Um Sistema Elétrico de Potência (SEP) está susceptível à presença de diversas fontes de distúrbios que prejudicam a Qualidade da Energia Elétrica (QEE). Desta forma, as suas tensões e/ou correntes podem conter m´múltiplos distúrbios com ocorrência simultânea. Este trabalho apresenta uma metodologia para decomposição do sinal medido em componentes que estimem as formas de onda dos distúrbios individuais quando da ocorrência de m´múltiplos distúrbios, com o posterior reconhecimento de cada um deles. A Análise de Componentes Independentes (ICA) é utilizada como principal ferramenta na etapa de decomposição dos distúrbios. A ICA é originalmente uma t´técnica aplicada em análise multivariada de dados, o que significa que ela necessita de medições realizadas por múltiplos sensores dispostos em diferentes posições de um sistema. No entanto, este trabalho propõe a sua aplicação tendo disponível apenas um sinal medido. Para tanto, são propostos dois métodos para produzir a diversidade necessária para a t´técnica funcionar adequadamente. É demonstrado que ambos os métodos equivalem a um banco de filtros lineares adaptativos capaz de realizar a separação não-supervisionada de múltiplos distúrbios independentes e que sejam espectralmente disjuntos. Por fim, é proposto um sistema de classificação que utiliza Redes Neurais Artificiais (RNAs) para identificar os distúrbios decompostos pela etapa anterior. A metodologia completa é avaliada por meio de testes utilizando dados sintéticos e reais, alcançando resultados altamente satisfatórios para decomposição de sinais contendo múltiplos distúrbios e taxas de acerto globais dos classificadores superiores a 97% / The power system is susceptible to the presence of several sources of disturbances that harm the power quality. In this sense, its voltages and/or currents may contain multiple disturbances with simultaneous occurrence. This work presents a methodology that decomposes the measured signal in components which estimate the waveforms of the individual disturbances followed by their recognition when a multiple disturbance situation occurs. The Independent Component Analysis (ICA) is the main tool in the disturbance decomposition stage. The ICA is originally a technique applied in multivariate data analysis, which means that it requires measurements from multiple sensors allocated in different positions of the system. However, this work proposes its application for a single measured signal available. For this, two methods were developed in order to provide the required diversity to the ICA technique. It is demonstrated that both methods are equivalent to an adaptive linear filter bank capable to perform an unsupervised separation of multiple independent disturbances, if they are spectrally disjoint. A classification system based on artificial neural networks is proposed to identify the disturbances decomposed by the previous stage. The complete system is tested using synthetic and actual data, presenting highly satisfactory results for the decomposition of signals containing multiple disturbances, and precision for the classification task above 97%

A conexão de geradores distribuídos em sistemas de distribuição deve ser cuidadosamente avaliada para que os mesmos auxiliem efetivamente na melhoria do desempenho das redes elétricas, buscando reduzir ou eliminar eventuais situações que causem a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores, entre outros aspectos. Neste contexto, existem vários trabalhos que analisam a influência da conexão de geradores distribuídos no perfil de tensão da rede elétrica, frequência, desequilíbrio de fases e distorção harmônica. No entanto, há poucos trabalhos analisando os efeitos da desconexão de geradores distribuídos na qualidade da energia fornecida aos consumidores. Uma vez operando em paralelo com a rede de distribuição, esses geradores influenciam o perfil de tensão e o comportamento dos dispositivos reguladores de tensão. Como consequência, sua desconexão pode provocar variações de tensão intensas causando danos ou mau funcionamento às cargas. A desconexão pode ser repentina ou devido à atuação da proteção anti-ilhamento, seguida dos procedimentos de religamento automático do alimentador, se houver. Visando estudar este problema, o qual tende a se tornar uma nova preocupação das concessionárias de energia elétrica, e no intuito de minimizar e/ou eliminar os possíveis efeitos negativos dessas variações de tensão, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de um método de controle dos taps dos reguladores de tensão. Neste método, o controle dos taps foi modelado como um problema de otimização, minimizando as violações de tensão mencionadas anteriormente e também a quantidade de operações dos reguladores de tensão ao longo de um dia típico. A otimização foi solucionada com um Algoritmo Genético e os resultados obtidos indicaram que é possível minimizar as variações de tensão usando a curva de carga do sistema para planejar a operação dos reguladores de tensão. / The connection of distributed generators in an electric power system should be evaluated carefully to