Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The search for solutions to the different power quality problems, in special the ones related to the voltage level compliance to the standard values has produced, up to now, an extensive range of commercial products using different techniques. Despite this recognition, the challenge for alternative strategies, presenting low cost and low maintenance properties, are very attractive and this subject is still motivating research worldwide. In this context, this dissertation is focused on the proposal of a voltage regulating device, here referred as CET (Electromagnetic Voltage Compensator), which presents an innovative design to obtain the process of voltage regulation. The main idea is based on the voltage injection, been as an additive or subtractive way, through a physical arrangement, presenting as a full electromagnetic power device. Aiming operative dynamic properties, the proposal in question, as far as their operational design concerns, is based on electronic switching and control device. The proposal outlined here will encounter emphasizes to the CET physical structure, the control unit composition and the evaluation of the electric complex performance under different voltage deviations occurrences. The studies are presented and then discussed, using the results provided by the computational simulation carried out in the time domain simulator ATP throughout its classical feature the MODELS language. / A busca por soluções para os distintos problemas da qualidade da energia elétrica, com destaque às variações das tensões de suprimento, conta, na atualidade, com uma extensa gama de produtos visando, sobretudo, a regulação dinâmica da tensão de suprimento. Não obstante tal reconhecimento, os desafios por estratégias alternativas por compensadores com propriedades operacionais e econômicas mais atrativas continuam motivando pesquisas em todo o mundo. Neste contexto, a presente dissertação encontra-se focada numa proposta de controle de um dispositivo regulador de tensão, aqui denominado por CET (Compensador Eletromagnético de Tensão), que se apresenta com uma concepção inovadora no que tange ao processo da regulação da tensão. A ideia central apoia-se na injeção série de reforços de tensão, aditiva ou subtrativa, através de um arranjo físico totalmente eletromagnético quanto às suas unidades de potência. Objetivando propriedades operativas dinâmicas, a proposta em pauta, no que tange a sua concepção operativa, fundamenta-se em chaveamentos eletrônicos controlados. À luz destes fatos, o trabalho vai de encontro a esta filosofia e ressalta a estrutura física do dispositivo, a composição da unidade de controle e avalia o desempenho do dispositivo sob condições associadas com a ocorrência de desvios de tensão. Quanto aos estudos feitos e discutidos, estes se encontram alicerçados em investigações computacionais conduzidas através da plataforma ATP e recursos oferecidos pela linguagem MODELS. / Mestre em Ciências

Este trabalho descreve uma abordagem do método primal-dual barreira logarítmica (MPDBL) associado ao método de Newton modificado para a resolução do problema de fluxo de potência para sistemas de distribuição radial. Também foi realizado um estudo comparativo com duas técnicas clássicas de solução do problema de fluxo potência para redes de distribuição radial. São os métodos: Backward/Forward Sweep e o método proposto por M. Baran e F. Wu, que é baseado na técnica de Newton-Raphson. Este método utiliza uma matriz Jacobiana modificada que atende a característica radial dos sistemas de distribuição. Nos testes comparativos serão considerados todos os parâmetros do sistema. Os algoritmos de solução serão analisados em suas propriedades de convergência e será realizado um teste de robustez. Os resultados dos testes realizados em 4 sistemas (4, 10, 34 e 70 barras) e o teste comparativo entre os métodos evidenciam a melhor metodologia na solução do problema de fluxo de potência para sistemas radiais / This work describes an approach on primal-dual logarithmic barrier method (PDLBM) associate to the method of Newton modified for the resolution of the problem of power flow for radial distribution systems. Also a comparative study with two classic techniques of solution of the flow problem was carried through power for nets of radial distribution. They are the methods: Backward/Forward Sweep and the method considered for M. Baran and F. Wu, that is based on the technique of Newton-Raphson. This method uses modified Jacobiana matrix that takes care of the radial characteristic of the distribution systems. In the comparative tests all will be considered the parameters of the system. The solution algorithms will be analyzed in its properties of convergence and will be carried through a robustness test. The results of the tests carried through in 4 systems (4, 10, 34 and 70 bus) and the comparative test between the methods evidence the best methodology in the solution of the problem of power flow for radial systems

