Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-19T09:28:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:13:13Z : No. of bitstreams: 1 182231.pdf: 5472262 bytes, checksum: e07e2ed52c8578520017f82027240167 (MD5) / Este trabalho propõe um método topológico generalizado para as análises de observabilidade e criticidade de sistemas de potência e um método de identificação de erros de topologia baseado em testes de hipóteses, capazes de processar sistemas representados no nível de seção de barras. O primeiro método é uma extensão do método topológico convencional para análise de observabilidade/criticidade de sistemas. Esta extensão permite que fluxos de potência através de disjuntores sejam tratados como novas variáveis de estado e que informações (medidas e restrições) provenientes da representação explícita de chaves e disjuntores sejam processadas juntamente com as medidas convencionais. As características puramente topológicas do método permitem que as análises de observabilidade do sistema e de criticidade de informações sejam realizadas simultaneamente. No método de identificação de erros de topologia proposto a estimação de estados é tratada como um problema de otimização restrito. As equações das medidas, as restrições estruturais, referentes às barras de injeção nula e barras de referência, e as restrições operacionais, referentes aos status de chaves e disjuntores representados no modelo da rede, são incluídas no problema como restrições de igualdade. Além disso, informações a priori sobre os estados do sistema são modeladas no problema e desempenham papel importante no condicionamento numérico e no desempenho do método. O algoritmo de identificação de erros de topologia proposto pode ser dividido em três partes: detecção, seleção de disjuntores suspeitos e identificação dos erros. A detecção é realizada através dos multiplicadores de Lagrange normalizados associados às restrições operacionais. Estes mesmos multiplicadores são utilizados em conjunto com o teste do cosseno, resultante da interpretação geométrica desenvolvida para os multiplicadores de Lagrange, para selecionar os disjuntores suspeitos de conterem erros de modelagem. Finalmente, configurações errôneas com relação aos status dos disjuntores suspeitos são identificadas através de testes de hipóteses baseados no teorema de Bayes. A validade dos métodos de análise de observabilidade/criticidade e de identificação de erros de topologia foi verificada através de simulações com diferentes configurações dos sistemas testes de 24 barras e 30 barras do IEEE. Os resultados obtidos mostram a capacidade e eficiência dos dois métodos no processamento de sistemas modelados no nível de subestação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:39:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:32:51Z : No. of bitstreams: 1 262687.pdf: 4548891 bytes, checksum: 59780982e735a1f859f8e75e49ef0a9c (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T21:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332884.pdf: 4340105 bytes, checksum: b9ba123c07192178d430cb540fd53377 (MD5) Previous issue date: 2014 / Nos últimos anos, a geração de energia elétrica por pequenos aerogeradores tem sido um importante tópico de pesquisa, pois é uma fonte limpa, sustentável e renovável de energia elétrica. Além disto, é um sistema que possui um apelo socioeconômico devido ao potencial tanto para proporcionar energia em áreas isoladas quanto para fornecer economia aos consumidores em áreas atendidas pelas concessionárias. A produção de energia elétrica por pequenas turbinas eólicas pode ser implementado, com uma boa rentabilidade ao longo do tempo, em vários lugares, tais como casas, torres de telecomunicações, plataformas de petróleo, escolas e clínicas rurais. A conexão de pequenos geradores a rede elétrica foi regulamentada no Brasil com a resolução normativa nº 486/2012 da Agencia Nacional de Energia Elétrica. No entanto, a popularização da energia eólica em pequena escala conectada a rede elétrica depende de soluções que forneçam sistemas simples, robustos, de baixo custo e o com tecnologia nacional. Visando este cenário, este trabalho propõe um sistema que permite a conexão entre turbinas eólicas de pequeno porte à rede. A estrutura é composta por um retificador passivo, um conversor CC-CC Buck e um inversor Push-Pull. O trabalho aborda a estrutura de potência, a qual é nova e proposta neste estudo, e o sistema de controle, o qual utiliza um circuito integrado UC3854, proporciona a extração da máxima potência do gerador e a injeção de uma corrente senoidal na rede elétrica. Análise, projeto e experimentação foram realizados para um aerogerador de 1kW.<br> / Abstract : In recent years, low power wind system has been an important topic of research, with a large socioeconomic appeal, because it is a renewable, clean, sustainable and alternative source of electric energy. The electricity production by low power wind systems can be implemented in several places, such as homes, telecommunications towers, oil rigs, schools and rural clinics with a good profitability over time. However, the popularization of renewable energy in low scale depends of new solutions that provide simple, robust and cost-effective systems. Aiming this scenario, this dissertation proposes a system that enables the connection between small wind turbines and the mains, based on a passive rectifier, DC-DC Buck converter and Push-Pull inverter. The proposed system was analysed, designed and verified for a 1kW small wind turbine.