Neste trabalho, um novo método grafo-algébrico para o projeto de ilhamento intencional é proposto. O ilhamento intencional é um dos últimos recursos utilizados pelos operadores para evitar um colapso total do sistema elétrico. Ele objetiva dividir um sistema elétrico em dois ou mais subsistemas estáveis quando não é possível garantir a estabilidade do sistema interligado. O método desenvolvido é uma extensão de um método grafo-algébrico, baseado na fatoração da matriz incidência ramo-nó e que foi desenvolvido para a identificação de ilhamento não intencional, para o problema de projeto de ilhamento intencional. A aplicação da fatoração da matriz incidência ramo-nó no problema de projeto de ilhamento é contribuição inédita deste trabalho. O método proposto identifica os conjuntos de corte, compostos por linhas de transmissão/transformadores (ramos), aptos a dividir um sistema elétrico de potência conexo em dois ou mais subsistemas (ilhas), sob a condição de um número mínimo, previamente estabelecido, de ramos interrompidos ou uma interrupção mínima de fluxo de potência ativa. A identificação dos conjuntos de cortes é realizada por meio de uma fatoração ordenada da matriz incidência nó-ramo e por um processo de regularização de cortes. O método foi testado com resultados promissores em alguns sistemas elétricos de pequeno e médio porte. Apresentou boas características que sugerem que o mesmo seja adequado para aplicações em tempo real. O método fornece a informação das barras que formam cada ilha, adapta-se facilmente a mudanças na topologia e pode ser facilmente implementado com rotinas já existentes nos programas de computador comumente utilizados para análise de sistemas elétricos de potência. Trabalhos futuros são necessários para testar a metodologia em sistemas de maior porte, para avaliar a eficiência computacional do método e comparar com a eficiência de outros métodos relatados na literatura. / In this work , a new graph-algebraic method for the design of intentional islanding is proposed. Intentional islanding is one of the last resources used by the Power Electrical System Operators to avoid a total collapse of the electrical system. It aims to divide a power system into two or more stable subsystems when it is not possible to guarantee the stability of the interconnected system. The developed method is an extension of a graph-algebraic method, which is based on a factorization of the branch-node incidence matrix and which was developed to identify unintended islanding, to the problem of intended. The unprecedented contribution of this work is the application of the factorization of the incidence branch-node matrix in the design of islanding control. The proposed method identifies the cutsets, composed of transmission lines / transformers (branches) , able to divide a connected Electrical Power System in two or more subsystems (islands), under the constraint of a minimum number of interrupted branches or minimal interruption of power flow. The identification of cutsets are made through an ordered factorization of the incidence branch node matrix and a regularization process of cutsets. The method has been tested with promising results in some electrical systems of small and medium size. It has shown good characteristics which suggests that it is suitable for real-time applications. The method automatically provides the set of buses that form each island, it easily adapts to changes in topology and can be easily implemented with routines that are already developed in existing computer programs commonly used for analysis of electric power systems. Further work is needed to test the methodology in larger systems to evaluate the computational efficiency of the method and compare with the efficiency of other methods reported in the literature.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um programa computacional para análise de contingências, no contexto da estabilidade transitória, capaz de identificar as contingências críticas do sistema elétrico de potência via métodos diretos. A análise de estabilidade é realizada em diversas etapas, onde serão aplicados diversos filtros, baseados em métodos de análise de ilhamento, não existência de pontos de equilíbrio, PEBS, BCU e simulação computacional, no domínio do tempo, do sistema. Em cada etapa da análise, os casos serão classificadas como sendo estáveis, instáveis ou incertos segundo diferentes critérios, restando portanto, ao fim de cada etapa, um conjunto menor de possíveis contingências críticas. A metodologia proposta foi desenvolvida para modelos de SEPs com rede reduzida, porém as técnicas discutidas neste trabalho aplicam-se também a modelos que preservam a estrutura do sistema de transmissão. / The main objective of this work is to design a transient stability screening contingency program that is able to identify all critical contingencies in an electric power system using direct methods. The stability assessment is performed through several steps by mean of filters based on islanding detection, nonexistence of equilibrium points, PEBS, BCU and time-domain simulation of the power system. In each step of the analysis, all cases are classified as stable, unstable or uncertain cases by different criteria, resulting at the end of each step in a small number of possible critical contingencies. The proposed methodology was designed for reduced models of electric power systems, but all the techniques discussed in this work are also suitable for preserving structure models.

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.

