Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-01T17:53:19Z No. of bitstreams: 1 MarcosCavalcanteFilho.pdf: 3427983 bytes, checksum: 5e82591a0024b1ad3cdc6916f97459c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-01T17:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcosCavalcanteFilho.pdf: 3427983 bytes, checksum: 5e82591a0024b1ad3cdc6916f97459c7 (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / The well-being of man, with regard to continued use of electricity, translates to energy distributors in a challenging mission. The face of adversity as weather, vandalism, human error and even robustness of the electrical system itself, great advances have been achieved over the years, especially with the adoption of failure decreased methodologies as well as the emergence of technologies more reliable. To illustrate this current scenario, this paper will address the results of the implementation of the pillar Early Management of Total Productive Management (TPM) to identify the gains in reliability of the continuous supply of electricity, this methodology implemented to protect equipment from power substations. For this, the structure will be observed in the electricity sector, substations and their protective equipment, especially the system protection equipments, and finally the implementation of the Early Management to mitigate the failures of the equipment in order to ensure the continuous supply of energy. / O bem-estar do homem, no que diz respeito ao uso contínuo da energia elétrica, traduz-se para as distribuidoras de energia em uma missão desafiadora. Diante das adversidades como condições climáticas, vandalismo, falha humana e até mesmo robustez do sistema elétrico em si, grandes avanços tem-se conseguido ao longo dos anos, principalmente com a adoção de metodologias de diminuição de falhas, bem como o surgimento de tecnologias mais confiáveis. Para ilustrar esse atual cenário, este trabalho abordará os resultados da aplicação do pilar Controle Inicial da Gestão Produtiva Total (GPT) para identificar os ganhos na confiabilidade do fornecimento contínuo da energia elétrica, metodologia essa implementada aos equipamentos de proteção das subestações de energia. Para isto, será observado a estrutura do setor elétrico, das subestações e dos equipamentos de proteção, em especial os equipamentos de proteção do sistema, e por fim, a implementação do Controle Inicial para mitigação das falhas do equipamento afim de garantir o fornecimento contínuo da energia.

Atualmente, os órgãos reguladores do sistema elétrico têm imposto valores rigorosos de indicadores de continuidade às empresas de distribuição de energia. Essa imposição visa, principalmente, em condições de contingência, reduzir a duração e a frequência das interrupções no fornecimento da energia elétrica aos consumidores. As empresas de distribuição são penalizadas quando esses indicadores ultrapassam limites previamente fixados pelos órgãos reguladores. Nesse contexto, seguindo uma tendência mundial para melhorar a continuidade, sistemas modernos automatizados estão se disseminando cada vez mais nas redes elétricas de distribuição. Em condições de contingência, dispositivos de seccionamento automatizados podem ser utilizados na transferência rápida e eficiente de grupos de consumidores de um ponto de suprimento para outro, com o intuito de minimizar a interrupção do fornecimento da energia elétrica. Assim, faz-se necessário alocar eficientemente esses equipamentos em locais que permitam a melhoria nos indicadores de continuidade, porém respeitando as restrições técnicas e orçamentárias. Este trabalho propõe, em quatro etapas, uma metodologia para a instalação de religadores automatizados em alimentadores de distribuição primária, visando minimizar os indicadores de duração e frequência de interrupções, além da energia não distribuída. Na primeira etapa, os indicadores de continuidade são equacionados a partir dos parâmetros: frequência acumulada de consumidores na rede, demanda média dos consumidores, quantidade de falhas e seus respectivos tempos de interrupção. Cada um desses parâmetros é formulado como uma função do comprimento do tronco de cada alimentador. Posteriormente, para cada alimentador, um grupo de alternativas é definido. Cada alternativa é criada a partir da quantidade de religadores automatizados, normalmente fechados, para serem instalados ao longo do alimentador e em suas respectivas posições. A posição de instalação de cada religador é determinada considerando a melhor redução dos