Orientador: André Nunes de Souza / Banca: Oscar Armando Moldonado Astorga / Banca: Paulo Sergio da Silva / Resumo: As smart grids e os smart meters, ou redes inteligentes, respectivamente, tornam-se uma realidade cada vez mais próxima dos consumidores residenciais mundo afora. Diversos paises vêm desenvolvendo estudos com foco nos impactos relacionados à introdução destas novas tecnologias, e a eficiência energética é um dos grandes objetivos a serem alcançados. Os ganhos relacionados à eficiência energética poderão ser percebidos diretamente pelo consumidor através da economia nas contas de energia elétrica. Também serão observados pelas concessionárias através da minimização das perdas de transmissão e distribuição, pelo aumento na estabilidade do sistema, na minimização do carregamento durante os horários de pico, entre outros. Para demonstrar o potencial de eficiência energética serão apresentadas duas referências, uma focando em medidores inteligentes e suas interfaces com os usuários, e a outra relacionando as smart grids a novos conceitos como o demand response. Os smart meters são a base para implantação das smart grids, além de serem indispensáveis na realização de testes como os apresentados. Existem no mercado diversos modelos de medidores eletrônicos disponíveis bem como kits didáticos para desenvolvimento, entretanto, dependendo da aplicação podem se tornar limitados ou inflexíveis quanto à modificações. Assim é apresentado o desenvolvimento de um smart meter de baixo custo com estrutura flexível, tendo com objetivo obter precisão e exatidão nas medidas além da capacidade de armazenar os dados coletados, possibilitando análises posteriores. O smart meter desenvolvido alcançou seus objetivos, mostrando-se uma ferramenta bastante interessante para o monitoramento da rede e também do comportamento dos consumidores / Abstract: The smart grids and smart meters become a reality closer to residential consumers worldwide. Several countries are developing studies with focus on impacts related to the introduction of these new technologies and energy efficiency is one of the major objectives to be achieved. Gains related to energy efficiency will be felt directly by the consumer through the economy in electricity bills. Will also be noted by the concessionaires by minimizing transmission and distribution losses, by the increased system stability, minimizing the load during peak hours, among others. To demonstrate the potential of energy efficiency will be presented two references, one focusing on the introduction of smart meters and their interfaces with users and other relating the smart grids and new concepts such as demand response. The smart meters are the basis for the implementation of the smart grids, and are indispensable to conducting tests as presented. There are many electronic meters as well as educational kits for development available in the market, however, depending on the application may become limited or inflexibe regarding to modifications. Finally it is presented the development of a low cost smart meter, with a flexibe structure, aiming to achieve accuracy and precision in the measurements plus the ability to store the collected data, allowing further analysis. The smart developed achieved it objectives and proved to be a very interesting tool to monitor the network and also the behavior of consumers / Mestre

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / La generación distribuida (GD) ha aumentado de forma considerable en los últimos años en Chile, desde la promulgación de la Ley de Generación Distribuida (Ley 20.571) en el 2015 la potencia de equipos instalados ha aumentado de 1.398 kW a 25.958 kW siendo la mayoría de estas instalaciones de paneles solares fotovoltaicos. Esta ley permite la autogeneración de energía en base a Energías Renovables no Convencionales (ERNC) y cogeneración eficiente con el fin de autoconsumo. Además, la ley le da el derecho a los clientes finales de vender sus excedentes a la distribuidora eléctrica la cual tiene la obligación de comprarla a un precio regulado. La penetración masiva de generación distribuida en las redes actuales genera impactos principalmente relacionados con la calidad de suministro tales como problemas de tensión, corriente, frecuencia, distorsión armónica y desbalances. Cada uno de estos impactos genera consecuencias tanto para la empresa distribuidora encargada de entrega un buen servicio y los clientes finales. Este trabajo se enfoca principalmente en los problemas de régimen permanente introducidos por la generación distribuida de tipo Solar PV, en relación con los problemas de tensión y corriente que se crean en la red de distribución. Para ello se busca integrar redes inteligentes comunitarias con sistemas de almacenamiento (baterías). Para esto se simula una red de distribución europea desarrollada por Electricity North West Limited y The University of Manchester resultado del proyecto Fondo de Redes Bajas en Carbono. Se simula la red con generación distribuida de manera de entender a que nivel de penetración PV aparecen los problemas de tensión y corriente. Además, se incluye en la simulación la creación de redes inteligentes para minimizar los impactos técnicos de la GD y aportar al autoconsumo. Los resultados muestran que con una penetración de 2,4 kW aparecen los problemas de tensión y con una de 3,6 kW PV aparecen los problemas de corriente. La creación de redes inteligentes comunitarias, al agrupar vecinos dispuesto geográficamente cerca reducen por completo los problemas de corriente y desplazan la aparición de problemas de tensión a una penetración mucho mayor (3,2 kW) La implementación de sistemas de almacenamiento con las redes inteligentes ayuda a mejor no sol los impactos de la GD sino que también aumentan el autoconsumo de los clientes y reducen sus costos al evitarles comprar a alto costo la energía desde la red.