ensure that they effectively assist in improving the performance of electrical networks, reducing or eliminating any situations that cause degradation of the power quality of the consumers, and other issues. In this context, there are several studies that analyze the influence of generators connected to distribution systems and how they affect the frequency, cause variations in voltage magnitude, voltage unbalance and harmonic distortion. However, there are a few studies analyzing the effects that the disconnection of distributed generators induces to the power quality of consumers. Once operating in parallel with the distribution network, these generators have an effect on voltage variations and voltage regulator devices. As a result, disconnection can cause severe voltage variations causing damage or malfunction to the loads. The disconnection may be sudden or due to the action of anti-islanding protection, followed by the procedure to reconnect the substation, if it is possible. In order to study this problem, which tends to become a new power quality concern for electric utilities, and in order to minimize and / or eliminate the possible side effects of the voltage variations, this research proposes the development of a control method of voltage regulators\' taps. In this method, the control of taps was modeled as an optimization problem which aimed to minimize these voltage variations aforementioned and also the amount of voltage regulator operations over a typical day. The optimization was solved by a Genetic Algorithm and the results obtained demonstrate that it is possible to minimize the voltage variation by using the system load curve to plan the operation of voltage regulators.

Os objetivos deste trabalho vão da apresentação do andamento das pesquisas relacionadas à análise de distúrbios associados à qualidade da energia elétrica (QEE), até a proposta de um algoritmo baseado em diversas ferramentas para a detecção e localização no tempo, bem como a classificação automática destes distúrbios. Nesta pesquisa é proposta uma detecção não somente do início e fim de um único evento, mas também, de n possíveis desconformidades na forma de onda que possam vir a ocorrer ou existir em determinados registros e/ou arquivos de dados em análise. Como diferencial deste trabalho, tem-se que da determinação da localização das alterações/descontinuidades na forma de onda, foi possível obter janelas de dados com tamanhos flexíveis. Desta maneira, vários eventos sobre o sinal em análise puderam ser avaliados, bem como as durações associadas. Para isso, a Transformada Wavelet (TW) foi utilizada para realizar a detecção e também a localização destas alterações no tempo. Já para a classificação da ocorrência, ou das ocorrências, a TW, a Transformada de Fourier (TF) e o valor RMS foram empregados. A flexibilidade das janelas de dados permitiu uma adequada escolha de qual ferramenta poderia ser mais bem utilizada na classificação. Conforme implementado, cada uma destas ferramentas apresenta uma resposta e através de um módulo de decisão lógica é determinada a resposta final do algoritmo. Para validar o estudo, várias situações de distúrbios foram caracterizadas referentes a um sistema elétrico de distribuição real, implementado e simulado pela aplicação do software ATP (Alternative Transients Program). Os resultados obtidos foram excelentes tanto para a detecção e localização no tempo, como para a classificação e estimação da amplitude e duração dos eventos. / The objectives of this work are going since the presentation of the researches related to the analyses of power quality (PQ) disturbances through the proposal of an algorithm based on several tools for detection and location in time, as well as the automatic classification of these phenomena. It is proposed to determine not only the initial and the end of a unique event, but all the n possible disconformities in the waveform that can exist or occur in the data file registered data in analyses. As the differential of this research, from the location in time of the alteration/discontinuities in the waveforms, it was possible to obtain data windows with flexible sizes. So, several events on the signal were evaluated, as well as their specific timeduration. For this purpose, the Wavelet transform (WT) was used to reach the detection and localization in time of the waveform alterations. For the event classification, the TW, the Fourier transform (FT) and the Root Mean Square (RMS) value were used. The data window flexibility allowed an appropriate choice of which tool could be better used in the classification task. As implemented, each one of these tools presented an answer, and the final answer was obtained by using a logic decision module. To validate the study, some situations of disturbances were characterized using a real distribution system, implemented and simulated applying the ATP (Alternative Transients Program) software. The results were excellent in such a way for detection and localization in time, as well as for the automatic classification and estimation of the magnitude and the event duration.

