Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Hidráulica). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Tese de mestrado. Automação, Instrumentação e Controlo. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

O presente trabalho tem como objetivo analisar as correntes de inrush que surgem nos momentos de energização dos alimentadores de sistemas de distribuição. Desta forma, são relevantes em projetos cotidianos de concessionárias de energia elétrica como por exemplo, nos cálculos de ajustes dos dispositivos de proteção. Foram estudadas 291 (duzentas e noventa e uma) amostras extraídas de oscilografias de medidores alocados nas saídas de alimentadores de distribuição, os quais armazenaram informações de tais correntes nos momentos em que houveram religamentos bem sucedidos (carga quente), bem como em energizações após longos períodos de interrupção (carga fria). Todos os alimentadores analisados pertencem a AES-ELETROPAULO. Os valores (em magnitude) das correntes de inrush foram analisados nos primeiros instantes (16,66 ms e 100 ms) logo após o momento da energização dos alimentadores, sendo os valores estudados como variáveis probabilísticas. As análises desta dissertação fundamentaram-se na comparação dos dados oriundos de medição com os resultados de cálculo segundo o modelo tradicional (aplicação de fatores multiplicativos), na qual se observa uma clara majoração que tende a sobredimensionar os resultados das correntes. Desta forma este trabalho sugere a adoção de valores (ou faixa de valores) mais adequados e que tendem a garantir uma aproximação mais consistente com as medições. Comparando os valores (magnitude) dos fatores multiplicativos para as correntes de inrush entre carga quente e carga fria, verifica-se que as correntes de inrush em carga fria tendem a ser maiores do que em carga quente. Bem como em ambas as cargas, observa-se a relação direta de proporcionalidade do fator multiplicativo com a potência instalada dos alimentadores em termos dos transformadores de distribuição. / The purpose of this dissertation is to analyze the inrush currents generated upon the energization of distribution system feeders. These said currents are relevant for typical designs in electric power concessionaries, for example upon calculating the ideal settings for protection devices. It was analyzed (or studies) 291 (two hundred and ninety one) oscilography samples extracted from measuring devices oscilographs were analyzed. These devices were placed in the beggining of distribution feeders, and stored information on such currents both in successful reclosing (hot load) events and re-energization after long periods of outage (cold load) events. All feeders analyzed belong to the AES-Eletropaulo. The inrush current values (in magnitude) were analyzed right after (more specifically 16.66 ms and 100 ms) the feeder energization. For this reason, its corresponding values were studied as a probabilistic variables. This analysis was based on the comparison between measured data and traditional model (application of factor coefficients) calculation results, in this way, observed it that the traditional model yields over-dimensioned results which lead to oversizement of the results currents. It has thus suggested revised, more suitable values (or bands of values) which are bound to ensure a more consistent approximation to the real measurements. Upon comparing the final value (in magnitude) results on the analysis of the factor coefficients for inrush currents for hot load and cold load, it is observed that the cold load inrush currents tend to be higher than those for hot load. Furthermore, it was observed the direct relation of proportionality of the factor coefficients to the ratings capacity transformer power installed along the feeder lines.

