Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-04-24T22:22:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComparacaoAlgoritmosC45.pdf: 6478832 bytes, checksum: 5b133794170fc1dbb66f65dbedb6dd9c (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-04-29T15:43:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComparacaoAlgoritmosC45.pdf: 6478832 bytes, checksum: 5b133794170fc1dbb66f65dbedb6dd9c (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-29T15:43:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComparacaoAlgoritmosC45.pdf: 6478832 bytes, checksum: 5b133794170fc1dbb66f65dbedb6dd9c (MD5) Previous issue date: 2013 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esse trabalho compara os algoritmos C4.5 e MLP (do inglês “Multilayer Perceptron”) aplicados a avaliação de segurança dinâmica ou (DSA, do inglês “Dynamic Security Assessment”) e em projetos de controle preventivo, com foco na estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência (SEPs). O C4.5 é um dos algoritmos da árvore de decisão ou (DT, do inglês “Decision Tree”) e a MLP é um dos membros da família das redes neurais artificiais (RNA). Ambos os algoritmos fornecem soluções para o problema da DSA em tempo real, identificando rapidamente quando um SEP está sujeito a uma perturbação crítica (curto-circuito, por exemplo) que pode levar para a instabilidade transitória. Além disso, o conhecimento obtido de ambas as técnicas, na forma de regras, pode ser utilizado em projetos de controle preventivo para restaurar a segurança do SEP contra perturbações críticas. Baseado na formação de base de dados com exaustivas simulações no domínio do tempo, algumas perturbações críticas específicas são tomadas como exemplo para comparar os algoritmos C4.5 e MLP empregadas a DSA e ao auxílio de ações preventivas. O estudo comparativo é testado no sistema elétrico “New England”. Nos estudos de caso, a base de dados é gerada por meio do programa PSTv3 (“Power System Toolbox”). As DTs e as RNAs são treinada e testadas usando o programa Rapidminer. Os resultados obtidos demonstram que os algoritmos C4.5 e MLP são promissores nas aplicações de DSA e em projetos de controle preventivo. / This work compares the C4.5 and multilayer perceptron (MLP) algorithms applied for dynamic security assessment (DSA) and power system stability transient preventive control design. C4.5 is an algorithm of the decision tree (DT) technique and the MLP is a member of artificial neural network (ANNs) family. The advent of DTs and ANNs provides solution to real-time DSA issues in order to identify quickly when a power system is subjected to a critical disturbance (short-circuit) that may lead to transient instability. In addition, the knowledge obtained by both techniques can be utilized in the preventive control design to restore the power system security against critical disturbances. Based on the data base generation with exhaustive time-domain simulations, some specific critical disturbances are taken as examples to compare the C4.5 and MLP algorithms employed to DSA and guideline to preventive actions. The comparative study is tested on the New England power system. In the case studies, the knowledge database is generated by using PSTv3 (Power System Toolbox) software. The DTs and ANNs are trained and tested by the Rapidminer software. The obtained results have demonstrated a promising application of the C4.5 and MLP algorithms used in power system DSA and preventive control design.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2011-03-30T16:23:46Z No. of bitstreams: 2 ROCHA, Claúdio Alex Jorge daPPGEngenhara Elétrica tese.pdf: 1672175 bytes, checksum: 8c818fe77f66c2ba2126a0888e1abe85 (MD5) license_rdf: 22876 bytes, checksum: 0a4e855daae7a181424315bc63e71991 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-03-30T16:23:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 ROCHA, Claúdio Alex Jorge daPPGEngenhara Elétrica tese.pdf: 1672175 bytes, checksum: 8c818fe77f66c2ba2126a0888e1abe85 (MD5) license_rdf: 22876 bytes, checksum: 0a4e855daae7a181424315bc63e71991 (MD5) Previous issue date: 2009 / A investigação de métodos, técnicas e ferramentas que possam apoiar os processos decisórios em sistemas elétricos de potência, em seus vários setores, é um tema que tem despertado grande interesse. Esse suporte à decisão pode ser efetivado mediante o emprego de vários tipos de técnicas, com destaque para aquelas baseadas em inteligência computacional, face à grande aderência das mesmas a domínios com incerteza. Nesta tese, são utilizadas as redes Bayesianas para a extração de modelos de conhecimento a partir dos dados oriundos de sistemas elétricos de potência. Além disso, em virtude das demandas destes sistemas e de algumas limitações impostas às inferências em redes bayesianas, é desenvolvido um método original, utilizando algoritmos genéticos, capaz de estender o poder de compreensibilidade dos padrões descobertos por essas redes, por meio de um conjunto de procedimentos de inferência em redes bayesianas para a descoberta de cenários que propiciem a obtenção de um valor meta, considerando a incorporação do conhecimento a priori do especialista, a identificação das variáveis mais influentes para obtenção desses cenários e a busca de cenários ótimos que estabeleçam valores, definidos e ponderados pelo usuário/especialista, para mais de uma variável meta. / The study of methods, techniques and tools that can aid the decision processes in power systems, in its many sections, is a subject of great interest. This decision support can be accomplished through many different techniques, particularly those based on computational intelligence, given their applicability on domains with uncertainty. In this proposal, Bayesian networks are used for the extraction of knowledge models from the available data on power systems. Moreover, given the demands of these systems and some limitations imposed to the inferences in Bayesian networks, a method is proposed, using genetic algorithms, capable of extending the power of comprehensibility of the patterns discovered; it aims at finding the optimal scenario in order to attain a given target, considering the incorporation of a priori knowledge from domain specialists, identifying the most influent variables in the domain for the maximization of the target variable.