Problemas ocasionados por perturbações na qualidade da energia elétrica (QEE) podem provocar sérios prejuízos, tanto de cunho social, quanto financeiros, aos clientes conectados ao sistema elétrico de potência como um todo. Neste contexto, os clientes que mais sofrem são os clientes industriais, pois estes possuem cargas sensíveis a vários distúrbios associados à falta da QEE. Sendo assim, para adoções de medidas preventivas, ou corretivas, que melhorem os índices de QEE, faz-se necessário um monitoramento dos sistemas elétricos que permita um melhor acompanhamento da ocorrência dos distúrbios. Nesta pesquisa é proposta a modelagem do problema de alocação ótima de monitores de QEE em sistemas de distribuição com múltiplos objetivos, os quais são: minimização do custo do monitoramento, minimização da ambiguidade topológica, maximização do monitoramento das cargas, maximização da quantidade de ramais monitorados, minimização da quantidade de afundamentos não monitorados, e maximização da redundância do monitoramento dos afundamentos. Na resolução do problema foi utilizado o Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo com Tabelas (AEMT), adotado por ter boa capacidade de resolução com muitos objetivos. Os resultados obtidos permitiram observar que o AEMT forneceu as fronteiras de Pareto com soluções diversificadas e bem distribuídas ao longo da mesma, mostrando-se de grande relevância para o planejamento de sistemas de monitoramento da QEE em sistemas de distribuição de energia. A principal contribuição desta tese é o fornecimento de um modelo que permite às empresas de energia avaliar os investimentos que farão nos seus sistemas de monitoramento considerando seis critérios distintos, permitindo uma maior flexibilidade no estabelecimento do plano de monitoramento e uma melhor análise do custo/benefício considerando os seis aspectos abordados. / Problems arising from disturbances in power quality (PQ) can cause serious damage, both social, and financial, to customers connected to the electrical power distribution systems as a whole. In this context, the customers who suer most are industrial customers, as they have loads sensitive to various disturbances associated with the lack of PQ. Thus, in order to adopt preventive or corrective measures to improve PQ rates, it is necessary to monitor electrical systems to allow better oversight of the occurrence of disturbances. In this research, the proposal is to model the problem of optimal allocation of power quality monitors in distribution systems with multiple objectives. The multiple objectives are: minimizing the monitoring cost, minimizing ambiguities in topology, maximizing the load monitoring, maximizing the area monitoring, minimizing the voltage sag unmonitored, and maximizing the redundancy in the sag monitoring. In solving the problem, a Multiobjective Evolutionary Algorithm with Tables (MEAT) was adopted due to ability to deal with many objectives. The results show that the AMET finds a set of ecient solutions that are diversified and well-distributed along the Pareto Front, and that they are highly relevant for planning of PQ monitoring systems in electrical power distribution systems. The main contribution of this thesis is to provide a model that allows utilities better evaluate investments that they will make in their monitoring systems comprising six dierent criteria, allowing greater flexibility in establishing the monitoring plan and a better analysis of cost/benefit considering the six aspects.

Nesta tese de doutorado, a estabilidade a pequenas perturbações é estudada sob a ótica dos sistemas de distribuição de energia elétrica com geradores síncronos distribuídos. Duas peculiaridades específicas destes sistemas são abordadas: o desequilíbrio da carga e da rede e a proximidade das cargas aos geradores. Em relação ao primeiro tópico, duas abor dagens são propostas para o estudo de estabilidade a pequenas perturbações em sistemas com desequilíbrio da carga, uma delas baseada na estimação modal a partir de dados obtidos através de medições ou simulações no domínio do tempo, e a outra baseada na modelagem fasorial do sistema com desequilíbrio da carga e posterior linearização do sistema algébrico-diferencial não-linear obtido. Em relação ao segundo tópico, constatam-se nesta tese que as oscilações eletromecânicas podem induzir certos fenômenos de qualidade de energia, notadamente as flutuações de tensão. Nesta tese, uma estrutura é proposta e critérios são definidos para o estudo destas flutuações induzidas por problemas tipicamente relacionados à estabilidade, considerando o estudo de perturbações isoladas e também o estudo estatístico de perturbações. Através desta análise, é proposto também um procedimento de projeto de controladores de amortecimento com critérios bem definidos para auxiliar na mitigação destas flutuações de tensão induzidas por oscilações eletromecânicas. Tal procedimento de projeto é complementar aos índices de desempenho do sistema dinâmico tipicamente utilizados para o projeto destes controladores em sistemas de transmissão. Os significativos avanços em