SILVA A. C. A. Calibração automática de rugosidades de tubulações em sistemas de distribuição de água com aplicação de algoritmos genéticos. 2006. 174 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-04T14:40:50Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_acasilva.pdf: 1758595 bytes, checksum: 179ceaa14dee04296371c4f3af7546cd (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-07T19:09:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_acasilva.pdf: 1758595 bytes, checksum: 179ceaa14dee04296371c4f3af7546cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-07T19:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_acasilva.pdf: 1758595 bytes, checksum: 179ceaa14dee04296371c4f3af7546cd (MD5) Previous issue date: 2006-12-15 / Simulation of hydraulic equilibrium conditions on distribution network is fundamental to technically analyze water supply systems. In order to reproduce reliable results on fluids flow by using simulation models it is very important that the system parameters are precisely evaluated. Considering the resistance coefficient of pipes as the most difficult variable to be determined due to its dynamic characteristics, it was developed a computational routine to calibrate the absolute roughness or Hazen-Williams coefficient of distribution networks, by applying the genetic algorithms method as an optimization technique. The calibration model proposed allows the choice of genetic operators, making possible a comparative study among chromosomes replacement methods, selection, mutation and crossover operators, as well as evaluating the influence of initial population size on the solution quality found. The calibration results achieved in a hypothetical network pointed the advantages and disadvantages of the main parameters and operators of genetic algorithms method, demonstrating that the research made the technical knowledge on the subject broader, thus contributing to a more efficient application of the method. / A simulação das condições de equilíbrio hidráulico de uma rede de distribuição é uma das principais etapas na análise técnica de sistemas de abastecimento de água. Para que os modelos simuladores reproduzam com fidelidade o escoamento do fluido na rede, é fundamental que os parâmetros do sistema sejam identificados com precisão. Considerando o coeficiente de resistência das tubulações como a variável de maior dificuldade de determinação devido à sua característica dinâmica, é desenvolvida uma rotina computacional para calibração da rugosidade absoluta ou do coeficiente de Hazen-Williams de redes de distribuição, utilizando o método dos algoritmos genéticos como técnica de otimização. O modelo de calibração proposto permite a escolha de parâmetros de cálculo dos algoritmos genéticos, possibilitando uma análise comparativa entre métodos de substituição de indivíduos, operadores de seleção, mutação e recombinação (crossover), bem como uma avaliação da influência da quantidade de indivíduos da população inicial na qualidade das soluções encontradas. Os resultados da calibração realizada em uma rede hipotética apontam as vantagens e desvantagens dos principais parâmetros e operadores do método dos algoritmos genéticos, demonstrando que a pesquisa ampliou os conhecimentos sobre a técnica, contribuindo para a sua aplicação de forma mais eficiente.

A troca de informações entre os vários sistemas de gerenciamento e outros sistemas de informação de uma empresa do setor elétrico não é apenas desejada, mas na maioria dos casos, necessária. Com a necessidade desenvolveu-se uma pesquisa com o objetivo de descrever as metodologias de integração entre Sistemas de Informações Geográficas e Sistemas de Projetos de Redes de Distribuição, incluindo referências a diversos trabalhos de integração no Brasil e no mundo. Como exemplo e caso prático, utilizou-se uma metodologia desenvolvida para a concessionária de distribuição de energia elétrica AES Eletropaulo. / The information interchanges between management systems and others information systems of an electrical distribution company is not only desirable, but in most cases necessary. Due this necessity it was developed one research aiming to describe the integration methodologies between geographic information systems and electrical grid expansion designer systems, including references for some integration works in Brazil and in World. As a practical example, it was used one methodology developed for the electrical distribution company AES Eletropaulo.

Nesta tese, foram desenvolvidas três metodologias para análise dos riscos de interrupções em processos eletro-eletrônicos provocadas por faltas nos sistemas de distribuição de energia elétrica. Estas metodologias são: Monte Carlo, Enumeração de Estados e Híbrido. Com a utilização destas metodologias, são avaliados índices relativos às interrupções de longa duração e às variações de tensão de curta duração (afundamentos, elevações e disrupções de tensão) em cada consumidor da rede de distribuição de energia elétrica. Em cada barra do sistema, as freqüências de ocorrências de cada índice são obtidas, classificadas por faixas de magnitude e duração dos eventos. Conhecendo informações sobre a configuração e parâmetros de rede e sobre os dispositivos de proteção, através de um conjunto de simulações, é possível mapear as áreas de risco relativas aos fenômenos de interrupção e variações de tensão de curta duração (VTCDs). Dispondo ainda do conjunto de curvas de sensibilidade dos processos industriais, avaliam-se as freqüências de disrupções de processos, esperadas por ano no ponto analisado, isto é, o número de vezes que um processo apresenta mau funcionamento e possivelmente interrupção devido a uma VTCD. Também é apresentada nesta tese uma formulação matemática que permite realizar a inclusão do custo do prejuízo pela falta da qualidade de energia nos consumidores em modelos clássicos para o tratamento de problemas de planejamento da operação e da expansão de sistemas de distribuição de energia elétrica. Os métodos para avaliação das áreas de risco e custos de interrupção de processos por faltas nas redes de distribuição foram implementados em um sistema computacional. Resultados da aplicação em redes de distribuição reais permitem avaliar vantagens e desvantagens de cada um dos métodos. Para observar o impacto do prejuízo nos consumidores, são utilizados resultados obtidos na literatura para realizar a comparação e obter o custo total envolvendo custos de investimento de novas obras, custo de perdas de energia e custo do prejuízo pela falta da qualidade de energia nos consumidores existentes na rede de distribuição de energia elétrica. / Three methodologies for risk assessment of interruptions in electrical and electronic sensitive devices are herein developed. These interruptions are mainly due to faults in electric power distribution systems. The methodologies are herein named Monte Carlo Method, State Enumerating Method and Hybrid Method. These methods allow for the evaluation of indices related to long duration interruptions and voltages sags and swells in each customer supplied by the distribution network. The power quality indices (expected number of events per year) are classified according to voltage amplitude and event duration. The information regarding network configuration and parameters as well as protection devices are input for a set of simulations that result in mapping the indices related to long duration interruptions and short duration voltage variations along the network. By considering the sensitivity curves for industrial processes, the method determines the frequency of process disruptions, i.e. the number of events in which the customer process malfunctions, or it is damaged or it is interrupted due to voltage sags or swells. This thesis also shows a mathematical formulation that includes costs regarding customer losses caused by poor power quality to conventional models that deal with operation and expansion planning of electric power distribution systems. The proposed methods for assessing risks and interruption costs in customer processes due to faults in distribution networks were implemented in a computational system. Case studies in real distribution networks show advantages and disadvantages of each method. In order to determine losses in customer processes, some literature results are taken as a basis to determine the total planning costs, that include the parcels corresponding to the reinforcement capital, power losses and power quality costs, that consider customer interruptions and disruptions due to voltage sags and swells.

