Orientador: Carlos Alberto de Castro Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AdrianaSchefferQuintela_D.pdf: 931902 bytes, checksum: 723b5bb5e37c4be6978b9a1ba3d8572c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O problema de estabilidade de tensão tem recebido uma atenção crescente dos profissionais que atuam na área de análise e operação de sistemas de potência. O aumento das interligações aliado a operação das redes com altos níveis de carregamento torna mais provável a ocorrência de incidentes que podem levá-las à instabilidade de tensão, culminando com o colapso de tensão e grandes prejuízos à qualidade do fornecimento de energia elétrica. Ações de controle preventivo e/ou corretivo devem ser tomadas para melhorar a segurança de sistemas de potência. Este trabalho de pesquisa aborda a manutenção da segurança de redes com relação à estabilidade de tensão, através do estudo e da implementação de estratégias de controle preventivo, ou seja, que impedem a ocorrência de situações de instabilidade de tensão antes destas efetivamente ocorrerem. Além disso, são propostas filosofias práticas da utilização dos recursos disponíveis para mitigar o colapso de tensão, de maneira que uma margem de segurança com relação à estabilidade de tensão (MSET) apropriada e um perfil de tensão (PT) adequado sejam respeitados. Uma característica importante da metodologia proposta é que o problema de programação não linear a ser resolvido tem pequena dimensão, mesmo para sistemas de grande porte, pois apenas os controles mais eficientes são considerados e o número de restrições é limitado. A inovação consiste em atender uma meta de segurança sem a utilização plena de alguns dos recursos disponíveis, preservando os controles mais sensíveis e os pouco disponíveis para futura utilização em caso de emergências, mesmo após a ocorrência de certas contingências. A valia-se o potencial de utilização do processo proposto no ambiente de operação de redes em tempo real. Objetivou-se desenvolver um algoritmo capaz de identificar ações de controle preventivo apropriadas de forma a serem rapidamente implementadas / Abstract: The voltage stability problem has been receiving a growing attention from the professionals in the area of analysis and operation of power systems. The growth in interconnections along with the networks' operation with high loading levels makes the occurrence of incidents that can lead to voltage instability more likely, culminating with the volt age collapse and serious damages to the quality of the electric power supply. Preventive and/or corrective control actions should be taken to improve the power systems' security. This research work deals with the maintenance of network' security with respect to voltage stability, through the study and implementation of preventive control strategies, that prevent the occurrence of volt age instability situations before those effectively take place. Moreover, practical philosophies for using the available resources to mitigate the volt age collapse are proposed, so that an appropriate volt age stability security margin (VSSM) and an appropriate voltage profile (VP) be respected. An important feature of the proposed methodology is that the resulting nonlinear programming to be solved is small, even for large systems, since only the most effective controls are considered and the number of constraints is limited. The innovation consists of meeting a security target without the full use of some of the available resources. The proposed formulation preserves the most sensitive and the least available controls for future use in case of further emergencies, even after the occurrence of certain contingencies. The potential of use of the proposed process is evaluated in the real time operation environment. The objective was to develop an algorithm capable of identifying appropriate preventive control actions that can be quickly implemented. / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] A indústria de Petróleo enfrenta uma nova realidade com foco na integração de pessoas, processos e tecnologias, que possibilita a tomada de decisão de forma mais rápida e consequente otimização da operação, emergindo assim o conceito de Operações Integradas. Neste âmbito, as principais empresas mundiais desta indústria possuem programas dedicados à integração operacional da sua cadeia. Os primeiros ambientes criados eram simplesmente derivados do conceito de salas de controle operacional, onde a equipe podia monitorar a operação e realizar comunicação com o pessoal localizado remotamente. Atualmente, as empresas reconhecem que, além do valor agregado dos ambientes de colaboração integrados, a integração operacional exige cuidado, avaliação, design e planejamento da implementação, para garantir que esses ambientes se tornem uma plataforma para melhorar a comunicação, subsidiar as melhores decisões, permitir alta qualidade das análises e efetivamente usar um pool de recursos especialistas para suportar diversas operações simultaneamente. Com base neste contexto, o objetivo desta dissertação é apresentar um modelo de gestão para implantação de um centro de provimento logístico offshore integrado. O modelo foi proposto com base em uma pesquisa-ação realizada em uma unidade de um importante player da indústria de petróleo. O trabalho ressalta os