ambos os tópicos abordados abriram um vasto campo de trabalho a ser estudado do ponto de vista da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas de distribuição com geradores síncronos distribuídos. / In this thesis, the small-signal stability is studied from the perspective of power distribution systems with distributed synchronous generators. Two specific peculiarities of these systems are addressed: the load and network unbalance, and the proximity of loads to generators. Regarding the first topic, two approaches are proposed to the small-signal stability study of power systems with load unbalance, one based on modal estimation through data obtained from measurements or time-domain simulations, and another one based on a phasorial model of the system with load unbalance and later linearization of the differential-algebraic nonlinear system obtained. Regarding to the second topic, it is observed in this thesis that electromechanical oscillations can induce certain power quality phenomena, notably voltage fluctuations. In this thesis, a structure is proposed and criteria are defined to the study of these fluctuations induced by typical stability problems, considering the study of isolated perturbations and also the statistical study of perturbations. Through this analysis, a procedure for the design of power system stabilizers with clearly defined criteria is also proposed to assist in mitigating the voltage fluctuations induced by electromechanical oscillations. This design procedure is complementary to the stability criteria currently used in the design of power system stabilizers for power transmission systems. The significant advances in both studied topics have also opened a large research field related to the small-signal stability of power distribution systems with distributed synchronous generators.

Nesta pesquisa, é proposta uma metodologia para detectar e classificar os distúrbios observados em um Sistema Elétrico Industrial (SEI), além de estimar de forma não intrusiva, o torque eletromagnético e a velocidade associada ao Motor de Indução Trifásico (MIT) em análise. A metodologia proposta está baseada na utilização da Transformada Wavelet (TW) para a detecção e a localização no tempo dos afundamentos e interrupções de tensão, e na aplicação da Função Densidade de Probabilidade (FDP) e Correlação Cruzada (CC) para a classificação dos eventos. Após o processo de classificação dos eventos, a metodologia como implementada proporciona a estimação do torque eletromagnético e a velocidade do MIT por meio das tensões e correntes trifásicas via Redes Neurais Artificiais (RNAs). As simulações computacionais necessárias sobre um sistema industrial real, assim como a modelagem do MIT, foram realizadas utilizando-se do software DIgSILENT PowerFactory. Cabe adiantar que a lógica responsável pela detecção e a localização no tempo detectou corretamente 93,4% das situações avaliadas. Com relação a classificação dos distúrbios, o índice refletiu 100% de acerto das situações avaliadas. As RNAs associadas à estimação do torque eletromagnético e à velocidade no eixo do MIT apresentaram um desvio padrão máximo de 1,68 p.u. e 0,02 p.u., respectivamente. / This study proposes a methodology to detect and classify the disturbances observed in an Industrial Electric System (IES), in addition to, non-intrusively, estimate the electromagnetic torque and speed associated with the Three-Phase Induction Motor (TPIM) under analysis. The proposed methodology is based on the use of the Wavelet Transform WT) for the detection and location in time of voltage sags and interruptions, and on the application of the Probability Density Function (PDF) and Cross Correlation (CC) for the classification of events. After the process of events classification, the methodology, as implemented, provides the estimation of the electromagnetic torque and the TPIM speed through the three-phase voltages and currents via Artificial Neural Networks (ANN). The necessary computer simulations of a real industrial system, as well as the modeling of the TPIM, were performed by using the DIgSILENT PowerFactory software. The logic responsible for the detection and location in time correctly detected 93.4% of the assessed situations. Regarding the classification of disturbances, the index reflected 100% accuracy of the assessed situations. The ANN associated with the estimation of the electromagnetic torque and speed at the TPIM shaft showed a maximum standard deviation of 1.68 p.u. and 0.02 p.u., respectively.