A presença de distúrbios na energia elétrica fornecida aos consumidores pode causar a diminuição no tempo de vida útil dos equipamentos, mal funcionamento ou até mesmo sua perda. Desse modo, ferramentas capazes de realizar a detecção, localização, classificação, compressão e o armazenamento de sinais de forma automática e organizada são essenciais para garantir um processo de monitoramento adequado ao sistema elétrico de potência como um todo. Dentre as ferramentas comumente aplicadas às tarefas supramencionadas, pode-se destacar a Transformada Wavelet (TW) e as Redes Neurais Artificiais (RNAs). Contudo, ainda não foi estabelecida uma metodologia para obtenção e validação da TW e seu nível de decomposição, bem como da arquitetura e da topologia de RNAs mais apropriadas às tarefas supracitadas. O principal fato que levou a esta constatação deve-se à análise da literatura correlata, onde é possível notar o uso de distintas TW e RNAs. Neste contexto, a primeira contribuição desta pesquisa foi o projeto e desenvolvimento de um método eficiente de segmentação de sinais com distúrbios associados à Qualidade da Energia Elétrica (QEE). O método desenvolvido se beneficia das propriedades da TW de identificação temporal de descontinuidades em sinais. A segunda contribuição é o desenvolvimento de um algoritmo automático que, por meio do método de segmentação desenvolvido e de classificação por RNAs, indique as melhores ferramentas (Wavelets e RNAs) para as tarefas de segmentação, extração de características e classificação de distúrbios de QEE. Esse algoritmo foi desenvolvido com base nos recursos dos Algoritmos Evolutivos (AEs) e adotou RNAs do tipo Perceptron Multicamadas, pois, esta arquitetura pode ser considerada consagrada no que se refere à classificação de padrões. Por fim, a terceira contribuição é relativa ao desenvolvimento de um procedimentos baseados em AEs, a fim de se aprimorar métodos de compressão de dados que preservem as informações relevantes nos sinais de QEE. Assim, é importante mencionar que os resultados dessa pesquisa poderão determinar mecanismos automáticos a serem utilizados no processo de registro, tratamento e armazenamento de informações que serão importantes para se manter um banco de dados (histórico) atualizado nas concessionárias de energia, a partir do qual, índices e um melhor mapeamento e entendimento de todos os distúrbios relacionados à QEE poderão ser melhor entendidos e solucionados. / The presence of disturbances in the electrical power supplied to consumers can decrease the lifetime of the equipment, cause malfunction or even their breakdown. Thus, tools able to perform detection, localization, classification, compression and storage of signals automatically and organized manner are essential to ensure adequate monitoring process to electric power systems as a whole. Among the tools commonly applied to the tasks mentioned above, one can highlight the Wavelet Transform (WT) and Artificial Neural Networks (ANN). However, the WT has not been established yet and nor its level of decomposition, as well as the most appropriate ANN architecture and topology to the tasks already mentioned. The main fact that has led to this finding is due to the review of related literature, where it is possible to note the use of distinct WT and ANN. Therefore, the first contribution of this research was the design and development of an efficient method of segmentation of signals associate to Power Quality (PQ) disturbances. The developed method take advantage of WT properties of temporal identification of signal discontinuities. The second contribution is the development of an automatic algorithm that, through the segmentation method developed and classification by ANN, indicates the best tools (Wavelets and ANN) for the tasks of segmentation, extraction of characteristics and classification of QEE disturbances. This algorithm was developed based on the resources of the Evolutionary Algorithms and it adopts Multi-layered Perceptron type ANN, once this architecture can be considered consecrated with regard to the pattenrs classification. Finally, the third contribution is related to the development of EA based procedures in order to improve data compression methods that preserve the relevant information in the PQ signals. Thus, it is important to mention that the results of this research may determine automatic mechanisms to be used in the process of recording, processing and storing information that will be important in order to maintain an up-to-date (historical) database in the utilities, from which , indexes and a better mapping and understanding of all PQ related disturbances can be better understood and solved.

