Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:26:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 280652.pdf: 18561188 bytes, checksum: 71ece52cc7e3ded267781c5867d0dcce (MD5) / A qualidade da energia provida pelo sistema elétrico aos consumidores finais depende fortemente da interação entre os sistemas de geração, transmissão e distribuição. Os sistemas de energia elétrica têm sido tradicionalmente projetados para uma produção centralizada. Ao longo das últimas décadas, vários fatores, como a liberalização de mercados e questões ambientais, têm causado uma mudança nesse perfil, onde a geração distribuída passa a tomar papel de importância na reestruturação dos sistemas tradicionais. Apesar da tecnologia solar fotovoltaica ainda ter um impacto muito menor que outras fontes de energia como geração distribuída, os sistemas fotovoltaicos são cada vez mais integrados aos sistemas elétricos, principalmente em redes de distribuição e em países onde programas governamentais de incentivo são bem sucedidos. Um aumento na penetração da geração distribuída em sistemas elétricos cria novos desafios e pode gerar benefícios ou ainda problemas para operadores de rede. O impacto da tecnologia fotovoltaica aliada com a capacidade instalada em redes de distribuição tem sido estudado em vários países onde o mercado é consolidado e desenvolvido. No Brasil, sistemas fotovoltaicos interligados à rede elétrica ainda não fazem parte, de maneira significativa, da matriz energética, porém, a evolução do mercado mundial com a constante redução de custos e o alto potencial brasileiro para a aplicação dessa tecnologia tendem a viabilizar a aplicação desses sistemas. Esta tese tem como objetivo principal avaliar o comportamento do sistema elétrico de distribuição urbana com a integração em larga escala de sistemas solares fotovoltaicos, no que diz respeito à qualidade de energia, e identificar possíveis problemas e benefícios relacionados com a participação da tecnologia como geração distribuída. O estudo foi realizado com base no sistema elétrico de distribuição urbana da cidade de Florianópolis-SC operado pela concessionária local, onde dez alimentadores foram analisados, e teve como principal ferramenta de análise, simulações de fluxo de potência observando as características de carregamento e a configuração elétrica dos alimentadores. As simulações foram feitas com o Programa de Análise de Redes - ANAREDE, utilizando dados do sistema de distribuição do ano de 2008. Os resultados mostraram que a qualidade de tensão de distribuição em presença de geração fotovoltaica depende fortemente da configuração elétrica do sistema. Em alguns alimentadores, a localização dos pontos de conexão afetou o carregamento dos cabos negativamente, atingindo grandes valores em percentuais da ampacidade dos cabos; em outros, a presença dos sistemas fotovoltaicos como geração distribuída contribuiu para o alívio do carregamento e melhora do perfil de tensão.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:24:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281953.pdf: 5312154 bytes, checksum: 0155e40bce965211a90477ca61d6f663 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é contribuir para a melhoria do desempenho das redes aéreas de distribuição frente às ações das descargas atmosféricas. No entanto, a busca por soluções na melhoria do desempenho de uma rede requer o desenvolvimento de cálculos e análises com um significativo número de variáveis e operações matemáticas, resultando num trabalho difícil e moroso mesmo para especialistas. Assim, o primeiro produto deste estudo foi o desenvolvimento de uma metodologia e ferramenta computacional, passível de ser usada facilmente por projetistas, que os auxilie na escolha pelo padrão de rede que apresente o melhor desempenho para cada uma das condições existentes. Ao contrário dos programas utilizados na análise de transitórios em linhas de transmissão, o programa Lightning Faults for Distribution Lines não requer treinamentos especiais ou operadores especializados e os principais dados de saída são estimativas das taxas de interrupção dos circuitos analisados, que podem ser convertidas em análises técnico-econômicas de projetos de redes de distribuição. O segundo produto originou-se da aplicação deste programa em um grande número de casos reais e os resultados apontaram um elevado índice de interrupções devido às descargas atmosféricas diretas nas redes. Porém, as alternativas de redução de desligamentos por descargas diretas em redes não se apresentam tão simples quanto no caso das tensões induzidas onde o aumento do nível de isolamento e o uso de pára-raios reduzem significativamente seus efeitos. Por este motivo, também faz parte deste trabalho, um estudo sobre a influência das descargas diretas nas redes aéreas de distribuição.