Este trabalho apresenta um modelo linearizado para ser utilizado em problemas de planejamento da expansão de sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE) com geração distribuída (GD), em um horizonte de curto prazo. O ponto de operação em regime permanente é calculado através de um modelo linearizado da rede, sendo as cargas e geradores representados por injeções constantes de corrente, o que torna possível calcular as correntes nos ramos e as tensões nas barras através de expressões lineares. As alternativas de expansão consideradas são: (i) alocação de bancos de capacitores; (ii) alocação de reguladores de tensão; e (iii) recondutoramento. Ainda, o modelo considera a possibilidade de seleção do tap dos transformadores de distribuição como alternativa para a redução das violações de tensão. A flexibilidade do modelo permite obter soluções considerando a contribuição das GDs no controle de tensão e potência reativa sem a necessidade de especificar uma tensão para a barra da subestação. O modelo de otimização proposto para a solução destes problemas utiliza uma função objetivo linear, além de restrições lineares e variáveis contínuas e binárias. Dessa forma, o modelo de otimização pode ser representado como um problema de programação linear inteira mista (PLIM) A função objetivo considera a minimização dos custos de investimento (aquisição, instalação e remoção de equipamentos e aquisição de condutores) e dos custos de operação, que correspondem aos custos anuais de manutenção somados aos custos das perdas de energia e das violações dos limites de tensão. A variação da carga é representada através de curvas de duração, sendo que os custos das perdas e das violações são ponderados pela duração de cada nível de carregamento. Utilizando uma abordagem de PLIM, sabe-se que existem condições suficientes que garantem a otimalidade de uma dada solução factível, além de permitir que a solução seja obtida através de métodos de otimização clássica. O modelo proposto foi implementado na linguagem de programação OPL e resolvido utilizando o solver comercial CPLEX. O modelo foi validado através da comparação dos resultados obtidos para cinco sistemas de distribuição com os resultados obtidos utilizando um fluxo de carga convencional. Os casos analisados e os resultados obtidos demonstram a precisão do modelo proposto e seu potencial de aplicação. / This work presents a linearized model to be used in short-term expansion planning problems of power distribution systems (PDS) with distributed generation (DG). The steady state operation point is calculated through a linearized model of the network, being the loads and generators modeled as constant current injections, which makes it possible to calculate the branch currents and bus voltages through linear expressions. The alternatives considered for expansion are: (i) capacitor banks placement; (ii) voltage regulators placement; and (iii) reconductoring. Furthermore, the model considers the possibility of adjusting the taps of the distribution transformers as an alternative to reduce voltage violations. The flexibility of the model enables solutions that includes the contribution of DGs in the control of voltage and reactive power without the need to specify the substation voltage. The optimization model proposed to solve these problems uses a linear objective function, along with linear constraints, binary and continuous variables. Thus, the optimization model can be represented as a mixed integer linear programming problem (MILP) The objective function considers the minimization of the investment costs (acquisition, installation and removal of equipment and acquisition of conductors) and the operation costs, which corresponds to the annual maintenance cost plus the costs related to energy losses and violation of voltage limits. The load variation is represented by discrete load duration curves and the costs of losses and voltage violations are weighted by the duration of each load level. Using a MILP approach, it is known that there are sufficient conditions that guarantee the optimality of a given feasible solution, besides allowing the solution to be obtained by classical optimization methods. The proposed model was written in the programming language OPL and solved by the commercial solver CPLEX. The model was validated through the comparison of the results obtained for five distribution systems with the results obtained through conventional load flow. The analyzed cases and the obtained results show the accuracy of the proposed model and its potential for application.

