Este trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e prover ferramentas para estudos e análises de um equipamento ainda não explorado pelo sistema elétrico brasileiro para compensação reativa de linhas de transmissão, o Reator Controlado por Saturação. Inicialmente é apresentada a teoria necessária para o entendimento do equipamento, as aplicações e sua potencial utilidade para o Brasil. Através da concepção de um circuito equivalente e da análise de modelos adaptados para o MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) de softwares de transitórios eletromagnéticos aspectos sobre seu comportamento dinâmico e tempo de resposta são esclarecidos. Uma comparação entre o circuito equivalente com um modelo generalista de transformador ajustado às características do MCSR é realizada. A comparação serve para conferir credibilidade às suposições usadas para a elaboração do circuito equivalente e interpretações do funcionamento e dinâmica extraídas da análise deste circuito. Com uma melhor e mais clara percepção da dinâmica e efeitos do Reator Controlado por Saturação sobre a rede, realiza-se uma análise de distorção harmônica, sendo assim possível esclarecer alguns aspectos negativos do equipamento. Para o estudo da aplicabilidade e utilidade do MCSR no sistema elétrico brasileiro um modelo para transitórios eletromecânicos é proposto. Os parâmetros que determinam a dinâmica e resposta do equipamento são explorados através de suposições razoáveis e das características do equipamento. O modelo é primeiramente testado e analisado em um sistema simples composto por uma geração representada como fonte ideal, um circuito equivalente PI de uma linha de transmissão, uma carga e o MCSR realizando a compensação reativa. O trabalho segue para a escolha de uma rede brasileira em que o MCSR seria uma opção viável. Uma rede no norte do Brasil é escolhida para a análise e, após estudos de fluxo de potência, propõe-se a troca de um CER (Compensador Estático de Reativos) e quatro reatores shunt fixos por quatro Reatores Controlados por Saturação. A rede é então modelada no PSCAD e realizam-se estudos de distorção harmônica e estabilidade eletromecânica. Por fim realiza-se uma comparação econômica entre três alternativas de compensação reativa para o sistema escolhido incluindo a opção adotada e a opção sugerida com MCSRs. O trabalho conclui que reatores controlados por saturação são, em muitos casos, uma alternativa mais barata ao CER e, portanto deve ser estudado no planejamento e expansão do sistema elétrico. / This work aims to present concepts and provide tools for research and analysis of an equipment not yet explored by the Brazilian power system for reactive compensation of AC transmission lines, the Magnetic Controlled Shunt Reactor (MCSR). Initially, the theory used for the understanding of the equipment, its applications and usefulness for the Brazilian network, is presented. By the analysis of an equivalent circuit and a model implemented in software for electromagnetic transient simulation adapted to the MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) some aspects of its dynamic behaviour and response time are clarified. A comparison between the equivalent circuit and an electromagnetic transformer model adapted to the characteristics of the MCSR (implemented in the PSCAD software) is performed. The comparison serves to grant credibility to the assumptions used for the preparation of the equivalent circuit and interpretations of the function and dynamics drawn from the analysis of this circuit. With a better and clearer understanding of the dynamics and effects of the MCSR on the network a simplified analysis of harmonic distortion is performed allowing to clarify some negative aspects of the equipment. To study the applicability and usefulness of the equipment in the Brazilian electrical system a model for electromechanical transients is proposed. The parameters that determine the dynamics and response of equipment are explored using reasonable assumptions and the characteristics of the equipment. The model is first tested and analyzed in a simplified system consisting of a generation represented as ideal source, an equivalent PI circuit representing a transmission line, a load and the MCSR performing the reactive compensation. The work follows to the choice of a Brazilian network on which the MCSR would be a viable option. A network in northern Brazil is chosen for analysis. Further studies of power flow reveals the possibility to exchange the SVS (Static Var System ) and four shunt reactors for four MCSRs. The network is then modelled in PSCAD and studies of harmonic distortion and electromechanical stability are conducted. Finally we make an economic comparison between three alternatives of reactive compensation for the chosen system including the originally adopted and the suggested solutions. The study concludes that magnetic controlled reactor are, in many cases, a cheaper alternative to the SVS and therefore should be studied in the planning and expansion of the power system.