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273727.pdf: 7866290 bytes, checksum: a824f6fc8dd53b082f26d7da40d3b710 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo na área de eletrônica de potência aplicada à tecnologia de painéis solares fotovoltaicos. Uma revisão das arquiteturas utilizadas até o momento para realizar a conversão de energia dos módulos fotovoltaicos é apresentada, além de uma breve classificação e evolução dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia. Para o trabalho, dois conversores CC-CC foram escolhidos, estudados e aplicados como estágios iniciais de potência a um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Estes foram projetados de tal maneira a levar em consideração a redução do número de componentes e das perdas. Uma estratégia de controle para os mesmos foi estudada e foi decidido que o controle associado ao primeiro estágio teria unicamente a função de forçar o mesmo a operar sempre próximo ao ponto de máxima potência. Um conversor CC-CA foi apresentado como segundo estágio do sistema. Uma análise detalhada do controle foi realizada e duas malhas de controle, trabalhando conjuntamente, foram empregadas. Uma para controlar a tensão contínua do barramento e o fluxo de potência. Outra para controlar a corrente de saída do sistema. Além disso, a pesquisa também considerou a possibilidade de conexão de cargas diretamente ao sistema, focando os esforços em cargas não-lineares. Um algoritmo seguidor de máxima potência foi apresentado além de um sistema de proteção e supervisão. Por fim, os resultados experimentais validam os estudos teóricos realizados, além de corroborar algumas hipóteses discutidas no decorrer do trabalho. / This work presents a study on the application of power electronics in the photovoltaic system area. An overview of the power electronics architectures applied to photovoltaic modules energy conversion is presented, including a brief classification and evolution of grid connected photovoltaic systems. To the research, two DC-DC converters were chosen, designed and applied as first power stage of a grid connected system. They were designed considering the reduction of losses and devices. A control strategy for them was studied and it was decided that the control associated with the first stage would have only the function of forcing it to operate always near the point of maximum power. A DC-AC converter was presented as the second stage of the system. A detailed control analysis was developed and two loop controls, working together, were employed. One loop to control the voltage of bus and the power flow. Another to control the output current of the system. Moreover, the research also considered the possibility of connecting a load directly to the system, focusing efforts on non-linear loads. A maximum power point tracker algorithm and a system of protection and supervision were presented. Finally, the experimental results validate the theoretical studies conducted, in addition to corroborate some assumptions discussed in the course of work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326747.pdf: 3529565 bytes, checksum: 20287880e5e019d7290bfa8ba4ce5f19 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract : This paper presents a methodology for estimation of reliability indicators for active distribution networks. Active distribution networks are any distribution networks that contain Distributed Generation, Microsources or Minisources and can operate as a Microgrid.The estimation of reliability indicators employs a stochastic methodology named Sequential Monte Carlo Simulation - SMCS. The SMCS is able to simulate the occurrence of events in the temporal and chronological system and represent the randomness of the variables of the problem.Four models were developed to represent the sources of energy generation. The sources of dispatchable generation are represented through the CON model. The intermittent sources such as wind, are represented through EOLI and EOLII models and solar photovoltaic, through the FTV model. The CON and EOLI models are based on Markovian two or multiple states processes. In EOLII and FTV models the output parameters are obtained directly from curves and power is discretized in time. The coupling of energy storage to form Microgrids was also considered.Generating sources can be modeled with power from hundreds of kW to few MW. The generators can be installed in medium and in low voltage.Analysis of the voltage profile and disposal loads are applied in the simulations. To analyze the voltage profile is applied the power flow study with current injection formulation which is solved by the Newton - Raphson method.The validation of the methodology and generation models is conducted through simulations on two different test systems: a typical test system from the IEEE and in a realistic system of a utility in southern Brazil.The results of this study show that the presence of Microgrids can bring improvements to the indicators of reliability of the system, with emphasis on Energy Not Supplied - ENS.