Uma das principais metas das empresas concessionárias é fornecer energia a seus clientes de forma continua, confiável e com baixo custo. A qualidade do serviço de distribuição de energia é fiscalizada por órgãos reguladores do setor elétrico, sendo quantificada por métricas como o indicador de confiabilidade SAIDI (System Average Interruption Duration Index). A melhoria da confiabilidade dos sistemas de distribuição de energia elétrica é um assunto em destaque atualmente, tendo em vista a necessidade de um suprimento de energia cada vez mais confiável, para evitar as perdas econômicas que ocorrem com as interrupções. Neste contexto, este trabalho apresenta uma contribuição para a solução do problema de restabelecimento de sistemas de distribuição. A abordagem consiste no desenvolvimento de um modelo analítico de otimização, cujo objetivo principal é determinar a localização das chaves de manobras na rede que possibilite o restabelecimento efetivo da carga no período pós-falta. A viabilidade do restabelecimento é considerada através de restrições que garantem níveis adequados das tensões nas cargas, bem como a limitação da sobrecarga das linhas e as capacidades de reserva dos alimentadores adjacentes. A modelagem destas restrições é efetuada através de uma versão linear do fluxo de potência em termos das injeções nodais de correntes. As equações que descrevem o fluxo de potência são formuladas como funções das localizações das chaves de manobras no alimentador. A confiabilidade é caracterizada em termos da duração média das interrupções sustentadas, mensurada pelo indicador SAIDI. Visando à maior precisão na representação do efeito das faltas sobre a confiabilidade do alimentador, a metodologia agrega um modelo existente na literatura para alocação dos dispositivos de proteção de forma simultânea às chaves de manobras. A alocação dos dispositivos de proteção e manobras é sujeita a restrições técnicas e econômicas. Para resolver o modelo de otimização não-linear inteira mista, é usada uma técnica de otimização de uso geral, baseada no algoritmo Branch-and-Bound. Assim, metodologia permite a otimização determinística da confiabilidade do alimentador, garantindo o nível ótimo de confiabilidade e a racionalização dos investimentos por parte das concessionárias. Um estudo de caso é apresentado para avaliar a efetividade da metodologia na otimização da confiabilidade de um alimentador de distribuição real. / One of the main goals of utility companies is to provide energy to its customers continuously, reliably and cost effectively. The quality of power distribution service is supervised by regulators of the electricity sector, being quantified by metrics such as the reliability index SAIDI (System Average Interruption Duration Index). Improving the reliability of electricity distribution systems is a key issue nowadays, in view of the need for an increasingly reliable power supply in order to avoid the economic losses due to interruptions. In this context, this work presents a contribution to solve the distribution systems restoration problem. An analytical model is developed to determine locations of the sectionalizing switches in order to restore the system loads in the post-fault period. Restoration feasibility is considered by constraints that ensure adequate voltage levels on the system loads, emergency capacity of support feeders as well as line overloads. Constraints modeling is performed by a linear power flow based on current injection approach. Power flow equations are formulated as functions of switches locations. Reliability is considered in terms of average interruption durations measured by the SAIDI index. Aiming to a greater precision in representing the reliability impact of faults, the methodology aggregates a model from the literature for simultaneous allocation of protective devices and switches. Protective devices and switches allocation is subject to technical and economical constraints. The proposed model is solved by a general-use optimization technique, based on the branch-and-bound method. The proposed methodology makes possible the deterministic optimization of distribution reliability, as well as to rationalize investments of electric utilities. A case study is presented to evaluate the effectiveness of reliability optimization of a real distribution feeder.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Neste trabalho analisou-se o desempenho de um Sistema Elétrico de Potência, quando alocados TCSC (do inglês, Thyristor Controlled Serie Compensator), e determinaram-se seus parâmetros ótimos de controle buscando maximizar a capacidade de transmissão total do sistema e melhorar o seu perfil de tensão, operando com suas variáveis dentro de limites pré-estabelecidos. Para tanto, foram modeladas variações do problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo (FPOR) e executadas em duas fases, identificadas como fase de alocação e fase de análise. Na fase de alocação foram realizadas simulações para analisar a alocação de diferentes quantidades de TCSC no sistema, com o objetivo de maximizar a capacidade de transmissão total e, por conseguinte, com base em um carregamento previsto na rede, foi determinada a quantidade mínima de dispositivos necessários para atender tal demanda. Em seguida, com o número