In the context of static Voltage Stability Assessment (VSA), as the power system load grows, bus voltages tend to drop. This reduction may lead to generator or load disconnections caused by undervoltage protection schemes. These events comprise sudden parametric variations that affect the equilibrium diagram and the Voltage Stability Margin (VSM) of power systems. Practical examples of such sudden load changes are caused by the mandatory disconnection of Distributed Generation (DG) units and Undervoltage Load Shedding (ULS). There are no thorough studies in the literature concerning these load parametric variations and the discontinuities that they cause in power system equilibria. This dissertation describes a predictor/corrector scheme specifically designed to handle these discontinuities, so it is possible to evaluate their effect on the VSM of power systems. This method successively calculates the load discontinuities that exist in the equilibrium locus of the system under analysis. It results in the sequence of sudden load variations that happens and their overall impact on the system. When applied to quantify the effect of DG mandatory disconnections and ULS, the proposed predictor/corrector scheme yielded better results than the traditional Continuation Power Flow (CPFLOW), which experienced convergence problems caused by the discontinuities under analysis. However, due to its design, the applicability of the proposed method should be restricted to power systems that go through several successive sudden load changes. In this sense, it should not be regarded as a replacement for the CPFLOW, but rather as a technique that could award this traditional VSA tool with new features to enhance its performance. / No contexto de análise estática de estabilidade de tensão, conforme a carga de um sistema de potência cresce, as tensões nas suas barras tendem a cair. Essa redução pode causar a desconexão de geradores e cargas devido a atuação de proteções de subtensão. Esses eventos representam variações abruptas de demanda que alteram o diagrama de equilíbrio de um sistema e sua Margem de Estabilidade de Tensão (MET). Exemplos práticos dessas variações são causados pelo desligamento mandatório de unidades de Geração Distribuída (GD) e pelo Corte de Carga por Subtensão (CCS). Não há estudos detalhados na literatura que trabalham especificamente com essas variações nos parâmetros da carga, nem com as descontinuidades que elas causam no diagrama de equilíbrio de sistemas de potência. Essa dissertação descreve um procedimento especificamente projetado para lidar com essas descontinuidades, de modo que seja possível avaliar seu efeito na MET de sistemas elétricos. Esse método calcula sucessivamente as descontinuidades de carga que existem no diagrama de equilíbrio do sistema em análise. Ele resulta na sequência de variações súbitas de carga que ocorre e no seu impacto no sistema. Quando o método foi aplicado para quantificar o efeito do desligamento mandatório de GD e do CCS, ele apresentou resultados melhores do que o tradicional Fluxo de Carga Continuado (CPFLOW), o qual sofreu problemas de convergência causados pelas descontinuidades em questão. Entretanto, devido ao seu projeto, o método proposto só deve ser utilizado para sistemas de potência que estão sujeitos a várias sucessivas variações abruptas de carga. Por essa razão, esse método não pode ser considerado um substituto do CPFLOW, mas sim como uma técnica capaz de agregar novas funcionalidades a essa ferramenta tradicional, amentando assim seu horizonte de aplicações.

Apesar dos modelos usados em engenharia serem, em sua maioria, reconhecidamente aproximados, acredita-se que a matemática usada na física e nos próprios modelos é infinitamente precisa e que tais teorias físicas poderiam prever completamente qualquer evento relacionado às variáveis equacionadas. No limite, seria possível prever o estado do universo em qualquer instante, crença esta chamada de determinismo. Claro está que essa pretensão é apenas de princípio, sendo impossível na prática. No entanto, pesquisas sobre os fundamentos da matemática e outras teorias matemáticas desenvolvidas no século XX sugerem que a matemática (e, consequentemente, a física) teria certos limites inerentes. A análise feita nesta tese fundamenta seus argumentos na Teoria das Funções Recursivas e Computabilidade Efetiva e na Teoria do Caos Determinístico. O objetivo principal é tratar de apurar a existência de limites inerentes e como tais limites se aplicariam aos sistemas elétricos de potência (mais especificamente nos tópicos fluxo de carga, transitórios eletromecânicos, transitórios eletromagnéticos e eletrônica de potência) e à engenharia de controle. / Although the models used in engineering are, in most cases, admittedly approximated, it is believed that the Mathematics used in Physics and in these models, is infinitely precise and that such physical theories could fully predict any event related to variables in equations. In the limit, it would be possible to predict the state of the universe at any moment, this belief is called determinism. It is clear that this claim is only in principle, impossible in practice. However, research on the foundations of Mathematics and other mathematical theories developed in the 20th century suggest that the Mathematics (and hence Physics) would have certain inherent limitations. The analysis made in this thesis has the arguments based on the Theory of Recursive Functions and Effective Computability and the Theory of Deterministic Chaos. The main objective is to find out the existence of inherent limits and how these limits could be applied to electric power systems (more specifically to the topics load flow, electromechanical transient and electromagnetic transient and power electronics) and control engineering.

