Esta dissertação tem como objetivo inicial reapresentar e difundir o Método das Posições de Falta (MPF) como um meio analítico para se determinar as tensões remanescentes, em todas as barras constituintes de um Sistema de Distribuição (SD), quando da ocorrência de afundamentos de tensão. Pela aplicação de tal método, é possível construir a Matriz de Tensão Durante a Falta (MTDF), denotando assim, a influência e a propagação dos afundamentos de tensão sobre toda a rede. A fim de validar o MPF, será realizada uma comparação dos resultados obtidos com os provenientes de simulações computacionais dispondo do software ATP (Alternative Transients Program). Desta comparação, ilustra-se que a ferramenta indicada mantém a previsão dos resultados em limites aceitáveis, mesmo considerando certa simplificação nos procedimentos de cálculo e na modelagem computacional dos componentes do sistema. A partir dos resultados encontrados, é realizado um mapeamento das áreas de risco que equipamentos eletroeletrônicos sensíveis estarão submetidos, através da delimitação e análise da área afetada e da área exposta ou de vulnerabilidade. Em complementação ao trabalho, é apresentada uma proposta baseada em um algoritmo branch and bound que determinará o número ótimo de medidores de qualidade de energia, bem como as barras onde os mesmos devam ser instalados para monitorar os afundamentos de tensão, com o objetivo de garantir que ao menos um dos medidores seja sensibilizado para cada um dos curtos-circuitos simulados. / This dissertation aims to initially reintroduce and spread the Fault Positions Method (FPM) as an analytic means to determine the remaining voltage in all bus bar constituents of a Distribution System (DS), upon the occurrence of voltage sags. By applying this method, it is possible to formulate the during fault voltage matrix, thus denoting the influence and propagation of voltage sags around the network as a whole. In order to legitimate the FPM, the results obtained are compared to those from computer simulations by use of the ATP (Alternative Transients Program) software. This comparison demonstrates that the tool has maintained the predicted results within acceptable limits, even though some simplification in the procedure for calculating and computer modeling of the system components. Based on such results, a detailed mapping of areas of risk, to which sensitive electronic equipment is subjected, has been carried out through the outlining and analyzing of the affected area and of the exposed or vulnerability area. Adding up to the work, a proposal based on a branch and bound algorithm is presented as a means to determine the optimum number of power quality monitors, and the bus where they should be installed to measure voltage sags, in order to ensure that at least one of the meters is sensitized for each of the simulated short-circuits.

Como as Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs) estão entre as perturbações mais difíceis de serem monitoradas, uma vez que são ocasionadas por fatores aleatórios e imprevisíveis, a monitoração do Sistema de Distribuição (SD) representa uma providência essencial para a obtenção de informações representativas para a regulamentação de novos indicadores relativos a esses distúrbios. Neste cenário, este trabalho busca garantir a completa observabilidade das VTCDs em SD, quando da incidência de qualquer tipo de curto-circuito, através da alocação ótima de medidores. Para a determinação da magnitude da tensão em cada nó do SD é utilizado o método das posições de falta, denotando assim, a influência e a propagação das VTCDs sobre a rede como um todo. Na sequência, é determinada uma matriz binária resultante que observa os afundamentos de tensão de forma simultânea para todos os tipos de faltas. Posteriormente, é proposta a redução desta matriz para diminuir o esforço computacional em SDs de grande porte. Ainda, é analisada a vulnerabilidade de cada nó do SD para estabelecer a sua posterior ponderação no processo de otimização. Os resultados revelam que a metodologia de alocação apresentada torna o processo de obtenção da solução ótima ágil e direto, pois menos execuções computacionais são necessárias para obter diferentes soluções ótimas e garantir a monitoração dos afundamentos de tensão para todos os tipos de curtos-circuitos. Além disso, pela metodologia, tem-se também a prioridade de instalação dos medidores conforme a maior observabilidade dos afundamentos de tensão, possibilitando a escolha do melhor arranjo de medidores que atenda aos limites orçamentários das distribuidoras de energia. / Short Duration Voltage Variations (SDVVs) are among the most difficult disturbances to be monitored, since they are caused by random and unpredictable factors. Hence, the Distribution System (DS) monitoring is an essential step for obtaining representative information for the regulation of new power quality indices for these disturbances. In this scenario, this work aims to ensure the entire observability of SDVVs, considering any short circuit occurrence in the DS, based on algorithm to achieve the monitors\' optimal allocation. In order to determine the voltage magnitude at each node, the fault positions method is used, showing the influence and propagation of SDVVs on the DS. Subsequently, a resulting binary matrix is determined. This matrix observes the voltage sags, simultaneously, for all fault types. Then, the downsizing of this matrix is proposed in order to reduce the computational effort in large DSs. Furthermore, the vulnerability of each DS node is analyzed to establish the relative weighting in the optimization process. The results show a faster and more direct allocation methodology to obtain the optimal solution, because fewer computational executions are needed for different optimal solutions and to ensure the voltage sags monitoring for all short circuits types. Moreover, the power quality monitor installation priority is performed according to the higher observability of the voltage sags, making it possible to choose the best arrangement of monitors that meets the budget constraints of the power utilities.