de TCSC definido, os mesmos foram realocados com o objetivo de minimizar o desvio de tensão. Na fase de análise, os TCSC alocados na fase anterior foram mantidos com objetivo de otimizar o perfil de tensão, simulando variações nas cargas do sistema. Na fase de alocação, foi utilizada uma modelagem de Programação Não Linear Inteira Mista (PNLIM). Na fase de análise, o perfil de tensão foi otimizado por meio de uma modelagem de Programação Não Linear (PNL). Os resultados obtidos para os sistemas testes IEEE-14 e -118 barras demonstram os benefícios da utilização de TCSC na rede, pois possibilitou o aumento da carga total do sistema, e proporcionou uma melhora no perfil de tensão por meio do seu ajuste ótimo. / This work analyzed the electric power system performance when allocated TCSC (Thysristor Controlled Series Compensator) and determined their optimal control parameters in order to maximize the total transmission capability of the system and improve the voltage profile, operating within their pre-stablished limits. For this purpose, variations of Reactive Optimal Power Flow (FPOR) problems were modeled and executed in two phases, identified as phase of allocation and phase of analysis: In the allocation phase, simulations were performed to analyze the allocation of different amounts of TCSC in the system in order to maximize the total transmission capacity and, therefore, based on a predicted loading in the network, the minimum amount of devices was determined to attain such demand. Then, as the number of TCSC was defined, they were reallocated with the objective of minimizing the voltage deviation. In the analysis phase, the TCSC were maintained by considering the objective of optimizing the voltage profile and simulating loads variations of the system. In the allocation phase, a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) model was used. In the analysis phase, the voltage profile was optimized through a Nonlinear Programming (NLP) modeling. The results for the IEEE-14 and -118 test systems demonstrated the benefits of using the TCSC in the network because it allowed the increase of the total load of the system and provided an improvement in the voltage profile through its optimum adjustment.

O presente trabalho apresenta uma abordagem estendida para o diagnóstico de faltas em sistemas subterrâneos de distribuição de energia. O esquema proposto desenvolve modificações às técnicas de localização de defeitos em sistemas de distribuição aéreos baseadas no cálculo da impedância aparente, adaptando-as para a aplicação em alimentadores primários de topologia subterrânea. Sistemas subterrâneos estão associados à alta confiabilidade, com índices reduzidos de interrupção devido a suas características construtivas, que impedem a ocorrência de perturbações devido a fenômenos climáticos, mecânicos ou humanos. No entanto, as falhas em cabos subterrâneos são tipicamente permanentes, exigindo a substituição da seção de linha defeituosa para o restabelecimento do sistema. De forma distinta às redes aéreas, onde a localização de defeitos pode ser realizada por meio de inspeções visuais, a topologia subterrânea impossibilita a utilização desta abordagem. Embora o processo de digitalização dos esquemas de proteção de alimentadores primários tenha incentivado o desenvolvimento de inúmeras metodologias para a localização de defeitos em redes de distribuição aéreas, características típicas de redes de distribuição subterrâneas não foram contempladas. Nestes sistemas, a aplicação das técnicas desenvolvidas para sistemas aéreos resulta em estimativas errôneas da distância da falta. O esquema proposto visa a superar esta deficiência dos algoritmos de localização tradicionais, adaptando-os às características típicas de redes de distribuição subterrâneas. A formulação desenvolvida se baseia no cálculo da impedância aparente, o qual poderá ser incorporado como sub-rotina de relés de proteção de arquitetura digital. Além de disponibilizar a estimativa da distância da falta, o esquema de localização de defeitos proposto obtém uma estimativa das resistências de falta associadas à perturbação. A metodologia utiliza como dados de entrada os sinais de tensão e corrente referentes aos períodos de pré-falta e durante a perturbação, e propõe uma compensação da componente capacitiva, característica típica e não-desprezível de cabos subterrâneos. De modo a contemplar a existência de ramificações laterais, o esquema de localização propõe a utilização de sistemas radiais equivalentes, determinados a partir de rotinas de fluxo de potência trifásico. Tendo em vista o comportamento randômico do carregamento em sistemas de distribuição, a metodologia propõe, ainda, uma análise do perfil de carga durante o período pré-falta. Para possibilitar uma análise da eficiência do método proposto, testes comparativos com uma técnica de localização de defeitos para redes de distribuição de topologia aérea recentemente proposta foram realizados. De modo a validar o esquema de localização de defeitos proposto, foram executadas inúmeras simulações computacionais a partir de dados reais de um alimentador subterrâneo. O desempenho do esquema de diagnóstico de faltas foi avaliado frente aos aspectos de: resistência de falta, distância da falta, ângulo de incidência de falta, existência de cargas desequilibradas e variações no carregamento do sistema. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade da aplicação da metodologia proposta para a localização de defeitos em sistemas de distribuição subterrâneos. / This work presents an extended approach for underground power distribution system fault location. The scheme develops modifications in the proposed impedance-based fault location techniques for overhead distribution systems, adapting it for underground feeders. Under-ground systems are associated to high reliability, with low interruption rates due to its con-struction characteristics, which avoid the fault occurrence from climatic, mechanics or human interference. However, the underground cables damages are typically permanent, requesting the damaged line section substitution before system restoration. Fault location on overhead systems can be assisted by visual inspection, on underground system, this approach can not used. Although the primary feeder protection scheme's digitalization process has stimulated the development of several fault location schemes for overhead feeders, typical underground's system characteristics were not considered. In these systems, the application of the techniques used on overhead systems results in erroneous fault distance estimates. The proposed methodology aims to overcome this limitation of traditional fault location algorithms, adapting it to the typical underground systems characteristics. The proposed formulation is based on the apparent impedance calculation, and can be included as a sub-routine in digital protection relays. Besides the fault distance estimates, the fault diagnosis scheme also calculates the fault resistances associated to each disturbance. The fault location scheme uses as input data the voltage's and current's signals before and during the fault, and also proposes a capacitive current compensation. The fault location technique also proposes the usage of equivalent radial systems, calculated through three-phase load flow techniques, to allow the algorithm coverage on laterals and sub-laterals. Due to the random load profile of distribution systems, the technique develops a load profile analysis during the pre-fault period. In order to provide efficiency analysis of the proposed formulation, comparative testes with a recently proposed fault location technique was realized. To validate the proposed fault location algorithm, several fault simulations were executed using real underground feeder data. The proposed fault location scheme performance was evaluated considering the following aspects: fault resistance, fault distance and inception fault angle. Also, the methodology was analyzed considering different load profiles, including unbalanced loads and load variation. The obtained results demonstrate the applicability of the proposed formulation for fault location in underground distribution systems.

O presente trabalho apresenta estudos teóricos e uma revisão bibliográfica sobre diversos aspectos relevantes à qualidade da energia elétrica, principalmente os afundamentos de tensão em sistemas de energia elétrica. A avaliação da eficiência de um sistema elétrico de potência é quantificada por diversos fatores de qualidade, destacando-se a continuidade do fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Nesse contexto, a análise de faltas é muito importante e demanda especial atenção quando do projeto do esquema de proteção e dos índices de qualidade do sistema elétrico de distribuição. Assim sendo, o presente trabalho apresenta uma comparação entre os métodos de cálculo de curtos circuitos convencionais: Método das Componentes Simétricas e o Método das Componentes de Fases. Também é apresentada uma nova aproximação da obtenção da matriz de impedância de cada elemento do sistema elétrico de potência, para a resolução pelo Método das Componentes Simétricas em sistemas desequilibrados. Usando um modelo particular de um sistema elétrico de distribuição são efetuadas simulações computacionais para avaliar o desempenho do algoritmo proposto. As simulações de curtos circuitos são realizadas com rotinas no ambiente MatLab e logo comparadas com os resultados do programa ATP/EMTP. Os cálculos de afundamentos de tensão são realizados para diferentes tipos de faltas: trifásica-terra (FFFT), fase-terra (FT), fase-fase (FF) e fase-fase-terra (FFT). Apesar de o trabalho estar centrado em sistemas de distribuição, as conclusões podem ser referidas a qualquer tipo de sistema de energia elétrica. Os resultados obtidos nessas simulações mostram que a aproximação proposta que consiste da obtenção da impedância de componentes simétricas de cada elemento, apresenta um ótimo desempenho. O objetivo desta comparação é identificar o método de cálculo de curto-circuito que ofereça a viabilidade de simplificação nos procedimentos de cálculo, como também na modelagem dos componentes do sistema elétrico de energia, mantendo continuamente uma boa precisão dos resultados dentro dos limites de tolerância. Com esta simplificação se pode reduzir significativamente o tempo das simulações, o processo de análise e tomada de decisão mais ágil e eficiente. / This work presents theoretical studies and a literature review on various aspects relevant to the quality of electric