Diante da crescente penetração da energia elétrica gerada por unidades eólicas no sistema elétrico de inúmeros países, a presente dissertação de mestrado investiga os problemas de estabilidade transitória, para geradores síncronos, de estabilidade de tensão, para geradores síncronos e aerogeradores e de estabilidade de velocidade, para aerogeradores, em sistemas de transmissão de energia elétrica, frente a grandes perturbações. São estabelecidas comparações entre os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica, referentes aos tipos A, B, C e D. Também, são verificados os efeitos de contingências aplicadas a sistemas teste, na presença de sistemas de geração convencionais dotados de geradores síncronos e parques eólicos compostos pelos tipos de unidades eólicas citadas, a fim de verificar a relação entre os diferentes sistemas de geração. As simulações realizadas contemplam aspectos dinâmicos de modelos genéricos de aerogeradores. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As principais características dos modelos genéricos de unidades eólicas, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo são apresentados. As simulações são realizadas no programa computacional PSS/E, cujos modelos, já validados, representam aerogeradores reais de fabricantes distintos. É observado que as diferentes características dos modelos de unidades eólicas e as estratégias de controle empregadas para atenuar os efeitos negativos de contingências impostas ao sistema, influenciam significativamente o perfil da tensão e o fluxo de potência na rede elétrica. Este fato é refletido em diferentes respostas dos sistemas de geração. As unidades eólicas mostram-se resistentes à perderem a estabilidade e apresentam-se capazes de estabilizar um sistema elétrico de potência, devido aos mecanismos de controle de velocidade e potência dos mesmos. A violação da curva LVRT mostra-se a principal causa da desconexão de aerogeradores da rede elétrica. Verifica-se neste trabalho que os aerogeradores somente tornam-se instáveis quando os geradores síncronos perdem o sincronismo, ou quando o controle do torque aerodinâmico é desconsiderado. / Considering the growing penetration of electrical energy generated by wind turbines in the power system of numerous countries, the present masters dissertation investigates the problems of transient stability, for synchronous generators, voltage stability, for synchronous generators and aerogenerators, and velocity stability, for aerogenerators, in transmission systems, before large disturbances. Comparisons are made between the different dynamic behaviors of each type of wind energy conversion system, namely types A, B, C and D. The effects of contingencies in some test systems in the presence of wind farms with different types of aerogenerators and conventional synchronous generators are verified, whose aim of the simulations is to analyze the relation between the different generation systems. The simulations performed contemplate dynamic aspects of generic models of wind turbines. The components of wind turbines are studied, the modeling of these components is elaborated and the usual control methods are discussed. The main characteristics of generic wind models and the diagram blocks are presented. The simulations were performed in software PSS/E, whose models already validated, represent real machines. The different characteristics of aerogenerator models and the control strategies employed to mitigate the negative consequences, from several contingencies, significantly influence the voltage profile and the power flow network. This fact implies in different responses of generation systems. It is verified that wind generators are very robust to perturbations and contribute to the stabilization of synchronous generators in a power system, increasing the average critical clearing times. Unstable modes related to the acceleration of the wind generator rotor are hardly ever observed due to the existing mechanisms of control of speed and generated power. It is observed that violation of the LVRT curve is the main cause of disconnection of wind turbines from the grid and it consists of the main cause of power system collapse triggered by problems in this type of generators.