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:17:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328822.pdf: 5705013 bytes, checksum: fa5ce1d7d7175226f2d5c7098edf81ba (MD5) Previous issue date: 2014 / A integração de geradores conectados nas redes de distribuição de energia, também chamada de Geração Distribuída (GD), pode gerar dificuldades para a operação e controle, pois altera características tradicionais destes sistemas. Estas dificuldades podem ser em parte resolvidas nas chamadas microrredes, que são subsistemas da rede de distribuição de energia, cuja principal característica é a capacidade de operar em condições de ilhamento, ou seja, separadas da rede principal de distribuição de energia elétrica. Entretanto, as microrredes também trazem consigo desafios a serem resolvidos, um deles diz respeito à proteção, especificamente à sensibilidade e coordenação de relés com funções de sobrecorrente. Assim, neste trabalho é proposta uma arquitetura de Sistema Multiagente (SMA) para realizar a proteção adaptativa de microrredes baseada em relés com função direcional de sobrecorrente instantânea e temporizada. Para implementação do protótipo foi utilizada a plataforma JADE (Java Agent Development Framework), juntamente com uma biblioteca em JAVA para desenvolvimento de Sistemas Especialistas (SE), chamada CLIPSJNI (Java Native Interface for C Language Integrated Production System). Na arquitetura proposta, é descrito o papel que cada um dos agentes desempenha na proteção, sua hierarquia e a troca de mensagens entre agentes para execução da tarefa a ser realizada - isto é, mudança nos ajustes de configuração dos relés (análise off-line) ou detecção e eliminação de faltas (análise on-line). Simulações de faltas no software PSCAD/EMTDC (Power System Computer Aided Design/Eletromagnetic Transients Including DC) foram realizadas para parametrizar os agentes do sistema e também para verificar a viabilidade da proposta. Finalmente, os resultados obtidos são discutidos e atestam a eficiência da metodologia desenvolvida.<br> / Abstract: The integration of generators connected to power distribution networks, also called Distributed Generation (DG), alters traditional features of these systems and may cause difficulties for their operation and control. These difficulties can be partly resolved by microgrids, which are subsystems of the power distribution network, whose main feature is the ability to operate in islanding conditions, i.e., separated from the main distribution network. However, microgrids also bring challenges to besolved, one of them concerns the protection, specifically the sensitivity and coordination of overcurrent relays. In this context, this dissertation proposes an architecture of Multi-Agent System (SMA) to perform adaptive protection of microgrids based on directional time and instantaneous overcurrent functions. For the implementation of the prototype JADE (Java Agent Development Framework) platform was used, along with a library in Java for Expert Systems (SE), called CLIPSJNI (Java Native Interface for C Language Integrated Production System). The hierarchy between agents in the proposed architecture and the role played by each protecting agent is described. Examples of messages exchanged between agents to perform tasks such as change of relay settings (off-line analysis) or detection and elimination of faults(on-line analysis) are presented. Simulations of faults inPSCAD/EMTDC (Power System Computer Aided Design /Electromagnetic Transients Including DC) are performed to parameterize the agents of the system and also to verify the feasibility of the proposal. Finally, the results obtained are discussed and testify the efficiency of the developed methodology.