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-12-07T12:33:00Z No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho propõe um método baseado em algoritmos genéticos para alocação ótima de medidores na rede. A partir da alocação dos medidores, é verificado a assertividade alcançada na detecção de defeitos monofásicos, por área, com impedância na média tensão de sistemas de distribuição. Assim, é avaliado o desempenho da metologia de alocação ótima dos medidores. A saída do algoritmo, indica as posições que os medidores devem ser alocados, que formarão as respectivas áreas de observações para detecção. Para realizar a detecção de defeitos em sistemas de distribuição foi desenvolvido também um método utilizando redes neurais artificiais, que é utilizado como rotina interna do método de alocação de medidores, onde as entradas são grandezas elétricas de tensão e corrente, podendo ser medições fasoriais e/ou não-fasoriais, oriundas dos medidores definidos no método de alocação. Esta variação de tipos de medições serviu para analisar o desempenho na detecção do defeito do emprego de diferentes tipos de equipamentos de medição. A escolha da detecção de defeitos monofásicos é baseada no fato de que estes são a grande maioria nos sistemas de distribuição. O método desenvolvido consegue detectar defeitos monofásicos com resistência de arco variando entre 0 a 200 ohms, considerando ainda, variação do carregamento do sistema. O método proposto para alocação, bem como a rotina para detecção de falhas foi desenvolvido no ambiente MatLab®. Os testes foram realizados em sistemas do IEEE, apresentando bons resultados. / The proposal of this work is to develop a method based on genetic algorithms for optimal allocation of measurements units the distribution grid, which aims to detect monophasic defects with impedance in the medium voltage of distribution systems. The detection is performed by artificial neural networks. The developed methodology for optimal distribution of meters indicates as output the positions that the units should be allocated, creating detection areas. Artificial neural networks were used to perform fault detection in distribution systems, which is an internal routine of the measurement units distribution method. The inputs of the artificial neural networks are voltage and current. These electrical parameters can be either phasor measurements and/or non-phasor, depending on the category of meters defined in the allocation algorithm. The performance of different types of measurement equipment was executed by the analysis of different measurement types. It was selected single-phase defects due to the fact that these are the vast majority of faults in distribution systems. The developed method is able to identify single-phase defects with arc resistance ranging from 0 to 200 ohms, and it is also capable of correctly detect faults when considering load variation. The method of measurement unit allocation and the fault detection algorithm were developed in the software MatLab®. Tests were performed in IEEE systems, presenting good results.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-04T19:04:18Z No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T01:56:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T01:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 felipegomesduque.pdf: 1280593 bytes, checksum: 1f3d9c0ec3a41fa23d8f1844be3efc5c (MD5) Previous issue date: 2016-07-19 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um algoritmo baseado na técnica de otimização bio-inspirada denominada Monkey Search (MS) para alocação ótima de bancos de capacitores em sistemas de distribuição. O método proposto apresenta modificações e aprimoramentos da técnica MS para representar de forma adequada às características e restrições do problema de alocação de capacitores resultando em um novo algoritmo denominado Modified Monkey Search (MMS). O programa desenvolvido em MATLAB é utilizado para teste em diversos sistemas de distribuição. Os resultados obtidos apontam para um algoritmo com boa eficiência computacional. / This paper presents an algorithm based on bio-inspired optimization technique called Monkey Search (MS) for optimal allocation of capacitors in distribution systems. The proposed method presents modifications and enhancements of the MS technique to represent the characteristics and constraints of the problem related with capacitor allocation resulting in a new algorithm called Modified Monkey Search (MMS). The program developed in MATLAB is used to test multiple distribution systems. The results point to a computational efficient algorithm.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-21T17:53:15Z No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) Previous issue date: 2010-08-13 / A necessidade de redução do custo associado à operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica tem se tornado cada vez mais imperativa no cenário do setor energético. Uma das principais alternativas para resolver este problema é a minimização de perdas de potência ativa nos alimentadores de distribuição. A fim de reduzir as perdas, algumas práticas têm sido adotadas, como a alocação de capacitores em pontos estratégicos do sistema, bem como o ajuste de tapes de transformadores e reconfiguração de redes de distribuição. A solução de problemas desse tipo envolve complexos algoritmos de otimização não linear inteira mista. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma técnica especializada baseada na meta-heurística colônia de formigas para solucionar o problema de minimização de perdas nos sistemas de distribuição de energia elétrica através da alocação ótima de capacitores combinada ao ajuste de tapes, além de considerar restrições de violação de tensão. O algoritmo desenvolvido propõe modificações na estrutura básica do problema, a fim de obter resultados melhores. A metodologia proposta é aplicada a sistemas encontrados na literatura e resultados são comparados com outros métodos. / The reduce the cost associated with the operation of electric power distribution systems has become increasingly imperative in the setting of the energy sector. One of the main alternatives to solve this problem is to minimize power losses in distribution feeders. In order to reduce losses, some practices have been adopted, such as the allocation of capacitors at strategic points in the system as well as LTC adjustment and reconfiguration of distribution networks. The solution of such problems involves complex algorithms for nonlinear mixed integer optimization. Therefore, this paper presents a specialized technique based on meta-heuristic ant colony optimization to solve the problem of minimizing losses in electric power distribution systems through the optimal capacitor placement combined with the LTC adjustment, and consider constraints voltage violation. This algorithm proposes changes to the basic structure of the problem in order to obtain better results. The proposed methodology is applied to systems found in the literature and results are compared with other methods.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-11T15:15:34Z No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-18T12:47:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T12:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaotitoalmeidavianna.pdf: 4307092 bytes, checksum: 061d2a47a7e37bf6c1a1875c27f352ad (MD5) Previous issue date: 2016-09-05 / O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de alternativas para detecção de faltas de alta impedância (HIFs) sustentadas em sistemas de distribuição. Como a maioria destas faltas é monofásica, enfoque foi dado para este tipo de falta no desenvolvimento do trabalho. Devido ao desequilíbrio e a variação da carga dos sistemas de distribuição, a proteção tradicional dos mesmos apresenta dificuldades na detecção destas faltas, que acabam se sustentando no sistema. Isso acarreta um risco de segurança pública, na medida em que estruturas externas ao sistema elétrico são mantidas energizadas representando risco a vidas que entrem em contato com elas. Características da topologia típica de sistemas de distribuição brasileiros (conhecida como do “tipo europeu”) foram exploradas de forma a se elaborar duas propostas de métodos de detecção e localização de HIFs. Ambos os métodos se baseiam na alocação de medidores alocados ao longo do sistema de distribuição, cujas medidas são integradas a uma central de dados via rede de comunicação. Nesta central, as medidas recebidas são analisadas de forma a diagnosticar a presença e localização de faltas monofásicas de alta impedância no sistema e emitir alarmes que descrevam a situação atual do mesmo. O primeiro método, o PDSZ, baseia-se em medições fasoriais sincronizadas e, além da detecção e localização, conta com um algoritmo de classificação das fases envolvidas na falta. Já o segundo (PQDSZ) baseia-se em medições não fasoriais e não possui esta última funcionalidade. Ambos os métodos são implementados em laboratório e simulados com o uso de um Simulador Digital de Tempo Real (RTDS), o que permite uma validação bem próxima da aplicação dos métodos em um sistema real. Tais simulações comprovam a aplicabilidade dos métodos propostos e todos os resultados são analisados de forma a confirmar este fato. / This work aims to develop alternatives for the detection of sustained high impedance faults (HIFs) on distribution power systems. As the majority of these faults are single phase ones, the development was focused on this kind of fault. Due to load unbalance and variation of the distribution systems, the traditional protectiontechniques presents problems on detecting these faults, which are kept sustained on the system. This situation represents a serious public hazard, because the external electrical system structure remains energized, representing a risk to lives that eventually get in touch with it. There is also the risk of starting a fire from this fault point. Topologycal features of Brasilian distribution systems (known as “european type”) were exploited in order to elaborate two methods for detection and localization of HIFs. Both methods are based on the use of meters alocated along the distribution system, whose measurements are sent to a central data concentrator, through