O processo de estimação de estado em sistemas elétricos de potência está sujeito a três tipos de erros: erros nas medidas analógicas (erros grosseiros); erros devido a informações erradas quanto aos estados de chaves e/ou disjuntores (erros topológicos) e erros causados por informações erradas de algum parâmetro do sistema (erros de parâmetros). É drástico o efeito de erros de parâmetros, para o processo de estimação de estado, normalmente intolerável, sendo, entretanto, menos evidente que os erros grosseiros e topológicos. Aproveitando o fato de que certas medidas não sofrem mudanças significativas de valor, durante um determinado intervalo de tempo, propõe-se uma metodologia para estimação de estado e parâmetros de linhas de transmissão. Na metodologia proposta, que se baseia nas equações normais, o vetor de estado convencional é aumentado para a inclusão dos parâmetros a serem estimados. Este vetor de estado aumentado é então estimado através de uma grande quantidade de medidas, obtidas em diversas amostras, durante um intervalo de tempo em que as variáveis de estado do sistema não tenham sofrido alterações significativas de valor. Esta situação ocorre tipicamente à noite, fora dos horários de pico. Propõe-se também uma metodologia para análise de observabilidade para o estimador proposto. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE. / The process of power system state estimation is subjected to three types of errors: errors in analogical measurements (gross errors), incorrect information about the status of switching devices (topology errors) and incorrect information about the model of the systems equipment (parameter errors). The effects of parameter errors on the process of power system state estimation are drastic and less evident to detect than gross and topology errors. Taking advantage of the fact that a certain fraction of the measurements varies over a small range in a certain period of time, a methodology to estimative transmission line parameters and state based on normal equations has been proposed. In such methodology, which is based on normal equations, the traditional state vector is expanded to include the parameters to be estimated. This augmented state vector is estimated through a large collection of measurements, recorded within several snapshots of the power system, during which the actual system state varies over a small range. This situation typically occurs during the night off-peak periods. An observability analysis methodology is also proposed for the presented estimator. To prove the efficiency of the methodologies, several tests were made using the systems of 6, 14 and 30 buses from IEEE.

Nesta pesquisa são analisados os mecanismos que levam um sistema elétrico de potência (SEP) à instabilidade proveniente de uma perturbação de grande porte e as formas de se avaliar diretamente a margem de estabilidade desse sistema quando o mesmo é modelado preservando a estrutura da rede de transmissão. O sistema foi matematicamente modelado por um conjunto de equações algébrico-diferenciais (EAD), que permite modelagens mais compreensivas da carga e da rede e possibilita melhor avaliação da estabilidade de um sistema quando comparado com o modelo de equações diferenciais ordinárias (EDO) utilizado tradicionalmente para o estudo de estabilidade transitória. A avaliação direta da margem de estabilidade do sistema de potência modelado por conjuntos de EAD foi realizada usando métodos diretos de análise com base no conceito de ponto de equilíbrio instável de controle (PEIC). Tais métodos permitem a obtenção da margem deforma local e rápida, sem requerer a integração numérica de equações diferenciais do modelo pós-falta. No entanto, existem alguns problemas abertos para se alcançar a completa fundamentação do método PEIC para modelos de EAD. Assim, neste estudo dá-se um passo nesta direção, mostrando que as definições existentes de PEIC e de outros pontos de interesse podem ser falhas, principalmente quando a trajetória de falta do sistema alcança superfícies singulares. Neste sentido, são propostos a correção destas definições e um método direto de detecção do PEIC. O método proposto é adequado para análise direta de estabilidade angular e de tensão de curto-termos devido a grandes perturbações e capaz de fornecer corretos tempos críticos de abertura e a identificação dos mecanismos de instabilização do sistema de EAD, mesmo quando as trajetórias do sistema alcançam superfícies singulares. / This thesis addresses to the mechanisms that lead an electric power system to instability due to large disturbances and to the methods to assess directly the stability margin when the system is modeled preserving the network structure. The system is modeled by a set of differential-algebraic equations (DAE) that permits more comprehensive models for the load and network and provides a better stability margin assessment when compared to the model of ordinary differential equations (ODE) traditionally used for transient stability analysis. The direct assessment of the stability margin was realized using direct methods based on the controlling unstable equilibrium point (CUEP) concept and permits to assess the margin in a local and fast manner, without requires the time integration of the post-fault system differential equations. Nevertheless, some open problems remain to be solved in order to provide a complete foundation of the CUEP method for DAE power system models. In this research a further step is given in this direction, showing that the existent definitions for the CUEP and other interest points may fail, mainly when the fault-on trajectory reaches singular surfaces. In this sense, it is proposed the correction of these definitions and a new CUEP method that is adequate to the angular and voltage short-term direct stability assessment due to large disturbances; capable to provide precise critical clearing times and the identification of the instability mechanisms for the DAE modeled power system, even in the presence of singular surfaces.

