Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The growing demand for energy in electric systems has resulted in major operational difficulties related to voltage level control. This has led specialists to deal more strictly with the control of reactive power and voltage, mainly in the case of radial electric systems supplying seasonal loads. Amongst a variety of commercial solutions to provide voltage regulation arise the static compensators. These represent an alternative of great potential to control the power flow and improve the voltage profile of electric systems. In this context, the SCRSC or Saturated Core Reactor Static Compensator - made up of a magnetic core with special characteristics and capacitors in series and in parallel - becomes an interesting alternative, when compared to other types of equipment. The main advantages related to this product are: robustness, low cost, lower maintenance requirements and good performance. Within this scenario, the purpose of the present dissertation is to carry on further investigation related to a more comprehensive model and computational studies of transient, dynamic and steady state performance of an overall electrical system. Using a given system several studies are performed so as to highlight the equipment energization phenomena as well as the device effectiveness at compensating for system operational condition changes that require the use of voltage regulators to accomplish the power utility standards. / A crescente demanda de energia nos sistemas elétricos tem resultado em dificuldades crescentes na sua operação. Isso tem levado os especialistas a tratar o controle da potência reativa e da tensão com mais rigor, principalmente em sistemas elétricos com características radiais conciliados com cargas sazonais. Para isso, dentre as várias possibilidades encontradas no mercado, os compensadores estáticos destacam-se como uma alternativa de grande potencial para a melhoria do perfil de tensão dos sistemas elétricos. Neste cenário aparece um equipamento denominado por Compensador Estático à base de Reator a Núcleo Saturado, constituído por uma unidade magnética especial e bancos de capacitores em paralelo e em série. As propriedades construtivas e operativas deste dispositivo oferecem uma possibilidade técnica robusta, de baixo custo, com menores requisitos de manutenção e ainda, com adequado desempenho operacional no que tange ao processo da regulação dinâmica da tensão. Dentro desta linha de trabalhos, esta dissertação, complementando pesquisas anteriores, avança no sentido de oferecer uma modelagem mais completa do dispositivo e sua respectiva implementação computacional. Utilizando tais recursos, são realizados estudos investigativos sobre o desempenho do compensador em pauta diante dos processos de energização e também quando da ocorrência de súbitas variações operativas do complexo elétrico que determinam a necessidade de dispositivos para a estabilização da tensão dentro dos patamares requeridos. / Mestre em Ciências

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The search for solutions to the various problems of power quality, especially to voltage deviation from the standard values, account today, with an extensive range of products aiming above all the dynamic regulation of the supply voltage. Despite this recognition, the challenges to find alternatives technologies that take into account the use of compensators with more attractive operational and economic properties, are still motivating research worldwide. Among the devices based on the principle of consumption or supply of reactive power, in the 60 s came a product design nominated by Reactor Core Saturated Compensator- CERNS. This device is constituted by an inductive unit, comprising a magnetic core and windings with special features, connected in parallel with a capacitor unit. Although this equipment has been widely used in the past, the lack of publications on the subject resulted in a large gap in knowledge domain and dissemination of this technology. This fact contributed to a demand for dedicated efforts in recent years by national and international researchers. In the light of the attractions offered by this philosophy for voltage regulators, the subject has reawakened the interest for research and developments about the project, construction and operation of these compensators, thus aiming the technology domain. On the above, added to efforts previously made by national institutions, arises the present thesis aimed at providing a computational program to assist in the specification and basic design of saturated core reactors and means for determination of the equivalent electrical parameters needed to the model of the equipment proposed and implemented in the ATP simulator. Finally, performance studies are carried out to highlight and to validate the operational efficiency and computational model developed. / A busca por soluções para os distintos problemas da qualidade da energia elétrica, com destaque às variações das tensões de suprimento, conta, na atualidade, com uma extensa gama de produtos visando, sobretudo, a regulação dinâmica da tensão de suprimento. Não obstante tal reconhecimento, os desafios por estratégias alternativas em que pese o emprego de compensadores com propriedades operacionais e econômicas mais atrativas continuam motivando pesquisas em todo o mundo. Dentre os dispositivos fundamentados no princípio do consumo ou fornecimento de potências reativas, nos anos 60 surgiu uma concepção de produto, denominado Compensador a Reator a Núcleo Saturado CERNS. Este é composto, fundamentalmente, por um núcleo magnético com características e enrolamentos especiais e capacitores conectados em paralelo. Embora este equipamento tenha sido amplamente utilizado no passado, a ausência de publicações sobre o tema resultou numa grande lacuna para o conhecimento, domínio e difusão desta tecnologia. Tal fato corroborou para uma demanda de esforços dedicados nos últimos anos no âmbito nacional e internacional e, à luz dos atrativos oferecidos pela presente filosofia para os reguladores, o assunto voltou a despertar interesses para as pesquisas e desenvolvimentos visando o domínio da tecnologia para o projeto, construção e operação destes compensadores. Diante do exposto, somado a esforços já alcançados através de desenvolvimentos anteriores realizados por instituições nacionais, surge esta tese, a qual encontra-se fundamentada no desenvolvimento de uma estratégia computacional para o dimensionamento do compensador, projeto básico do reator saturado e análise de desempenho no domínio do tempo. Para tanto é utilizada a plataforma ATP, de domínio público e aceitação comprovada no cenário nacional. Por fim, estudos diversos de desempenho são conduzidos para a validação da eficácia operacional e do modelo computacional desenvolvido. / Doutor em Ciências