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-24T15:21:43Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T15:21:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique.pdf: 3192728 bytes, checksum: b409baf77eae63d413fff22f89c2f1d9 (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / FAPEMA / Currently, there is growing concern about the Power Quality (PQ) problems due to: introduction of automation in industrial processes, presence of personal computers and electronically controlled devices, load equipments with low capacity to withstand small PQ disturbances and increased perception of residential and industrial consumers with regard to PQ disturbances. In this context, an important issue with relation to PQ is the voltage conformity. That is, the adequacy of service voltage to the limits specified by regulatory agencies. The concern about compliance is due to the following problems caused by sustained undervoltages and overvoltages: improper or less-efficient equipment operation, tripping of sensitive loads, overheating of induction motors due to undervoltages, equipment damage or failure due to overvoltages and higher no-load losses in transformers caused by sustained overvoltages. Furthermore, there have been various incentives for connection of Distributed Generation (DG) in distribution networks due to: incentives for the using of electricity generation based on renewable energy sources and free access of independent energy producers to transmission and distribution networks owing to deregulation of the electric sector. In principle, the voltage profile of a distribution network can be improved with connection of DG. However, it is possible to notice severe deteriorations in the voltage profile of distribution networks in DG post-failure scenarios. These failures are caused by problems in the DG components, such as: cooling system, gears, turbines, etc. During the time period in which the DG is under repair, active and reactive power supports to correct the voltage profile are unavailable. Consequently, the voltage profile tends to deteriorate while the DG is disconnected. In this way, it is important to carry out studies to assess the impact of the DG installation on the voltage conformity indices considering the following issues: DG unavailability after an intrinsic failure and load curve. These aspects are subject to uncertainties due its random nature. Due to this, the most suitable approaches to assess the impact of uncertainties associated with load fluctuations and DG failures on the voltage conformity indices are the probabilistic methods. The main advantage of these methods is its capability to combine severity and probability to truly express the system risk. The main objective of this dissertation is the development of a method that models the random behavior of the distribution network in the voltage conformity indices estimation through the probabilistic methods. Models and techniques to incorporate stochastic variations in the demand and DG unavailability in voltage conformity indices estimation are proposed. The technique proposed in this dissertation to carry a Predictive Assessment of Voltage Conformity (PAVC) is based on the combination of the following techniques: power flow for radial distribution networks via current summation method, Quasi-Sequential Monte Carlo Simulation and Fourier analysis of time series. The PAVC model proposed in this dissertation was tested in 32 buses system. The results obtained with this system demonstrated that the DG has a great potential to improve the voltage conformity indices in the distribution network. However, the most significant improvements in the voltage conformity indices are associated with load points distant from the substation. Furthermore, it can be observed that the uncertainties associated with DG failures cause significant variations in the voltage conformity indices. Additionally, a sensitivity study demonstrated that the voltage conformity indices are worse (better) for systems where the load is modeled as constant power (impedance). / Atualmente há um interesse crescente com relação a problemas de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) devido a: introdução de automação em processos industriais; presença de computadores pessoais e dispositivos controlados eletronicamente em instalações residenciais; equipamentos de carga com baixa capacidade para suportar pequenos distúrbios de qualidade de energia; e aumento da percepção dos consumidores industriais e residenciais com relação a distúrbios de QEE. Neste contexto, um aspecto importante com relação a QEE é a conformidade de tensão da rede de distribuição. Ou seja, a adequação da tensão de atendimento aos limites especificados pelos órgãos reguladores. A preocupação com a conformidade de tensão é devido aos seguintes problemas causados por subtensões e sobretensões sustentadas: operação indevida ou com baixa eficiência dos equipamentos elétricos dos consumidores; desligamento de cargas sensíveis; aquecimento de motores de indução devido à subtensões; danos ou falhas em equipamentos devido à sobretensões e aumento nas perdas em vazio nos transformadores causado pela presença de sobretensões sustentadas. Além disso, tem havido diversos incentivos para conexão de Geração Distribuída (GD) na rede de distribuição devido a: incentivo para utilização de sistemas de geração de energia elétrica baseados em fontes de energia renováveis; e livre acesso dos produtores independentes de energia às redes de transmissão e distribuição devido a desregulamentação do setor elétrico. Em princípio, o perfil de tensão de uma rede de distribuição pode ser melhorado com a conexão da GD. Contudo