As regras de operação adotadas para cada reservatório de um sistema hidroelétrico composto por várias usinas em cascata podem alterar de forma significativa a quantidade total de energia produzida. A regra de operação de reservatórios (ROR) mais adotada atualmente é a da operação em paralelo, segundo a qual os reservatórios mantêm o mesmo percentual em volume de armazenamento. Esta regra é reconhecidamente inconveniente, não refletindo a realidade operativa das usinas. No sistema brasileiro adota-se também a regra de operação em paralelo por faixas, onde agora os reservatórios são divididos em faixas e dentro destas opera-se em paralelo. Este método gera o problema de se determinar faixas convenientes para as usinas, de acordo com suas posições na cascata, o que ainda não foi feito de forma eficiente. A determinação das ROR para usinas hidroelétricas em cascata tem uma grande importância para o planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência. Ela é necessária no procedimento de agregação para obtenção do reservatório equivalente de energia assim como para estabelecer políticas de defluência utilizadas nos modelos de simulação, tendo um papel importante na metodologia de operação do Sistema Brasileiro. Neste trabalho, faz-se uma análise do comportamento ótimo dos reservatórios em cascata através de um modelo determinístico de otimização não-linear a usinas individualizadas. A seguir propõe-se um método para a obtenção de regras de operação otimizadas de reservatórios que estabelece uma relação entre o estado individual de armazenamento dos reservatórios e o estado agregado de armazenagem do sistema. Estas regras são representadas por curvas ou equações que procuram refletir, em média, as condições de operação ótima do sistema, reproduzindo desta forma uma operação mais próxima da real. Finalmente, faz-se uma comparação das ROR\'s assim obtidas e a regra de operação em paralelo, através da simulação da operação de um subsistema do Sistema Sudeste Brasileiro, e também pela montagem de reservatórios equivalentes de energia com as duas regras, mostrando-se em ambos os casos a melhor adequação das novas regras. / The operation rules adopted for each reservoir of a hydroelectric system, compound by several power plants in cascade, can modify, in a significant way, the total quantity of produced energy. The parallel operation is nowadays the most used reservoir operation rule (ROR). By this all the reservoirs maintain the same percentage of the total volume. This is a recognized improper rule that does not represent the operation reality of the power plants. The determination of the ROR\'s for cascade hydroelectric power plants is of great importance for the energetic operation planning of the hydroelectric power systems. The ROR\'s are necessary in the aggregation process for obtaining the composite representation of a multireservoir hydroelectric system ad also to give the flow down decision in the simulation models. Therefore, these rules are very important in the Brazilian System operation methodology. In this work the optimal behavior of cascade reservoirs is analyzed through a deterministic non-linear optimization model with individual representation of the power plant. Then, a method for this acquisition of optimized ROR\'s is proposed. In these rules a relationship between the reservoirs\' storage individual state and the system storage aggregate state is found. These rules are represented by curves or equations that aim to reflect, in average, the conditions of the system optimal operation, in this way representing an operation closer to reality. Finally, using a subsystem of the Brazilian Southeast System, a comparison of the obtained ROR\'s and parallel rule is made. Also, a composite representation is made with the two rules. In both cases the better behavior of the new rules is demonstrated.

Localizadores de faltas são dispositivos designados para determinar a localização do ponto de incidência de faltas em linhas de transmissão dos sistemas elétricos de potência. Esta localização possibilita uma restauração mais rápida da operação de um sistema elétrico, contribuindo assim para um alto grau de continuidade no fornecimento de energia. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre duas abordagens distintas para localização digital de faltas. Os métodos se distinguem quanto à natureza dos dados de entrada. Um dos métodos utiliza dados disponíveis apenas em um único terminal, enquanto que o outro, utiliza dados provenientes dos dois terminais da linha de transmissão. As teorias fundamentais de ambas as técnicas são estudadas e simulações computacionais das mesmas são extensivamente testadas utilizando-se dados provenientes de uma simulação das linhas de transmissão sob falta. / Fault locators are devices designed to pinpoint the location of the fault on transmission lines of electric power systems. This location allows a fast restoration of the power system operation, contributing to a high level of continuity on power delivery. This work shows a comparative study between two digital fault locator approaches. The methods differ on the nature of input data. One of the methods uses data available from only one end, while the other uses data from the both ends of the transmission line. The fundamental theories of the two techniques will be studied, and computacional simulations are extensively tested with data obtained from simulation of faulted transmission lines.