O presente trabalho tem por objetivo a proposição de uma abordagem para gestão integrada da operação do sistema elétrico em tempo real pelo diagnóstico da interrupção e determinação de planos de atenuação dos efeitos pela definição da topologia do sistema, com propostas de cortes seletivos da carga em condições de esgotamento da capacidade de transferência. A metodologia proposta abrange sistemas elétricos de grande porte e de diferentes níveis de tensão, tais como sistemas de sub-transmissão e distribuição, simultaneamente e com geração distribuída. Como técnica de solução é aplicada a Busca Tabu para minimização do total de seções desconectadas (desenergizadas) e o número de manobras realizadas para atendimento em casos contingenciais, com atendimento de clientes prioritários e alívio de carga e geração distribuída. A codificação e estrutura de dados aplicados propiciam uma melhor eficiência computacional, favorecendo a aplicação em sistemas operacionais de tempo real. A modelagem proposta é avaliada em sistemas de testes adaptados da literatura, demonstrando a qualidade, robustez e eficiência computacional nos resultados obtidos da abordagem proposta. / The present work aims at proposing an automatic computational methodology to electrical systems operational management in real time via the interruption diagnosis and effect attenuation plan definition by means of system topology determination with load curtailment in load transference capacity exhaustion conditions. The proposed methodology tackles large electrical systems with different voltage levels, such as sub-transmission and distribution systems simultaneously with distributed generators. The Tabu Search is applied to minimize the out-of-service area and the number of switching operations during contingencies with priority customer, load curtailment and distributed generators. The software codification and data structure applied provide computational efficiency, favoring the application to electrical systems operation in real time and the proposed model is validated with test systems from the literature, ensuring the computational efficiency and quality of results.

Recentemente, muitas mudanças vêm ocorrendo na forma como a energia elétrica é gerada e distribuída, criando com isso oportunidades de utilizar os recursos disponíveis in loco de forma mais eficiente, atuando juntamente com sistemas centralizados convencionais, para o atendimento das necessidades energéticas. Neste contexto, as minirredes de energia são consideradas pontos chaves para melhorar a confiabilidade e a qualidade da energia, aumentar a eficiência do sistema elétrico como um todo, viabilizar aos consumidores finais a possibilidade de uma certa independência da rede e uma participação mais ativa no mercado de energia elétrica. No entanto, a aplicação de tais topologias ainda não superou todas as barreiras para que todos os benefícios possam ser apreciados. Há ainda perguntas a serem respondidas sobre como lidar com as especificidades e os aspectos operacionais de minirredes, tanto em operação normal quanto em operação anômala, que são fundamentais para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas. Este trabalho discute aspectos relacionados à operação de minirredes, tanto em sistemas isolados quanto em sistemas conectados à rede da concessionária. No caso de sistemas isolados, a abordagem leva em consideração os riscos associados aos projetos voltados para eletrificação rural e discute questões não restritas ao projeto inicial, mas também à operação destes tipos de sistemas. No caso de sistemas conectados, são discutidas tendências relacionadas às topologias de utilização destes sistemas para operação conjunta com a rede elétrica. Um algoritmo para controle de minirredes em diferentes níveis hierárquicos é proposto. Este algoritmo serve como base para o controle da plataforma de interação de agentes distribuídos, montada no Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo para testes em equipamentos reais e para a formação de recursos humanos. / Recently, many changes are taking place in the way energy is generated and distributed, thus creating opportunities to utilize the resources available on site more efficiently, working along with conventional centralized systems, to meet energy needs. In this context, mini-grids are considered key points to improve the reliability and power quality, increase the efficiency of the electric system as a whole, enable end consumers to have a certain independence from the grid and a more active participation in the electricity market. However, the application of such topologies has not yet overcome all barriers so that all their benefits can be appreciated. There are still questions to be answered on how to deal with the specificities and operational aspects of micro-grids in both normal and anomalous operation, which are fundamental to the long-term sustainability of power systems. This work discusses aspects related to micro-grids in both isolated and grid-connected operation modes. In the case of isolated systems, the approach takes into account the risks associated with rural electrification projects and discusses issues not restricted to the design, but also to the operation of these types of systems. In the case of grid-connected systems, trends related to the topologies to be used for joint operation with the power grid are discussed. An algorithm to control micro-grids at different hierarchical levels is proposed. This algorithm serves as a basis for the control of the platform for the interaction of distributed agents assembled at the Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos of the Universidade de São Paulo to be used for tests on real equipment and for capacity building.

