre parques eólicos offshore para terra, na interconexão de sistemas com frequências não compatíveis, em travessias subaquáticas, dentre outras questões que a tornam técnica e economicamente viável em algumas situações. Nesse contexto, este trabalho tem por principal objetivo desenvolver e implementar uma metodologia genérica para a representação de Sistemas de Transmissão HVDC Multiterminais no problema de fluxo de potência. Neste sentido, tal metodologia é baseada na solução simultânea de um sistema de equações não lineares composto pelas representações em regime permanente das redes C.C. e C.A., utilizando-se o método de Newton-Raphson para sua solução. A partir deste contexto, são apresentadas as equações que representam a resposta de regime permanente dos conversores, da rede C.C. e das estratégias de controle aplicáveis a esses sistemas. Além disso, são apresentadas as principais configurações existentes de conversores HVDC, suas características e como é feita sua modelagem em regime permanente e no problema de Fluxo de Potência. A metodologia proposta é validada através do estudo de sistemas tutoriais e sistemas teste encontrados como referência na literatura especializada. Os resultados apresentados demonstram que a metodologia proposta é capaz de representar de forma satisfatória os modelos de sistemas HVDC Multiterminais nos estudos de regime permanente em Sistemas Elétricos de Potência. / High Voltage Direct Current (HVDC) technology has characteristics that make it especially attractive for certain transmission applications. Furthermore, it is possible to notice that there is a trend and prospect of increased use of this technology in Electric Power Systems around the world. In this context, it has been increasingly important to have techniques that efficiently include these equipment models in network analysis programs, especially in power flow, in order to allow a correct modeling of the network in studies of expansion planning and operation. The direct current transmission is becoming widely recognized by their advantages in transporting large blocks of power over long distances, to transport power from offshore wind farms to land, in asynchronous interconnection of systems, in underwater crossings, and other issues that make it technically and economically feasible in some situations. In this context, this thesis has the objective to develop and implement a generic methodology for the representation of HVDC Multi-Terminal Systems in the power flow problem. In this sense, this methodology is based on the simultaneous solution of a system of nonlinear equations that represent, in steady state studies, the DC and AC networks, using the Newton-Raphson method to solve the problem. Equations that represent the steady state response of the converters, the DC network and control strategies are presented. In addition, it will be presented the main settings of HVDC converters, their characteristics and how their modelling are set forth in the Power Flow problem. The proposed methodology is validated by studying tutorial and test systems found in the literature. The results show that the proposed methodology is able to represent satisfactorily models of HVDC Multi-Terminal Systems in studies of steady state in Electric Power Systems.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-29T07:12:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Sérgio Alexandre Martins Arruda - 2015.pdf: 11515850 bytes, checksum: 6831ad6e25385ed4aa78a841d7afba67 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-29T07:13:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Sérgio Alexandre Martins Arruda - 2015.pdf: 11515850 bytes, checksum: 6831ad6e25385ed4aa78a841d7afba67 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-29T07:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Sérgio Alexandre Martins Arruda - 2015.pdf: 11515850 bytes, checksum: 6831ad6e25385ed4aa78a841d7afba67 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-11-03 / Present world demands high availability of electricity for various equipment, in a context in which dominates the intensive use of technology. The electricity is transported from generation centers to consumers through Transmission Lines (TLs), which in Brazil have significant dimensions, given the continental size of the country, his predominantly hydro power plant generation, located long distances from major centers consumption. To ensure compliance of this high demand, often the electric power companies overload these TLs, generating undesirable effects, such as the formation of arrow in the conductors, for example. Monitoring of TL operating conditions is key part, therefore, to ensure system availability and security. This work aims in this context to present a method to assist in the monitoring of three-phase TLs of simple circuit based on measurement of electric and magnetic fields of the line and in application of an optimization procedure based on Particle Swarm Optimization metaheuristic, with a topology denominated Multi-Ring, to estimate simultaneously the values of current, voltage, cable-ground clearance of conductors and distance between phases, in a cross section of the line, assisting electric power companies and the National Electric System Operator (ONS) in the monitoring task. The good results achieved, combined with its simplicity of implementation compared to other methods and its robustness, indicate their suitability for estimating these parameters. Associated with this, the reasonably low times obtained in the execution make it promising for use by the electric power company and by the system operator as an auxiliary tool in monitoring TLs. / O mundo atual demanda alta disponibilidade de energia elétrica para equipamentos diversos, em um contexto em que predomina o uso intensivo de tecnologia. A energia elétrica é transportada dos centros de geração até os consumidores por meio de Linhas de Transmissão (LTs), que no Brasil possuem significativas dimensões, dados o tamanho continental do país e a matriz de geração predominantemente hídrica e localizada a longas distâncias dos grandes centros de consumo. Para assegurar o atendimento dessa alta demanda, muitas vezes as concessionárias do sistema elétrico sobrecarregam essas LTs, gerando efeitos indesejáveis como a formação de flecha nos condutores, por exemplo. O monitoramento das condições de operação da LT é peça chave, portanto, para garantir a disponibilidade e segurança do sistema. Este trabalho visa, nesse contexto, apresentar um método que auxilie no monitoramento de LTs trifásicas de circuito simples, com base na medição dos campos elétrico e magnético gerados pela linha e na aplicação de um procedimento de otimização baseado na metaheurística de Otimização por Enxame de Partículas (do inglês, Particle Swarm Optimization), com uma topologia denominada Multi-Ring, para estimar simultaneamente os valores da corrente, tensão, altura cabo-solo dos condutores e distância entre fases, em uma seção transversal da linha, podendo auxiliar as concessionárias e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) na tarefa de monitoramento. Os bons resultados alcançados, aliados à maior simplicidade de implementação em relação a outros métodos e à sua robustez, indicam sua adequação para a estimação desses parâmetros. Associado a isso, os tempos razoavelmente baixos obtidos na execução o tornam promissor para aplicação por concessionárias e pelo operador do sistema como ferramenta auxiliar no monitoramento de LTs.