é possível observar deteriorações severas no perfil de tensão de redes de distribuição em cenários pós-falha da GD. Estas falhas são causadas por problemas nos componentes da GD, tais como: sistema de refrigeração, engrenagens, turbina, etc. Durante o período de tempo em que a GD está em reparo, o suporte de potência ativa e reativa da GD, para corrigir o perfil de tensão, está indisponível. Consequentemente, o perfil de tensão tende a se deteriorar enquanto a GD estiver desconectada. Desta forma, é importante realizar estudos para avaliar o impacto da instalação da GD nos índices de conformidade de tensão considerando os seguintes aspectos: indisponibilidade da GD após uma falha intrínseca e a curva de carga. Estes aspectos estão sujeitos a incertezas devido a sua natureza aleatória. Devido a isto, as técnicas mais adequadas para avaliar o impacto de incertezas associadas com flutuações de carga e falhas na GD nos índices de conformidade de tensão são os métodos probabilísticos. A principal vantagem destes métodos é a sua capacidade para combinar severidade e probabilidade para expressar verdadeiramente o risco do sistema. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um método que modele o comportamento aleatório da rede de distribuição na estimação dos índices de conformidade de tensão através de métodos probabilísticos. Modelos e técnicas para incorporar variações estocásticas na demanda e a indisponibilidade da GD na estimação dos índices de conformidade de tensão são propostos. A técnica proposta nesta dissertação para realizar uma Avaliação Preditiva da Conformidade de Tensão (APCT) se baseia na combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência para redes de distribuição radiais via método de soma de correntes; simulação Monte Carlo Quasi-Sequencial e análise de Fourier de séries temporais. O modelo de APCT proposto neste artigo foi testado em um sistema de 32 barras. Os resultados obtidos neste sistema demonstraram que a GD tem um grande potencial para melhorar os índices de conformidade de tensão na rede de distribuição. Contudo, as melhorias mais significativas nos índices de conformidade estão associadas com os pontos de carga mais distantes da subestação. Além disso, pode-se observar que as incertezas associadas com as falhas na GD causam variações significativas nos índices de conformidade de tensão. Adicionalmente, um estudo de sensibilidade demonstrou que os índices de conformidade de tensão são piores (melhores) para sistemas onde a carga é modelada como potência (impedância) constante.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-29T13:12:16Z No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T13:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiago Silva.pdf: 3175763 bytes, checksum: 8eba0f17a1a1f6fa2606a5235969987e (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / CNPQ / The Distributed Generation (DG) can improve the power quality indices associated with Short Duration Voltage Variations (SDVV) due to the reduction in the electric network loading, which in turn causes an improvement in the pre-fault voltage profile. On the other hand, the DG can also deteriorates the power quality indices related to SDVV due to the increasing in the fault currents, which in turns reduce the post-fault voltages. Furthermore, the assessment of the DG impact on SDVV is more difficult with the presence of renewable energy resources. This complexity is due to fluctuations in output power caused by stochastic variations in the primary energy source (sun, wind, tide levels, etc.). Additionally, the bibliographical review on Predictive Assessment of Short Duration Voltage Variations (PAVV) revealed that none of the existing methodology considered the impact of fluctuations in the output power of a wind DG on power quality indices related to SDVV. It was also noticed that the load variations during the study period are ignored in the papers on SDVV. The existence of these deficiencies and the governmental incentives for the use of wind generation motivated this research. The main aim of this dissertation is the development of a methodology for the PAVV capable of recognizing uncertainties associated with wind DG and load fluctuations. The modeling of these uncertainties was carried out using NonSequential Monte Carlo Simulation (MCS). The nodal voltages in the fault scenarios generated by MCS were evaluated using the Admittance Summation Method (ASM) in phase coordinates. The combination of the MCS with the ASM allowed estimating the following indices related to SDVV: the expected value of the SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) and expected nodal frequency of SDVV. Furthermore, the probability distributions and box plots of the SARFI index have been obtained. The proposed method for the PAVV was tested and validated in a test system with 32 buses. The tests results demonstrated that the DG insertion causes an improvement in the power quality indices associated with SDVV. Additionally, the substitution of conventional DG by wind DG cause a small deterioration in the power quality indices related