Orientador: Ivan Roberto de Santana Casella / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2013

Submitted by NADYA KALACHE null (nadyakalache@gmail.com) on 2017-02-02T18:30:28Z No. of bitstreams: 1 Nadya Kalache.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-06T16:12:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kalache_n_dr_ilha.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T16:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kalache_n_dr_ilha.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / O gerenciamento econômico de transformadores de distribuição é de fundamental importância no planejamento econômico das concessionárias de energia, pois estão presentes em grande quantidade no sistema elétrico. No novo conceito de redes inteligentes, novas considerações sobre as perdas nos transformadores devem ser feitas e outras possibilidades de gerenciamento podem ser exploradas. A primeira afirmação se deve ao fato do aumento da não-linearidade no perfil da carga no transformador, proveniente do aumento de cargas eletrônicas e de unidades de geração distribuída que utilizam conversores eletrônicos para conexão com a rede. A segunda afirmação é justificada pela infraestrutura avançada de medição presente nas redes inteligentes, o que possibilita acesso remoto e dinâmico a uma maior quantidade de informações fundamentais para análise das condições operacionais dos transformadores. Este trabalho analisa como utilizar um sistema de monitoramento em redes inteligentes em conjunto com o cálculo de perdas para identificação de transformadores sobrecarregados. Além disso, com o conhecimento das curvas de carga diária, dos índices econômicos vigentes, desenvolveu-se um aplicativo para gerenciamento de unidades transformadoras em operação, ferramenta esta que poderá ser utilizada no sistema de gestão de ativos das concessionárias. / Economic management of distribution transformers has fundamental importance in the economic planning of utilities, since they are present in large quantities in the electrical system. In the new concept of smart grids, new considerations about losses in transformers must be made and other management possibilities can be explored. The first statement is due to the increase of non-linearity in the load profile transformer, from the increase of electronic loads and distributed generation units that use electronic converters for connection to the grid. The second statement is justified by the advanced metering infrastructure available in smart grids, which enables remote and dynamic access to a greater amount of essentials information for analyzing the transformers operating conditions. This paper analyzes how to use a monitoring system in smart grids with the calculation of losses for identification of overloaded transformers. Also, by the knowledge of daily load curves, the current economic indices, an application was developed to manage transforming units in operation, a tool that can be used in the assets management system of dealers.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Co-orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Fábio Berequini Leão / Banca: Rogério Andrade Flauzino / Resumo: Este trabalho apresenta análises do impacto da conexão de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição na qualidade de energia elétrica em três consumidores de uma cidade aonde está se iniciando um projeto de Smart City. É utilizado como referência para as análises o módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição (PRODIST). As análises realizadas são de grande importância para se ter uma avaliação de como a qualidade da energia elétrica dos consumidores será afetada quando os sistemas fotovoltaicos forem conectados as suas residências, aos seus estabelecimentos ou até as suas industrias. Os conceitos apresentados no levantamento bibliográfico foram utilizados para a compreensão tanto da temática de Smart Cities e Smart Grid, como dos problemas de qualidade de energia elétrica que foram analisados. Os resultados das medições de qualidade de energia são analisados a partir de uma comparação dos parâmetros encontrados antes e após a instalação dos sistemas fotovoltaicos nos consumidores. Ao se observar as diferenças entre os resultados foi possível concluir quais foram os impactos causados pela presença da fonte de geração distribuída em questão / Abstract: This paper presents analysis of the impact of PV systems connected to the distribution network in the electric power quality in three consumers in a city where is launching a Smart City project. It is used as a reference for the analysis the module 8 of Distribution Procedures (PRODIST). The analyzes are of great importance to have an evaluation of how the consumers power quality will be affected when PV systems are connected to their homes, their businesses or even to their industries. The concepts presented in the literature were used for the understanding subjects such as Smart Cities, Smart Grid and power quality problems. The results of power quality measurements are analyzed from a comparison of estimated coefficients before and after the installation of photovoltaic systems on consumers. By observing the differences between the results it was possible to conclude which the impacts were caused by the presence of the source of distributed generation in question / Mestre