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-03-04T18:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303895.pdf: 1022695 bytes, checksum: 6e0670b78f57f8cc2b52927f9a971b96 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de metodologias para a obtenção de soluções corretivas para a restauração das equações da rede elétrica, em casos onde a demanda é excessiva. Para formular analiticamente este problema são utilizadas duas modelagens encontradas na literatura. A primeira é a determinação do ajuste de carga como um problema de mínimos quadrados. A segunda é o cálculo deste ajuste em uma direção previamente definida. Em ambos os casos, a metodologia de solução incorpora o método de Newton e o conceito de região de confiança. Esta inclusão visa garantir tanto quanto possível a determinação de uma solução, desde que esta exista, independente das condições iniciais. Para analisar a eficácia dos algoritmos, simulações computacionais foram realizadas com sistemas do IEEE de 14, 30, 57, 118 e 300 barras. Nos testes, foram analisadas tanto as características relacionadas à otimização, quanto os aspectos funcionais dos métodos e a qualidade das soluções encontradas. / This work presents a study and development of methodologies for obtaining corrective solutions for the restoration of the equations from the power flow in cases where the demand is excessive. To formulate analytically this problem, two models from the literature are used: the first model is the load adjustment, which is determined as a problem of least squares. The second model is the calculation of the adjustment on a pre-determined direction. In both cases the solution methodology includes Newton's method and the trust region concept in order to assure the solution determination, as long as that exists, independently of the initial conditions. In order to analyze the effectiveness of the algorithms, computational simulations were conducted with IEEE systems of 14, 30, 57, 118 and 300 buses. Features related to optimization were analyzed regarding the functional aspects of the methods and the quality of the solutions found.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:20:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314521.pdf: 1748234 bytes, checksum: 9dd8d82c2a41b4a23ff7aaec78c1a153 (MD5) / Esta tese propõe um método direto para obtenção do ponto de bifurcação sela-nó correspondente ao máximo carregamento de sistemas elétricos de potência. Este método é formulado com base em um modelo de otimização estática, cuja solução é determinada por meio de uma extensão do método de Newton. As equações não lineares que representam o fluxo de potência são formuladas em coordenadas retangulares permitindo a utilização do termo de segunda ordem da expansão em série de Taylor destas equações para a obtenção de um método Tensorial relativamente rápido e de fácil implementação. Duas formas de parametrização das equações de balanço de potência são comparadas. A primeira é convencional, onde o parâmetro de carregamento é linear. A segunda, proposta neste trabalho, é uma parametrização quadrática, o que equivale a incluir uma restrição de não negatividade ao parâmetro. São obtidos resultados numéricos para três formas de inicialização dos multiplicadores de Lagrange, sendo uma unitária intuitiva, a segunda uma forma existente na literatura e a terceira uma nova forma proposta neste trabalho, que faz uso de uma equação auxiliar em conjunto com a matriz Jacobiana do fluxo de potência. As influências da inicialização dos multiplicadores de Lagrange e da execução de um fluxo de potência inicial para estimativa das variáveis são observadas para se encontrar uma forma mais adequada de inicialização. Aspectos complementares à obtenção do máximo carregamento são obtidos, tais como: sensibilidade do parâmetro de carregamento com relação às potências injetadas nas barras, obtida como um subproduto do processo de otimização; determinação de áreas críticas nos sistemas elétricos com relação à instabilidade de tensão; previsão de potência reativa gerada a cada iteração para facilitar a convergência do processo iterativo; decomposição dos sistemas de equações para redução do tempo de processamento; traçado completo das curas PV nos métodos diretos de forma semelhante ao método da continuação. Resultados numéricos obtidos com simulações de sistemas teste de diferentes portes são usados para ilustrar o desempenho das estratégias propostas.