Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:22:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anzai_AlexandreHaruiti_D.pdf: 9433798 bytes, checksum: ca8b5a95dcd29723ecf3a0201031679e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real. Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real / Abstract: This thesis presents results about the development of a tool for real time monitoring of the voltage stability margin of transmission systems. The advance of Phasor Measurement Units (PMU), has made it easier to obtain the system's state, voltage magnitude and phase angles of some buses in real time. The access of the accurate system's state in real time allows the utilization of parametric system identification techniques to estimate the voltage stability margin. In this thesis linear and nonlinear Auto-Regressive eXogenous inputs (ARX) models were calculated based on an offline database and utilized to represent the relation between the PMU measures and the voltage stability margin. Two criteria for the allocation of the PMUs in the network were tested: the voltage variance and the modal participation factor. The results demonstrate that the proposed method presents adequate accuracy for the estimation of the voltage stability margin even considering the occurrence of contingencies. The estimation is performed through the execution of relatively simple operations on the measured values instead of computing several PV curves, which makes it suitable for real time applications / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Apesar dos modelos usados em engenharia serem, em sua maioria, reconhecidamente aproximados, acredita-se que a matemática usada na física e nos próprios modelos é infinitamente precisa e que tais teorias físicas poderiam prever completamente qualquer evento relacionado às variáveis equacionadas. No limite, seria possível prever o estado do universo em qualquer instante, crença esta chamada de determinismo. Claro está que essa pretensão é apenas de princípio, sendo impossível na prática. No entanto, pesquisas sobre os fundamentos da matemática e outras teorias matemáticas desenvolvidas no século XX sugerem que a matemática (e, consequentemente, a física) teria certos limites inerentes. A análise feita nesta tese fundamenta seus argumentos na Teoria das Funções Recursivas e Computabilidade Efetiva e na Teoria do Caos Determinístico. O objetivo principal é tratar de apurar a existência de limites inerentes e como tais limites se aplicariam aos sistemas elétricos de potência (mais especificamente nos tópicos fluxo de carga, transitórios eletromecânicos, transitórios eletromagnéticos e eletrônica de potência) e à engenharia de controle. / Although the models used in engineering are, in most cases, admittedly approximated, it is believed that the Mathematics used in Physics and in these models, is infinitely precise and that such physical theories could fully predict any event related to variables in equations. In the limit, it would be possible to predict the state of the universe at any moment, this belief is called determinism. It is clear that this claim is only in principle, impossible in practice. However, research on the foundations of Mathematics and other mathematical theories developed in the 20th century suggest that the Mathematics (and hence Physics) would have certain inherent limitations. The analysis made in this thesis has the arguments based on the Theory of Recursive Functions and Effective Computability and the Theory of Deterministic Chaos. The main objective is to find out the existence of inherent limits and how these limits could be applied to electric power systems (more specifically to the topics load flow, electromechanical transient and electromagnetic transient and power electronics) and control engineering.

Apesar dos modelos usados em engenharia serem, em sua maioria, reconhecidamente aproximados, acredita-se que a matemática usada na física e nos próprios modelos é infinitamente precisa e que tais teorias físicas poderiam prever completamente qualquer evento relacionado às variáveis equacionadas. No limite, seria possível prever o estado do universo em qualquer instante, crença esta chamada de determinismo. Claro está que essa pretensão é apenas de princípio, sendo impossível na prática. No entanto, pesquisas sobre os fundamentos da matemática e outras teorias matemáticas desenvolvidas no século XX sugerem que a matemática (e, consequentemente, a física) teria certos limites inerentes. A análise feita nesta tese fundamenta seus argumentos na Teoria das Funções Recursivas e Computabilidade Efetiva e na Teoria do Caos Determinístico. O objetivo principal é tratar de apurar a existência de limites inerentes e como tais limites se aplicariam aos sistemas elétricos de potência (mais especificamente nos tópicos fluxo de carga, transitórios eletromecânicos, transitórios eletromagnéticos e eletrônica de potência) e à engenharia de controle. / Although the models used in engineering are, in most cases, admittedly approximated, it is believed that the Mathematics used in Physics and in these models, is infinitely precise and that such physical theories could fully predict any event related to variables in equations. In the limit, it would be possible to predict the state of the universe at any moment, this belief is called determinism. It is clear that this claim is only in principle, impossible in practice. However, research on the foundations of Mathematics and other mathematical theories developed in the 20th century suggest that the Mathematics (and hence Physics) would have certain inherent limitations. The analysis made in this thesis has the arguments based on the Theory of Recursive Functions and Effective Computability and the Theory of Deterministic Chaos. The main objective is to find out the existence of inherent limits and how these limits could be applied to electric power systems (more specifically to the topics load flow, electromechanical transient and electromagnetic transient and power electronics) and control engineering.