O objetivo deste trabalho é desenvolver um programa que automatize o restabelecimento de energia para sistemas de distribuição. Um plano de restabelecimento de energia é necessário depois de uma falta ter sido identificada e isolada. Tal plano deve ser formulado em um tempo muito curto. Entretanto, a característica combinatorial do problema restringe as alternativas para automatizar o restabelecimento de energia. Vários métodos têm sido propostos para solucionar esta dificuldade. No entanto, eles não são eficientes em geral para lidar com grandes sistemas de distribuição. Nesse sentido, desenvolveu-se neste trabalho um algoritmo que consegue um plano de restabelecimento de energia em curto intervalo de tempo. / The objective of this work is to develop automatic energy restoration for distribution systems. A restoration plan is required afler a fault has been identified and isolated. Such plan must be carried out in a very short time period. However, the combinatorial feature of the problem constrains the application of the automatic energy restoration. Several approaches have been developed to overcome that difficulty. Nevertheless, they are not efficient enough in general for large distribution systems. As a result, it was developed, in this work, an approach to reach a energy restoration plan in short time period.

O objetivo deste trabalho é desenvolver um programa que automatize o restabelecimento de energia para sistemas de distribuição. Um plano de restabelecimento de energia é necessário depois de uma falta ter sido identificada e isolada. Tal plano deve ser formulado em um tempo muito curto. Entretanto, a característica combinatorial do problema restringe as alternativas para automatizar o restabelecimento de energia. Vários métodos têm sido propostos para solucionar esta dificuldade. No entanto, eles não são eficientes em geral para lidar com grandes sistemas de distribuição. Nesse sentido, desenvolveu-se neste trabalho um algoritmo que consegue um plano de restabelecimento de energia em curto intervalo de tempo. / The objective of this work is to develop automatic energy restoration for distribution systems. A restoration plan is required afler a fault has been identified and isolated. Such plan must be carried out in a very short time period. However, the combinatorial feature of the problem constrains the application of the automatic energy restoration. Several approaches have been developed to overcome that difficulty. Nevertheless, they are not efficient enough in general for large distribution systems. As a result, it was developed, in this work, an approach to reach a energy restoration plan in short time period.

O presente trabalho investiga metodologias para se obter automaticamente planos de restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de energia elétrica, contemplando-se múltiplos objetivos, sendo alguns conflitantes. A redução nos índices de interrupção de energia elétrica deve ser um alvo permanente das empresas de distribuição buscando a melhoria da qualidade de fornecimento. Por outro lado, as interrupções são inevitáveis, quer para a execução de obras de manutenção preventiva, quer para obras de manutenção corretiva em virtude da ocorrência de um defeito no sistema. Depois de uma falta ter sido identificada e isolada, um plano de restabelecimento deve ser encontrado em um curto período de tempo. Devido ao problema de explosão combinatorial, técnicas de programação matemática se tornam proibitivas para esse tipo de aplicação, principalmente em sistemas de tamanho real. Por outro lado, a proposta desenvolvida de algoritmos evolucionários utilizando cadeias de grafos, têm se mostrado capaz de obter planos de restabelecimento de energia em um sistema de tamanho real no menor tempo possível. Este trabalho investiga a utilização desta metodologia para redes de grande porte sem simplificações, isto é, incluindo todas as linhas, barras e chaves do sistema. Testes são realizados em três redes de tamanhos diferentes, considerando diversos objetivos a fim de avaliar a técnica proposta. / This work investigates methodologies to automatically obtain energy restoration plans in distribution systems, involving multiple objectives that are conflicting. The reduction energy interruption indices is a permanent objective of the distribution companies in order to improve power supply. Interruptions may be carried out for maintenance or may occur due to system faults. After a fault have been identified and isolated, a restoration plan is required in a short interval of time. Due to the combinatorial explosion problem it is not possible to apply mathematical programming techniques to produce restoration plans for large networks. On the other hand, an evolutionary algorithm utilizing graph, chain has shown to be able to obtain restoration plans for real-size networks in a short interval of time. Tests are performed for three different size networks, considering several objectives to evaluate the proposed technique.