Esta dissertação apresenta uma metodologia de otimização do fluxo de potência em sistemas elétricos de subtransmissão utilizando duas técnicas da Computação Evolutiva, os Algoritmos Genéticos e as Estratégias Evolutivas. A metodologia decompõe o problema em duas partes e o trata seqüencialmente. A primeira parte procede com a otimização do fluxo de potência ativa e a segunda com a otimização do fluxo de potência reativa. São apresentadas as características e estruturas básicas dos Algoritmos Genéticos e das Estratégias Evolutivas. A técnica dos Algoritmos Genéticos é implementada no modelo de otimização do fluxo de potência ativa e a técnica das Estratégias Evolutivas no modelo de otimização do fluxo de potência reativa. As variáveis de controle dos modelos desenvolvidos são, respectivamente, os estados dos dispositivos de seccionamento e os níveis de tensão dos barramentos dos pontos de fronteira, associadas ao sistema analisado. Analisam-se os sistemas elétricos de subtransmissão que contêm múltiplos pontos de fronteira (conexão) com a Rede Básica e diversas possibilidades de configuração operativa. A metodologia proposta é aplicada a um sistema elétrico de subtransmissão real a fim de minimizar o custo dos encargos de uso dos sistemas de transmissão. Os resultados obtidos mostram a eficácia dos algoritmos desenvolvidos na busca das soluções desejadas. / This dissertation presents a power flow optimization methodology on subtransmission electric systems using two techniques of Evolutionary Computation, namely the Genetic Algorithms and the Evolution Strategies. The methodology splits the problem into two parts and treats it separately. On the first step it proceeds to optimize the active power flow and on the second step to optimize the reactive power flow. Characteristics and basic structures of the Genetic Algorithms and the Evolution Strategies are shown. The Genetic Algorithms technique is implemented on the active power flow optimization model and the Evolution Strategies technique on the reactive power flow optimization model. The control variables of developed models are, respectively, the switch states and the border point bar voltage levels, associated to the analyzed system. The subtransmission electric systems that have multiple border (connection) points to the Basic Network and many operative configuration possibilities are analyzed. The proposed methodology is applied to a real subtransmission electric system in order to minimizes the transmission system use duty costs. The obtained results show the efficacy of the developed algorithms in the search of desired solutions.