Neste trabalho propõe-se um método de análise de observabilidade para estimação de estados e parâmetros em sistemas elétricos de potência, baseado nas equações normais. O método fundamenta-se na fatoração triangular da matriz ganho aumentada e nos conceitos de caminhos de fatoração. O mesmo utiliza rotinas já existentes no processo de estimação, sendo simples, de fácil implementação, rápida execução e não exige a solução de equações algébricas. Para comprovar a sua eficiência vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios os resultados obtidos. / In this work we propose a method of observability analysis for states and parameters estimation in electric power systems, based on the Normal Equations. The method is based on triangular factoration of the augmented gain matrix and on the concepts of factoration paths. It uses routines that there exist in the estimation process. These routines are simple, of easy implementation, fast execution and it doesn\'t demand the solution of algebraic equations. To prove your efficiency several tests were accomplished, using the 6, 14 and 30-bus IEEE test systems. The obtained results were satisfactory.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-06T15:09:52Z No. of bitstreams: 2 Helber_Tese_Digital.pdf: 17753634 bytes, checksum: 00c508d6a86f3bb67eb2a5c0b47d58b7 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T15:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Helber_Tese_Digital.pdf: 17753634 bytes, checksum: 00c508d6a86f3bb67eb2a5c0b47d58b7 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-08-06 / O controle orientado pela tensão é uma das técnicas mais usadas para a operação e o controle de quaisquer equipamentos conectados à rede elétrica através de um conversor eletrônico CC-CA, tais como: sistemas de geração de energia distribuída, sistemas de energia ininterrupta e filtros ativos. Por isso, a estimação rápida e precisa do ângulo de fase e por vezes da magnitude instantânea do vetor tensão de sequência positiva na frequência fundamental de uma rede elétrica é essencial para atingir bons desempenhos no controle daqueles sistemas. Então, o presente trabalho apresenta uma revisão de alguns dos principais métodos de sincronização encontrados na literatura, mostrando as vantagens e deficiências dos mesmos. Outrossim, dois novos métodos são concebidos nesta tese e comparados com os demais. As suas funcionalidades são corroboradas por meio de simulações e experimentos. Salienta-se que o enfoque é dado às técnicas empregadas em sistemas elétricos trifásicos.

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Aurélio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T10:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_SilviaMariaSimoesde_D.pdf: 1427390 bytes, checksum: 46a85c5d1759bf72fed5ba7508ef4f53 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os métodos de pontos interiores do tipo primal-dual são utilizados para minimizar os custos na geração e perdas na transmissão de energia elétrica no planejamento a curto-prazo da operação (prédespacho), em um sistema hidroelétrico com manobras previamente programadas. É realizado o estudo da estrutura matricial desse problema e das alterações que as manobras impõem ao sistema. Essas informações são exploradas para obter métodos especializados para a classe de problemas estudados. A solução de parte dos sistemas lineares em cada iteração depende somente de dados físicos e topológicos da rede. Algumas das matrizes associadas aos sistemas lineares podem ser decompostas antes de iniciar o processo iterativo, aumentando a velocidade de processamento. Resultados computacionais com sistemas testes do IEEE e sistemas reais brasileiros mostram que o método proposto é rápido e robusto, obtendo convergência em todos os testes viáveis à rede, aqui realizados / Abstract: The primal-dual interior point method is used to minimize the predispatch generation costs and transmission losses on short term operation planning of hydroelectric power systems with previously scheduled maneuvers. A matrix structure study is performed to consider the changes that occur in the system along the planning period. This information is used to develop specialized methods for the studied problem class. Some linear systems solved at each iteration depend only on network physical data and topology. Such matrices can be decomposed before starting the iterative process, speeding up the implementation. Numerical experiments with IEEE and real Brazilian power systems show that the proposed approach is fast and robust obtaining convergence in all performed tests / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T02:58:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casacio_Luciana_M.pdf: 610633 bytes, checksum: eb421c22c943197133158a0a0de7e858 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho os métodos de pontos interiores primais-duais são utilizados para minimizar as perdas técnicas de energia na geração e transmissão de um sistema de potência hidrotérmico. A estrutura matricial resultante é explorada, objetivando uma implementação eficiente do ponto de vista de tempo de processamento, e robusto, do ponto de vista numérico. Uma vez que a demanda de energia varia ao longo do dia, a geração de energia deve acompanhar a variação da carga. No pré-despacho de sistemas hidrotérmicos, as usinas hidroelétricas devem cumprir uma meta de geração por dia, estabelecida pelo planejamento de longo prazo. O trabalho considera que as usinas e as linhas devem também operar em um estado de "equilíbrio estável", caracterizado a cada período de tempo por restrições de segurança para atender demandas imprevistas ou contingências. A implementação dos métodos de pontos interiores para reduzir as perdas satisfazendo essas restrições foi desenvolvida e comparada com uma implementação para o problema de pré-despacho que não considera as restrições de segurança. A comparação foi realizada em termos de eficiência computacional e qualidade da solução. Os estudos de casos mostram que a