Este trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e prover ferramentas para estudos e análises de um equipamento ainda não explorado pelo sistema elétrico brasileiro para compensação reativa de linhas de transmissão, o Reator Controlado por Saturação. Inicialmente é apresentada a teoria necessária para o entendimento do equipamento, as aplicações e sua potencial utilidade para o Brasil. Através da concepção de um circuito equivalente e da análise de modelos adaptados para o MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) de softwares de transitórios eletromagnéticos aspectos sobre seu comportamento dinâmico e tempo de resposta são esclarecidos. Uma comparação entre o circuito equivalente com um modelo generalista de transformador ajustado às características do MCSR é realizada. A comparação serve para conferir credibilidade às suposições usadas para a elaboração do circuito equivalente e interpretações do funcionamento e dinâmica extraídas da análise deste circuito. Com uma melhor e mais clara percepção da dinâmica e efeitos do Reator Controlado por Saturação sobre a rede, realiza-se uma análise de distorção harmônica, sendo assim possível esclarecer alguns aspectos negativos do equipamento. Para o estudo da aplicabilidade e utilidade do MCSR no sistema elétrico brasileiro um modelo para transitórios eletromecânicos é proposto. Os parâmetros que determinam a dinâmica e resposta do equipamento são explorados através de suposições razoáveis e das características do equipamento. O modelo é primeiramente testado e analisado em um sistema simples composto por uma geração representada como fonte ideal, um circuito equivalente PI de uma linha de transmissão, uma carga e o MCSR realizando a compensação reativa. O trabalho segue para a escolha de uma rede brasileira em que o MCSR seria uma opção viável. Uma rede no norte do Brasil é escolhida para a análise e, após estudos de fluxo de potência, propõe-se a troca de um CER (Compensador Estático de Reativos) e quatro reatores shunt fixos por quatro Reatores Controlados por Saturação. A rede é então modelada no PSCAD e realizam-se estudos de distorção harmônica e estabilidade eletromecânica. Por fim realiza-se uma comparação econômica entre três alternativas de compensação reativa para o sistema escolhido incluindo a opção adotada e a opção sugerida com MCSRs. O trabalho conclui que reatores controlados por saturação são, em muitos casos, uma alternativa mais barata ao CER e, portanto deve ser estudado no planejamento e expansão do sistema elétrico. / This work aims to present concepts and provide tools for research and analysis of an equipment not yet explored by the Brazilian power system for reactive compensation of AC transmission lines, the Magnetic Controlled Shunt Reactor (MCSR). Initially, the theory used for the understanding of the equipment, its applications and usefulness for the Brazilian network, is presented. By the analysis of an equivalent circuit and a model implemented in software for electromagnetic transient simulation adapted to the MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) some aspects of its dynamic behaviour and response time are clarified. A comparison between the equivalent circuit and an electromagnetic transformer model adapted to the characteristics of the MCSR (implemented in the PSCAD software) is performed. The comparison serves to grant credibility to the assumptions used for the preparation of the equivalent circuit and interpretations of the function and dynamics drawn from the analysis of this circuit. With a better and clearer understanding of the dynamics and effects of the MCSR on the network a simplified analysis of harmonic distortion is performed allowing to clarify some negative aspects of the equipment. To study the applicability and usefulness of the equipment in the Brazilian electrical system a model for electromechanical transients is proposed. The parameters that determine the dynamics and response of equipment are explored using reasonable assumptions and the characteristics of the equipment. The model is first tested and analyzed in a simplified system consisting of a generation represented as ideal source, an equivalent PI circuit representing a transmission line, a load and the MCSR performing the reactive compensation. The work follows to the choice of a Brazilian network on which the MCSR would be a viable option. A network in northern Brazil is chosen for analysis. Further studies of power flow reveals the possibility to exchange the SVS (Static Var System ) and four shunt reactors for four MCSRs. The network is then modelled in PSCAD and studies of harmonic distortion and electromechanical stability are conducted. Finally we make an economic comparison between three alternatives of reactive compensation for the chosen system including the originally adopted and the suggested solutions. The study concludes that magnetic controlled reactor are, in many cases, a cheaper alternative to the SVS and therefore should be studied in the planning and expansion of the power system.