O presente trabalho tem por objetivo a proposição de uma abordagem para gestão integrada da operação do sistema elétrico em tempo real pelo diagnóstico da interrupção e determinação de planos de atenuação dos efeitos pela definição da topologia do sistema, com propostas de cortes seletivos da carga em condições de esgotamento da capacidade de transferência. A metodologia proposta abrange sistemas elétricos de grande porte e de diferentes níveis de tensão, tais como sistemas de sub-transmissão e distribuição, simultaneamente e com geração distribuída. Como técnica de solução é aplicada a Busca Tabu para minimização do total de seções desconectadas (desenergizadas) e o número de manobras realizadas para atendimento em casos contingenciais, com atendimento de clientes prioritários e alívio de carga e geração distribuída. A codificação e estrutura de dados aplicados propiciam uma melhor eficiência computacional, favorecendo a aplicação em sistemas operacionais de tempo real. A modelagem proposta é avaliada em sistemas de testes adaptados da literatura, demonstrando a qualidade, robustez e eficiência computacional nos resultados obtidos da abordagem proposta. / The present work aims at proposing an automatic computational methodology to electrical systems operational management in real time via the interruption diagnosis and effect attenuation plan definition by means of system topology determination with load curtailment in load transference capacity exhaustion conditions. The proposed methodology tackles large electrical systems with different voltage levels, such as sub-transmission and distribution systems simultaneously with distributed generators. The Tabu Search is applied to minimize the out-of-service area and the number of switching operations during contingencies with priority customer, load curtailment and distributed generators. The software codification and data structure applied provide computational efficiency, favoring the application to electrical systems operation in real time and the proposed model is validated with test systems from the literature, ensuring the computational efficiency and quality of results.

Recentemente, muitas mudanças vêm ocorrendo na forma como a energia elétrica é gerada e distribuída, criando com isso oportunidades de utilizar os recursos disponíveis in loco de forma mais eficiente, atuando juntamente com sistemas centralizados convencionais, para o atendimento das necessidades energéticas. Neste contexto, as minirredes de energia são consideradas pontos chaves para melhorar a confiabilidade e a qualidade da energia, aumentar a eficiência do sistema elétrico como um todo, viabilizar aos consumidores finais a possibilidade de uma certa independência da rede e uma participação mais ativa no mercado de energia elétrica. No entanto, a aplicação de tais topologias ainda não superou todas as barreiras para que todos os benefícios possam ser apreciados. Há ainda perguntas a serem respondidas sobre como lidar com as especificidades e os aspectos operacionais de minirredes, tanto em operação normal quanto em operação anômala, que são fundamentais para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas. Este trabalho discute aspectos relacionados à operação de minirredes, tanto em sistemas isolados quanto em sistemas conectados à rede da concessionária. No caso de sistemas isolados, a abordagem leva em consideração os riscos associados aos projetos voltados para eletrificação rural e discute questões não restritas ao projeto inicial, mas também à operação destes tipos de sistemas. No caso de sistemas conectados, são discutidas tendências relacionadas às topologias de utilização destes sistemas para operação conjunta com a rede elétrica. Um algoritmo para controle de minirredes em diferentes níveis hierárquicos é proposto. Este algoritmo serve como base para o controle da plataforma de interação de agentes distribuídos, montada no Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo para testes em equipamentos reais e para a formação de recursos humanos. / Recently, many changes are taking place in the way energy is generated and distributed, thus creating opportunities to utilize the resources available on site more efficiently, working along with conventional centralized systems, to meet energy needs. In this context, mini-grids are considered key points to improve the reliability and power quality, increase the efficiency of the electric system as a whole, enable end consumers to have a certain independence from the grid and a more active participation in the electricity market. However, the application of such topologies has not yet overcome all barriers so that all their benefits can be appreciated. There are still questions to be answered on how to deal with the specificities and operational aspects of micro-grids in both normal and anomalous operation, which are fundamental to the long-term sustainability of power systems. This work discusses aspects related to micro-grids in both isolated and grid-connected operation modes. In the case of isolated systems, the approach takes into account the risks associated with rural electrification projects and discusses issues not restricted to the design, but also to the operation of these types of systems. In the case of grid-connected systems, trends related to the topologies to be used for joint operation with the power grid are discussed. An algorithm to control micro-grids at different hierarchical levels is proposed. This algorithm serves as a basis for the control of the platform for the interaction of distributed agents assembled at the Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos of the Universidade de São Paulo to be used for tests on real equipment and for capacity building.