inclusão das restrições de segurança permite obter soluções de pré-despacho estáveis, com baixos tempos computacionais e boa estabilidade numérica, abrindo a perspectiva para a utilização da metodologia no pré-despacho dos sistemas brasileiros / Abstract: In this work, the primal-dual interior point methods are used to minimize the technical power generation and transmission losses of a hydrothermal power system. The resulting matrix structure is exploited, aiming an efficient implementation in terms of processing time, and robust, in the numerical point of view. Since the demand for energy varies throughout the day, power generation must follow the load change. In short term hydrothermal scheduling, the hydro generating units must satisfy daily targets, established by long-term scheduling models. This work considers that the hydro generating units and the branch must also operate in a state of "stable equilibrium", characterized in each time interval by security constraints to support some unpredictable demands or contingencies. The implementation of interior point methods to reduce losses satisfying these constraints is developed and compared with an implementation of the predispatch problem without such security constraints. The comparison is performed in terms of computational efficiency and solution quality. Case studies show that the inclusion of security constraints achieves stable predispatch solutions with low computational time and good numerical stability, leading to the prospect of this methodology application in predispatch Brazilian systems / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta análises realizadas em sistemas elétricos de potência equipados com controladores de amortecimento de oscilações eletromecânicas projetados por diferentes metodologias. Foram utilizados três tipos de controladores de amortecimento. Um deles é projetado utilizando a metodologia clássica (usualmente conhecido como PSS, do Inglês, Power System Stabilizer) e os outros dois são projetados utilizando uma técnica de controle robusto, e são chamados neste texto de estabilizadores robustos. Uma das técnicas de projeto dos estabilizadores robustos utiliza o modelo Heffron-Phillips e a outra o modelo Multimáquinas. Ambos os estabilizadores robustos são baseados em uma modelagem politópica que permite modelar as incertezas do sistema através de um conjunto convexo, onde cada um dos vértices do conjunto representa um ponto de operação típico do sistema. A técnica de realimentação dinâmica de saída associada ao posicionamento regional de pólos é utilizada para garantir que os estabilizadores robustos atendam aos requisitos práticos impostos pelo problema. O texto apresenta uma revisão da modelagem de sistemas elétricos de potência e do problema de estabilidade a pequenas perturbações. Também é apresentada uma explicação detalhada dos esquemas de controle propostos e dos procedimentos de projeto utilizados. Os resultados, obtidos através das simulações não lineares e da análise modal do sistema em malha fechada, mostram que estabilizadores projetados por diferentes metodologias, operando simultaneamente em um mesmo sistema, nem sempre apresentam um bom desempenho. Entretanto, tal desempenho está diretamente associado à técnica de controle utilizada, ao modelo de sistema adotado e à aplicação de técnicas de coordenação. / This work presents an analysis carried out in electric power systems equipped with damping controllers designed by different methodologies. Three types of damping controllers were used. One of them is designed using the classical methodology (usually known as PSS, or power system stabilizer) and the other ones are designed using robust control techniques, and are called robust stabilizer in this text. One of the methodologies for the design of robust stabilizers uses the Heffron-Phillips model and the other utilizes the Multimachine model. Both robust stabilizers are based on a polytopic model that allows the modeling of uncertainties in the system through a convex set, where each vertex of the set represents a typical operating point of the system. The technique of dynamic output feedback associated to the regional pole placement is used to ensure that the robust stabilizers meet the practical requirements of the problem. The text presents an overview of power system modeling, as well as the problem of small signal stability. A detailed explanation of the proposed control schemes and the design procedures used is also presented. The results, obtained through nonlinear simulations and modal analysis of the closed loop system, show that stabilizers designed by different methodologies, operating simultaneously in a system, not always achieve a good performance. However, such performance is directly associated to the control technique used, to the system model adopted and to the application of coordination techniques.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabricio Caminha Fernandes.pdf: 938542 bytes, checksum: fb0b175a346e9198486c164ac194caa5 (MD5) Previous issue date: 2004-07-16 / The objective of this work is the use of artificial neural networks (ANN) to estimate the critical clearing time of a power system submitted to severe disturbances concerning to electrical power system transient stability. The critical time is difficult to determinate, because it is direct or indirect affected by a series of factors, such as: type of fault, fault localization, configuration (state) of the electrical power system at the moment of the occurrence of the fault, and so on. The neural net must observe the disturbance caused in the angle wave form of one of the generators caused by a fault in a transmission line, thus determining, based in this observation, the critical time for that type of fault, in that same line, and also foreseeing the influence that changes in the generated powers can cause in the transient stability limit. Two proposals based on this main idea, applied in two different test systems, the WSCC3 and the New England. The first proposal was