indicadores de continuidade e da energia não distribuída. Na segunda etapa, combinações de alternativas (com religadores automatizados, normalmente fechados) para todos os alimentadores são avaliadas, em termos da melhoria dos indicadores de continuidade para toda a região em estudo. Visando o tratamento de todas as combinações de solução e a maximização do benefício/custo, um processo de otimização baseado em algoritmos genéticos é aplicado. Na terceira etapa, visando correlacionar um alimentador e seus vizinhos, religadores automatizados normalmente abertos são considerados e agregados à melhor alternativa obtida na etapa anterior. Desta forma, grupos de consumidores podem ser transferidos para outros alimentadores em casos de contingência. A melhor posição desses dispositivos considera a menor distância entre grupos de consumidores de alimentadores vizinhos. As restrições técnicas são avaliadas considerando níveis de tensão das barras e carregamento das linhas durante a simulação de contingências. Na quarta etapa, a segunda e a terceira etapa se repetem, até atingir o nível de saturação da melhoria produzida pelos novos religadores. Uma aplicação da metodologia proposta é apresentada considerando uma subestação e seus alimentadores. Resultados são mostrados, ilustrando a validade da metodologia proposta. Essa dissertação é uma pesquisa acadêmica concebida e baseada em projeto incluído no Programa de P&D da Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), apresentado à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). / Currently, government regulatory agencies have been imposing stringent values of continuity indicators to electric utilities. This imposition is principally, under contingency conditions, to reduce the duration and frequency of electricity supply interruptions to final customers. Electric utilities are penalized when these indicators exceed limits previously set up by regulators. In such a context, following global trend, modern automated systems are spreading increasingly in electrical distribution networks. Under contingency conditions, automatic switch can be used for fast and efficient transfer of consumer groups from a supply point to another in order to minimize the electricity supply interruption. Therefore, it is necessary to efficiently allocate these devices in order to improve continuity indicators, however, respecting the technical and financial constraints. This thesis proposes, in four steps, a methodology for automated reclosers installation on primary distribution feeders in order to minimize continuity indicators (duration and frequency of the interruptions) and energy not distributed. In the first step, the continuity indicators are equated using the parameters: cumulative frequency of consumers, mean power of consumers, number of faults and its durations. Each one of these parameters is formulated as a function of the main feeder length for each feeder. Subsequently, for each feeder, a group of alternatives is defined. Each alternative is created from number of automated reclosers operating normally closed to be installed along the feeder and at their respective positions. The position of each recloser is determined by considering the best reduction of continuity indicators and energy not distributed. In the second step (with automated reclosers operating normally opened) groups of alternatives for each feeders are evaluated considering the best reduction of total continuity indicators. In order to deal with all solution and maximizing the benefit/cost, an optimization process based on genetic algorithms is presented. In the third step, aiming to correlate a feeder and its neighbors, normally open automated reclosers are considered and added to the best alternative obtained from the previous step. Thus, consumer groups can be transferred to other feeders in case of contingencies. The best position for these devices is obtained by considering the shortest distance between consumer groups from neighboring feeders. The technical constraints are evaluated considering voltage levels at each bar and loading at each line during contingency simulations. In the fourth step, the second and third steps are remade until saturate the improvement of the new reclosers. An application of this proposed methodology is shown considering a substation and its feeders. Results are presented showing its validation. This thesis is an academic research based on a project included on CEMIG R&D Program, presented to ANEEL (Brazilian regulatory agency).