Com o aumento da penetração da energia eólica nos sistemas de potência, critérios cada vez mais rigorosos vem sendo estabelecidos ao longo do tempo para a conexão e operação das plantas eólicas nas redes elétricas. A evolução das tecnologias empregadas em turbinas possibilitou o atendimento a esses critérios, passando do conceito dinamarquês de turbinas de velocidade fixa para turbinas de velocidade variável, que possibilitam melhor aproveitamento da energia disponível nos ventos e maior capacidade de controle das grandezas envolvidas. Neste trabalho, foram analisados diferentes tipos de controle de um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) e a influência dessa máquina nos níveis de tensão de uma rede de subtransmissão à qual está conectada. Os resultados mostram que os tipos de controles indicados para a operação da planta eólica podem variar sensivelmente de acordo com o carregamento e a velocidade do vento em um determinado momento. O crescimento de carga esperado da rede também pode influenciar na estratégia de controle da planta. / With the increased penetration of wind energy in electrical power systems, increasingly stringent grid codes have been stablished over time for the connection and operation of wind power plants. The evolution of the technologies applied in wind turbines allowed meeting these criteria, moving from the Danish concept of fixed-speed turbines to variable-speed wind turbines, which enable better use of the available wind power and greater control of the variables involved. This study analyzes different control strategies of a doubly-fed induction generation (DFIG) and the influence of this machine in the voltage profile of a subtransmission system to which it is connected. The results show that the types of control suitable for the operation of the wind power plant may vary considerably according to the load and the wind speed at a given time. The expected load growth of the network can also influence in power plant control strategy.

A transmissão de grandes blocos de energia elétrica por longas distâncias é uma tecnologia cujo domínio é de bastante interesse para o Brasil, devido às suas características de grande dimensão territorial, com uma distância considerável entre geração e centros de carga, e com um grande potencial energético ainda não explorado. A solução mais utilizada na transmissão em corrente alternada convencional, que é a compensação, ao longo da linha, da reatância série e paralela, se torna dispendiosa quando aplicada em distâncias muito longas. Sabe-se que a transmissão em corrente continua é uma solução viável para este tipo de transmissão. Outra opção, que é objeto deste trabalho, é a transmissão em linhas de \"pouco mais de meio comprimento de onda\", cujo principal atrativo é o fato de as distâncias entre as gerações na Amazônia e os centros de carga no Sudeste brasileiro serem bastante próximas do meio comprimento de onda das tensões e correntes alternadas em 60 Hz. Neste trabalho, serão descritas etapas de definição de condutor economicamente mais adequado e projeto da geometria da torre. Com base nesses dados, serão avaliados algumas propriedades das linhas de meia onda, durante operação normal, curtos-circuitos e energização. Serão também analisadas as perdas resistivas. / Bulk power transmission over long distances is a technology of much interest to Brazil, due mainly to the large territory owned with considerable distances between generation and the load centers; to which, it can be added the large amount of energetic potential still unexplored. When conventional AC power transmission is used, usually it is necessary to provide series and shunt compensation, solution that becomes expensive when applied to very long distances. It is known, though, that DC power transmission is still a viable solution to this type of transmission. In this work, differently of the above alternatives, it will be addressed another type of transmission, the so-called half-wavelength transmission lines (HWLL). One interesting requirement of this technology is the fact that these lines should be about 2500 km long, which is approximately the same distance between the generation area (Amazon region) and the load centers located in the Southeast region of the country. In this work, it will be suggested some steps to define the most suitable conductor cross section resulting from the compromise between line components acquisition and installation costs as well as power loss costs. Subsequently, a suitable geometry for the tower that could be used will be selected. Some of the properties of HWLL will be assessed for normal operation, short circuits and line energization. Finally, Joule losses will also be examined.