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-20T03:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335025.pdf: 9453575 bytes, checksum: 8ae60b7f1dec126d8e389bd580336a3a (MD5) Previous issue date: 2015 / As microrredes (MR) CC se apresentam como uma solução para determinadas aplicações de distribuição de energia em que se exige expansão modular, eficiência e integração de energias renováveis. A arquitetura da microrrede CC baseia-se no agrupamento de diversas fontes de energia distribuída, dispositivos de armazenamento e cargas, todos acoplados por conversores de potência. A interação dinâmica provocada por essa estrutura de múltiplos estágios de conversores traz problemas de estabilidade, cujas causas são discutidas, bem como as possíveis soluções. Neste trabalho, propõe-se uma modelagem não linear da MR em que abstrai-se a diversidade de fontes/cargas e topologias de conversores, visando obter uma modelagem compacta do sistema. Tal modelagem permite a análise de estabilidade de grandes sinais do sistema de forma analítica, além de prever possíveis comportamentos dinâmicos de caráter oscilatório e de instabilidade que não são possíveis por meio da análise de modelos lineares. Adicionalmente, propõem-se dois controladores por modos deslizantes, integral e washout, para os conversores responsáveis pelo controle de tensão com o objetivo de adicionar amortecimento ativo durante perturbações. Dessa forma, estabelecem-se as regiões seguras de operação por meio da avaliação de diagramas de bifurcação e as diretrizes para o projeto de MR CC robustas.<br> / Abstract : DC micro-grids (MG) are presented as a solution for power distribution applications which requires modular expansion, efficiency and integration of renewable energy. DC MG architecture is based on the grouping of distributed energy resources, storage devices and loads, all coupled by power converters. The dynamic interaction caused by such multi-stage converter structure brings stability problems whose causes and solutions are discussed. It is proposed a nonlinear modeling of the MG which abstracts the diversity of sources/loads and power converters topologies in order to obtain a compact modeling of the system. This modeling allows the large signal stability analysis and it is capable to predict possible oscillatory behaviors and instabilities that are not possible through the analysis of linear models. It is further proposed sliding mode controllers, integral and washout, to the power converters responsible for voltage control in order to add active damping during disturbances. Thus, it is set up safe operating regions through the evaluation of bifurcation diagrams and guidelines for designing robust DC MGs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:47:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 98201.pdf: 3042532 bytes, checksum: 9e66064423526cbb6a5960e854876401 (MD5) Previous issue date: 1994 / Utilização do modelo hipercubo no planejamento e análise do atendimento de emergência a interrupções em redes de distribuição de energia elétrica. Apresenta o modelo básico, as alterações que se fizeram necessárias para aplicá-lo ao problema e um estudo de caso da região da Grande Florianópolis. Constitui o primeiro trabalho a utilizar técnicas de pesquisa operacional - serviços emergenciais no Brasil.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309693.pdf: 4384044 bytes, checksum: d2e5ff09e17bac3715a5b071458dfbda (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a aplicação de uma metodologia probabilística para a estimação das perdas técnicas e comerciais em um alimentador na presença de variações na carga de um sistema de distribuição de grandes dimensões. Devido a estas variações de carga, as perdas do alimentador são também caracterizadas como variáveis aleatórias, às quais estão relacionados momentos estatísticos tais como média, variância e respectivos intervalos de confiança. Para tanto, dados da rede, dados de medições periódicas e dados de faturamento dos clientes conectados ao alimentador são utilizados. Comparando-se a energia medida no alimentador com o consumo faturado pela concessionária acrescido das perdas técnicas, faz-se o respectivo balanço de energias e estimam-se as perdas comerciais. Como estão envolvidos nos cálculos a média e o desvio padrão, tem-se um Balanço Probabilístico. Ao longo de um alimentador são instalados medidores, possibilitando sua divisão em sub-redes, deste modo, as perdas comerciais de cada circuito são estimadas com maior precisão e as equipes de fiscalização e inspeção para combate às fraudes poderão atuar com maior eficiência. Um sistema real foi utilizado como estudo de caso para o Balanço Probabilístico de Energias.