power, especially voltage sags in electric power systems. Assessing the efficiency of a power system is quantified by several quality factors, highlighting the continued supply of electricity to consumers. In this context, the analysis of faults is very important and demand special attention when designing the protection scheme and the quality indexes of the electrical system of distribution. Therefore, this work presents a comparison between the calculation methods of conventional short circuit: Method of Symmetrical Component and Method of Phases Components. It also presents a new approach to obtaining the impedance matrix of each element of the electric power system for the resolution by the Method of Symmetrical Components in unbalanced systems. Using a particular model of an electric distribution system computer simulations are carried out to evaluate the performance of the algorithm. Simulations of short circuits are performed with routines in MatLab environment and then compared with the results of the software ATP/EMTP. The calculations of voltage sags are performed for different types of faults: three-phase- ground (FFFT), phase-ground (FT), phase-phase (FF) and phase-phase- ground (FFT). Although the work is centered on distribution systems, the findings can be referred to any type of power system. The results obtained in these simulations show that the proposed approach consists of obtaining the impedance of symmetrical components of each element, presents a great performance. The purpose of this comparison is to identify the method of calculating short-circuit that provides the feasibility of simplifying the calculation procedures, but also in the modeling of system components, electric power, continuously keeping a good accuracy of results within the tolerance limits. With this simplification can significantly reduce the time of simulations, the process of analysis and decision making more agile and efficient.

A automatização dos sistemas de distribuição de energia e a integração de energias renováveis são duas importantes iniciativas atuais em sistemas elétricos de potência. A redução no impacto ambiental e o baixo custo comparado às grandes plantas convencionais são fatores que motivam a conexão da geração distribuída nos sistemas de distribuição. Apesar dos benefícios ambientais e econômicos obtidos com esta nova tecnologia, esta pode influenciar na operação do sistema, conduzindo a impactos técnicos que devem ser identificados. O impacto mais visível encontra-se na alteração do fluxo de potência. O alto nível de geração distribuída altera a natureza das redes de distribuição, de redes passivas, com um único sentido de fluxo de potência, para redes ativas, onde a potência flui em vários sentidos. Por conseqüência, a magnitude e a direção das correntes de falta no sistema também são modificadas. Este fato requer um ajuste dos sistemas de proteção, os quais são geralmente concebidos para operar em uma rede puramente passiva. Diversas abordagens sobre localização de faltas fundamentadas na impedância para sistemas radiais foram apresentadas em anos recentes na literatura. Estas técnicas apresentam limitações quando aplicadas a sistemas de distribuição com a presença da geração distribuída. Algumas técnicas de localização de faltas fundamentadas na impedância de seqüência positiva foram recentemente desenvolvidas a fim de incluir a presença da geração distribuída. No entanto, os sistemas de distribuição são inerentemente desequilibrados e esta característica diminui a exatidão das técnicas baseadas nas componentes modais ou de seqüência. Motivado por estes fatos, o presente trabalho ilustra os desenvolvimentos propostos em uma metodologia de localização de faltas baseada na impedância aparente utilizando a representação do sistema por coordenadas de fase. O algoritmo propõe um modelo ativo do sistema caso a falta ocorra a montante da geração distribuída, estimando a contribuição de corrente da extremidade remota da seção faltosa. Além disso, este trabalho fundamenta-se na análise pré-falta do sistema, utilizada para a determinação das impedâncias equivalentes e para a estimativa da tensão interna da máquina. O método considera a tensão interna da máquina constante entre os períodos pré-falta e durante a falta, a fim de estimar a corrente de falta do gerador, possibilitando a atualização correta das tensões e correntes faltosas do sistema. A análise numérica é realizada através de simulações computacionais em um alimentador teste sem a presença de ramificações laterais sob diferentes níveis de geração distribuída. Os resultados são comparados com técnicas atuais que compõem o estado da arte de localização de faltas a fim de avaliar o impacto da geração distribuída nas referidas metodologias. Com base nesses resultados é possível apresentar algumas melhorias obtidas através das extensões propostas. / The automation for power distribution systems and integration of renewable energy are two important current initiatives on electric power systems. The reduction in environmental impact and low cost compared to large conventional plants are factors that motivate the connection of distributed generation in distribution systems. Despite the environmental and economic benefits obtained with this new technology, this can affect