A crescente demanda por fontes alternativas de energia, voltada principalmente a minimizar impactos ambientais provenientes do uso de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica, tem impulsionado as pesquisas tanto no âmbito acadêmico como no setor privado. Dessa forma, estudos científicos vêm abordando painéis fotovoltaicos, aerogeradores, células combustível, dentre outros, no sentido de gerar energia limpa por meio de conversores estáticos CC-CC e CC-CA, conectados na rede de distribuição elétrica, configurando um cenário de Geração Distribuída. Devido ao uso de tais conversores, têm-se introduzido perturbações harmônicas nas redes de distribuição. Sendo assim, a qualidade de energia tornouse uma questão de suma importância no contexto energético contemporâneo, de tal modo que esta tese se apresenta um estudo voltado ao desenvolvimento e implementação de uma plataforma experimental de um Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (UPQC) monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, com uma potência de 1 kW, capaz de minimizar perturbações harmônicas em redes de distribuição. O sistema realiza a supressão de harmônicos e a compensação de afundamentos e elevações de tensão em redes elétricas, além de manter a tensão na carga regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Além disso, esse dispositivo realiza compensação de potência reativa e supressão de harmônicos da corrente de carga, o que resulta em uma efetiva correção do fator de potência. Nesse sentido, o dispositivo atua como um filtro ativo universal, realizando compensação da corrente de entrada, como também da tensão de saída. Para este fim, dois conversores monofásicos ANPC de 5 níveis são empregados, sendo estes o filtro ativo série (FAS), que atua como fonte de corrente senoidal, e o filtro ativo paralelo (FAP), que atua como fonte de tensão senoidal, em que ambos são controlados de tal forma a operar em fase com a tensão da rede elétrica. Com o objetivo de realizar as compensações harmônicas, é utilizado o algoritmo de extração de referência, conhecido como Compensação Cooperativa baseada na Teoria de Potência Conservativa. / The growing demand for alternative sources of energy, aimed mainly at minimizing environmental impacts from the use of fossil fuels in electric power generation, has driven research in both the academic and private sectors. Thus, scientific studies have addressed photovoltaic panels, aerogenerators, fuel cells, among others, in order to generate clean energy by means of static converters CC-CC and CC-CA, connected in the electric distribution network, configuring the Distributed Generation. Due to the use of such converters, harmonic disturbances have been introduced in the distribution networks. Thus, the quality of energy has become a matter of paramount importance in the contemporary energy context, such that this thesis presents a study aimed at the development and implementation of an experimental platform of a single-phase Unified Energy Quality Conditioner (UPQC) with active series and parallel power compensation, with a power of 1 kW, capable of minimizing harmonic disturbances in distribution networks. The system performs the suppression of harmonics and the compensation of sags and tensions in electrical networks, besides maintaining the voltage at the regulated load and with a low harmonic distortion rate. In addition, this device performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, which results in an effective power factor correction. In this sense, the device acts as a universal active filter, performing compensation of the input current, as well as the output voltage. For this purpose, two 5-level ANPC single-phase converters are used, which are the series active filter (FAS), which acts as a sinusoidal current source, and the parallel active filter (FAP), which acts as a sinusoidal voltage source, in that both are controlled in such a way to operate in phase with the mains voltage. In order to perform the harmonic compensations, the reference extraction algorithm, known as Cooperative Compensation based on the Conservative Power Theory, is used.