to SDVV due to fluctuations in the output power of the wind DG. Finally, it was observed that the load fluctuations during the study period cause significant variations in the SARFI index. / A Geração Distribuída (GD) pode melhorar os índices de qualidade de energia associados com as Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD) devido a redução no carregamento da rede elétrica, que por sua vez causa uma melhoria no perfil de tensão pré- falta. Por outro lado, a GD também pode degradar os índices de qualidade de energia associados com VTCD devido ao aumento nas correntes de falta, que por sua vez reduzem as tensões pós-falta. Além disso, a avaliação do impacto da DG sobre VTCD é mais difícil com a presença de fontes de energia renováveis. Esta complexidade se deve as flutuações na potência de saída causadas pelas variações estocásticas na fonte de energia primária (sol, vento, níveis de maré, etc.). Adicionalmente, a revisão bibliográfica realizada sobre Avaliação Preditiva de VTCD (APVT) revelou que nenhuma metodologia existente considerou o impacto de flutuações na potência de saída de geradores eólicos nos índices de qualidade referentes às VTCD. Também foi observado que flutuações de carga ao longo do período de estudo são desconsideradas nos artigos sobre APVT. A existência destas deficiências nos métodos de APVT e os incentivos governamentais para o uso de geração eólica motivaram esta pesquisa. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para a APVT capaz de reconhecer as incertezas associadas com a GD eólica e flutuações de carga. A modelagem destas incertezas na APVT foi realizada através do uso da Simulação Monte Carlo (SMC) não-sequencial. As tensões nodais nos cenários de falta gerados pela Simulação Monte Carlo (SMC) foram calculadas usando-se o Método de Soma de Admitância (MSA) em coordenadas de fase. A combinação da SMC com o MSA permitiu estimar os seguintes índices probabilísticos relacionados com as VTCD: valor esperado do SARFI (“System Average RMS – Variation – Frequency Index”) e frequência nodal esperada de VTCD. Além disso, foram obtidas distribuições de probabilidade e diagramas de caixa associados com o SARFI. O método proposto nesta dissertação para a APVT foi testado em uma rede de distribuição de 32 barras. Os resultados dos testes mostram que a inserção de GD causa uma melhoria nos índices de qualidade associados com as VTCD. Adicionalmente, a substituição de GD convencional por GD eólica causa uma pequena deterioração nos índices de qualidade referentes às VTCD devido as flutuações na potência de saída da GD eólica. Finalmente, também foi observado que as flutuações na carga ao longo do período de estudo causam variações significativas no índice SARFI.

As faltas de alta impedância (FAI) ocorrem quando um condutor entra em contato com objetos com uma alta resistência, o que não resulta em incrementos significativos de corrente. Este tipo de falta não pode ser detectada por dispositivos de proteção tradicionais que atuam por sobrecorrente. Neste trabalho uma pesquisa do estado da arte das FAI é apresentada e são implementados alguns algoritmos de detecção presentes na literatura. Nesta pesquisa também são propostas duas metodologias de identificação de FAI as quais são baseadas na identificação de buildup e incrementos de energias na faixa de frequências 1920Hz a 3840Hz. Os algoritmos implementados e as metodologias propostas foram testados com simulações de eventos de FAI e de eventos comuns numa rede simulada de uma concessionária do Estado de São Paulo utilizando o software ATP. Estudos do funcionamento de um medidor de qualidade de energia foram feitos com o propósito de determinar as limitações de uma eventual implementação real das metodologias de identificação propostas neste trabalho. Resultados do desempenho das metodologias propostas utilizando os sinais simulados em ATP apresentaram percentagens de identificação superiores aos 80%. Análise das ocorrências de cabo rompido do circuito em estudo foram feitas com o propósito de identificar possíveis eventos de FAI. O desempenho apresentado pelas metodologias propostas na identificação de FAI em sinais reais pode ser melhorado com a disponibilidade de uma maior quantidade de eventos reais de FAI. / High impedance faults (HIF) occur when a conductor makes contact with high resistance objects, generally not resulting in significant current increases. This type of fault cannot be detected by traditional overcurrent protection devices. In this work, a research of the HIF state-of-art is presented and some detection algorithms in the literature are implemented. This research also proposes two HIF identification methods based on respectively the identification of buildup current and energy increments in the frequency range from 1920Hz to 3840Hz. The implemented algorithms and the proposed methodology have been tested with ATP simulations of FAI events and other common events in a simulated network from an electric utility in the State of Sao Paulo. Studies are carried out in order to assess the operation of a power quality meter to determine the limitations of real implementations of the proposed methodologies. Performance results of the proposed methodologies using simulated ATP signals show identifications rates greater than 80%. Broken conductor occurrences in the studied feeder are analyzed to identify possible HIF events. The performance shown by the proposed methodologies in identifying HIF in real situations can be improved with the availability of a larger number of HIF events.