the system operation, leading to technical impacts to be identified. The most visible impact is the change in the power flow. The high level of distributed generation changes the nature of distribution networks, from passive networks with a single direction of power flow, for active networks, where power flows in various directions. Consequently, the magnitude and direction of fault currents in the system are also modified. This requires an adjustment of the protection systems, which are generally designed to operate in a purely passive network. Several approaches to fault location based on impedance to radial systems were reported in the literature. These techniques have limitations when applied to distributed generation systems. Some recent positive-sequence impedance based fault location algorithms have been developed to consider the presence of distributed generation. However, the distribution systems are inherently unbalanced and this reduces the accuracy of modal or sequence components based techniques. Motivated by these, this presents proposed developments on a apparent impedance-based fault location methodology using the system representation by phase coordinates. The algorithm proposes an active system model if the failure occurs forward to the distributed generation, estimating the contribution of current from the remote end section of the fault. Moreover, this work is based on analysis of the pre-fault system, used to determine the equivalent impedances and to estimate the machine internal voltage. The method treats the machine internal voltage as constant between the pre and the fault period, in order to estimate the fault current infeed by generator. Numerical analysis is carried out through computer simulations on a test feeder without the presence of ramifications at different levels of distributed generation. The results are compared with current techniques that make up the state of the art of fault location in order to assess the impact of distributed generation in these methodologies. Based on these results it is possible to make some improvements resulting from the proposed extensions.

This work demonstrates the theoretical and experimental feasibility of a induction generator to work as an attenuator of the harmonics in main generators of on the electric power system, i.e., the synchronous generators. The induction and synchronous machines were analyzed in physical terms and established mathematical modeling in the frequency domain in order to prove the purpose of the thesis. Computer simulations were also carried out in the time domain and laboratory tests were made to check levels of attenuation of current harmonics (THDi) in accordance with the maximum standardized voltage harmonic distortion (THDv). Furthermore, this work presents a study of technical and economical feasibility of a typical application. / Este trabalho demonstra a viabilidade teórica e experimental de um gerador de indução funcionar como um atenuador dos harmônicos nos geradores principais do sistema elétrico de potência, ou seja, os geradores síncronos. Foram analisadas as máquinas de indução e síncronas do ponto de vista físico e estabelecidas modelagens matemáticas no domínio da frequência, a fim de comprovar o objetivo da tese. Foram realizadas também´em, simulações computacionais no domínio do tempo e ensaios em laboratório para verificar os n´níveis de atenuação de harmônicos de corrente (THDi) em conformidade com os limites máximos de distorções harmônicas de tensão (THDv) normalizados. Apresenta-se também neste trabalho um estudo de viabilidade técnica e econômica de uma aplicação típica. / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The constant concern to meet the growing demand for electricity has provided several researches in different areas in order to obtain new forms of power generation. In this context, distributed generation has emerged as a promising source of electricity located closely to consumer. Therefore, this work has as main objective to analyze the regulatory incentives for the use of distributed generation in Brazil, clearly display the current national legislation of this sector, report the future prospects to regulate this type of generation and assess the contributions of a distributed generation unit connected to a distribution feeder. Initially, it are considered the various descriptions and definitions for distributed generation, as well as concepts and differences between centralized and distributed generation. For a better understanding of distributed generation it is also presented the most prominent advantages and disadvantages of using such generation and the main energy sources that can be used in distributed generation whether renewable or non-renewable. In sequence, Brazilian laws that have contributed to promote the use of distributed generation in this country are presented in detail. It is also addressed the technical standards of the leading electricity distributors in Brazil, since the preparation of such regulations is determined by law. Comparisons are also made between national and foreign standards and presented the future prospects for the Brazilian law of this sector. To evaluate the effects of distributed generation in a distribution feeder, simulations of common disturbances are