a network communication. Then, the received measurements are analysed in order to diagnose the ocurrence of single phase high impedance faults on the system and send alarms that describe the current system situation. The first method, named PDSZ, is based on Phasor Measurement Units (PMUs) and besides detecting and locating the fault, can also classify it, showing which phaseis involved. The second one, the PQDSZ, is based on non-synchronized measurements and can not classify the fault. Both methods were implemented on laboratory and tested using real equipament and a Real Time Digital Simulator (RTDS), which allows a very precise evaluation of the proposed methods, emulating conditions very similar the real ones. The simulations prove the aplicability of the proposed methods and the results are analysed in order to show the effectiveness of the proposed methods.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-10-24T14:20:53Z No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 3776690 bytes, checksum: 47e7e8480e1ca6486c2b7b102f002e51 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-11-23T12:14:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 3776690 bytes, checksum: 47e7e8480e1ca6486c2b7b102f002e51 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T12:14:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 3776690 bytes, checksum: 47e7e8480e1ca6486c2b7b102f002e51 (MD5) Previous issue date: 2018-09-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta uma nova metodologia para a estimação de estados harmônicos em redes de distribuição de energia elétrica, a partir da modelagem de problemas de otimização, em uma abordagem estática. Assume-se que medições fasoriais sincronizadas são obtidas continuamente por um número reduzido de PMUs (Phasor Measurement Units) estrategicamente alocadas no sistema. Correntes harmônicas passantes em todos os ramos da rede elétrica são variáveis de estado a serem estimadas em coordenadas retangulares. Valendo-se do uso de leis de Kirchhoff, outras grandezas elétricas são calculadas como fasores de tensão, potências ativa e reativa. Os problemas de otimização são modelados para cada ordem harmônica individualmente e para cada intervalo de tempo em que o algoritmo for executado, com o objetivo de estimar estados harmônicos ao longo do tempo, considerando curvas diárias de carga. A função objetivo é determinada a partir do método dos mínimos quadrados ponderados, almejando minimizar o somatório das diferenças quadráticas entre os valores medidos e os valores correspondentes estimados pelo método proposto. Para as barras não monitoradas por PMUs, potências ativa e reativa são consideradas como restrições de desigualdade com limites inferiores e superiores definidos por fatores percentuais, assumindo incertezas sobre as variações de carregamento e componentes harmônicas a serem estimadas em intervalos de tempo regulares. Os problemas de otimização são resolvidos usando o método de pontos interiores com barreira de segurança adaptado, em que a solução ótima é dada sem violação de restrições, através da introdução de um parâmetro de relaxamento que permite que os valores inferiores e superiores das restrições que atingirem seus respectivos valores limites sejam relaxados para que a solução ótima seja encontrada. Sistemas teste de distribuição de energia elétrica trifásicos, topologicamente radial são utilizados para validação da metodologia proposta. Análises de sensibilidade são consideradas para avaliar o tempo computacional, número de PMUs alocadas, geração distribuída, filtro harmônico e parâmetros usados pelo algoritmo proposto. Vantagens deste trabalho incluem número limitado de PMUs a ser instalado, identificação de múltiplas fontes harmônicas, estimação de curvas diárias de carga e componentes harmônicas ao longo do tempo, com erros de estimação reduzidos. / This work presents a novel methodology for harmonic state estimation in electric power distribution networks, based on optimization problems formulation, in a static approach. It is assumed that synchronized phasor measurements are continuously obtained using a reduced number of PMUs (Phasor Measurement Units) strategically allocated into the system. Harmonic branch currents passing through the branches of the network are the state variables to be estimated in rectangular coordinates. Based on Kirchhoff’s laws, other electrical quantities are calculated, such as voltage phasors, active and reactive powers. An optimization problem is modelled for each harmonic order individually and for each time interval in which the algorithm is executed, with the objective of estimating harmonic states along the time, considering daily load curves. The objective function is determined based on the weighted least squares method, aiming to minimize the sum of the quadratic difference between measured and estimated values by the proposed method. For the buses which are not monitored by PMUs, active and reactive powers are considered as inequality constraints, with lower and upper limits defined by percentage factors, assuming uncertainties over daily load