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para realizar a gestão ativa da demanda de energia elétrica de consumidores, providos de armazenamento de energia elétrica e geração solar fotovoltaica, inseridos em redes inteligentes. Tal metodologia pode ser utilizada em instalações residenciais e comerciais. Utilizando estratégias de otimização e inteligência artificial, a metodologia configura um sistema de tomada de decisão para o gerenciador do conversor da bateria, que realiza a gestão da energia armazenada, visando reduzir o custo com energia elétrica para o consumidor final. Esta gestão propicia contribuição com a distribuidora em forma de aumento da reserva de capacidade da rede elétrica nos casos em que a tarifa de energia elétrica for mais cara no horário de pico. De qualquer forma, há potencial postergação da necessidade de expansão da rede elétrica e redução de impactos ambientais advindos da geração convencional de energia elétrica, uma vez que tal gestão de energia propicia redução de consumo de energia elétrica da rede. O mesmo sistema de tomada de decisão do gerenciador do conversor da bateria pode ser utilizado em vários consumidores com características semelhantes (mesmo tipo, localização e tarifação de energia elétrica, e perfil de consumo similar), uma vez que tal sistema é composto por uma rede neural treinada com dados locais. Estudo de caso foi conduzido considerando consumidor residencial na cidade de São Paulo. Foram construídos quinze perfis de consumo, que foram combinados com três perfis de geração solar. A metodologia apresentou desempenho satisfatório, tanto na avaliação da etapa de otimização quanto de treinamento da rede neural, uma vez que as curvas de armazenamento de energia apresentaram comportamentos próximos aos esperados. O sistema de tomada de decisão também respondeu de forma adequada, alterando a curva de carga do consumidor vista pela rede de forma a reduzir o custo diário com energia elétrica e o consumo de energia no horário de pico da residência em todos os casos estudados. A análise econômica apontou a necessidade de encontrar formas de tornar a iniciativa positiva do ponto de vista econômico no estudo de caso realizado. / This work presents a methodology developed to perform the active demand side management for consumers, provided with energy storage and solar photovoltaic power, inserted in smart grids. Such methodology can be used in residential and commercial installations. Using optimization and artificial intelligence strategies, the methodology sets up a decision-making system for the battery converter manager, which performs energy storage management, in order to reduce the cost with electricity for the final consumer. This management contributes with the utility increasing the grid reserve capacity when the electricity tariff is more expensive during peak hours. Anyway, there is potential postponement of the need to expand the grid, and environmental impacts reduction from conventional power generation, since such power management provides a reduction of the grid electricity consumption. The same decision-making system of the battery converter manager can be used in several consumers with similar characteristics (same type, location and electricity tariff, and similar consumption profile), since this system is composed by a neural network trained with local data. A case study was conducted considering household in the city of São Paulo. Fifteen consumption profiles were built, which were combined with three solar generation profiles. The methodology presented satisfactory performance both in the evaluation of the optimization stage and the neural network training stage, since the energy storage curves presented behaviors close to those expected. The decision-making system also responded adequately, changing the consumer load curve seen by the grid in order to reduce the daily electricity cost, and energy consumption at peak hours of the household in all cases studied. The economic analysis pointed to the need to find ways to make the initiative positive from an economic point of view in the case study carried out.

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.

O presente trabalho apresenta a utilização do modelo CIM – Common Information Model com uma abordagem ODP – Open and Distributed Processing na definição de uma arquitetura distribuída. A modelagem ODP-CIM efetuada busca validar formalmente a escolha da WBEM – Web Based Enterprise Management como arquitetura distribuída responsável pela interoperabilidade entre sistemas heterogêneos de uma empresa de energia elétrica. O contexto WBEM adicionalmente inclui a modelagem CIM das informações, de modo que o ambiente resultante pode ser visto como uma coleção distribuída de sistemas inter-relacionados. De modo a se verificar a adequação da WBEM como provedora de interoperabilidade e distribuição, será implementado um protótipo; o SISDEC - Sistema Distribuído de Estudo de Carga, responsável pela previsão, através de técnicas de inteligência artificial, da carga nodal de curto prazo do sistema elétrico de potência. A implementação dos modelos resultantes é apresentada assim como os resultados dos testes. Enfocando a disponibilidade aos vários domínios de gestão, das informações modeladas, validando a eficácia da modelagem e a adequação da arquitetura distribuída proposta. Não se visa aqui a apresentação ou definição de métricas específicas, sendo os resultados apresentados do tipo qualitativo. O SISDEC se insere em uma arquitetura de informação corporativa e utilizará um middleware, originário de um projeto de P&D (Pesquisa e Desenvolvimento), como acesso à massa de dados históricos da carga nodal do sistema elétrico de potência, obtidos a partir de um sistema SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition. O acesso corporativo às informações processadas pelo SISDEC é efetuado através da intranet da empresa. / The work presents the use of model CIM - Common Information Model with a boarding ODP - Open and distributed Processing in the definition of a distributed architecture. Effected modeling ODP-CIM search to validate formally the choice of the WBEM - Web Based Enterprise Management as architecture distributed responsible for the interoperation between heterogeneous systems in a company of electric energy. The contest of WBEM additionally includes modeling CIM of the information, in way that the resultant environment can be seen as a distributed collection of interrelated systems. In order to verify the adequacy of the WBEM as supplier of the interoperation and distribution, an archetype will be implemented; the SISDEC - Distributed System of Load Study, responsible for the forecast through techniques of artificial intelligence, of the nodal load of short term of the electrical system of power. The implementation of the resultant models is presented, as well as the results of the tests focusing the availability to the some management dominion, of the shaped information, validating the effectiveness of the modeling and the adequacy of the proposed distributed architecture. The metric presentation or definition specific is not aimed here, as the presented results qualitative type. The SISDEC inserts in an architecture of corporative information and it will use one middleware, originated of a R&D project (Research and Development), as access to a mass of nodal load historical data of the electrical system of power, gotten from a system SCADA - Supervisory Control and Date Acquisition. The corporative access to processed information from SISDEC is effected through the Intranet of the company.