Este trabalho apresenta um conjunto de métodos para a proteção e o monitoramento de transformadores de potência baseado em sistemas inteligentes e na aplicação das transformadas de Clarke e Wavelet. A abordagem inteligente utilizada permite analisar a condição operativa dos transformadores de potência e detectar a ocorrência de defeito interno, distinguindo-a de outras situações de operação, como, a energização, a energização solidária, a saturação dos transformadores de corrente e a sobreexcitação. As tomadas de decisão das técnicas desenvolvidas são realizadas pela lógica fuzzy após o pré-processamento dos sinais de entrada por meio de diversos métodos, os quais variam de acordo com o algoritmo que esta sendo executado. Os algoritmos propostos foram testados por meio de simulações realizadas através do software Alternative Transients Program (ATP). É importante salientar que nas simulações do ATP foram modelados diversos equipamentos que constituem o sistema elétrico de potência, incluindo um gerador síncrono com regulação de velocidade, linhas de transmissão com variação em frequência, transformadores de potência com suas respectivas curvas de saturação, transformadores de potencial e de corrente. Estas modelagens tiveram por objetivo gerar dados das distintas situações de operação para a verificação e análise da metodologia proposta. Os resultados da pesquisa mostram a aplicabilidade dos algoritmos propostos na proteção e no monitoramento dos transformadores de potência, mesmo nas condições mais adversas, como na ocorrência da saturação dos transformadores de corrente, uma vez que os sinais de entrada distorcidos pela saturação são corrigidos por uma rede neural artificial. Os resultados apresentados comparam as respostas obtidas pelas técnicas propostas em relação às saídas de um relé comercial, habilitado à proteção diferencial percentual. / This work presents a set of methods for protecting and monitoring power transformers based on intelligent systems and the application of Clarke and Wavelet transforms. The intelligent approach allowed us to analyze the operating condition of power transformers and it discriminates between an internal fault and different operating conditions, as energization, sympathetic inrush, saturation of current transformers and overexcitation. Decision making is performed by fuzzy logic after the preprocessing of the input signals through various methods, varying according to which algorithm is running. It is important to point out that in the simulations using ATP many different power system equipment had been modeled, including a synchronous generator with speed regulation, transmission lines with variation in frequency, power transformers with their saturation curves, potential transformers and current transformers. The objective of these tests was to generate data for distinct situations for the verification and the analysis of the proposed methodologies. The results of the research show the applicability of the algorithms considered in protection and monitoring of power transformers, even in adverse conditions, such as saturation of current transformers, since the input signals are distorted by CT saturation corrected by artificial neural network. The results are compared to the ones presented by a commercial percentage differential relay.

A proteção de sistemas de energia elétrica possui papel extremamente importante no aspecto de garantir o fornecimento de energia de maneira segura e confiável. Assim, a ação indevida ou a não atuação deste sistema de proteção pode causar danos materiais ou econômicos tanto para as concessionárias quanto para os consumidores de energia elétrica. Dessa forma, o sistema de proteção deve estar bem ajustado para que possa garantir suas funções, sendo sensível, seletivo, confiável e rápido. Para tanto, uma boa coordenação entre os relés de proteção deve ser estabelecida. No caso de um sistema de transmissão, o qual costuma ser um sistema malhado, a proteção é comumente realizada por relés de distância aliados a relés de sobrecorrente com unidade direcional, sendo que estes funcionam como elemento de retaguarda daqueles. O processo de ajuste desses relés é um trabalho muito difícil e demorado, que pode ainda estar sujeito a erros do engenheiro de proteção responsável pelo estudo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia baseada na otimização por enxame de partículas que obtenha automaticamente os ajustes desses relés de forma a garantir a coordenação e seletividade entre eles, tornando assim o processo de ajuste mais rápido e preciso. Dessa forma, essa metodologia pode constituir uma ferramenta de auxílio muito favorável ao engenheiro de proteção. Além disso, como em todo problema de otimização, a função objetivo e as restrições foram definidas de maneira a retratar o problema de coordenação envolvendo tanto os relés de distância quanto os direcionais de sobrecorrente. A metodologia foi aplicada a dois sistemas, um fictício com 16 relés e um sistema de transmissão real com 44 relés, sendo que em ambos os casos ela apresentou resultados bastante satisfatórios proporcionando ajustes bem coordenados. / Electrical power systems protection has a very important role in the aspect of ensuring energy supply with safety and reliability. Thus, improper action or non-actuation of this protection system can cause materials and/or economics damages to electricity utilities as well as ordinary energy consumers. Therefore the protection system must be well adjusted so it can ensure its functions and thus being sensible, selective, reliable and fast. In order to achieve these characteristics, the protective relays must be well coordinated. In the case of meshed transmission systems, the protection is generally performed by distance relays as primary protection associated with directional overcurrent relays as backup protection. The process of adjusting these relays is very tough, slow and it can even be subject to the protection engineer mistakes. In this context, this work aims to develop a particle swarm optimization based methodology that can automatically obtain these relays adjusts so they can ensure relays coordination and selectivity, and then make this setting process faster and more precise. Thus, this methodology may provide a very favorable tool to aid the protection engineer. Moreover, as in any optimization problem, the objective function and the constraints were defined to represent the coordination problem involving both distance and directional overcurrent relays. The methodology was applied to two systems, a fictitious with 16 relays and a real transmission system with 44 relays, and in both cases it showed satisfactory results providing well-coordinated settings.