applied in the WSCC3 system, and represents the embryo of the second method. The second proposal was an advanced attempt of the first, about the applicability of the method in larger electrical systems. / O objetivo deste trabalho foi a utilização de redes neurais artificiais (RNA) para estimar o tempo crítico de eliminação de falta de um sistema de potência submetido a perturbações severas, dentro da área da estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência. O tempo crítico é uma variável de difícil determinação, dado que é direta ou indiretamente afetado por uma série de fatores, tais como: tipo de falta, localização da falta, configuração (estado) do sistema elétrico de potência no momento da ocorrência da falta, etc. A rede neural deverá observar a perturbação causada na forma de onda do ângulo de um dos geradores causada por uma falta numa determinada linha do sistema, determinando assim, baseando-se nessa observação, o tempo crítico para aquele tipo de falta naquela mesma linha, e prevendo também a influência que alterações na potência gerada podem causar no limite de estabilidade transitória. Foram desenvolvidas duas propostas baseadas nesta idéia principal, aplicadas em dois sistemas-teste diferentes, o WSCC3 e o New-England. A primeira proposta foi aplicada sobre o sistema WSCC3 e representa o embrião do segundo método. A segunda proposta é uma tentativa de avanço em relação à primeira, quanto à aplicabilidade do método em sistemas de maior porte.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-06T17:41:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-06T17:42:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T17:42:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) Previous issue date: 2018-01-24 / A utilização de estabilizadores de sistemas elétricos de potência é imprescindível para uma operação confiável de sistemas elétricos de grande porte. A maior parte dos estabilizadores atualmente em operação é projetada por meio de técnicas de controle clássico, utilizando modelos linearizados do sistema elétrico. Embora este tipo de estabilizador apresente desempenho satisfatório para o amortecimento das oscilações eletromecânicas inerentes ao sistema de potência, muitos estudos confirmam que a utilização de técnicas de controle adaptativo, preditivo, robusto e inteligente para a síntese da lei de controle nesses estabilizadores pode produzir resultados ainda melhores. Neste trabalho é investigado o desempenho de uma estratégia de controle preditivo, do tipo variância mínima, representada em espaço de estados, GMVSS, aplicada ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas de potência interligados. O procedimento de projeto se baseia na premissa de que a estrutura do controlador é herdada do modelo de projeto, onde variáveis de estado estimadas, entram na síntese de uma lei de controle por realimentação de estados estimados. A complexidade da estrutura do controlador é então ditada pela complexidade do modelo de projeto. Este procedimento difere do original, GMV, via funções de transferência, todavia fornece os mesmos resultados. A contribuição mais significativa de tal estratégia é a simplicidade de projeto devido à ausência da equação Diofantina no procedimento. A equação Diofantina é resolvida indiretamente e de maneira natural pela própria formulação do problema, a partir do filtro de Kalman obtido de uma representação ARMAX no espaço de estados. Por fim, a lei de controle sintetizada é aplicada ao sistema não linear por meio de simulações numéricas que utilizam modelos não lineares do sistema, avaliando-se as características de robustez e desempenho do controlador proposto via funções de sensibilidade, diagrama de Nyquist, mapa de polos e zeros e índices de desempenho para toda a faixa de operação. Os resultados mostram que o estabilizador preditivo é capaz de contribuir positivamente para o amortecimento dos modos de oscilação mais problemáticos, aumentando assim os limites de estabilidade do sistema de potência. / The use of power system stabilizers is essential for reliable operation of large electrical systems. Most stabilizers in operation are designed using classical control techniques based on linearized power systems models. Although this type of stabilizer presents satisfactory performance for the damping of oscillations inherent in the power system, many studies show that use of adaptive and intelligent control techniques for the synthesis of the control law in these stabilizers can produce even better results. In this work it is investigated the performance of a predictive control strategy, of the minimum variance control type in the state space, GMVSS, applied to the damping of electromechanical oscillations in interconnected power systems. The design procedure is based on the premise that the controller structure is inherited from the design model, where estimated state variables, come into play in the synthesis of a state feedback control law. The complexity of the controller structure is then dictated by the complexity of the design model. This procedure differs from the original transfer function method, GMV, however matching exactly the same results. The most significant contribution of such a strategy is the simplicity of design due to the absence of the Diophantine equation in the procedure. The Diophantine equation is indirectly solved in a natural way by the problem formulation itself, from a Kalman filter obtained from an ARMAX state space representation. Finally, the synthesized control law is applied to the nonlinear system by means of numerical simulations using nonlinear models of the system, evaluating the characteristics of robustness and performance of the proposed controller via sensitivity functions, Nyquist diagram, poles and zeros map and performance indexes for the entire operating range. The results show that the predictive stabilizer is able to contribute positively to the damping of the most problematic oscillation modes, thus increasing the stability limits of the power system.