principais motivadores, abordagens, vantagens e desvantagens, indicadores de desempenho que podem ser constituídos, riscos e demais fatores críticos na adoção do modelo de gestão de um centro de provimento logístico offshore integrado. O modelo foi elaborado de forma a ser uma abordagem de gestão eficiente para a mitigação das principais causas de variação nos processos logístico da empresa analisada. A adoção de um modelo como o proposto representa uma ruptura em detrimento às práticas de gestão atuais na maioria das empresas, e, portanto, abordagens não convencionais de gestão de riscos e gestão da mudança são salientadas na dissertação. Por fim, questões inerentes ao delineamento do modelo conceitual para um modelo que se aproxime da realidade para a implantação são abordadas e analisadas. / [en] The oil industry has been facing a new reality and its focus lies in people s integration, processes and technologies which enable decisions to be taken in a faster way, which optimizes the operation and originates, therefore, the Integrated Operation concept. Taking this scenario into account, the main worldwide companies related to this industry are ready to offer programs which are dedicated to the operational integration of this chain. The first environments stemmed from the concept of the operational control rooms, where the team could monitor the operation and perform communication remotely. Nowadays, companies recognize that, besides the integrated value of the integrated collaboration environments, the operation integration demands care, evaluation, design and implementation planning in order to guarantee that such environments can become a platform which will improve communication, subsidize the best decisions, allow high quality in the analysis and use a pool of expert resources in an efficient manner in order to support several operations simultaneously. Based on this context, the aim of this work is to present a management model for the implementation of a center to provide integrated offshore logistics. The model was proposed based on an action research carried out in an important player unit of the oil industry. The work highlights the main motivations, approaches, advantages and disadvantages, performance indicators which may be constituted, risks as well as other critical factors in the adoption of a management model for the implementation of a center to provide integrated offshore logistics. The model was created with the aim of becoming an efficient management approach for the mitigation of the main variation causes in the logistic processes taking the company analyzed as a reference. The adoption of a model as the one proposed represents a rupture as opposed to the current management practices in most companies, and, therefore, non-conventional approaches in the management of risks and changes are highlighted in this work. Finally, issues inherent to the formulation of the conceptual model for a model which is close to the reality for the implementation are discussed an analyzed.

Os centros de operação de sistemas elétricos de potência (SEP) exigem que uma vasta quantidade de informações esteja disponível para o controle e supervisão dos SEP. Em uma operação segura dos SEP é de suma importância que o processo de estimação de estado (EE) seja confiável. Visando este propósito, neste trabalho: i) propõe-se o desenvolvimento de um programa computacional que permita avaliar e aumentar a confiabilidade de um SEP em termos de qualidade e redundância das medidas disponíveis. Este programa fundamenta-se na fatoração da matriz Jacobiana transposta (\'H POT.t\') para realização da análise e restauração de observabilidade, e identificação de medidas críticas e conjuntos críticos de medidas. Para estimação de estado, é utilizado o algoritmo desacoplado rápido versão BX, e para a detecção e identificação de erros grosseiros, utiliza-se o teste dos resíduos normalizados; ii) propõe-se uma metodologia e um algoritmo para análise de observabilidade e identificação de ilhas observáveis, usando conceitos de caminhos de grafo e a fatoração triangular da matriz \'H POT. t\'. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando o sistema de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE. / The operating center requires much information in order to control and supervise the power systems. In a secure power systems operation it is important that the state estimation process be reliable. For that purpose, in this work: i) a computer program to evaluate and increment the reliability of power system in terms of redundancy and measurements availability is developed. That program is based on the \'H POT.t\' matrix factorization with the purpose of observability analysis and restoration; critical measurements and critical sets identification. The version BX of the fast decoupled algorithm for state estimation is used. Gross errors detection and identification is made through the normalized residue test; ii) using of path graph concepts a methodology and algorithm for network observability analysis and observable island identification is developed. To implement that algorithm, the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix is used. To prove the efficiency of the proposed methodology, several tests were performed using the system of 6, 14, 30 and 118 buses from IEEE.