As mudanças físicas ocorridas ao longo do tempo requerem que os modelos hidráulicos de previsão de comportamento das redes de distribuição de água para abastecimento tenham seus parâmetros reavaliados periodicamente via calibração. Diversas são as dificuldades inerentes ao processo de calibração de redes reais, dentre as quais aquelas resultantes da precariedade dos cadastros, como a incerteza quanto à localização e condição de abertura de válvulas na rede. Muitos métodos de calibração foram propostos na literatura, geralmente com base em equações analíticas e técnicas de otimização diversas. Reconhece-se, entretanto, a necessidade de estimativas dos parâmetros da rede em termos das rugosidades e dos parâmetros locais da relação entre pressão e vazamento, para sistemas sujeitos a vazamentos expressivos. Propõe-se aqui um método de calibração em duas etapas em que os AGs (algoritmos genéticos) são empregados como ferramenta na resolução dos problemas inversos correspondentes, sendo os estudos realizados para setores de rede da cidade de São Carlos, SP, sobre os quais extensivos trabalhos de campo foram realizados. Foram desenvolvidos também estudos de investigação da melhor representação do problema via AGs e de localização de pontos ótimos de monitoramento. Os resultados demonstraram-se robustos em identificar rugosidades e trechos dotados de válvulas, bem como os parâmetros do modelo de vazamentos, além de indicar possibilidades de melhorias na eficiência dos AGs. Resultados obtidos a partir de considerações sobre técnicas de localização de pontos ótimos de monitoramento também foram considerados bons. / Continuous physical changes that occur in water supply networks along the years require their calibration in order to guarantee realistic forecasts through hydraulic models. There are many difficulties involved in water supply network calibration in terms of their parameters as results of many factors, amongst which the lack or uncertainty on data like location and status of valve openings in the network. Several calibration methods have been proposed in the literature, usually based on many analytical equations and optimization techniques. However, it was known the need of estimative of network parameters in proper form of roughnesses and local parameters of relation between pressure and leakage, for systems submitted to expressive leakages. This work proposes a method of calibration in two phases in which the GAs (genetic algorithms) are used as tools in the resolution of corresponding inverse problems, being the studies performed for sectors of the network of the city of São Carlos, SP, about which extensive field work had been done. It was developed, also, studies investigating of the best representation of problem through GAs and the localization of optimal points for monitoring. The results have showed themselves robust in the identification of roughnesses and sections having valves, as well as the parameters of leakage model, besides to indicate possibilities of improvements in GA\'s efficiency. The results that have been obtained from considerations aboutlocalization techniques of optimal points for monitoring were considered good as well.

Um dos problemas mais graves e preocupantes que ocorrem em redes de distribuição é a falta de alta impedância proveniente do rompimento e conseqüente queda do condutor primário. Devido ao seu alto grau de periculosidade, é fundamental que tal fenômeno seja exaustivamente analisado e pesquisado. Com a evolução da tecnologia digital, os programas de simulação computacional se tornaram grandes aliados nas pesquisas em proteção de sistemas elétricos. A partir do estudo de modelos já desenvolvidos e testados de faltas de alta impedância em redes de distribuição, o presente trabalho realiza uma análise deste tipo de falta e discute a implementação de um modelo de fácil configuração e adaptável a diferentes cenários. Mais do que isso, este trabalho se propõe a desenvolver uma interface computacional propícia para viabilizar este tipo de estudo em redes de distribuição, dada a necessidade de se obter uma ferramenta que possibilite a automatização do processo de simulação deste fenômeno. Com o resultado deste trabalho será possível testar e validar esquemas de proteção contra faltas de alta impedância ocasionadas por rompimento e queda de condutor primário em redes de distribuição, bem como auxiliar no desenvolvimento e implementação de novos algoritmos de detecção deste tipo de falta. / The high impedance fault caused by the broken and fallen conductor is one of the most hazardous and worrying problems that occur in distribution network. Due to its high harmful level it is necessary to analyze and research such phenomenon exhaustingly. The evolution of digital technology allowed the development of computing simulation software that became a great ally to the research of electrical systems protective devices. Based on the study of already developed and tested high impedance fault models the present work revisits this type of fault and discuss the implementation of an easy configureable model that is adaptable to different scenarios. Beyond this, the present work also proposes to develop a proper computing interface in order to make the study of such faults at distribution network viable once it is necessary to have a tool that allows the automation of high impedance fault simulating process. The results of thiswork will allowto test and validate protective schemes against high impedance faults caused by the breakdown and fall of primary conductors at distribution network systems, as well as they will be helpful when developing and implementing new algorithms for detection of such kind of fault.