Orientador: Aílton Akira Shinoda / Co-orientador: Ruy de Oliveira / Banca: Christiane Marie Schweitzer / Banca: Élvio João Leonardo / Resumo: Nas últimas décadas, os desafios no setor de energia elétrica têm aumentado significativamente, quer seja por questões referentes à forma como a energia é gerada e distribuída, ou pela postura do consumidor perante a rede elétrica. Diante da necessidade de uma reestruturação no negócio de energia elétrica, países investem em um conceito conhecido como Smart Grid, que tem como alvo a otimização e automação da rede de energia elétrica, utilizando tecnologias de informação e comunicação avançadas. Entre os principais objetivos propostos pela implementação das Smart Grids estão: aumento na confiabilidade da rede; redução de falhas no fornecimento de energia; redução de tempo e custo com manutenção na rede; registros mais precisos do consumo de energia; inserção de fontes renováveis de energia na rede, a fim de proporcionar um ambiente mais limpo. Investimentos em tecnologias de comunicação, componente fundamental para o bom desempenho das Smart Grids, merecem atenção especial. Diminuir o tempo de recuperação a falhas, inserir fontes de energias alternativas, entre outras funcionalidades, requerem uma rede eficiente e rápida. Os domínios de uma Smart Grid, possuem demandas de comunicação diversificadas, o que exige o emprego de diferentes tecnologias de comunicação, tornando sua implementação complexa. Dentre os protocolos de comunicação existentes, o Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3) é um protocolo de comunicação baseado nas especificações do IEC (International Eletrotechnical Commission) e adaptado para ser utilizado em aplicações altamente seguras com taxa de transmissão de dados moderada. Vários trabalhos apontam para possíveis utilizações do protocolo DNP3 em conjunto com outros padrões de comunicação (IEEE 802.3, IEEE 802.11, IEEE 802.15.4). O IEEE 802.15.4 é um padrão de baixo consumo e seu uso tem sido difundido como solução adequada para redes de sensores sem fio em... / Abstract: Over the last decades, the challenges in the electricity sector have significantly increased, either by the issues regarding the way energy is generated and distributed by the consumer's attitude towards the electrical grid. In order to restructure the business model in the electricity sector, countries around the world have decided to invest in a concept known as Smart Grid. This system includes technologies such as digital, information and communication Technology (ICT). This concept aims to optimize and automate the electricity sector. The major changes proposed by the implementation of the Smart Grid are: higher network reliability, less failures in the power supply, lower time and costs of maintenance in the network, more accurate records of energy use by the consumer; and insertion of new energy sources in the network, contributing to reducing carbon dioxide emissions. Thus, investments in communication technologies is considered a key component for the performance of Smart Grids, as this technology demands diversified communication protocols that have to be fast and might involve a complex communication network. Among the existing communication protocols, the Distributed Network Protocol 3.0 (DNP3) is a protocol based on the specifications of the IEC (International Electrotechnical Commission) and adapted for use on highly secure applications with moderate data transmission rates. Several studies have pointed to possible use of the DNP3 protocol in conjunction with other communication standards such as IEEE 802.3, IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4. The IEEE 802.15.4 is a standard for low power consumption and it has been disseminated as an appropriate solution for wireless sensor networks in several areas, such as industrial, commercial, residential and academic. The implementation of a heterogeneous communication network - to study and evaluate the behavior of a particular technology - is a highly costly process. However, computer ... / Mestre