Diante da crescente penetração da energia elétrica gerada por unidades eólicas no sistema elétrico de inúmeros países, a presente dissertação de mestrado investiga os problemas de estabilidade transitória, para geradores síncronos, de estabilidade de tensão, para geradores síncronos e aerogeradores e de estabilidade de velocidade, para aerogeradores, em sistemas de transmissão de energia elétrica, frente a grandes perturbações. São estabelecidas comparações entre os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica, referentes aos tipos A, B, C e D. Também, são verificados os efeitos de contingências aplicadas a sistemas teste, na presença de sistemas de geração convencionais dotados de geradores síncronos e parques eólicos compostos pelos tipos de unidades eólicas citadas, a fim de verificar a relação entre os diferentes sistemas de geração. As simulações realizadas contemplam aspectos dinâmicos de modelos genéricos de aerogeradores. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As principais características dos modelos genéricos de unidades eólicas, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo são apresentados. As simulações são realizadas no programa computacional PSS/E, cujos modelos, já validados, representam aerogeradores reais de fabricantes distintos. É observado que as diferentes características dos modelos de unidades eólicas e as estratégias de controle empregadas para atenuar os efeitos negativos de contingências impostas ao sistema, influenciam significativamente o perfil da tensão e o fluxo de potência na rede elétrica. Este fato é refletido em diferentes respostas dos sistemas de geração. As unidades eólicas mostram-se resistentes à perderem a estabilidade e apresentam-se capazes de estabilizar um sistema elétrico de potência, devido aos mecanismos de controle de velocidade e potência dos mesmos. A violação da curva LVRT mostra-se a principal causa da desconexão de aerogeradores da rede elétrica. Verifica-se neste trabalho que os aerogeradores somente tornam-se instáveis quando os geradores síncronos perdem o sincronismo, ou quando o controle do torque aerodinâmico é desconsiderado. / Considering the growing penetration of electrical energy generated by wind turbines in the power system of numerous countries, the present masters dissertation investigates the problems of transient stability, for synchronous generators, voltage stability, for synchronous generators and aerogenerators, and velocity stability, for aerogenerators, in transmission systems, before large disturbances. Comparisons are made between the different dynamic behaviors of each type of wind energy conversion system, namely types A, B, C and D. The effects of contingencies in some test systems in the presence of wind farms with different types of aerogenerators and conventional synchronous generators are verified, whose aim of the simulations is to analyze the relation between the different generation systems. The simulations performed contemplate dynamic aspects of generic models of wind turbines. The components of wind turbines are studied, the modeling of these components is elaborated and the usual control methods are discussed. The main characteristics of generic wind models and the diagram blocks are presented. The simulations were performed in software PSS/E, whose models already validated, represent real machines. The different characteristics of aerogenerator models and the control strategies employed to mitigate the negative consequences, from several contingencies, significantly influence the voltage profile and the power flow network. This fact implies in different responses of generation systems. It is verified that wind generators are very robust to perturbations and contribute to the stabilization of synchronous generators in a power system, increasing the average critical clearing times. Unstable modes related to the acceleration of the wind generator rotor are hardly ever observed due to the existing mechanisms of control of speed and generated power. It is observed that violation of the LVRT curve is the main cause of disconnection of wind turbines from the grid and it consists of the main cause of power system collapse triggered by problems in this type of generators.