curves and harmonic components to be estimated in regular time intervals. The optimization problems are solved using the modified safety barrier interior point method, in which the optimal solution is provided with no constraints violation, by the introduction of a relaxation parameter which allows the upper and lower bounds of the constraints which reached their corresponding limits to be relaxed in such a way that the optimal solution is obtained. Three-phase electrical distribution test systems, with radial topology are used for the validation of the proposed methodology. Sensitivity analysis are considered in order to evaluate computational time, distributed generation, harmonic filter and parameters used by the proposed algorithm. Advantages of this work include limited number of PMUs to be installed, multiple harmonic sources identification, estimation of daily load curves and harmonic components along the time, with reduced estimation errors.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nowadays, the Brazilian electric systems need the development of new researches and tools, in order to obtain a logic solution to maintain and improve the reliability and the quality of the power delivered to customers. Therefore, the study of the appropriate connection of distributed generation sources is an essential topic to be analyzed, since this process may provide positive impacts along the feeders. An appropriate DG site is an important aspect mentioned in the PRODIST (Proceedings of Electric Energy Distribution on Electrical National System), inside section 3. For now, the PRODIST is just an orientating tool established by the ANEEL - National Regulatory Agency of Electric Energy. It is important to observe that after the approval of PRODIST, this tool will be the standard for several processes considering planning and operation of distribution systems in Brazil. During the development of this work the main types of distributed energy sources were presented in order to observe their characteristics and their applications on distributions networks. Besides, the main effects of the DG operation inside three distribution system models were analyzed through the software DigSilent®, considering power losses and voltage levels. Moreover, this study intends to perform a multi-objective analysis defining some quantitative and qualitative parameters evaluated by specific softwares, according to the types of parameters. It is important to emphasize that the appropriate choice of these parameters is essential to support the final results, since a wrong choice or a lacking of an import parameter may provide undesirable outputs. These parameters were applied on the Bellman-Zadeh algorithm and the membership fuzzy functions, in order to find the appropriate DG site inside a distribution system model. These two methods are described separately. However, the methods are applied on a practical example together. Therefore it is possible to analyze the main characteristics of each method, emphasizing its applications on the multi-objective analysis. The developed methodology intends to provide positive effects in distribution networks and also work towards the planning of distribution systems. It is important to observe that the methodology presented in this study may be applied to distribution system feeders to find in which feeder will be the most appropriate DG location, and to any node inside a determined feeder providing a specific place for the appropriate DG site. / Avaliando o momento atual do setor elétrico brasileiro, percebe-se a crescente necessidade de se encontrar novos caminhos para o avanço dos setores de distribuição de energia elétrica. Desta forma a inserção de fontes de geração distribuída (GD) apresenta-se como uma alternativa estratégica para o desenvolvimento do sistema energético brasileiro. A adequada localização das fontes de GD é um importante aspecto citado nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) Módulo 3, sendo este um instrumento orientativo criado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Durante o desenvolvimento deste trabalho foram pesquisados os principais tipos de fontes de geração distribuída com o objetivo de avaliar as características e aplicações das mesmas. Além disso, foram observadas as principais conseqüências da conexão de fontes de GD em três protótipos de sistemas de distribuição, considerando perdas de potência e níveis de tensão, simulados através do software DigSilent®. Com base em uma análise multicriterial foram definidos parâmetros quantitativos e qualitativos, avaliados previamente através de softwares específicos para cada tipo de parâmetro. Deve-se observar a importância da correta escolha destes parâmetros, pois a ausência de um único parâmetro, que possua uma elevada importância para o sistema em questão, pode comprometer a validade dos resultados obtidos. Estes parâmetros foram aplicados em uma metodologia utilizando o algoritmo de Bellman-Zadeh e os conjuntos fuzzy, com o objetivo de encontrar a localização mais adequada de uma fonte de geração distribuída em um sistema de distribuição. Estes dois métodos serão descritos separadamente e avaliados de forma conjunta, visando estabelecer suas principais características a suas diferentes aplicações em análises multicriteriais. A metodologia desenvolvida neste estudo visa o correto desenvolvimento dos sistemas de distribuição de média tensão, contribuindo para futuros planejamentos deste sistema. Outro importante fato a ser observado é que a metodologia proposta neste estudo pode ser aplicada tanto na análise de um sistema de distribuição com intuito de determinar qual é o alimentador mais adequado a se instalar a fonte de GD, quanto na análise de determinados alimentadores buscando especificamente qual é o local dentro de cada alimentador onde deve ser instalada a fonte de GD.