Atualmente, os órgãos reguladores do sistema elétrico têm imposto valores rigorosos de indicadores de continuidade às empresas de distribuição de energia. Essa imposição visa, principalmente, em condições de contingência, reduzir a duração e a frequência das interrupções no fornecimento da energia elétrica aos consumidores. As empresas de distribuição são penalizadas quando esses indicadores ultrapassam limites previamente fixados pelos órgãos reguladores. Nesse contexto, seguindo uma tendência mundial para melhorar a continuidade, sistemas modernos automatizados estão se disseminando cada vez mais nas redes elétricas de distribuição. Em condições de contingência, dispositivos de seccionamento automatizados podem ser utilizados na transferência rápida e eficiente de grupos de consumidores de um ponto de suprimento para outro, com o intuito de minimizar a interrupção do fornecimento da energia elétrica. Assim, faz-se necessário alocar eficientemente esses equipamentos em locais que permitam a melhoria nos indicadores de continuidade, porém respeitando as restrições técnicas e orçamentárias. Este trabalho propõe, em quatro etapas, uma metodologia para a instalação de religadores automatizados em alimentadores de distribuição primária, visando minimizar os indicadores de duração e frequência de interrupções, além da energia não distribuída. Na primeira etapa, os indicadores de continuidade são equacionados a partir dos parâmetros: frequência acumulada de consumidores na rede, demanda média dos consumidores, quantidade de falhas e seus respectivos tempos de interrupção. Cada um desses parâmetros é formulado como uma função do comprimento do tronco de cada alimentador. Posteriormente, para cada alimentador, um grupo de alternativas é definido. Cada alternativa é criada a partir da quantidade de religadores automatizados, normalmente fechados, para serem instalados ao longo do alimentador e em suas respectivas posições. A posição de instalação de cada religador é determinada considerando a melhor redução dos indicadores de continuidade e da energia não distribuída. Na segunda etapa, combinações de alternativas (com religadores automatizados, normalmente fechados) para todos os alimentadores são avaliadas, em termos da melhoria dos indicadores de continuidade para toda a região em estudo. Visando o tratamento de todas as combinações de solução e a maximização do benefício/custo, um processo de otimização baseado em algoritmos genéticos é aplicado. Na terceira etapa, visando correlacionar um alimentador e seus vizinhos, religadores automatizados normalmente abertos são considerados e agregados à melhor alternativa obtida na etapa anterior. Desta forma, grupos de consumidores podem ser transferidos para outros alimentadores em casos de contingência. A melhor posição desses dispositivos considera a menor distância entre grupos de consumidores de alimentadores vizinhos. As restrições técnicas são avaliadas considerando níveis de tensão das barras e carregamento das linhas durante a simulação de contingências. Na quarta etapa, a segunda e a terceira etapa se repetem, até atingir o nível de saturação da melhoria produzida pelos novos religadores. Uma aplicação da metodologia proposta é apresentada considerando uma subestação e seus alimentadores. Resultados são mostrados, ilustrando a validade da metodologia proposta. Essa dissertação é uma pesquisa acadêmica concebida e baseada em projeto incluído no Programa de P&D da Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), apresentado à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). / Currently, government regulatory agencies have been imposing stringent values of continuity indicators to electric utilities. This imposition is principally, under contingency conditions, to reduce the duration and frequency of electricity supply interruptions to final customers. Electric utilities are penalized when these indicators exceed limits previously set up by regulators. In such a context, following global trend, modern automated systems are spreading increasingly in electrical distribution networks. Under contingency conditions, automatic switch can be used for fast and efficient transfer of consumer groups from a supply point to another in order to minimize the electricity supply interruption. Therefore, it is necessary to efficiently allocate these devices in order to improve continuity indicators, however, respecting the technical and financial constraints. This thesis proposes, in four steps, a methodology for automated reclosers installation on primary distribution feeders in order to minimize continuity indicators (duration and frequency of the interruptions) and energy not distributed. In the first step, the continuity indicators are equated using the parameters: cumulative frequency of consumers, mean power of consumers, number of faults and its durations. Each one of these parameters is formulated as a function of the main feeder length for each feeder. Subsequently, for each feeder, a group of alternatives is defined. Each alternative is created from number of automated reclosers operating normally closed to be installed along the feeder and at their respective positions. The position of each recloser is determined by considering the best reduction of continuity indicators and energy not distributed. In the second step (with automated reclosers operating normally opened) groups of alternatives for each feeders are evaluated considering the best reduction of total continuity indicators. In order to deal with all solution and maximizing the benefit/cost, an optimization process based on genetic algorithms is presented. In the third step, aiming to correlate a feeder and its neighbors, normally open automated reclosers are considered and added to the best alternative obtained from the previous step. Thus, consumer groups can be transferred to other feeders in case of contingencies. The best position for these devices is obtained by considering the shortest distance between consumer groups from neighboring feeders. The technical constraints are evaluated considering voltage levels at each bar and loading at each line during contingency simulations. In the fourth step, the second and third steps are remade until saturate the improvement of the new reclosers. An application of this proposed methodology is shown considering a substation and its feeders. Results are presented showing its validation. This thesis is an academic research based on a project included on CEMIG R&D Program, presented to ANEEL (Brazilian regulatory agency).