Os centros de operação de sistemas elétricos de potência (SEP) exigem que uma vasta quantidade de informações esteja disponível para o controle e supervisão dos SEP. Em uma operação segura dos SEP é de suma importância que o processo de estimação de estado (EE) seja confiável. Visando este propósito, neste trabalho: i) propõe-se o desenvolvimento de um programa computacional que permita avaliar e aumentar a confiabilidade de um SEP em termos de qualidade e redundância das medidas disponíveis. Este programa fundamenta-se na fatoração da matriz Jacobiana transposta (\'H POT.t\') para realização da análise e restauração de observabilidade, e identificação de medidas críticas e conjuntos críticos de medidas. Para estimação de estado, é utilizado o algoritmo desacoplado rápido versão BX, e para a detecção e identificação de erros grosseiros, utiliza-se o teste dos resíduos normalizados; ii) propõe-se uma metodologia e um algoritmo para análise de observabilidade e identificação de ilhas observáveis, usando conceitos de caminhos de grafo e a fatoração triangular da matriz \'H POT. t\'. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando o sistema de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE. / The operating center requires much information in order to control and supervise the power systems. In a secure power systems operation it is important that the state estimation process be reliable. For that purpose, in this work: i) a computer program to evaluate and increment the reliability of power system in terms of redundancy and measurements availability is developed. That program is based on the \'H POT.t\' matrix factorization with the purpose of observability analysis and restoration; critical measurements and critical sets identification. The version BX of the fast decoupled algorithm for state estimation is used. Gross errors detection and identification is made through the normalized residue test; ii) using of path graph concepts a methodology and algorithm for network observability analysis and observable island identification is developed. To implement that algorithm, the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix is used. To prove the efficiency of the proposed methodology, several tests were performed using the system of 6, 14, 30 and 118 buses from IEEE.

Orientadores: Carlos Alberto de Castro Junior, Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T23:29:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BedoyaBedoya_DuvierRolando_M.pdf: 801505 bytes, checksum: 8566b9558e25c36e418f2d8d82398e68 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta uma nova e rápida metodologia para calcular a margem mínima de estabilidade de tensão de sistemas de potência. O cálculo da margem de estabilidade de tensão (MET) é normalmente requerido no planejamento e operação dos sistemas de potência. Usualmente, a carga é incrementada em uma direção predefinida baseada em históricos ou previsão da demanda (por exemplo, com fator de potência constante, seguido por um incremento proporcional nos MW da geração) até que o ponto de máximo carregamento (PMC) seja obtido. O cálculo da margem mínima METm, permite obter a pior direção de incremento de carga. Além disso, podem se apresentar situações onde incrementos de carga imprevistos em uma barra ou área conduzam a uma margem menor, arriscando a operação do sistema em modo seguro. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia nova e eficiente, do ponto de vista computacional, para obter a METm e a correspondente direção que é equivalente à pior direção de incremento de carga. Esta informação, com a margem que usualmente é calculada, permite que os operadores do sistema tomem medidas preventivas de controle para retornar ou manter o sistema em modo de operação seguro. Adicionalmente, é apresentado um estudo de áreas críticas para identificar as regiões ou barras que mais estão contribuindo a perda de estabilidade de tensão. É possível encontrar a melhor ação de controle, como corte de carga ou compensação reativa / Abstract: This work presents a new and fast method for computing the minimum voltage stability margin of electric power systems. The computation of the voltage stability margin (VSM) is often required for the planning and operation of power systems. Usually, loads are increased along a predefined direction, which can be estimated based on historical data or load forecast (e.g. with constant power factor, followed by a proportional MW generation increase) up to the system's maximum loading point is reached. The computation of the minimum VSM (mVSM) allows obtaining the load increase worst scenario. Also, situations may occur where variations from the predefined load increase direction, as for example, an unexpected load increase at some bus or area, may result in smaller VSM, taking the system to an insecure operating state. The aim of this work is to propose a new and fast method to compute the mVSM? and the corresponding load increase direction for which it occurs. This information, along with the usual VSM, allows operators to take measures like preventive control actions to move the system to securer operating points. Also a general study of critical areas is shown in order to identify the weakest region and bus that are contributing to the loss of voltage stability. It is possible to _nd the best control actions, like load curtailment or reactive compensation / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Centros de operação ao redor do mundo têm verificado o aumento da complexidade ao longo dos anos, principalmente pela grande quantidade de novas informações que devem ser consideradas. No sistema elétrico brasileiro não é diferente, impactado pela participação cada vez mais ativa de fontes renováveis, como eólicas e fotovoltaicas, além de elos de corrente contínua. Seguindo uma tendência global, a consideração de valores de inércia sincronizada para a avaliação do desempenho da frequência e de fluxos sistêmicos se faz necessária, configurando-se como uma nova informação a ser exposta à operação em tempo real. Visando garantir mais segurança e confiabilidade ao ambiente de tempo real, o presente trabalho tem como objetivo traduzir os estudos realizados pela equipe de planejamento do ONS para a operação, através de um sistema capaz de monitorar parâmetros como a inércia sincronizada, reserva de potência operativa e outras informações associadas, ampliando a consciência situacional dos usuários. Além disso, o sistema deve promover simulações de contingências severas que possam provocar atuações de esquemas de corte de carga e indicar ações que possam ser realizadas para mitigar o problema. / [en] Operation centers around the world have verified an increase of the complexity throughout the years, mostly due to huge amounts of new information that must be considered. The Brazilian electric system is no different, impacted by the increasingly active participation of renewable sources, such as wind and photovoltaic, as well as direct current links. Following a global trend, the consideration of values of synchronous inertia for the evaluation of the performance of the frequency is necessary, configuring as a new information to be exposed to real-time operation. With the purpose of guaranteeing more safety and reliability to the real-time environment, this work has the goal of translating the studies carried out by the ONS planning team to the operation, through a system capable of monitoring parameters such as synchronous inertia, operating reserve and other associated informations, increasing users situational awareness. Besides that, the system must promote simulations of severe contingencies that may trigger load shedding schemes and indicate actions that can be taken to soften the problem.