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-10T16:37:01Z No. of bitstreams: 2 TESE Rômulo Fernando Teixeira Vilela.pdf: 3159637 bytes, checksum: d8b68b1fd93d79fe6162c4abdd0b1aa0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T16:37:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Rômulo Fernando Teixeira Vilela.pdf: 3159637 bytes, checksum: d8b68b1fd93d79fe6162c4abdd0b1aa0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-27 / Com os avanços em hardware, a engenharia de confiabilidade nos últimos 30 anos, tem nos mostrado equipamentos e sistemas complexos com níveis de falha muito baixos. Sistemas complexos na indústria nuclear, aeroespacial, química, elétrica entre outras possuem hoje em dia equipamentos e sistemas com níveis de confiabilidade que tem atendido adequadamente a sociedade. Entretanto, a operação e manutenção destes sistemas não dependem exclusivamente do desempenho intrínseco dos correspondentes equipamentos, dependem também da ação humana. Grandes acidentes no passado recente como Chernobyl, Bhopal, da nave Challenger e os grandes apagões no Brasil, colocaram em evidência a necessidade de redução do erro humano em sistemas complexos. A análise da confiabilidade humana surge assim como um apoio para a análise destes sistemas de operação e manutenção. Desde a década de 80 alguns avanços foram surgindo no estudo da confiabilidade humana. Técnicas como THERP, ATHEANA, CREAM e IDAC, se consolidaram ao longo do tempo como boas aplicações práticas para estudar, medir e prever o erro humano. Porém os fatores de desempenho utilizados em quase todas as técnicas supracitadas, tem se mostrado difíceis de serem estimados de um ponto de vista particular. Além disso, as particularidades do setor Hidroelétrico de Potência, definidas nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema (ONS) e nos instrumentos normativos da Agencia Reguladora ANEEL têm levado a necessidade de uma taxonomia que possa se adaptar a este importante e estratégico setor. Nesta tese, é proposta uma taxonomia e um modelo da sequência do processo de erro, para avaliação deste erro humano especificamente concebido para atender ao contexto de operação e manutencão do Sistema Hidroelétrico de Potência. Para ilustrar a nova taxonomia, foram coletados e analisados dados de cerca de dez anos de registro de erro humano de uma empresa de geração e transmissão de energia elétrica brasileira. Foram coletados 605 relatórios de desligamento por erro humano desde 1998 até 2009. Uma metodologia BBN-Base para a quantificação do erro humano é também discutida. A taxonomia e o modelo da sequência do processo de erro humano tanto quanto o modelo BBN-Based são ilustrados via um exemplo de uma aplicação no contexto de uma indústria Brasileira Hidroelétrica de Potência.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------With advances in hardware reliability engineering in the last 30 years, we have seen equipment and complex systems with very low levels of failure. Complex systems in the nuclear industry, aerospatiale sector, chemical industries, electrical industries and others now have equipment and systems with levels of reliability that has adequately served the society. However, the operation and maintenance of these systems do not rely solely on intrinsec performance of the corresponding equipment, but they also depend on human action. Major accidents in the recent past such Chernobyl, Bhopal, the Challenger shuttle and major recent power blackouts in Brazil, highlighted the need to reduce human error in complex systems. The human reliability assessment emerges as a support to the analisys of the operation and maintenance of these type of systems. Since the late 80th some advances have emerged in the study of human reliability. Techniques such as THERP, ATHEANA, CREAM and IDAC, have been consolidated over time for the study, measure and prediction of human error. However performance shaped factors used in almost all the aforementioned techniques have proven difficult to be estimated from a practical standpoint. In addition, the specifics of the Hydroelectric Power Industry defined in the Grid Procedures of the National System Operator (Operador Nacional so Sistema, ONS) and the regulatory instruments of ANEEL (Agencia Nacional de Energia Eletrica) Regulatory Agency have led to the necessity of a taxonomy that can adapt for this important strategic sector. In this thesis, it is proposed a taxonomy and model of error sequence process for assessment of human error specifically designed to meet the context of operation and maintenance of Hydroelectric Power System. To illustrate the new taxonomy it was collected and analyzed data from about ten years of human error records related to the generation and transmission of Hydroelectric Power Company in Brazil. It was collected 605 reports by human error shutdown from 1998 to 2009. A BBN-Base methodology for the quantification of human error is also discusses. The taxonomy, model for error sequence process as well as the BBN-Based model are illustrated via an example of application in the context of the Brazilian Hydroelectric Power Industry.