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 (Final).pdf: 65790 bytes, checksum: e733029dada465cd658278f93c2fc5fa (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work introduces a dual unified power quality conditioner (iUPQC) made by two active filters, the series and the parallel. The parallel active filter is voltage controlled, responsible for maintaining the sinusoidal, regulated, balanced and harmonic free load voltage. The series active filter is responsible for draining a sinusoidal and harmonic free current from the utility grid whose current is synchronized with the fundamental component of the voltage utility grid, implying a high power factor. The advantage of this configuration is the use of the sinusoidal references for both active filters. First, the power quality is addressed by discussing the main utility grid distortions and the active solutions for these problems. The characteristics, the power structure definition and the power flow of the iUPQC are then addressed. Next, the high frequency filters of active filters are analyzed and designed, the circuit models are obtained and the iUPQC controllers are designed. The iUPQC simulation is then analysed and, finally, the last chapter is about the prototype developed at the university laboratory, and the analysis of the experimental results which were compared to the IEEE519-1992 standard / Esta Dissertação de Mestrado apresenta um condicionador unificado de qualidade de energia dual (iUPQC) trifásico a quatro fios, controlado analogicamente, composto por dois filtros ativos, o série e o paralelo. O filtro ativo paralelo é controlado em tensão, responsável por manter a tensão da carga senoidal, regulada, equilibra e livre de harmônicos. O filtro ativo série é responsável por drenar da rede de alimentação uma corrente senoidal, com baixa distorção harmônica e em fase com a componente fundamental de tensão da rede, garantindo alto fator de potência. A vantagem desta configuração é a utilização de referências senoidais para ambos os filtros ativos. Inicialmente, a qualidade de energia é abordada, trazendo as principais distorções encontradas na rede elétrica e as soluções ativas para estes problemas. O iUPQC é apresentado, trazendo suas características, a definição de sua estrutura de potência e o fluxo de potência do sistema. Após isto são analisados e projetados os filtros de alta frequência presentes nos filtros ativos, obtidos os modelos do circuito e projetados os controladores do iUPQC. Em seguida a simulação do iUPQC é apresentada e no último capítulo são mostrados os circuito utilizados no protótipo e os resultados experimentais obtidos, os quais são analisados e comparados à norma IEEE 519-1992.

BALTAZAR, A. C. S. Qualidade da Energia no Contexto da Reestruturação do Setor Elétrico Brasileiro, 2007. 137 p. Dissertação de Mestrado ? Programa Interunidades de Pós-graduação em energia. Universidade de São Paulo. A reestruturação do setor elétrico brasileiro privatizou as empresas distribuidoras de energia. A concepção do estado mínimo relegou ao estado o papel de mero mediador, exigindo que se estabelecessem regras e padrões mínimos de qualidade para o fornecimento de energia. Estas regras foram estabelecidas pelo poder concedente, o governo federal, através da Aneel ? Agência Nacional de Energia Elétrica. A falta de oportunidade da sociedade de participar do controle social da energia diante da ausência do espaço público e a tendência de avaliar sua qualidade somente através de indicadores quantificados matematicamente mascara os conflitos existentes. Este trabalho pretende debater a qualidade da energia elétrica fornecida por uma empresa de distribuição a partir dos vários agentes envolvidos neste processo e não só pela análise de dados fornecidos pelas próprias empresas. A partir das definições dos vários distúrbios que podem afetar a qualidade da energia elétrica são apresentados os parâmetros avaliados pelos órgãos reguladores e a legislação pertinente ao tema. Por outro lado, são analisados dados referentes à relação das distribuidoras com a sociedade: consumidores, clientes, trabalhadores, órgãos de defesa do consumidor e reguladores. A dissertação procura apresentar as questões referentes à falta de controle social no serviço de distribuição de energia elétrica no estado de São Paulo, utilizando principalmente o conceito de espaço público de Hannah Arendt. De acordo com os documentos estudados, observa-se a ausência de espaços de discussão nos quais sejam debatidos os diversos conflitos nesta relação que não pode ser vista como só de mercado. / BALTAZAR, A. C. S. Quality of Energy in Context of Restructuring of Brazilian Electric System, 2007. 