O presente trabalho propõe, como inovação, o limite superior para a energia da saída do sistema em malha fechada como índice de desempenho a ser usado no projeto de controladores robustos para amortecer oscilações eletromecânicas de baixa freqüência em sistemas de potência. A saída do sistema em malha fechada é especificada de forma que a energia da saída corresponda ao valor acumulado do desvio da energia cinética do sistema. O índice de desempenho proposto mostrou-se adequado ao problema de oscilações eletromecânicas. Tal índice de desempenho é utilizado na formulação de uma metodologia sistemática de projeto. O problema de controle é estruturado na forma de desigualdades matriciais lineares, permitindo a obtenção de uma solução numérica para o problema. A obtenção da solução do problema de controle proposto (energia da saída como índice de desempenho) exige menos dispêndio computacional, quando comparado com o tradicional fator de amortecimento mínimo na forma de posicionamento regional de pólos. Tal característica pode ser significativa para o tempo computacional requerido pelo projeto de controladores envolvendo modelos sistemas de potência de ordem elevada. O projeto de controladores de amortecimento robustos, baseados em modelos multimáquinas que dispensem a hipótese de existência de um barramento infinito, constitui a segunda parte da pesquisa proposta. Os problemas inerentes à hipótese do barramento infinito são resolvidos pelo uso de duas abordagens que não adotam tal hipótese. A primeira abordagem adotada refere-se ao uso de um modelo multimáquinas com o ângulo de uma das máquinas do sistema como referência angular. A segunda alternativa proposta é a incorporação do sistema primário de controle de velocidade no modelo multimáquinas referente à primeira alternativa. Além de resolver o problema referente ao uso do barramento infinito, o presente trabalho também propõe análises da influência da hipótese de tal barramento no projeto de controladores de amortecimento. A influência da hipótese do barramento infinito no projeto dos controladores é delineada por meio dos fundamentos expostos e dos resultados obtidos com as diferentes alternativas utilizadas / The present work proposes, as innovation, an upper bound for the output energy of the closed loop system to be used as a performance index in the design of robust controllers to damp low-frequency electromechanical oscillations in electric power systems. The output of the closed loop system is specified so that the output energy corresponds to the accumulated value of the kinetic energy deviation of the closed loop system. The performance index used in the procedure has shown to be suitable to the oscillation problem. The proposed performance index is used in the formulation of a systematic design methodology. The control problem is structured in the form of linear matrix inequalities, allowing a numerical solution to the control problem. The adopted performance index is less costly in terms of computational effort when compared with the traditional minimum damping ratio (performance index usually accepted in power system as small signal stability margin) via regional pole placement in the LMI formulation. This characteristic may be significant to the computational time required for the controller design involving large power system models. The robust damping controller design, based on multimachine models without the infinite-bus assumption, constitutes the second part of this research proposal. The problems inherent to the infinte-bus assumption are solved by means of two approaches which do not use such assumption. The first proposed approach refers to the use of a multimachine model adopting one machine angle of the system as angular reference. The second adopted approach is the incorporation of the primary speed control in the multimachine model regarding to the first approach. Besides solving the problem regarding to the use of infinite-bus assumption, the present work also proposes analyses of such assumption influence in the design of damping controllers. The influence of such assumption, in the design of the controllers, is outlined by means of exposed fundamentals and results obtained with the proposed approaches