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-05-19T22:30:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Tese_OtimizacaoMultiobjetivoCompensacao.pdf: 1385522 bytes, checksum: f28192c0b6b8ec65f18eb07c8458c66f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2015-05-20T14:36:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Tese_OtimizacaoMultiobjetivoCompensacao.pdf: 1385522 bytes, checksum: f28192c0b6b8ec65f18eb07c8458c66f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-20T14:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Tese_OtimizacaoMultiobjetivoCompensacao.pdf: 1385522 bytes, checksum: f28192c0b6b8ec65f18eb07c8458c66f (MD5) Previous issue date: 2014 / A localização de bancos de capacitores nas redes de distribuição de energia elétrica, corretamente dimensionados, busca compensar eventuais excessos de circulação de potência reativa pelas linhas, o que implica a redução de custos operacionais pela redução das perdas de energia e um aumento da capacidade de transmissão de potência ativa assegurando os níveis estabelecidos de tensão e fator de potência simultaneamente. A proliferação das cargas não lineares provocou uma mudança nos cenários de estudo dos sistemas elétricos de potência devido aos efeitos nocivos que os harmônicos gerados por elas ocasionam sobre a qualidade da energia elétrica. Considerando este novo cenário, esta tese tem como objetivo geral desenvolver uma ferramenta computacional utilizando técnicas de inteligência computacional apoiada em algoritmos genéticos (AG), para a otimização multiobjetivo da compensação da potência reativa em redes elétricas de distribuição capaz de localizar e dimensionar de forma ótima as unidades de compensação necessárias para obter os melhores benefícios econômicos e a manutenção dos índices de qualidade da energia estabelecidos pelas normas brasileiras. Como Inovação Tecnológica do trabalho a ferramenta computacional desenvolvida permite otimizar a compensação da potência reativa para melhorar do fator de potência em redes de distribuição contaminadas com harmônicos que, diferentemente de métodos anteriores, não só emprega bancos de capacitores, mas também filtros de harmônicos com esse objetivo. Utiliza-se o algoritmo NSGA-II, que determina as soluções ótimas de Pareto para o problema e permite ao especialista determinar as soluções mais efetivas. A proposta para a solução do problema apresenta várias inovações podendo-se destacar que a solução obtida permite determinar a compensação de potência reativa com capacitores em sistemas com certa penetração harmônica, atendendo a normas de qualidade de energia pertinentes, com relação aos níveis de distorção harmônica tolerados. / The localization of capacitors banks in the electric power distribution networks, correctly sized, looks for to compensate eventual excesses of circulation of reactive power for transmission lines, what implies the reduction of operational costs for the reduction of the energy losses and an increase of the capacity of transmission of active power assuring the established levels of voltage and power factor simultaneously. The proliferation of the nonlinear loads produced a change in the scenarios of study of the electric power systems due to the degradation effects that the harmonic generated by them cause about the quality of the electric power. Considering this new scenario, this thesis has as general objective to develop a computational tool using computational intelligence supported in genetic algorithms (GA), for the multiobjective optimization of the reactive power compensation in distribution electric networks able to locate and size in a good way the necessary compensation units to achieve the best economic benefits and the maintenance of the indexes of quality of the energy settled down by the Brazilian norms. As technological innovation of the work, the developed computational tool allows to optimize the compensation of the reactive power to improve the power factor in polluted distribution networks with harmonics that, differently of previous methods, not alone it uses capacitors banks, but also harmonic filters with that objective. The NSGA-II algorithm is used to determine optimal solutions of Pareto for the problem and it allows the specialist to determine the most effective solutions. The formulation proposed in this thesis for the solution of the problem presents several novelties being able to highlight that the achieved solution allows to determine the compensation of reactive power in systems with certain harmonic penetration, complying with pertinent standards of power quality, with respect to the tolerated levels of harmonic distortion.