<br> / Abstract : This thesis proposes a direct method for obtaining the saddle-node bifurcation point corresponding to the maximum loadability of electric power systems. This method is formulated based on a static model optimization, which is solved by an extended version of Newton#s method. The nonlinear equations which represent the power flow are formulated in rectangular coordinates permitting the use of the second-order Taylor series expansion of these equations to obtain a Tensor method relatively quick and easy to implement. Two forms of parameterization of the power flow equations are compared. The first is the conventional, where the loadability parameter is linear. The second, proposed in this thesis, is a quadratic parameterization, which is equivalent to imposing a non-negativity constraint to the parameter. Numerical results are obtained for three forms of initialization of Lagrange multipliers, one intuitive unit, the second existing form in the literature and the third form proposed in this thesis, which makes use of an auxiliary equation and Jacobian matrix of power flow. The influences of the initialization of Lagrange multipliers and the running of an initial power flow to estimate the variables are observed to find a more suitable initialization. Additional aspects of obtaining the maximum loadability are obtained, such as: sensitivity of the loadability parameter with respect to the power injected into bus, obtained as a byproduct of the optimization process, determination of critical areas in electrical systems with respect to voltage instability; prediction of reactive power generated at each iteration to facilitate convergence of the iterative process; decomposition of the systems equation for reduction of time processing; complete tracing of PV curves in direct methods similar to the continuation method. Numerical results obtained with simulations of test systems of different sizes are used to illustrate the performance of the proposed strategies

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323511.pdf: 1934297 bytes, checksum: e02e3567d5f3fb6ce2db0c3c3cf6d2a9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesta dissertação de mestrado é proposta uma técnica de simulação da confiabilidade de redes primárias de distribuição operadas radialmente. A técnica foi desenvolvida com base na Matriz Lógico-Estrutural (MLE), sendo convenientemente denominada MLE Expandida. Com a técnica proposta é possível modelar um amplo conjunto de fatores que afetam a confiabilidade. Entre estes fatores são contemplados: a topologia da rede; a distribuição espacial, as frequências, e os tempos de reparo típicos das faltas que ocorrem ao longo de um alimentador; e também a localização dos equipamentos de manobra e de proteção. A confiabilidade é estimada por meio de indicadores anuais de frequência e duração das interrupções imputadas aos consumidores. São destacadas as seguintes vantagens da MLE Expandida: a incidência de faltas temporárias é explicitamente considerada nos modelos; é possível considerar as zonas de atuação dos equipamentos religadores; são considerados os efeitos das manobras de restauração a jusante com transferência interna ao alimentador; e são estimadas as frequências de eventos de interrupção momentânea. É apresentada também uma sequência de análise, que compreende a preparação do modelo, a execução da técnica de simulação proposta, e a utilização de recursos gráficos adaptados à apresentação dos resultados. A representação gráfica dos indicadores de confiabilidade estimados, com mapas de dados e histogramas, permite identificar rapidamente as regiões de um alimentador nas quais incidem as maiores frequências de interrupção e indisponibilidades anuais, bem como o número de consumidores afetados. São apresentados estudos de caso, que têm como objeto dois alimentadores de distribuição cujos modelos foram baseados em dados reais. Estes estudos visam demonstrar as qualidades dos resultados obtidos com a técnica, bem como exemplificar as possibilidades de aplicação da MLE Expandida. <br> / Abstract : In this dissertation is proposed a simulation technique to estimate the reliability of radially operated primary distribution systems. The technique was developed taking as a reference the Matriz Lógico-Estrutural (MLE - Logically-Structured Matrix), being conveniently denominated MLE Expandida (Expanded MLE). This technique allows modeling a large set of factors which affect the reliability. Among these factors are: the network topology; the spatial distribution, the frequency, and the typical time to repair of failures and contingencies that occurs along any primary feeder; and also the allocation of sectionalizing and protection devices. The simulation estimates indices of expected interruptions frequency and duration, experienced by supplied costumers within a predefined condition. The following advantages of the MLE Expandida technique are highlighted: the incidence of temporary faults can be explicitly accounted in the models; the same apply to the primary protection zones of devices with reclosing capabilities; the effects of upstream restoration operations in which loads are relocated within its own feeder are also considered; finally, this technique can estimate frequencies of momentary interruption events. It is also presented an analysis sequence, which comprehends the model construction, the simulation technique execution, and the presentation of estimated indices using graphical resources. The graphical representation of the estimated reliability indices, using data maps and histograms, contributes to the fast identification of the geographical zones where interruptions are more frequent and prolonged, and also make it easier to approximate the number of customers under these conditions. This work presents analyses which take as object two primary distribution feeders, considering models based on real data, to demonstrate possible applications for the proposed simulation technique.