【中 文 摘 要】 博物館功能主要為「展示、教育、研究、典藏」，其中「展示」為博物館與大眾接觸最直接的方式。在現代科技發展中，「展示」的觀念與形式也有所改變，互動式展示日受重視，虛擬呈現的比例亦逐漸加重。 本研究以「國立海洋生物博物館」之BOT專案「世界水域館」《深海水域》電子展示設計為主題，以實務個案為例，探討自然博物館如何規劃與製作深海水域的生態展演，與如何利用〝虛擬實境〞、〝人工智慧〞與〝即時運算〞等尖端技術，架構出「世界第一」無水水族館的展示模式。 往昔自然生態展示以活體展示為主，即複製生態空間讓水中生物悠遊水族箱內。但為了超越時空，讓全球代表生態皆能集中於特定展示館內，遂有電子展示的觀念與製作，以擬仿物取代真實，創造尚‧布希亞的「超真實」世界。 本研究於製程的影音紀錄與相關人員的訪談中，歸納、整理出發展生態電子展示設計的因素與理想，探討製作上的困難之處，同時也以研究者觀點對展示設計過程提出檢討與建議。 深海水域生態在陸地上展示係屬跨越時空的創舉，本個案不但為台灣首例，在世界上亦為先驅。創新嘗試，成果雖不如預期，但以整個專案的具體呈現而言，實為相關領域之前鋒。本研究認為，整理與探討本個案，對未來電子展示設計與製作皆有參考價值；同時，由本個案所建置的生態電子展示平台，亦為台灣博物館界提供國際化的新思維，對博物館未來的展示設計奠定了新的基礎，創造一個新的開始。 / Abstract The main functions of museums are demonstration/exhibition, education, research and collection/preservation. “Exhibition” provides the most direct link between a museum and the public. As modern science and technology continue to develop, the concepts and formats of “exhibition” have also evolved. Interactive exhibits become more valued, and virtual simulation approaches have also increased in proportion. The focus of this research study is the electronic display design for the Waters of the World – BOT (Build-Operate-Transfer) Project, pioneered by the National Museum of Marine Biology & Aquarium. This study uses this project as a case study to explore how a Nature museum planned and produced an exhibit of The Deep Sea waters ecology, and with the use of the most advanced technology such as VR (Virtual Reality), AI (Artificial Intelligence), and the “real-time operation,” etc., how the museum built the world’s first protocol for a water-less aquarium. In the past, ecological exhibits mainly constituted real living creatures, by duplicating the ecological environment necessary for underwater creatures to survive in an aquarium. But, in order to go beyond the limitation of space and time, and to facilitate the presentation of global ecology within a specific exhibition space, the electronic display concept and production has thus been introduced. It is to imitate reality and create a world of hyper-reality, as depicted by Jean Baudrillard. Relying on historical video and audio records, and actual interviews with key people on the project, this research study summarized factors and objectives of the original design, and discussed difficulties encountered in the production process. In addition, the study also provided input and recommendations concerning the design process. The exhibition of The Deep Sea waters ecology on land is a pioneering act, second to none. The case is not only a 1st in Taiwan, but also a 1st of its kind in the world. Although the new attempt has not exactly achieved the expected outcomes, it did initiate a pioneering work within ecology demo field. The researcher believes that the case study is a valuable reference for future electronic display design and production. In the meantime, the ecological electronic-platform created by this project provides an international perspective, and establishes a new milestone for further development in the future.