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T11:21:48Z No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T11:57:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T11:57:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 igordelgadodemelo.pdf: 4931795 bytes, checksum: cf03c45f0f2492c6cf9186af1b3866a2 (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Este trabalho objetiva apresentar uma metodologia capaz de estimar os componentes harmônicos em sistemas de distribuição com topologia radial utilizando PMUs (Phasor Measurement Units). Os estados a serem estimados serão as correntes passantes em todas as linhas do sistema em coordenadas retangulares. Uma vez que essas correntes são obtidas, torna-se possível o cálculo de outras grandezas elétricas através das equações de fluxo de potência e leis de Kirchhoff. A metodologia considera poucas unidades de medição fasorial (as PMUs) instaladas efetuando a leitura dos sinais de tensões nodais e correntes nas linhas com distorção harmônica. A fim de restaurar a observabilidade do sistema por completo, são considerados dados históricos de demanda de potência ativa/reativa, os quais serão tratados como restrições de desigualdades excursionando entre um valor mínimo e máximo considerados em um problema de otimização não linear que visa diminuir a diferença entre os valores monitorados pelas PMUs e os calculados pela metodologia. As mencionadas restrições permitem ao estimador o acompanhamento das variações sofridas ao longo do tempo na curva de carga para a frequência fundamental e também para as demais frequências. A abordagem proposta neste trabalho considera a modelagem trifásica de equipamentos e linhas de distribuição, portanto, são modelados os efeitos de acoplamento mútuo entre fases e a operação não linear de equipamentos de eletrônica de potência tiristorizados. O método demonstra eficiência não apenas em estimar os componentes harmônicos de um certo espectro considerado no estudo, como também se mostra uma ferramenta prática de detecção e identificação de fontes harmônicas no sistema elétrico de potência, além de explicitar um exemplo prático do uso de PMUs no que tange ao monitoramento de redes de distribuição, carentes de acompanhamento em tempo real. A metodologia ainda se mostra capaz de ser aliada a grandes estudos contextualizados em qualidade de energia, uma vez que permite a estimação de índices de distorção harmônica. / This work aims to present a methodology which is capable of estimating harmonic components for distribution systems with radial topology, using PMUs (Phasor Measurement Units). The estimated states will be all branch currents of the system expressed in rectangular coordinates. Once these currents are obtained, it is possible to calculate other electrical quantities using power flow equations and also Kirchhoff’s law. The methodology considers the installation of a few number of phasor measurement units which will measure voltage and branch currents signals distorted by harmonic sources. In order to make the whole system observable, historical data of active/reactive power demand will be treated as inequality constraints varying between minimum and maximum limits described in a non linear optimization problem, which aims to minimize the difference between the values monitored by PMUs and the ones calculated by the methodology. The already mentioned constraints allows the accompaniment of the variations occured in a typical load curve during a period of time for the fundamental frequency and also for their multiples, allowing the accompaniment of the harmonic load curve, normally unknown. The proposed approach considers a three-phase modelling of equipments and distribution lines, subject to their mutual coupling effects caused by mutual impedances between the lines. It will also be considered electronic-based devices using thyristors located along the distribution feeder, injecting harmonic currents in the system. The method demonstrates efficiency in estimating the harmonic states of the net and also in detecting and identifying harmonic sources in an eletric power system, besides showing a practical use of PMUs for the monitoring of distribution systems, lacking in information and real-time accompaniment. The method also enables the estimation of power quality indicators such as total harmonic distortion.