With the emergence of the concept of Smart Grid (SG), the Power Distribution Systems are undergoing major changes in the way it is operated, studied and analyzed. The breakthrough technology of measurement, automation, control and telecommunication equipment, together with the reduction of the costs of acquisition and implementation, allowed Brazilian electric utilities to invest in automation, control and telecommunication, facing distribution networks. This technological development applied in the networks allows new studies and new methodologies to be developed and implemented by utilities in order to improve their technical and operational performance. Many studies are being conducted in order to propose automatic reconfiguration in the distribution networks, automatic restoration and distribution management system in real time, aiming to optimize the loads distribution, reduce energy losses, improve system reliability and the quality indicators of power supply, among other possible needs of the distribution company. Nowadays a fairly explored point is the switching through automatic devices, which have criteria and assumptions for execution in the network. Among the criteria and assumptions, there is the guarantee of coordination and selectivity of protective devices involved in the reconfiguration after switching and consequent topological change. The need for analysis of protective devices and possible reparameterization of them, justifies the development of a methodology through computational solution, able to analyze the coordination and selectivity of the devices (microprocessor reclosers) after network changes. It is due to this niche opportunities caused by technological development and changes in operating philosophy of distribution networks, that this dissertation has as main objective to develop a methodology to validate the operation condition of protective devices, ensuring the safety and system reliability and proposing new protection settings when needed, which consequently will allow network reconfigurations. / Com o surgimento do conceito de Smart Grid (SG), os Sistemas de Distribuição de Energia vêm sofrendo grandes modificações em sua forma de operação, estudo e análise. O grande avanço tecnológico dos equipamentos de medição, automação, controle e telecomunicação, aliado à redução dos custos de aquisição e implementação, permitiu que as distribuidoras brasileiras de energia elétrica realizassem grandes investimentos em automação, controle e telecomunicação, voltados para redes de distribuição. Este avanço tecnológico aplicado nas redes permite que novos estudos e novas metodologias sejam desenvolvidos e aplicados pelas concessionárias, a fim de melhorar o seu desempenho técnico operacional. Muitos estudos estão sendo realizados com o intuito de propor reconfigurações automáticas nas redes de distribuição, recomposição automática e gerenciamento do sistema em tempo real, sempre com o objetivo de otimizar a distribuição das cargas, reduzir as perdas de energia, melhorar a confiabilidade do sistema e os indicadores de qualidade do fornecimento de energia, entre outras possíveis necessidades da respectiva distribuidora. Atualmente um ponto bastante explorado são os chaveamentos através de dispositivos automatizados, os quais possuem critérios e premissas para efetivação em campo. Dentre os critérios e premissas, destaca-se a garantia da coordenação e seletividade dos equipamentos de proteção envolvidos na reconfiguração após a realização do chaveamento e consequente mudança topológica. A necessidade de análise dos dispositivos de proteção e possível reparametrização dos mesmos justifica o desenvolvimento de uma metodologia através de solução computacional, capaz de analisar a coordenação e seletividade dos dispositivos (religadores microprocessados), após mudanças na rede. É devido a este nicho de oportunidades causadas pelo desenvolvimento tecnológico e pelas mudanças na filosofia de operação das redes de distribuição, que esta dissertação tem por objetivo principal desenvolver uma metodologia que permita validar a condição de operação dos dispositivos de proteção, garantindo a segurança e a confiabilidade do sistema e propondo novos ajustes de proteção quando necessário, o que consequentemente permitirá reconfigurações de rede.