A partir de uma análise geométrica, do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados, propõe-se, neste trabalho, um índice para classificação das medidas de acordo com as suas características de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do processo de estimação de estado, por mínimos quadrados ponderados. O índice proposto foi denominado Índice de Não-Detecção de Erros, ou apenas UI (Undetectability Index). As medidas com maiores UI são aquelas cujos erros grosseiros (EGs) são mais difíceis de serem detectados através de métodos que fazem uso da análise dos resíduos. Isto porque os erros dessas medidas são, de certa forma, \"mascarados\", isto é, não são refletidos nos resíduos das mesmas. Nesse sentido, a medida crítica é o caso limite de medidas cujos erros são mascarados, isto é, possui UI infinito e seu resíduo é igual a zero, independente de a mesma ter ou não EG. Para obtenção dos índices UI das medidas, desenvolveu-se um algoritmo simples e de fácil implementação. Tomando por base o índice UI, propõe-se, também, uma metodologia para processamento de EGs e dois algoritmos para projeto ou fortalecimento de sistemas de medição. Esses algoritmos possibilitam a obtenção de sistemas de medição confiáveis (observáveis e isentos de medidas críticas e de conjuntos críticas de medidas), de baixo custo e formados por medidas com índices UI menores que um valor pré-estabelecido. Para validar o índice UI e as suas aplicações propostas neste trabalho, realizaram-se diversas simulações computacionais nos sistemas de 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios todos os resultados obtidos. / The present thesis proposes an index, called Undetectability Index (UI), to classify the measurements according to their characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares state estimation process from a geometric analysis of this estimator. Gross errors in measurements with higher UIs are very difficult to be detected by methods based on the residual analysis, as the errors in those measurements are \"masked\", i.e., they are not reflected in the residuals. In this sense, critical measurements are the limit case of measurements that mask errors, that is, they have infinite UI and their residuals are always zero independently of their having or not gross errors. Based on the UI a methodology for gross error processing and two algorithms for metering system planning are also proposed in this thesis. These algorithms enable the obtaining of reliable measurement systems (observable and free from critical measurements and critical sets of measurements) with low investment and containing only measurements with UIs lower than a pre-established value. Several simulation results (with IEEE 14-bus and 30-bus systems) have validated the UI and its application.

A partir de uma análise geométrica, do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados, propõe-se, neste trabalho, um índice para classificação das medidas de acordo com as suas características de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do processo de estimação de estado, por mínimos quadrados ponderados. O índice proposto foi denominado Índice de Não-Detecção de Erros, ou apenas UI (Undetectability Index). As medidas com maiores UI são aquelas cujos erros grosseiros (EGs) são mais difíceis de serem detectados através de métodos que fazem uso da análise dos resíduos. Isto porque os erros dessas medidas são, de certa forma, \"mascarados\", isto é, não são refletidos nos resíduos das mesmas. Nesse sentido, a medida crítica é o caso limite de medidas cujos erros são mascarados, isto é, possui UI infinito e seu resíduo é igual a zero, independente de a mesma ter ou não EG. Para obtenção dos índices UI das medidas, desenvolveu-se um algoritmo simples e de fácil implementação. Tomando por base o índice UI, propõe-se, também, uma metodologia para processamento de EGs e dois algoritmos para projeto ou fortalecimento de sistemas de medição. Esses algoritmos possibilitam a obtenção de sistemas de medição confiáveis (observáveis e isentos de medidas críticas e de conjuntos críticas de medidas), de baixo custo e formados por medidas com índices UI menores que um valor pré-estabelecido. Para validar o índice UI e as suas aplicações propostas neste trabalho, realizaram-se diversas simulações computacionais nos sistemas de 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios todos os resultados obtidos. / The present thesis proposes an index, called Undetectability Index (UI), to classify the measurements according to their characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares state estimation process from a geometric analysis of this estimator. Gross errors in measurements with higher UIs are very difficult to be detected by methods based on the residual analysis, as the errors in those measurements are \"masked\", i.e., they are not reflected in the residuals. In this sense, critical measurements are the limit case of measurements that mask errors, that is, they have infinite UI and their residuals are always zero independently of their having or not gross errors. Based on the UI a methodology for gross error processing and two algorithms for metering system planning are also proposed in this thesis. These algorithms enable the obtaining of reliable measurement systems (observable and free from critical measurements and critical sets of measurements) with low investment and containing only measurements with UIs lower than a pre-established value. Several simulation results (with IEEE 14-bus and 30-bus systems) have validated the UI and its application.