Along with the increasing scale of the power system and stressed operation in the transmission network, the stability margin is reduced considerably. As a traditional solution, the constructions of new transmission lines and generators sometimes are constrained by local environmental and regulatory constraints. Another characteristic of a modern network is the higher number of transmission inter-connections which appear in the large-scale power system. As an economic benefit, inter-connection can reduce the cost of electricity and enhance system reliability [1]. Those inter-connected tie lines are operated normally under heavy flow to maximize the usage benefit. This characteristic contributes to the complexity of operating and controlling the system. In recent years, along with the development of power electronic devices, the Flexible AC Transmission Systems (FACTS) has been used in the system as an alternative solution. It can maximize the usage benefit of the HV transmission line and make the large-scale power system more controllable. By using FACTS devices, the system can survive serious system contingencies with real-time control action, instead of providing a large steady state stability margin. Therefore, the system transfer capacity can be significantly increased. Electromechanical oscillations are observed in today's power system; such oscillations are recognized as a major concern in power system operation. Once begun, the oscillations may continue for a while before being halted by the damping torque from the system, or they may continue to grow (inadequate damping) and eventually cause system instability by losing synchronicity. The traditional and widely applied solution for oscillation damping is the Power System Stabilizer (PSS), which is efficient in damping local mode oscillation and inter-area oscillation in certain conditions. In recent years, research and development of the application of FACTS devices in suppressing system oscillations, especially for inter-area mode oscillation damping, has attracted increasing interest [1]. The primary objective of this thesis is to design robust FACTS controllers for enhancing power system dynamic stability by damping low frequency electromechanical oscillations. Recently, various nonlinear control techniques have been applied in power system control. The performance of nonlinear controllers is influenced by the parameter uncertainty and external disturbance. This thesis will present a novel approach of a robust Variable Structure Control (VSC)-based FACTS controller for damping multi-mode oscillations. Robust performances of the proposed controllers in different power systems are demonstrated by computer simulation.

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de uma metodologia analítica para análise do desempenho dinâmico/transitório dos geradores de indução conectados ao sistema de energia elétrica. O método proposto para o estudo da estabilidade das máquinas de indução baseia-se no monitoramento da tensão interna E' durante o período transitório do sistema, a qual pode comprometer a capacidade de transmissão de potência na linha, com consequente colapso da estabilidade da máquina. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. O método desenvolvido foi validado por meio de simulações digitais, em duas configurações do sistema: o primeiro caso, desprezando o suporte de potência reativa, para efeito de análise nos estudos de estabilidade transitória. No segundo, é realizada a compensação dinâmica de potência reativa via SVC (Static Var Compensator). Neste caso, mesmo na presença do compensador variável de reativo, o método da tensão interna revelou-se capaz de avaliar novos limites de estabilidade para o sistema. Considerados os resultados obtidos, observa-se que o método proposto apresenta resultados suficientemente precisos para avaliar o comportamento dos geradores de indução conectados à rede elétrica / Abstract: This dissertation proposes the development of an analytical methodology for analysis of dynamic/transient performance of an induction generator connected to a bulk power system. The proposed method for studying the stability of induction machines is based on monitoring the internal voltage named E' since during the transient system, its magnitude may decrease and so causing degeneration of the transmission system capability, with consequent collapse of machine stability. Thus it is the analysis of transient performance of the machine by observing the variable that is actually the cause of instability. The analytical method was validated by means of digital simulations, in two system configurations: in the first case, no reactive support is considered, and the purpose is to analyse the machine transient stability itself. In the second, a reactive support is provided by means of the dynamic reactive compensation via SVC (Static Var Compensator). In this case, even in the presence of variable reactive compensator, the method of internal voltage proved to be able to properly assess new stability limits. The results so obtained lead to the indication that the proposed method results are accurate enough in order to evaluate the behavior of induction generators, connected to the power grid

Thyristor switched capacitors (TSCs) have found an ever increasing role in the operation of flexible AC transmission systems or FACTS. The ability of these static var compensators to regulate the voltage by consuming or supplying reactive power quickly is not only viable for transmission but is an effective measure for increasing power quality at a distribution level. The proposed design uses a variable number of logically switched capacitors to supply reactive generation per reactive demand. The design ensures that the capacitors are safely switched into service, reactive demand is accurately calculated, and the TSC will respond quickly to changes in demand. While providing fast and safe operation, the conceptual design is also flexible enough to allow for optimization of the TSC to meet the demands of specific loads.