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:56:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312058.pdf: 5183736 bytes, checksum: ce32c7cab0db88a68f2b0f9287979949 (MD5) / Esta dissertação apresenta uma metodologia para identificar e classificar os pontos de carregamento crítico em sistemas de potência. Duas estratégias são utilizadas como base desta metodologia. A primeira visa encontrar o ponto de máximo carregamento da rede elétrica e a correspondente solução do fluxo de potência. Esta abordagem assume que a curva PV é uma forma quadrática, com esta característica se tornando mais acentuada conforme o nível de carregamento do sistema se aproxima do ponto crítico. As principais motivações para o uso deste método são a rapidez da obtenção da solução e a robustez numérica do processo iterativo nas proximidades do ponto de máximo carregamento. A segunda estratégia utiliza um esquema preditor-corretor para identificar os pontos críticos de geração de potência reativa na rede elétrica, mediante o aumento do seu nível de carregamento. Assim, as barras que atingem o limite de geração de potência reativa são identificadas e os valores dos fatores de carregamento correspondentes são calculados simultaneamente. Na etapa de correção, as equações do fluxo de potência correspondentes a cada barra que atinge o limite de potência reativa incluem a representação da magnitude da tensão de referência e do balanço de potência reativa da referida barra PV, ajustadas respectivamente nos valores de referência e no limite atingido. A classificação dos pontos críticos é baseada em conceitos oriundos da Teoria da Bifurcação e em índices calculados com auxílio das relações de sensibilidade da geração de potência reativa com a magnitude das tensões nodais. Os resultados obtidos para dois sistemas testes, onde o primeiro é o sistema IEEE de 24 Barras, enquanto o segundo é um sistema equivalente da Região Sul do país, composto por 82 barras, ilustram as características principais dos métodos apresentados. / This dissertation presents a methodology to identify and to classify the critical loadability points in power systems. Two strategies are used as the basis of this methodology. The first aims to find the maximum loadability of the electrical network and its corresponding power flow solution. This approach assumes that the PV curve is a quadratic form, this feature becoming more accented as the loadability level is closer to the critical point. The main motivation to use this method are the fast way the critical solution is obtained and the numerical robustness of the iterative process around the maximum loadability point. The second strategy uses a predictor-corrector scheme to identify the loadability points related to critical levels of reactive power generation, as the loadability level increases. Thus, the buses whose limits of reactive power generation are reached are identified and the corresponding loadability factor is computed simultaneously. In corretor step, the equations of the power flow corresponding to the bus which has reached the reactive power generation limit include the modeling of both the reference voltage magnitude and the reactive power balance of the PV bus whose limit has been reached. The classification of these critical points is based on both some concepts from the Bifurcation Theory and indexes computed with the aid of sensitivity relationships between the reactive power generation and the bus voltage magnitude. The numerical results obtained with two test-systems, the IEEE 24 Buses and a reduced network equivalent to the power system of the Souther Region of Brazil, illustrate the main features of the methodology presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:18:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275243.pdf: 2362534 bytes, checksum: 3335d00a50bbade8daf92c06128eee6a (MD5) / A utilização de redes de sensores sem fio, nos últimos anos, vem ganhando espaço, tornando-se uma tendência para a área de metrologia. A Fundação CERTI, visto a potencialidade de tais redes, está desenvolvendo o Projeto SensIInt, fundamentado na conceituação, modelagem e prototipagem de um "Sistema Modular de Sensores Inteligentes e Integráveis". Apesar do avanço expressivo na área, tais redes apresentam uma série de desafios, dentre os quais: aumentar a eficiência energética e diminuir custos da rede. Assim sendo, este estudo atuará nas soluções destas questões, focando para isso na redução das transmissões. Agora, entretanto, o problema é como reduzir o número de transmissões e o volume de dados transmitidos sem causar grandes impactos na incerteza de medição. Para alcançar os objetivos almejados, foi proposto o uso de técnicas de taxa de transmissão adaptativa. Tais técnicas foram testadas e avaliadas dentro da aplicação-teste do Projeto SensIInt, monitoramento ambiental, por meio de simulações computacionais. Os resultados são realmente favoráveis, já que as técnicas propostas ofereceram uma economia de mais de 90% no número de transmissões, sem aumentar a incerteza de medição final. Para o Projeto SensIInt a utilização de técnicas de taxa de transmissão adaptativa resulta no aumento da eficiência energética da rede e no corte de custos, possibilitando a otimização do sistema.