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T12:48:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:08:48Z : No. of bitstreams: 1 175096.pdf: 15086181 bytes, checksum: 34a31f8b126f1406a9d43215e154487a (MD5) / Aborda a análise e o desenvolvimento de metodologias corretivas para a restauração da solução das equações do fluxo de potência de um sistema de energia elétrica. São apresentados quatro algoritmos utilizando diferentes tipos de técnicas de análise. O primeiro baseia-se no autovetor à esquerda associado ao autovalor nulo da matriz Jacobiana singular do fluxo de carga. Os outros três são baseados em métodos de otimização. Um utiliza o método de Newton e outros dois, o método Preditor-Corretor do Primal-Dual de Pontos Interiores. Mostra-se como as abordagens propostas podem ser aplicadas para considerar aspectos do cenário de desregulamentação do setor elétrico. É, ainda, apresentada uma forma alternativa para a resolução dos sistemas de equações não-lineares através dos métodos Quasi-Newton. No estudo, utilizou-se o método de Broyden no algoritmo do Mínimo Resíduo por Newton.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-16Bitstream added on 2014-11-10T11:57:57Z : No. of bitstreams: 1 000793230.pdf: 13516031 bytes, checksum: 846f3aa24c401d26155a8d081af6e130 (MD5) / Partes das interrupções no fornecimento de energia elétrica são causadas pelo contato das extremidades da vegetação com os elementos do sistema, prejudicando a confiabilidade e a qualidade dos sistemas de distribuição. Aumento nos custos com não fornecimento de energia elétrica e com manutenções corretivas são consequências da ausência de planos para realização da manutenção da vegetação. A necessidade de manter o fornecimento de energia elétrica e consequentemente o aumento da confiança do sistema de distribuição é o foco para modelos de programação centrados no aumento da confiabilidade a baixo custo.Neste trabalho é proposto um modelo matemático de programação binária dinâmica multiobjetivo para o problema de manutenção preventiva da vegetação sob um sistema de distribuição de energia elétrica. O modelo de otimização contempla a minimização de três objetivos: custos com energia não suprida devido às falhas relacionadas com a vegetação, custos com manutenções - poda ou remoções de árvores, e um indicativo de inconfiabilidade do sistema devido à continuidade do serviço baseado no índice FEC (Frequência Equivalente por Consumidor). A confiabilidade dos alimentadores é determinada através de modelos probabilísticos como um processo renovável, considerada no modelo matemático como um índice de inconfiabilidade devido à vegetação. A metodologia de solução proposta é o algoritmo multiobjetivo NSGA-II, implementado em linguagem de programação C++, obtendo-se um conjunto de soluções não dominadas, que tende a convergir para frente ótima de Pareto. Esta metodologia foi testada em um sistema de distribuição real composto por 25 alimentadores de uma cidade de médio porte. / Parts of interruptions in electricity supply are caused by contact with the edges of the vegetation system elements, impairing the reliability and quality of distribution systems. Increased costs with no electricity supply and corrective maintenance are the consequences of the absence of plans for carrying out the maintenance of vegetation. The need to maintain the supply of electricity and consequently the increased confidence of the distribution system is the aim of programming models focused on increasing the system reliability at the low cost. This work propose a mathematical model of dynamic multi-objective binary programming problem for preventive maintenance of vegetation under a system of power distribution. The optimization model contemplates to minimize three objectives such as cost of unserved energy due to failures related to the vegetation, maintenance costs such as pruning or removal of trees, and an indication of system unreliability due to continuity of service based on FEC (Equivalent Frequency for Consumer). The reliability of the feeders is determined using probabilistic models as a renewable process, considered in the mathematical model as an unreliability index. The solution methodology is proposed a multi-objective algorithm NSGA-II implemented in the programming language C++, obtaining a set of non-dominated solutions among themselves, which tends to converge to Pareto optimal front. This methodology is tested on a real distribution system of a medium sized city.