Submitted by Wallace Gabriel de Souza (wgs.gabriel@hotmail.com) on 2018-07-16T16:35:11Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_wgs.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e as simulações computacionais de um inversor fotovoltaico de 2,0 kVA para o controle da potência reativa na rede de distribuição, de modo que haja compensação ativa do fator de potência e aumento da qualidade da energia no local da instalação da planta. Para atingir este objetivo, por meio do ambiente de desenvolvimento do MATLAB/Simulink®, o controle da potência ativa foi realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, por meio do equilíbrio do potencial do barramento CC (proveniente do gerador fotovoltaico). A potência reativa, por sua vez, foi ajustada pela amplitude da tensão do ponto de acoplamento de uma carga local. Além disto, utilizaram-se controladores proporcionais-ressonantes nas malhas de tensão e corrente do conversor trifásico, com finalidade de mitigar as correntes harmônicas de cargas não-lineares que podem depreciar o fator de potência. Foi implementado, também, um conversor CC-CC isolado full-bridge do tipo boost com potência nominal de 1,8 kW, responsável por rastrear o ponto de máxima potência dos módulos fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram a avaliação do desempenho dos controladores e a observação da conservação, pelo inversor, do fator de potência da rede próximo da unidade para situações com variações acentuadas da carga e da irradiação solar, bem como para os casos com a presença de cargas não-lineares no sistema. Com isso, o perfil de tensão entregue à carga é aproximadamente senoidal, com baixa distorção harmônica. / This dissertation presents the development and computational simulations of a 2.0 kVA photovoltaic inverter for the control of the reactive power in the distribution network, so that there is active power factor compensation and an increase in the quality of the energy at the installation site plant. In order to reach this objective, the MATLAB/Simulink® development environment was used to control the active power by adjusting the angle between the grid voltage and the voltage generated by the inverter, by means of the potential balance of the DC (from the photovoltaic generator). The reactive power, in turn, was adjusted by the amplitude of the voltage of the coupling point of a local load. In addition, resonant-proportional controllers were used in the voltage and current loops of the three-phase converter, in order to mitigate the harmonic currents of non-linear loads that may depreciate the power factor. A full-bridge, full-bridge boost converter with nominal power of 1.8 kW was also implemented, responsible for tracking the maximum power point of the photovoltaic modules. The results obtained allowed the evaluation of the performance of the controllers and the observation of the conservation by the inverter of the power factor of the network close to the unit for situations with marked variations of the load and the solar irradiation, as well as for the cases with the presence of loads in the system. Thus, the voltage profile delivered to the load is approximately sinusoidal, with low harmonic distortion. / 2016/03734-3

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2390386 bytes, checksum: 2877d7af65aad5521adb02a684322a1c (MD5) Previous issue date: 2011-11-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work consists of developing a control system power factor through the use of a parallel active filter. To this end, the control system of the filter is composed of an outer voltage loop and an inner current loop, based on PI controllers. For its development, it was observed that the application of parallel active filters offered by the literature, where it was realized that this type of filter is often used to correct the power factor for the development of control technique were made in modeling system and their analysis in steady state, after, the modeled system, the controllers were implemented and validated by numerical simulation using a test bench where he was led via DSP algorithm implemented PWM technique to control and command keys potency. / Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de controle do fator de potência através da utilização de um filtro ativo paralelo. Para tal, o sistema de controle do filtro é composto por uma malha externa de tensão e uma malha interna de corrente, baseadas em controladores PI. Para o desenvolvimento do mesmo, observaram-se as aplicações dos filtros ativos paralelos oferecidos pela literatura, onde se percebeu que esse tipo de filtro é bastante utilizado para a correção do fator de potência, para o desenvolvimento da técnica de controle foram feitas as modelagens do sistema e as suas respectivas análises em regime permanente, após, modelado o sistema, os controladores foram implementados via simulação numérica e validados através de uma bancada de teste comandada via DSP onde foi implementado o algoritmo de controle e a técnica PWM para o comando das chaves de potência.

The design of a transmission project is as varied in the factors that affect it as the people to which the project supplies electricity. This thesis focuses on the theoretical considerations in the design process that affect the emergence of reactive power in a system and how reactive compensation is achieved. It examines the place of theoretical concepts in reality by expounding on a field study on the construction of a new transmission power system connecting the North Western Province (NWP) of Zambia to the national grid. The thesis provides colour to these grey theoretical concepts in the form of conductor specifications, geometrical transmission tower relationships, load characteristics, population traits, transformer interactions and recommendations for improvements to the constructed grids using the analytic tools provided by the theoretical background. There is also provided some theoretical description of three recommendations made by this thesis to improve the power quality and general efficiency of the NWP. Along the way the thesis confirms the analytic calculations with reference to field documentation and programming tools such as MATLAB and Power World. It is the uniqueness of the system in terms of load demand and geography that allows for an analysis and comparison of the reactive power in the transmission network. These challenges and the possible solutions to them form the focus of the thesis.