Neste trabalho será apresentado um algoritmo de pontos interiores para a solução do problema de fluxo de carga ótimo (FCO). A abordagem proposta é o método primai dual barreira logarítmica. As restrições de desigualdade do problema de FCO são transformadas em igualdades pelo uso de variáveis de folga, e estas são incorporadas na função objetivo através da função barreira logarítmica. A esparsidade da matriz Lagrangeana é explorada e o processo de fatoração é feito por elementos e não por submatrizes. Resultados numéricos de testes realizados em sistemas de 3, 14, 30 e 118 barras serão apresentados com o objetivo de mostrar a eficiência do método. / In this thesis an interior point algorithm is presented for the solution of the optimal power flow problem (OPF). The approach proposed here is the logarithmic barrier primal-dual method. The inequality constraints of the optimal power flow problem are transformed into equalities by slack variables that are incorporated into the objective function through the logarithmic barrier function. The sparsity of the Lagrangian matrix is explored and the factorization process is carried out by elements rather than submatrices. Numerical tests results obtained with systems of 3, 14, 30 and 118 buses are presented to show the efficiency of the method.

Neste trabalho, será abordada a proteção digital fundamentada na teoria de ondas viajantes e da ferramenta Transformada Wavelet. Um algoritmo completo para proteção digital foi implementado, consistindo basicamente nos módulos de detecção, classificação e localização da falta, com a conseqüente determinação das zonas de proteção do relé. Para este esquema completo de releamento, empregou-se como ferramenta de análise a Transformada Wavelet. Sinais transitórios de alta freqüência gerados por uma situação de falta podem ser analisados pela Transformada Wavelet, detectando-se com precisão o instante de chegada das ondas em um ou nos dois terminais da linha. Conhecendo o instante de chegada dessas ondas e sua velocidade de propagação, a zona de proteção na qual a falta está alocada pode ser estimada de maneira fácil e rápida. A capacidade de acusar com precisão os instantes de chegada das ondas torna a Transformada Wavelet adequada ao problema de determinação das zonas de proteção. Nessa implementação, o usuário pode escolher entre as técnicas de aquisição de dados provenientes de um ou de dois terminais. O algoritmo foi implementado através do software Matlabâ e posteriormente testado, quando se utilizaram dados de faltas obtidos através de simulações no software ATP (Alternative Transients Program). Nas simulações aplicadas a este software, considerou-se um sistema de transmissão de 440 kV. As simulações produziram uma base de dados, variando-se os seguintes parâmetros: tipos de faltas, localizações ao longo da linha, ângulos de incidência, resistências de faltas, entre outros. Pelos resultados alcançados, pode-se afirmar que a aplicação é bastante adequada para uso em relés digitais de distância. / The present work deals with digital protection based on the traveling wave theory and Wavelet transform. An complete algorithm for digital protection was implemented. It is composed of modules of fault detection, classification, location, with protection zone determination. For this complete relaying scheme the Wavelet transform was employed as analysis tool. Transient signals of high frequency generated by the fault occurrence was analyzed by the Wavelet transform, and also the instant of the waves arrival was accurately detected in one or two terminals of the line. By knowing the instant of the arrival of the waves and their propagation velocity, the protection zone, in which the fault is located, can be estimated easily and quickly. The Wavelet transform property of accurate detection the instant of waves arrival make it appropriate to the problem of protection zone determination. In this implementation, the user can choose between the location techniques using data from one or two terminals. The algorithm was implemented by Matlab® software and then tested utilizing data of faults obtained by means of simulations of ATP software (Alternative Transients Program). In these simulations, a transmission line of 440 kV was considered. These simulations produced a database composed of various fault types considering different fault locations, fault inception angles and fault resistances. According to the analysis of the test results, it is possible to verify that the application is very adequate for use in digital distance relays.