Submitted by Patrícia Cerveira (pcerveira1@gmail.com) on 2017-06-13T15:56:56Z No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca da Escola de Engenharia (bee@ndc.uff.br) on 2017-06-29T16:38:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T16:38:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um dos temas de alta relevância para a sociedade atual é a qualidade do suprimento de energia elétrica, que deve ser ininterrupto, seguro e econômico. Para tal, é primordial que o sistema de potência esteja preparado para um possível defeito de algum equipamento da rede, mantendo a operação dentro dos patamares seguros, evitando os blecautes e todas as suas consequências para a sociedade. Isso pode ser feito através do redespacho das unidades geradoras, de modo a encontrar um ponto de operação que concilie segurança e economicidade, dois objetivos conflitantes, enquanto busca se afastar o mínimo possível do ponto de operação previamente estabelecido, via planejamento eletroenergético, para o sistema de potência em questão. Trata-se de uma abordagem multiobjetiva do Fluxo de Potência Ótimo com Restrições de Segurança (FPORS) que pode ser solucionada com uma abordagem de Computação Evolucionária (CE) com viés multiobjetivo. Neste trabalho, foram implementadas e comparadas duas meta-heurísticas evolutivas multiobjetivo: Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) e o Multi-objective Evolutionary Particle Swarm Optimization (MOEPSO). Os resultados dessas heurísticas também foram comparados com a abordagem mono-objetivo do mesmo problema. Os algoritmos foram implementados no MATLAB® e testados em um sistema-teste que simula as condições do Sistema Interligado Nacional (SIN). As heurísticas multiobjetivo foram comparadas através da metodologia de análise da Fronteira de Pareto (FP), onde é analisado qual método concilia melhor os objetivos de economia e segurança. Na primeira análise o NSGA-II saiu-se melhor, entretanto após a implementação de melhorias no algoritmo, o MOEPSO mostrou desempenho superior na segunda análise. Nas duas análises, o viés multiobjetivo mostrou-se superior ao mono-objetivo, na comparação através do critério de agregação de objetivos. Em relação ao tempo de simulação de cada método, o MOEPSO foi superior na primeira análise, já na segunda análise foi implementado um refinamento baseado no Fluxo de Potência Linearizado no FPORS, que baixou o tempo de simulação das duas heurísticas multiobjetivas em comparação com a primeira análise, e o MOEPSO teve o menor tempo de simulação. Na comparação com o viés mono-objetivo, apenas o NSGA-II teve tempo médio de simulação maior que o método mono-objetivo na primeira análise. Na segunda análise, todas as heurísticas multiobjetivo possuíam tempo de simulação menores que o método mono-objetivo. / One of the topics of high relevance to the today’s society is the quality of electric power supply, which must be uninterrupted, safe and economical. To this end, it is essential that the power system be prepared for a possible defect of some equipment from the network while maintaining operation within safe levels, avoiding blackouts and all its consequences for society. This can be done by redispatch of generating units, in order to find an operation point which conciliate security and economy, two conflicting objectives, while seeking to depart as little as possible of the operation point previously established in the energy planning for the power system in question. This is a multi-objective approach to Security Constrained Optimal Power Flow (SCOPF) that can be solved with an approach of Evolutionary Computation with multi-objective bias. In this work we were implemented and compared two multi-objective evolutionary meta-heuristics: Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) and Multi-objective Evolutionary Particle Swarm Optimization (MOEPSO). The results of these heuristics were also compared with mono-objective approach to the same problem. The algorithms were implemented in MATLAB® and tested in a test-case that simulates the conditions of the Brazilian Sistema Interligado Nacional (National Interconnected System). The multi-objective heuristics were compared using the analysis methodology of the Pareto Frontier, where is analyzed which method is better to conciliate the economy and security objectives. In the first analysis the NSGA-II fared better, but after the implementation of improvements in the algorithm, the MOEPSO showed superior performance in the second analisys. In both analyzes, the multi-objective bias was superior to the mono-objective bias, in the comparison through objectives aggregation criteria. Concerning the simulation time of each method, the MOEPSO was superior in the first analysis, but in the second analysis was implemented a refinement based on DC Load Flow, which lowered the simulation time of the two multi-objective heuristics compared with the first analysis, and the MOEPSO had the shortest time simulation. Compared to the mono-objective bias, only the NSGA-II had an average time simulation greater than the mono-objective method in the first analysis. In the second analysis, all multi-objectives heuristics had simulation time smaller than the mono-objective method.