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Resumo: As redes elétricas de distribuição em sua maioria apresentam cargas elétricas desequilibradas. Por isso é necessário estudar as potências envolvidas em sistemas trifásicos desequilibrados e a compensação das mesmas. O desequilíbrio aumenta as perdas elétricas e diminui o fator de potência da rede elétrica. Esse trabalho propõe a compensação da potência reativa e do desequilíbrio na rede com a finalidade da diminuição das perdas elétricas e a compensação das componentes de sequência desequilibradas da corrente. A utilização da teoria da potência efetiva em sistemas desequilibrados permite calcular as potências reativas e de desequilíbrio, sendo estas as potências compensadas no método proposto. A teoria da potência efetiva mede a eficiência dos métodos testados. Os objetivos da compensação do desequilíbrio são reduzir as perdas elétricas no neutro e o fator de desequilíbrio da tensão, além da potência de desequilíbrio na rede, potência exclusiva do desequilíbrio e que não realiza trabalho. O método proposto para compensação do desequilíbrio e dos reativos na rede de distribuição a quatro fios consiste na alocação de capacitores em delta ou estrela nas barras trifásicas. O método proposto é comparado com dois métodos existentes na literatura. A comparação entre os métodos permite constatar que o método proposto é mais eficiente na redução do desequilíbrio conjuntamente com a compensação das perdas elétricas. Quanto maior é o desequilíbrio da rede elétrica maior é a vantagem da ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Distribution electrical networks mostly have unbalanced electrical loads. Therefore it is necessary to study the powers involved in unbalanced three-phase systems and their compensation. The unbalance increases the power losses and decreases the power factor of the electrical network. This work proposes the compensation of the reactive power and the unbalance in the network with the purpose of reducing the power losses and the compensation of the unbalanced sequence components of the current. The use of the effective power theory in unbalanced systems allows to calculate the reactive and unbalanced power, these being the powers compensated in the proposed method. Effective power theory measures the efficiency of the methods tested. The objectives of the unbalance compensation are to reduce the power losses in the neutral and the unbalance factor of the voltage, besides the unbalanced power in the network, exclusive power of the unbalance and that do not realize work. The proposed method for unbalance and reactive compensation in the four-wire distribution network consists of the allocation of delta or wye-connected capacitors to the three-phase bus. The proposed method is compared with two methods in the literature. The comparison between the methods allows to verify that the proposed method is more efficient in reducing the unbalance together with the compensation of the power losses. The greater the unbalance in power network, the greater the advantage of the compensation b... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-25Bitstream added on 2014-06-13T19:19:06Z : No. of bitstreams: 1 zamperin_jlb_me_ilha.pdf: 774102 bytes, checksum: 31d8e9b6caa4fd749316a7a51919fa50 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de uma metodologia analítica para análise do desempenho dinâmico/transitório dos geradores de indução conectados ao sistema de energia elétrica. O método proposto para o estudo da estabilidade das máquinas de indução baseia-se no monitoramento da tensão interna E' durante o período transitório do sistema, a qual pode comprometer a capacidade de transmissão de potência na linha, com consequente colapso da estabilidade da máquina. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. O método desenvolvido foi validado por meio de simulações digitais, em duas configurações do sistema: o primeiro caso, desprezando o suporte de potência reativa, para efeito de análise nos estudos de estabilidade transitória. No segundo, é realizada a compensação dinâmica de potência reativa via SVC (Static Var Compensator). Neste caso, mesmo na presença do compensador variável de reativo, o método da tensão interna revelou-se capaz de avaliar novos limites de estabilidade para o sistema. Considerados os resultados obtidos, observa-se que o método proposto apresenta resultados suficientemente precisos para avaliar o comportamento dos geradores de indução conectados à rede elétrica / This dissertation proposes the development of an analytical methodology for analysis of dynamic/transient performance of an induction generator connected to a bulk power system. The proposed method for studying the stability of induction machines is based on monitoring the internal voltage named E' since during the transient system, its magnitude may decrease and so causing degeneration of the transmission system capability, with consequent collapse of machine stability. Thus it is the analysis of transient performance of the machine by observing the variable that is actually the cause of instability. The analytical method was validated by means of digital simulations, in two system configurations: in the first case, no reactive support is considered, and the purpose is to analyse the machine transient stability itself. In the second, a reactive support is provided by means of the dynamic reactive compensation via SVC (Static Var Compensator). In this case, even in the presence of variable reactive compensator, the method of internal voltage proved to be able to properly assess new stability limits. The results so obtained lead to the indication that the proposed method results are accurate enough in order to evaluate the behavior of induction generators, connected to the power grid