O presente trabalho investiga metodologias para se obter automaticamente planos de restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de energia elétrica, contemplando-se múltiplos objetivos, sendo alguns conflitantes. A redução nos índices de interrupção de energia elétrica deve ser um alvo permanente das empresas de distribuição buscando a melhoria da qualidade de fornecimento. Por outro lado, as interrupções são inevitáveis, quer para a execução de obras de manutenção preventiva, quer para obras de manutenção corretiva em virtude da ocorrência de um defeito no sistema. Depois de uma falta ter sido identificada e isolada, um plano de restabelecimento deve ser encontrado em um curto período de tempo. Devido ao problema de explosão combinatorial, técnicas de programação matemática se tornam proibitivas para esse tipo de aplicação, principalmente em sistemas de tamanho real. Por outro lado, a proposta desenvolvida de algoritmos evolucionários utilizando cadeias de grafos, têm se mostrado capaz de obter planos de restabelecimento de energia em um sistema de tamanho real no menor tempo possível. Este trabalho investiga a utilização desta metodologia para redes de grande porte sem simplificações, isto é, incluindo todas as linhas, barras e chaves do sistema. Testes são realizados em três redes de tamanhos diferentes, considerando diversos objetivos a fim de avaliar a técnica proposta. / This work investigates methodologies to automatically obtain energy restoration plans in distribution systems, involving multiple objectives that are conflicting. The reduction energy interruption indices is a permanent objective of the distribution companies in order to improve power supply. Interruptions may be carried out for maintenance or may occur due to system faults. After a fault have been identified and isolated, a restoration plan is required in a short interval of time. Due to the combinatorial explosion problem it is not possible to apply mathematical programming techniques to produce restoration plans for large networks. On the other hand, an evolutionary algorithm utilizing graph, chain has shown to be able to obtain restoration plans for real-size networks in a short interval of time. Tests are performed for three different size networks, considering several objectives to evaluate the proposed technique.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-15T17:14:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Leonardo Ferreira de Moura.pdf: 4686822 bytes, checksum: 4736c3ce868bd1d0d70bfb18170cebe7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T17:14:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Leonardo Ferreira de Moura.pdf: 4686822 bytes, checksum: 4736c3ce868bd1d0d70bfb18170cebe7 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / O restabelecimento do fornecimento de energia elétrica em situações de contingencia, em sistemas de distribuição de energia, envolve diversas necessidades que o tornam um problema de otimização multiobjectivo com múltiplas restrições. Dentre essas necessidades destaca-se a priorização de fornecimento aos consumidores especiais, quantidade de clientes interrompidos, número de dispositivos a serem manobrados, limite térmico dos condutores, nível de tensão, existência de paralelismo elétrico, opções de transferência disponíveis, localização das equipes e etc. Assim, técnicas para lidar com esse problema devem considerar estes aspectos de forma simultânea nos sistemas de distribuição. Face ao exposto, propõe-se nesse trabalho o estudo e aplicação de uma modelagem matemática para estabelecimento da priorização destas variáveis facilitando o processo de tomada de decisão por parte do operador do sistema elétrico. O método multicritério escolhido para a realização deste trabalho foi o da escola americana denominado de SMARTER (Simple Multi-attribute Rate Technique Exploiting Ranks). / The reestablishment of electricity supply in situations of contingency in power distribution systems, involves a number of requirements that make it a multi-objective optimization problem with multiple constraints. Among these needs stands prioritizing supply to consumers special amount of customers interrupted, number of devices to be handled, thermal limit of the conductors, voltage level, the existence of parallelism electric, transfer options available, location of teams, etc. So, techniques for dealing with this problem should consider these aspects simultaneously in distribution systems. Given the above, this work proposes study and application of a mathematical modeling to establish the prioritization of these variables facilitating the process of decision making by the Electricity System Operator. The multicriteria method chosen for this work was the American School called SMARTER (Simple Multi -attribute Rate Technique Exploiting Ranks).

Este trabalho apresenta uma metodologia para alocação eficiente de dispositivos indicadores de faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica. São avaliadas como as principais variáveis que influenciam na quantificação da potencialidade para instalação de dispositivos indicadores de faltas se comportam ao longo do tronco principal dos alimentadores de distribuição de energia elétrica. Como metodologia, empregou-se sistemas de inferência fuzzy para quantificar a referida potencialidade a partir das variáveis avaliadas. Resultados com dados reais destacam também a eficiência da metodologia proposta para quantificar e avaliar a rede de dispositivos indicadores já existentes em alimentadores. / This work presents a methodology for efficient allocation of fault indicator devices in electric power distribution systems. The behavior of the main variables that influence in the quantification of the potentiality for installation of fault indicator devices were analyzed taking into account the feeder length. In methodology terms, fuzzy inference systems were used to quantify this potentiality from the analyzed variables. Results with real data have also highlighted the efficiency of the proposed methodology to quantify and to evaluate the fault indicator device network already existent in power distribution feeders.