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Nascimento.pdf: 804100 bytes, checksum: 215d01513948faeac4cc6644ac03df9c (MD5) Previous issue date: 2007-09-04 / In this work the relevant aspects of free competition and competitivity in the Brazilian electric sector after deregulation initiated in 1995 are analyzed. The earlier model of the electric sector, a State monopoly, moved for a desverticalized structure with the separation of the sectors of generation, transmission and distribution. With this scenario as background it was performed a retrospect of the more important aspects of the restructuring process, being identified the regulatory outline created for the conception of a free market model that culminated with the changes occurred from promulgation of legislation, in 2004, which defined a new regulatory environment for the Brazilian electric sector. In this specific case are distinguished the performance of the main institutions of the sector, the free access to the electric networks, the economic signal represented by the tariffs, the free and captive consumers, as well as the commercialization process. The risks and challenges, generated by the introduction of the free market model, were analyzed, verifying if the implemented rules facilitate or difficult the free competition and competitivity. It is concluded that in Brazil the free competition and competitivity of the electricity market agents are in a developing process and enhancements and reforms to the wholesale electricity market rules are required. The difficulty for the regulator is to meet the yearnings of the commercializators that wait attitudes that make possible the increase of the portfolio of the potentially free consumers against the ones of distribution concessionaires that may have reduction in their profits due the increase of migration from captive to free consumers. On the other hand, the coexistence of characteristics of the monopolist and free market models has been proved where the tendencies of that hybrid model are not clearly defined. / Neste trabalho são analisados os aspectos relevantes da livre concorrência e competitividade no setor elétrico brasileiro após a sua desregulamentação iniciada em 1995, em que o modelo anterior, tipo monopólio do Estado, mudou para uma estrutura desverticalizada com a separação dos setores de geração, transmissão e distribuição. Tendo como pano de fundo este cenário, realizou-se uma abordagem dos aspectos mais importantes do processo de reestruturação, identificando o arcabouço regulatório criado para a concepção de um modelo de livre mercado que continuou com as mudanças ocorridas a partir da promulgação, em 2004, da legislação que estabeleceu um novo marco regulatório para o setor elétrico brasileiro. Neste particular, destaca-se o papel das principais instituições do setor, o livre acesso às redes elétricas, os sinais econômicos representados pelas tarifas, os consumidores livres e cativos, bem como o processo de comercialização. Foram analisados os riscos e desafios advindos pela introdução do modelo de livre mercado, verificando se as regras implementadas facilitam ou dificultam a livre concorrência e a competitividade. Conclui-se que no Brasil a livre concorrência e competitividade estão ainda num processo de desenvolvimento e reforma, necessitando de um maior aprimoramento da legislação. O difícil para o regulador é atender aos anseios dos comercializadores que esperam atitudes que possibilitem o aumento do portfólio dos consumidores potencialmente livres contra os das distribuidoras que temem perda de receita pela migração mais acentuada dos consumidores cativos para livres. Por outro lado, comprovou-se a convivência de características do modelo monopolista anterior e do modelo de livre mercado em que as tendências desse modelo híbrido nem sempre estão claramente definidas.

Este trabalho apresenta novas explorações do uso de sistemas agentes aplicados à proteção de sistemas elétricos de potência (SEP). Os sistemas agentes são definidos como softwares capazes de interagir com seu ambiente. Todos estudos apresentados focam o uso de agentes dentro de um SEP, através de uma rede privada de comunicação (intranet) baseada na tecnologia da internet. O objetivo final deste trabalho é o desenvolvimento de agentes que possam ser examinados em situações reais. Para facilitar esta tarefa, uma plataforma computacional foi desenvolvida denominada como EPOCHS (Electric Power and Communication Synchronizing Simulator). A principal função desta plataforma é permitir a integração dos agentes a um ambiente que combine simuladores que ofereçam informações sobre um SEP, assim como dados sobre uma rede intranet. Dentro deste contexto, um método para proteção primária e de retaguarda foi desenvolvido e testado dentro da plataforma EPOCHS. Os agentes desenvolvidos apresentaram resultados melhores que as técnicas tradicionais. Resultados ilustrando o desempenho e viabilidade deste sistema de proteção baseado em agentes são apresentados. / This work presents new explorations into the use of agent technology applied to the protection of power systems. We broadly define an agent to be an autonomous piece of software capable of interacting with its environment. Our investigation centers on the use of agents within an electric power grid using a private communication network, termed a utility intranet, based on internet technology. Our goal is to create practical agents that can be examined in realistic situations. To facilitate this aim, a new platform has been developed, EPOCHS, which allows agents to operate in an environmental that combines proven electric power electromagnetic and electromechanical transient simulators with a popular network communication simulation engine. We developed primary and a backup protection system using agent technology and evaluated this system within the EPOCHS environment. The agent-based system studied improved on traditional methods. Results illustrating the performance and viability of agent-based protection system are presented.