The frequency estimation is a problem widely studied in many fields including electric power systems. Several methods have been proposed for this purpose, and most of them perform well when the signal is not distorted by harmonics or noises. This paper presents two new methods based on Artificial Neural Networks for frequency estimation. Both use Clarck s transform to generate a phasor that represent the system s signal. In the first methodology this phasor is normalized and feeds the Generalized Regression Neural Network, that ponders the values. At the end it s obtained a phasor where noisy and harmonics are attenuated. The neural network output is then used to calculate the electrical system frequency. Otherwise, the second methodology uses the Adaptive Linear Neural Network. This work tested also various methodologies of frequency estimation proposed in other knowledge fields such as radar, sonar, communications, biomedicine and aviation however with electrical power systems signals. These methods are: Lavopa (proposed by Lavopa et al. 2007), Quinn (proposed by Quinn, 1994), Jacobsen (proposed by Jacobsen e Kootsookos, 2007), Candan (proposed by Candan, 2011), Macleod (proposed by Macleod, 1998), Aboutanios (proposed by Aboutanios, 2004), Mulgrew (proposed by Aboutanios e Mulgrew, 2005), Ferreira (proposed by Ferreira 2001) e DPLL (proposed by Sithamparanathan, 2008). With the exception of DPLL the remaining methods are based on the Discrete Fourier Transform and seek the spectrum frequency peak to than find the fundamental frequency. The nine methodologies are compared with the proposed methods and with the commonly techniques used or studied for electric power systems. Tests include noisy signals, harmonics, sub-harmonics, frequency variations on step, ramp and sinusoidal, also variations on voltage and phase are considered. The tests also include a simulated signal where a load block is inserted and immediately after removed from the system. At the end a comparison is made between the techniques, been able to point each technique advantage and disadvantage trough the comparison identify the best methods to be applied on electrical power systems. / A estimação de frequência é um problema muito estudado em diversas áreas, dentre elas a dos sistemas elétricos de potência. Inúmeras metodologias foram propostas para esse fim, sendo que a maioria delas apresenta bom desempenho quando o sinal não está distorcido por componentes harmônicas ou ruídos. Este trabalho propõe duas novas metodologias fundamentadas em Redes Neurais Artificiais, de modo a estimar a frequência. Elas utilizam a transformada de Clarck para gerar um fasor que representa o sinal trifásico do sistema. Na primeira metodologia, esse fasor é normalizado e alimenta a Rede Neural de Regressão Generalizada, que faz a ponderação dos valores. Ao final, obtém-se um fasor em que ruídos e harmônicas são atenuados. A saída da rede neural é, então, utilizada para o cálculo da frequência do sistema elétrico. A segunda metodologia utiliza a Rede Neural Linear Adaptativa. Neste trabalho, também são testadas, para uso em sistemas elétricos de potência, diversas metodologias propostas em outras áreas de conhecimento, tais como radar, sonar, comunicação, biomedicina e aviação. São elas: Lavopa (proposta por Lavopa et al. 2007), Quinn (proposta por Quinn, 1994), Jacobsen (proposta por Jacobsen e Kootsookos, 2007), Candan (proposta por Candan, 2011), Macleod (proposta por Macleod, 1998), Aboutanios (proposta por Aboutanios, 2004), Mulgrew (proposta por Aboutanios e Mulgrew, 2005), Ferreira (proposta por Ferreira 2001) e DPLL (proposta por Sithamparanathan, 2008). Com exceção da DPLL, os demais métodos são fundamentados na transformada discreta de Fourier e buscam encontrar o pico do espectro de frequências, para, então, encontrar a frequência fundamental. As nove metodologias são comparadas juntamente com os métodos propostos e as técnicas já comumente usadas ou estudadas para sistemas elétricos. Os testes incluem sinais com ruídos, harmônicas, sub-harmônicas, variações de frequência em degrau, rampa e senoidal, variações de fase e tensão em degrau. Os testes ainda incluem um sinal provindo de simulação em que um bloco de carga é inserido e logo após retirado do sistema. Ao final é realizada uma comparação entre as técnicas, sendo possível identificar as vantagens e desvantagens de cada uma e, assim, indicar as melhores a serem usadas em sistemas elétricos de potência.