Este trabalho apresenta uma metodologia para alocação eficiente de dispositivos indicadores de faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica. São avaliadas como as principais variáveis que influenciam na quantificação da potencialidade para instalação de dispositivos indicadores de faltas se comportam ao longo do tronco principal dos alimentadores de distribuição de energia elétrica. Como metodologia, empregou-se sistemas de inferência fuzzy para quantificar a referida potencialidade a partir das variáveis avaliadas. Resultados com dados reais destacam também a eficiência da metodologia proposta para quantificar e avaliar a rede de dispositivos indicadores já existentes em alimentadores. / This work presents a methodology for efficient allocation of fault indicator devices in electric power distribution systems. The behavior of the main variables that influence in the quantification of the potentiality for installation of fault indicator devices were analyzed taking into account the feeder length. In methodology terms, fuzzy inference systems were used to quantify this potentiality from the analyzed variables. Results with real data have also highlighted the efficiency of the proposed methodology to quantify and to evaluate the fault indicator device network already existent in power distribution feeders.

Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento, e implantação em computador, de uma metodologia para tratamento do problema de restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de grande porte (com milhares de linhas, barras de carga e chaves seccionadoras), que permita a obtenção de Planos de Restabelecimento de Energia (PREs) adequados considerando a existência de reguladores de tensão, bancos de capacitores e de diferentes tipos de chaves seccionadoras. A metodologia proposta deverá considerar as características de operação de diferentes tipos de chaves seccionadoras (existência de telecomando, possibilidade de abertura com carga e/ou em curto circuito, etc.) para obtenção de PREs. Vale lembrar que usualmente as metodologias desenvolvidas para obtenção de PREs consideram a existência apenas de chaves automáticas e não automáticas, não considerando outras características de funcionamento das chaves seccionadoras. Tendo em vista que o problema a ser tratado é combinatório, com múltiplos objetivos e restrições, a metodologia proposta será baseada em Algoritmos Evolutivos, em técnicas de otimização multi-objetivo e na estrutura de dados denominada Representação Nó-Profundidade (RNP). A RNP será utilizada para representar computacionalmente, de forma eficiente, a topologia elétrica dos sistemas de distribuição. Para validar a metodologia proposta serão realizadas simulações computacionais com sistemas de distribuição reais de grande porte. / This dissertation aims to develop a methodology to provide adequate Energy Restoration Plans (ERPs) in contingency situations to large-scale distribution systems (with thousands of lines, load buses and sectionalizing switches), considering the existence of voltage regulators, capacitors banks and different types of sectionalizing switches. The proposed methodology considers the operational characteristics of different types of sectionalizing switches (existence of remote control, possibility of open-load and/or short-circuit, etc.) for the purpose of obtaining ERPs. Usually the developed methodologies consider only the existence of remotely controlled and manually controlled switches, excluding other operational characteristics of the sectionalizing switches. As the service restoration problem is combinatory with multiple objectives and constraints, the proposed methodology is based on Evolutionary Algorithms, multiobjective optimization techniques and on the data structure named Node-Depth Encoding. The Node-Depth Encoding is used to computationally represent, in an efficient way, the topology of the distribution systems. The proposed methodology is validated through computational simulations performed in real large-scale distribution systems.

O restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais geralmente envolve a reconfiguração de redes para restaurar eletricidade à(s) área(s) fora de serviço. As principais técnicas para restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de grande porte têm sido os algoritmos evolutivos (AEs). Após a falta ter sido identificada e a zona em falta ter sido isolada do sistema, o algoritmo deve encontrar soluções em que: 1) supra com energia o maior número de consumidores possível, 2) minimize o número de operações de chaveamentos, 3) não viole restrições operacionais do sistema, 4) reduza o total de perdas resistivas, 5) a configuração da rede seja radial e, 6) obtenha tal solução em tempo real. Este projeto emprega uma nova estrutura de dados para manipular grafos produzindo exclusivamente configurações radiais e conexas, chamada representação nó-profundidade (RNP), garantindo que todas as soluções potenciais geradas pelo algoritmo satisfaçam os itens (1) e (5). Além disso, propõe-se um AE utilizando a RNP capaz de encontrar planos de restabelecimento adequados para sistemas de distribuição de larga-escala, com milhares de chaves e barras, em tempo real. / Energy restoration in radial distribution systems usually involves the network reconfiguration to restore the electricity to the out-of-service areas. The main approaches for energy restoration in large-scale distribution systems have been the evolutionary algorithms (EAs). After a fault has been identified and isolated, the algorithm must find solutions that: 1) supply energy to the larger number of consumers, 2) reduce the number of switching operations, 3) respect operational constraints of the system, 4) reduce the amount of power losses, 5) generate exclusively radial configurations and 6) find solutions in real time. This work uses a new data structure, called node-depth encoding (NDE), to manipulate graphs producing exclusively radial and connected configurations, and guaranteeing that all potential solutions generated by the algorithm satisfy items (1) and (5). Moreover, we propose an EA using the NDE that is capable of finding adequate restoration plans in real time for large-scale distribution systems, with thousands of switches and buses.

Nesta dissertação é apresentada uma nova metodologia para tratar o problema de restabelecimento de energia em Sistemas de Distribuição (SD) de grande porte, possibilitando a obtenção de planos de restabelecimento a partir exclusivamente de chaves automáticas após a ocorrência de faltas permanentes. Este procedimento é realizado através da Reconfiguração de Redes (RR), que consiste basicamente na alteração da topologia do sistema elétrico através da mudança de estados (aberto/fechado) das chaves seccionadoras. Para isso, vários pontos de carga do SD são agrupados em blocos separados por chaves, formando setores. Assim, a partir da RR é possível a troca de cargas entre alimentadores em caso de interrupção em algum ponto da rede. A metodologia aqui proposta divide o processo de restabelecimento de energia em duas etapas. Na primeira a troca de cargas entre alimentadores é realizada utilizando apenas chaves automáticas, e a segunda etapa utiliza-se qualquer tipo de chave, automática ou não. O problema de restabelecimento de energia em SDs de grande porte envolve múltiplos objetivos, e alguns deles são conflitantes, além disto, devido à grande quantidade de variáveis envolvidas nesse problema, ele está sujeito ao fenômeno de explosão combinatória. Dessa forma, metas-heurísticas têm sido propostas como alternativas para tratar o problema, e dentre essas, os Algoritmos Evolutivos (AEs) têm se mostrado a mais eficiente. Face ao exposto, neste trabalho de mestrado utiliza-se de um AE Multi-Objetivo, juntamente com a estrutura de dados denominada Representação Nó-Profundidade (RNP), que permite uma representação computacional eficiente da topologia elétrica dos SDs. Para validar a metodologia proposta foram realizadas simulações computacionais no SD real da cidade de Londrina-PR, em atual operação. Os resultados que serão apresentados nessa dissertação mostraram um ganho substancial em comparação com outra metodologia. / This dissertation presents a new methodology to address service restoration problem in Large Scale Distribution Systems (DS), that allow the obtaining of service restoration plans considering only automatic switches after the occurrence of interruption. This procedure is performed through the Network Reconfiguration (NR), which basically consists in changing the topology of the electrical system by changing states (open/closed) of the switches. For this, various load points DS are grouped into blocks separated by switches, forming sectors. Thus, from the NR is possible to exchange charges between feeders in case of interruption somewhere in the DS. The methodology proposed here divides the process of service restoration in two stages. The first exchange of charges between feeders is performed using only automatic switches, and the second stage uses any type of switches, automatic or not. The problem of service restoration in Large-Scale DS involves multiple objectives, some of which are conflicting, moreover, due to the large number of variables involved in this problem, it is subject to the combinatorial explosion phenomenon. Thus, meta-heuristics have been proposed as alternatives to address the problem, and among these, the Evolutionary Algorithms (EAs) have shown to be more efficient. Given the above, this work uses Multi-Objective Evolutionary Algorithms, along with the graph encoding called Node-Depth Representation, which allows an efficient computational representation of DS topology. To validate the proposed methodology were performed computer simulations in real DS city of Londrina, in actual operation. The results will be presented in this thesis showed a substantial gain compared to other methods.