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:22:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anzai_AlexandreHaruiti_D.pdf: 9433798 bytes, checksum: ca8b5a95dcd29723ecf3a0201031679e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real. Esta tese apresenta resultados a respeito do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoramento em tempo real da margem de estabilidade de tensão de sistemas de transmissão. O desenvolvimento tecnológico das unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units)(PMUs), facilitou a obtenção do estado do sistema, magnitude e ¿angulo de fase das tensões das barras, em tempo real. O acesso em tempo real do estado do sistema com maior precisão possibilitou a utilização de técnicas de identificação paramétricas de sistemas para estimar a margem de estabilidade de tensão. Nesta tese modelos auto-regressivos com entradas exógenas (Auto-Regressive Models with eXogenous inputs)(ARX) lineares e não lineares foram calculados baseados em um banco de dados offline e utilizados para representar a relação entre as medidas das PMUs e a margem de estabilidade de tensão. Dois critérios para a alocação das PMUs na rede foram testados: a variância da tensão no banco de dados e o fator de participação modal. Os resultados mostram que o método proposto apresenta uma boa precisão na estimativa da margem tanto para casos de rede completa ou em condições de contingências. O fato desta estimativa necessitar de operações relativamente simples sobre os valores medidos e não em cálculos de diversas curvas PV, torna o método rápido o suficiente para ser implementado em tempo real / Abstract: This thesis presents results about the development of a tool for real time monitoring of the voltage stability margin of transmission systems. The advance of Phasor Measurement Units (PMU), has made it easier to obtain the system's state, voltage magnitude and phase angles of some buses in real time. The access of the accurate system's state in real time allows the utilization of parametric system identification techniques to estimate the voltage stability margin. In this thesis linear and nonlinear Auto-Regressive eXogenous inputs (ARX) models were calculated based on an offline database and utilized to represent the relation between the PMU measures and the voltage stability margin. Two criteria for the allocation of the PMUs in the network were tested: the voltage variance and the modal participation factor. The results demonstrate that the proposed method presents adequate accuracy for the estimation of the voltage stability margin even considering the occurrence of contingencies. The estimation is performed through the execution of relatively simple operations on the measured values instead of computing several PV curves, which makes it suitable for real time applications / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Neste trabalho propõe-se uma metodologia off-line, prática e eficiente, para detectar, identificar e corrigir erros em parâmetros série e shunt de linhas de transmissão. As linhas de transmissão, ou ramos do modelo barra-ramo, suspeitas de estarem com EPs são identificadas através do Índice de Suspeita (IS). O IS de um ramo é a relação entre o número de medidas incidentes a esse ramo, cujos resíduos normalizados são maiores que um valor pré-estabelecido, e o número total de medidas incidentes a esse ramo. Usando várias amostras de medidas, os parâmetros dos ramos suspeitos são estimados, de forma seqüencial, via um estimador de estado e parâmetros baseado nas equações normais, que aumenta o vetor de variáveis de estado para inclusão dos parâmetros suspeitos. Resultados numéricos de diversas simulações, com os sistemas de 14, 30 e 57 barras do IEEE, têm demonstrado a alta precisão e confiabilidade da metodologia proposta, mesmo na ocorrência de erros múltiplos (em mais de um parâmetro) em ramos adjacentes, como também em linhas de transmissão paralelas com compensação série. Comprovou-se a viabilidade prática da metodologia proposta através da aplicação da mesma, para depuração (detecção, identificação e correção) dos valores dos parâmetros de dois subsistemas da Hydro-Québec Trans-Énergie. / A practical and efficient off-line approach to detect, identify and correct series and shunt branch parameter errors is proposed in this thesis. The branches suspected of having parameter errors are identified by means of the Suspicious Index (SI). The SI of a branch is the ratio between the number of measurements incident to that branch, whose normalized residuals are larger than one specified threshold value, and the total number of measurements incident to that branch. Using several measurement snapshots, the suspicious parameters are sequentially estimated, via an augmented state and parameter estimator which increases the V-\'teta\' state vector for the inclusion of suspicious parameters. Several simulation results (with IEEE 14, 30 and 57 bus systems) have demonstrated the high accuracy and reliability of the proposed approach to de al with single and multiple parameter errors in adjacent and non-adjacent branches, as well as in parallel transmission lines with series compensation. The proposed approach is confirmed by tests performed in two subsystems of the Hydro-Québec Trans-Énergie.