performed in an electric power system. They are: three-phase short-circuit, phase-to-ground short-circuit, islanding of part of the electrical system and load increase. All case studies are prepared and run with ATP software. To help the analysis, the distributed generator is first disconnected and after connected to the system. / A preocupação constante em atender à crescente demanda de energia elétrica tem proporcionado várias pesquisas em diversas áreas com a finalidade de obtenção de novas formas de geração de energia elétrica. Neste contexto, a geração distribuída tem se apresentado como uma fonte promissora de eletricidade localizada próxima do consumidor. Dessa forma, este trabalho possui como principal objetivo analisar os incentivos regulatórios para a utilização da geração distribuída no Brasil, apresentar de forma clara a legislação nacional vigente desse setor, relatar as perspectivas futuras para regular esse tipo de geração e avaliar as contribuições de uma unidade de geração distribuída conectada a um alimentador de distribuição. Inicialmente, são abordadas as várias denominações e definições destinadas a geração distribuída, assim como conceitos e diferenças entre geração centralizada e geração distribuída. Para a melhor compreensão da geração distribuída também são apresentadas as vantagens e desvantagens de maior destaque na utilização desse tipo de geração e as principais fontes energéticas, renováveis ou não, que podem ser empregadas na geração distribuída. Em sequência, são apresentadas detalhadamente as legislações brasileiras que têm contribuído para incentivar a utilização da geração distribuída no país. São abordadas as normas técnicas das principais distribuidoras de energia elétrica do Brasil, desde que a elaboração dessas foi determinada por lei. Comparações são também realizadas entre as normas nacionais e estrangeiras e apresentadas as perspectivas futuras para a legislação brasileira desse setor. Com a finalidade de avaliar os efeitos da geração distribuída em um alimentador de distribuição, são realizadas simulações de distúrbios comuns no sistema elétrico de potência, como: curto-circuito trifásico, curto-circuito fase terra sólido, ilhamento de parte do sistema elétrico e aumento de carga. Todos os estudos de casos são preparados e processados com o software ATP. Para auxiliar na análise, o gerador distribuído é primeiramente desconectado e depois conectado ao sistema. / Mestre em Ciências

The purpose of this paper is to show that the software ScicosLab can be used as an interesting and effective computational tool to analyze the automatic generation control of electric power systems. Firstly it is presented the software and, afterwards, the concepts and definitions of rotational movements in order to develop mathematical models for the generators equipped with steam turbines or hydraulic turbines and speed governors, and for their electrical loads. For the studies it is used a system comprised by two distinct interconnected areas where a load increase in one area is simulated without/with the tieline, ignoring, and then considering the primary and supplementary controls. Finally, it is analyzed a more realistic system with three distinct areas extracted from the Brazilian power system. The computational results show graphically the variations of the two main quantities of interest: the frequency of each area of the system and the tieline power. These quantities allow the evaluation of the system behavior after a disturbance that affects the generation-load balance. Within the above context, it is verified that the ScicosLab computer package effectively models and simulates the load-frequency control of power systems, qualifying, therefore, as an excellent alternative to replace any similar program which requires license payment. / A proposta deste trabalho é mostrar que o software ScicosLab pode ser utilizado como uma ferramenta computacional, interessante e eficaz, para analisar o controle automático de geração de sistemas elétricos de potência. Inicialmente é apresentado o software e, em seguida, os conceitos de movimentos rotativos que permitem desenvolver os modelos matemáticos para os geradores equipados com turbinas a vapor ou hidráulica e reguladores de velocidade, e para suas cargas elétricas. Para possibilitar os estudos é utilizado um sistema constituído por duas áreas distintas interligadas, onde é simulado um aumento de carga em uma destas áreas, sem e com a linha de interligação, desconsiderando e, em seguida, considerando os controles primário e suplementar. Finalmente, analisa-se um sistema mais realístico com três áreas distintas extraído do sistema elétrico brasileiro. Os resultados computacionais mostram graficamente as variações das duas principais grandezas de interesse: a frequência de cada área do sistema e a potência da linha de interligação. Estas grandezas permitem avaliar o comportamento do sistema após uma perturbação que afeta o balanço geração-carga. Considerando o exposto acima, constata-se que o pacote computacional ScicosLab modela e simula eficazmente o controle carga-frequência de sistemas elétricos de potência, qualificando-se, portanto, como uma excelente alternativa para substituir qualquer programa similar que exige pagamento de licença. / Mestre em Ciências