137 p. Work. Programme of Post-Graduation in Energy, University of São Paulo. The restructuring of the Brazilian electric power privatized distributors of power. Concept of minimum state allowed to the state a mere role of mediator and demanded that rules and minimum patterns of quality be settled for power supply. Federal Government through Aneel ? National Agency of Electric Energy established those rules. The lack of opportunities for the society to participate in the social control of energy due to the absence of public space and a tendency of having its quality indicators only mathematically quantified mask existent conflicts. This work intends to debate the quality of electric energy supplied by a distributor through several agents that are involved in this process and not only by the data provided by the distributors themselves. Based on disturbances definitions that can affect electric energy quality, the parameters appraised for regulators agencies and pertinent legislation are presented. On the other hands, data concerning the relationship between distributors and society: consumers, clients, workers, organizations of consumer?s defence and agencies, are analysed. Making use of Hannah Arendt concept of public space, dissertation seeks questions concerning lack of social control in the distribution of electric energy service in São Paulo state. According to studied documents, it is observed absence of discussion spaces, where the various conflicts of this relationship, which cannot be understood just as a market relationship, can be debated.

O avanço crescente da tecnologia nos processos industriais atuais, bem como o elevado grau de interação de equipamentos e processos, provocou o aumento da sua sensibilidade a variações de energia, ou o aumento do grau de sensibilidade de algumas cargas industriais, o que gera interrupções de produção industrial. Essas, ocasionadas por problemas de qualidade de energia, levam a diversos fatores indesejáveis às indústrias, tais como: perdas de produção, perdas de faturamento, perda de matéria-prima, uso irracional de energia, dentre outros. Um processo têxtil apresenta grandes perdas de produção quando ocorrem esses eventos. Esta dissertação apresenta uma série seqüencial de procedimentos técnicos adotados experimentalmente em duas plantas de fiação sintética, para mitigar o impacto da qualidade de energia numa indústria química-têxtil. O problema de qualidade de energia estudado foi a variação de tensão de curta duração (VTCD), especificamente os afundamentos de tensão, sobre uma carga crítica. Quando esses eventos ocorriam, havia um grande volume de perdas no processo, em função da descontinuidade operacional provocada por esses afundamentos de tensão. Por meio de procedimentos foi possível identificar a carga crítica, no caso, os conversores estáticos de freqüência utilizados amplamente nesse processo. Uma vez identificada essa carga, foi possível a realização de intervenções objetivando reduzir a sua sensibilidade. Dois experimentos realizados através de um painel que simulou a situação do processo, com testes de afundamentos de tensão em conversores estáticos de freqüência, além de outros trabalhos experimentais utilizados como referências nessa dissertação, serviram como complemento para a conclusão. As intervenções realizadas tiveram como conseqüência a melhoria de qualidade do produto, aumento da produtividade, além de grande retorno financeiro. / The increasing evolution of technology in the current industrial processes, as well as the high interaction degree of equipment items and processes, have caused the increase in their sensitivity to voltage variations. The increase of sensitivity in some industrial loads generates interruptions in the industrial production. That happens due to power quality problems, which causes many undesired effects to the industries, such as losses in production, invoicing and raw material, unreasonable use of energy, among others. A textile process presents large production losses whenever these events in the process occur. This dissertation presents a sequence of technical procedures adopted experimentally in two yarn plants, to mitigate and reduce the impact of power quality problems in the chemical textile plant. The problem of power quality studied was short duration voltage variations, specifically the voltage sags. These events lead to a big volume of loss in the process, by operational disruption of sensitivity loads provoked by the voltage sags. By means of the proposed procedures it was possible to identify the critical load, in this case the ASD (Adjustable Speed Drive), a kind of load used extensively in the textile process; once identified this load, it was possible to carry out interventions aiming at the reduction of loads sensitivities. Two experiences were realized through a panel that simulated the process, by applying voltage sags to the drivers - ASD (Adjustable Speed Drive). Besides that other research works surveyed to complement and conclude this dissertation. The interventions realized have had as consequence the improvement in the product quality, increasing productivity, as well as an excellent payback.