This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB. / Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para localização de faltas em redes primárias de distribuição de energia elétrica que possuem unidades de geração distribuída conectadas ao longo dos seus alimentadores. Esses algoritmos são capazes de efetuar a localização de faltas utilizando registros dos sinais de tensões e correntes realizados por dispositivos eletrônicos inteligentes, instalados nas saídas dos alimentadores de distribuição, além de informações que permitam determinar os valores das cargas conectadas nesses alimentadores, características elétricas, e o estado operativo da rede de distribuição. Ademais, este trabalho apresenta o estudo de modelos analíticos de unidades de geração distribuída e de cargas que poderiam contribuir positivamente com o desempenho dos algoritmos propostos. A validação dos algoritmos foi realizada através de simulações computacionais, utilizando modelos de rede implementados em ATP e os algoritmos foram implementados em MATLAB.

Proteger as linhas de transmissão é uma das tarefas mais importantes dentro dos sistemas elétricos de potência. Faltas em linhas de transmissão devem ser localizadas precisamente e extintas o mais rápido possível. Para tal, o esquema de proteção de linhas utiliza valores amostrados de correntes e tensões para a execução das tarefas de detecção, classificação e localização da falta. Neste esquema, grandezas trifásicas de corrente (IA, IB, IC) e tensão (VA, VB, VC) compõem as entradas do sistema. Após a detecção e classificação da falta, o relé efetua o cálculo da impedância aparente para a verificação da zona de proteção na qual a falta se insere (localização). Dentro deste contexto, a rápida detecção e a correta classificação da falta são passos fundamentais para a lógica de controle de um relé. Para a utilização de sistemas de proteção com alta velocidade de operação, o conjunto detector + classificador deve realizar uma decisão precisa do tipo de falta envolvida em menos de 10 ms após a ocorrência desta. Alguns métodos convencionais têm lidado com este problema, porém os tempos para estimação do tipo de falta são algumas vezes excessivamente longos. Este trabalho apresenta um novo sistema que provê uma rápida e confiável detecção e classificação de faltas através das medidas de valores de correntes trifásicas. O novo método utiliza-se da teoria de Redes Neurais Artificiais, baseada em dois diferentes tipos de redes (MLP e RBF), para a tarefa de detecção e classificação de faltas nos níveis de tempo requeridos para um moderno sistema de proteção. Um estudo comparativo em relação ao desempenho das redes mencionadas também foi realizado. Os testes efetuados para as redes dos tipos MLP e RBF mostraram que o sistema proposto foi capaz de detectar e classificar corretamente 100% dos casos estudados. Deve ainda ser ressaltado, que na maior parte dos casos (93% para a rede MLP e 84% para a rede RBF), o processo de detecção e classificação foi completado com no máximo 5 amostras de pós-falta (5ms). Isto demonstra a rapidez na tarefa de detecção e classificação embutida no método proposto, principalmente levando-se em consideração os tempos apresentados pelos métodos convencionais. / Transmission line protection is one of the major tasks for a power system. Transmission line faults must be located accurately and isolated as fast as possible. In order to perform this task, the power system protection system uses the three-phase currents (IA, IB, IC) and voltages (VA, VB, VC) to detect, classify and locate the fault. After detecting and classifying the fault, the relay calculates the apparent impedance to verify in which protection zone the fault is located. Taking this into account, precise and fast detection and classification methods are fundamental steps for the relay control algorithm. The combination detection + classification must carry out the correct response in less than 10 ms after the fault for a high-speed protection system. Some conventional methods have treated this problem but the time for a correct classification is sometimes excessively long. This work presents a fast and reliable new system for fault detection and classification using the three-phase current measurements. This new system is based on Artificial Neural Networks (RBF and MLP) for the detection and classification tasks. A comparative study involving both types of neural networks was done. Tests showed that the proposed system was able to correctly detect and classify 100% of the studied cases where the majority (93% of the cases for MLP net and 84% for RBF net) of them was done in up to 5 post-fault samples (5 ms). The afore-mentioned demonstrates the high speed of the new method for the detection and classification tasks when compared to the conventional ones.