Esta pesquisa propõe uma metodologia de alocação otimizada de monitores da Qualidade da Energia Elétrica (QEE) em sistemas de distribuição, de modo que estes sejam sensíveis tanto às variações de tensão de curta duração, bem como às potenciais condições de ressonância harmônica. A metodologia de alocação dispõe da aplicação do Método de Posição de Faltas (MPF) e da Análise de Ressonância Harmônica Modal (ARHM) para a construção de uma matriz binária de cobertura. Esta matriz é então utilizada pelo processo de otimização para a determinação dos melhores locais de instalação dos monitores, garantindo assim o completo monitoramento dos distúrbios da QEE considerados. A partir do MPF, é estudado o comportamento das tensões nodais remanescentes do Sistema de Distribuição (SD) em análise frente a situações de curtos-circuitos que provocam afundamentos e /ou elevações de tensão. Pela ARHM, as impedâncias modais associadas ao modo crítico são calculadas para a identificação das respectivas frequências de ressonância harmônica do SD. Além disso, a partir dos autovetores críticos, associados ao modo crítico, também se obtém o grau de observabilidade das condições de ressonância para cada nó do SD. A otimização minimiza a quantidade necessária de monitores para a completa observação dos distúrbios de QEE considerados, e é formulada como um modelo de programação linear inteira com variáveis binárias. Para a resolução deste problema de otimização utilizou-se o algoritmo Branch and Bound. A metodologia foi testada para um SD de 15 nós, baseado em uma rede do CIGRÉ, e para um SD de 24 nós, baseado no SD de 34 nós do IEEE. Os resultados apontam a necessidade de instalação de 2 a 4 monitores para o SD de 15 nós, e de 2 a 9 monitores para o SD de 24 nós, para a completa observabilidade dos distúrbios de QEE considerados. A metodologia de alocação otimizada de monitores de QEE apresenta-se como uma ferramenta auxiliar para o planejamento de um sistema de monitoramento que promova meios para a melhoria dos índices de QEE. / This research proposes an optimized allocation methodology of Power Quality (PQ) meters in Distribution System (DS), considering short duration voltage variations and potential harmonic resonance conditions. The allocation methodology uses the Fault Position Method (FPM) and the Harmonic Resonance Modal Analysis (HRMA) in order to obtain a binary covering matrix, which is lately used by the optimization process. The optimization process determines the best installation nodes of the minimum number of PQ monitors that complete observe the considered PQ disturbances. From the FPM, the behavior of the remaining nodal voltages is studied for different short-circuit situations, which cause voltage sags and/ or swells. The HRMA is used to calculate the modal impedances related to the critical modes and identify the respective harmonic frequencies of the DS. Moreover, from the critical eigenvectors, associated with the critical mode, it is also obtained the observability level of the respective harmonic resonance frequencies. The allocation problem is modeled as an integer linear programming that minimizes the number of necessary PQ meters, ensuring the complete observation of the considered PQ disturbances. The optimization is performed using a Branch and Bound algorithm. The allocation methodology was tested for a 15 nodes DS based on a CIGRÉ network, and for 24 node DS derived from the IEEE 34 node test system. Results indicate that 2 to 4 PQ monitors are required for the 15 nodes DS, and 2 to 9 PQ monitors for the 34 DS in order to completely observe the considered PQ disturbances. The allocation methodology presentes itself as an auxiliary tool for the PQ monitoring planning, which may leads to the improvement of the PQ indices.