Esta pesquisa tem como principal objetivo apresentar uma análise do comportamento dos elementos passivos mais utilizados para compensação reativa e na composição dos filtros passivos sintonizados: os capacitores de potência. Tal análise foi focada na comparação de resultados obtidos via simulação computacional com os resultados oriundos de ensaios laboratoriais em ambiente controlado, servindo de base para estabelecer os limites de validade do modelo computacional hoje implementado em softwares comerciais de simulação de fluxo de carga e fluxo de harmônicos de uso bastante difundido no ambiente industrial. Os resultados alcançados demonstram que o modelo clássico de capacitores apresenta uma excelente precisão quando operando em condições ideais. Porém, quando operando na presença de situações adversas às ideais, o modelo demonstrou possuir limitações que serão devidamente reportadas neste documento. / This research has as aim to present a behaviors analysis of the electrical power capacitors which are used for reactive compensation and in the tuned harmonic passive filters. Such analysis was focused on the results comparison obtained via computer simulation with the results obtained in laboratory tests done in a controlled environment, providing the basis to establish the validity limits of the computational model implemented in today\'s commercial load flow and harmonic flow software simulation widespread use in industrial environments. Results show that the classical model capacitor has excellent accuracy when operating under ideal conditions. However, when operating in presence of adverse situations the classical model has demonstrated limitations that will be duly and reported in this work.

Nos últimos anos, fatores como a reestruturação do setor de energia elétrica, a necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, dificuldades na construção de grandes unidades geradoras e linhas de transmissão causadas por normas de proteção ambiental têm provocado o aumento considerável do interesse por geração distribuída. O conceito de geração distribuída tornou-se muito interessante, entretanto, sua aplicação pode provocar problemas de qualidade de energia elétrica, caso sua influência não seja devidamente estudada. Neste contexto, este documento caracteriza as variações de tensão causadas pela atuação da proteção anti-ilhamento de geradores síncronos distribuídos. Este problema pode ser considerado uma nova abordagem sobre os impactos dos geradores distribuídos na qualidade da energia elétrica, visto que as causas das variações de tensão são tipicamente relacionadas às tomadas ou alívios de grandes blocos carga, partidas de motores de indução, curtos-circuitos, desligamentos de linhas etc. Para estudar o problema, inicialmente foi feito um estudo sobre normatização técnica da área com um apanhado dos guias de diversas concessionárias. Posteriormente, simulações computacionais utilizando o programa SimPowerSystems e um sistema teste foram utilizados para que análises estáticas e dinâmicas do problema fossem feitas no intuito de investigar a natureza das variações de tensão e os fatores que influenciam suas magnitudes e durações. Índices para avaliar as variações de tensão foram criados, e um método para obtenção dos mesmos foi proposto. Tal método utiliza apenas ferramentas de análise estática (fluxo de carga) para a obtenção dos índices, evitando o uso de ferramentas dinâmicas (domínio do tempo) reduzindo o custo computacional e financeiro para análise do problema. Em seguida, o mesmo foi aplicado a um sistema que simula uma rede de distribuição real propondo-se a inserção de bancos de capacitores como medida mitigatória para o problema estudado neste trabalho. / In recent years, factors such as the restructuring of the electricity sector, the necessity to use different primary energy sources as a way to diversify sources of energy, barriers in the construction of large generating units and transmission lines caused by environmental protection standards, as well as technological advances in the generation of electricity, have caused a considerable increase in the interest for distributed generation. The concept of distributed generation has become very interesting; however, its application can result in poor power quality, if its influence is not well studied. In this context, this document characterizes voltage variations caused by the action of anti-islanding protection of distributed synchronous generators. This problem can be considered a new approach on the impact of distributed generators in power quality, since the cause of voltage variations are typically related load switching, induction motors start-up, short circuits, lines disconnection, etc. To investigate the problem, initially a study was carried out on technical standardization in the area with an overview of various utilities guides. Later, computer simulations using the SimPowerSystems software and a test system were employed for static and dynamic analysis of the problem, aiming at investigating the nature of voltage variations and the main factors that influence their magnitudes and durations. Indices to assess the voltage variations were created, and a method for obtaining them was proposed. This method uses only static approach tools (power flow calculations) to obtain the indices, avoiding the use of dynamic tools (time-domain simulations) and reducing computational and financial costs to analyses the problem. The proposed method was applied to a larger system and the insertion of capacitors bank was proposed as mitigating solution for the problem studied in this work.