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Orientador: Profª. Drª. Marilda Munaro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 24/02/2015 / Inclui referências : f. 87-91 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: A rede de distribuição de energia elétrica aérea protegida, também conhecida como rede compacta, é uma configuração economicamente viável por possuir sistemas de construção e manutenção muito similares aos da rede de distribuição aérea convencional, que é o modelo mais utilizado atualmente no país. Entretanto a rede protegida possui limitação de uso em regiões com elevada agressividade ambiental, principalmente próximo à orla marítima. Os acessórios confeccionados de materiais poliméricos apresentam falhas devido as condições de múltiplos estresses a que estão submetidos durante operação, somado aos poluentes presentes em tais regiões. Surge então a necessidade de materiais que possuam melhor performance perante essas solicitações. Buscando atender essa necessidade foram desenvolvidas composições de polietileno de alta densidade bimodal e blendas de polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) com incorporação de aditivos antioxidantes, retardantes de chama e fotoestabilizantes. Essas formulações foram avaliadas por ensaios mecânicos antes e após envelhecimento em câmara de intemperismo, e por ensaios térmicos e elétricos. Verificou-se a importância da dispersão dos aditivos na matriz polimérica, pois a falta da homogeneização causou a dispersão dos valores de tensão na ruptura e no alongamento, e a variação destes antes e após o ensaio de intemperismo foi ampla. Para as composições de blenda preparadas em homogeneizador intensivo de laboratório, os resultados das propriedades mecânicas apresentaram variação menor que 25%, antes e após o ensaio de intemperismo, conforme normas específicas do setor elétrico. Porém por se tratar de um processamento mais agressivo ao material, possivelmente a concentração de 0,3% de aditivo antioxidante não tenha sido suficiente para promover boa estabilidade térmica às composições, sendo evidenciados resultados ligeiramente inferiores para a resistência ao trilhamento elétrico. Quando avaliadas as composições preparadas com HDPE bimodal, com boa homogeneização, ocorreu pequena dispersão e variação dos resultados de tração na ruptura e alongamento mesmo após períodos de intemperismo artificial. Para essas composições a concentração de 0,3% de aditivo antioxidante conferiu boa estabilidade térmica e melhores resultados para a resistência ao trilhamento elétrico, onde algumas composições apresentaram valores acima 3,50 kV. Avaliando globalmente os resultados das composições de HDPE bimodal e somado ao fato da padronização de coloração cinza para confecção dos acessórios, a composição 3c seria a mais indicada para confecção de espaçadores. Palavras-Chave: polietileno bimodal, blenda polimérica, retardante de chama, trilhamento elétrico. / Abstract: The spacer cable is viable economical system for distribution of electricity and the maintenance is very similar to the conventional electrical distribution system, which is the most used in Brazil. However, the spacer cable system has limited use in areas with high environmental stress, especially near the coast. Polymeric equipment used in this system are submitted in multiple stresses conditions during operation added environmental stress normally could fail. Materials with a better performance to use in these conditions are needed. In these work formulations with bimodal high density polyethylene compositions and high density polyethylene (HDPE) and linear low-density polyethylene (LLDPE) blends incorporating by antioxidant additives, flame retardants and UV stabilizer were developed. They were evaluated by mechanical properties before and after accelerated ageing, thermal and resistance electrical tracking tests. It was observed that the dispersion of additives in polymeric matrix was very important, because the inhomogeneity cause the dispersion in stress-strain properties and the decrease these properties after accelerated ageing was large. For the blend compositions, prepared in intensive laboratory homogenizer, the mechanical properties variation were less than 25% comparing before and after the accelerated ageing, as the electricity sector specifies. However, this processing method is more aggressive possibly the concentration of 0.3% antioxidant additive has not been sufficient to promote good thermal stability to the compositions and probably caused lower results to the electrical tracking resistance. When evaluated the bimodal HDPE compositions with good additives homogeneity the dispersion of the results and the variation of tensile strength and elongation before and after accelerated ageing were lower. For these formulations the concentrations of 0.3% antioxidant additive conferred good thermal stability and better results for electrical tracking resistance, where some compositions show values above 3.50 kV. Evaluating the results of bimodal HDPE compositions and added to the fact the standardization of gray color for clothing accessories, the 3c composition would be the most suitable for making spacers. Key-words: bimodal polyethylene, polymer blend, flame retardant, electrical tracking.