Condições meteorológicas adversas como tempestades, descargas atmosféricas e chuvas de granizos têm o potencial de danificar simultaneamente e seriamente muitos circuitos da rede de distribuição aérea. Esse tipo de dano só será solucionado quando fisicamente uma equipe estiver no local para repará-lo, o que acontecerá somente após localizar o defeito. Portanto, grandes tempestades podem resultar em um número enorme de consumidores desligados, levando horas ou até alguns dias para total restabelecimento. Enquanto isso, os consumidores preocupados tentam acessar os serviços de atendimento telefônicos, contudo sem sucesso devido ao congestionamento inevitável das linhas de comunicação. Esse fato, e outros mais apresentados, evidenciam que a excelência na comunicação com o consumidor de energia elétrica ainda se constitui em um desafio no Brasil. A boa notícia é que existem meios e possibilidades de se evoluírem os sistemas de informações atualmente implantados nas distribuidoras. Este trabalho caracteriza esse problema da comunicação em tempo real com o consumidor de energia elétrica durante as interrupções de grande abrangência na rede de distribuição em seus dias críticos, sugerindo tecnologias que aprimorem a solução deste problema. O tema é abordado de forma multidisciplinar, e organizado sob cinco dimensões e contextos distintos: dos aspectos legais, da comunicação em tempo real, da tecnologia de informação, da qualidade de serviço, e da engenharia de tráfego. O trabalho também propõe uma metodologia para previsão da quantidade de chamadas e ou contatos do consumidor para com a concessionária de energia elétrica nos Dias Críticos, procurando abordar e caracterizar todas as variáveis dessa problemática. / Severe weather conditions such as hurricanes, lightning storms, etc. have the potential to seriously damage electric utility transmission and distribution systems. This type of damage will disrupt electrical service until the physical facilities can be replaced or repaired. Then large storms can result in a massive number of customer outages, sometimes taking from hours to days to repair. In the meantime, customers can be left without electric service during difficult conditions such as extreme cold or extreme heat - trying to access attendance services and information, without any success because the inevitable congestion in telephones lines. This fact, and others, illustrates that the excellence into relationship with electrical energy consumers still is a challenge in Brazil. The good news that there are means to upgrade existing information systems installed in the distribution sector. This work examines that communication problem with electrical energy consumer during interruptions in critical days, and suggests technologies to answer that problem. The whole theme is faced in a multidisciplinary way, and organized under five contexts: legal aspects, real time communication, information technology, quality of service, and traffic engineering. Further more, this work proposes a basic methodology to preview the amount of consumers calls in those critical days, looking for all variables.

Os objetivos deste trabalho compõem apresentar o andamento das pesquisas relacionadas à regulação de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica e propor um controle baseado em sistemas inteligentes para melhoria do perfil de tensão, permitindo que sejam atendidas as regulamentações mais exigentes do setor elétrico brasileiro. São considerados os aspectos sazonal, diário e não previsto do comportamento das cargas referentes à subestação de distribuição. Para isso, o trabalho propõe um relé regulador de tensão baseado em sistemas fuzzy que irá atuar diretamente no comutador de tap em transformadores de potência instalados em subestações de distribuição. Tal relé foi implementado por meio de um algoritmo computacional no Matlab. Os resultados foram obtidos por meio de simulações do real comportamento de carga indicando a viabilidade do sistema proposto. / The aim of this work is to present some research applied to voltage regulation in distribution systems and to propose a control system based on intelligent tools to improve the voltage profile of the system, considering the most demanding requirements of brazilian utilities. Periodical, daily and not foreseen aspects of the electrical loads in distribution system were considered. Therefore, the work proposes an automatic voltage regulator relay based on fuzzy systems, acting directly on load tap changing of transformers installed in a substation of the distribution system. This relay was implemented by computational algorithm in Matlab. The results were obtained by simulation of the real load behavior indicating the applicability of the proposed system.