Documento confidencial. Não pode ser disponibilizado para consulta / Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2007. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Orientador: Luís Carlos Origa de Oliveira / Co-orientador: João Luiz Afonso / Co-orientador: Priscila da Silva Oliveira / Banca: Júlio Borges de Souza / Banca: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Arnulfo Barroso de Vasconcellos / Resumo: Com vistas à mitigação das distorções harmônicas, sempre que possível, são adotadas medidas operacionais relacionadas à adequação das cargas geradoras de harmônicas, fazendo-se uso de tecnologias menos poluentes, multiplicação do número de pulsos em instalações conversoras de grande porte, alteração da topologia das redes elétricas, entre outras. Ocorre, que, em diversas vezes, tais medidas são inviáveis sob o ponto de vista econômico, ou mesmo insuficientes para garantir o funcionamento adequado do sistema e/ou atender os limites estabelecidos pelas normas e recomendações técnicas. Nesses casos, torna-se indispensável o uso de equipamentos especiais para atenuação de distorções harmônicas. O uso de filtros e dispositivos de compensação constituem as técnicas mais aplicadas para redução das componentes harmônicas. Essas técnicas podem ser separadas em dois grandes grupos, dependendo do modo operacional, ativo ou passivo, sendo ambos amplamente conhecidos e aplicados nos mais distintos setores da engenharia. Considerando a aplicação de estruturas compensadoras em sistemas elétricos a quatro fios com carregamentos monofásicos não lineares, apresenta-se nesta tese um novo arranjo de compensação harmônica que incorpora simultaneamente filtragem ativa e passiva, e que apresenta todas as funcionalidades no que tange à compensação harmônica de um filtro ativo de quatro braços. Nessa perspectiva, a filtragem harmônica das componentes de sequências positiva e negativa é realizada por um filtro ativo de três braços, enquanto que, a filtragem das harmônicas homopolares fica atribuída ao supressor eletromagnético de sequência zero. Considerando o mesmo nível de potência a ser processado, presume-se que os custos dos dispositivos eletromagnéticos sejam menores quando comparados aos dispositivos de estado sólido, notadamente as chaves eletrônicas e ... / Abstract: With a view to mitigate harmonic distortion, whenever possible are adopted operational attitudes related to the suitability of harmonic generating loads, making use of cleaner technologies, multiplying the number of pulses in large converting installations, changes in electric grid topology, among others. Occurs that, in several times, such attitudes are not feasible under the economic point of view or even insufficient to ensure proper system operation and/or meet the limits set by standards and technical recommendations. In these cases, it becomes necessary to use special equipments to mitigate harmonic distortion. The use of filters and compensation devices constitute the techniques applied to reducing harmonic components. These techniques can be separated into two major groups, depending on the operating mode, active or passive, both widely known and applied in the most diverse sectors of engineering. Considering the expectation of compensating structures application in four-wire electrical systems with single-phase nonlinear loads, this thesis presents a new arrangement of harmonic compensation that incorporates both active and passive filtering, and that presents all the features regarding the harmonic compensation of a four-arm active filter. In this perspective, the harmonic filtering of positive and negative sequences components is performed by a three-arm active filter, while the filtering of zero sequence harmonics is attributed to the electromagnetic zero sequence suppressor. Considering the same power level to be processed, it is assumed that the costs of electromagnetic devices are smaller when compared to solid state devices, notably the electronic switches and sensors, which can be eliminated of the four-arm active filter when the responsibility to compensate homopolar harmonic is of the electromagnetic suppressor, which is a robust and reliable device. This thesis, therefore, ... / Doutor

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Marcelo Escobar de Oliveira / Resumo: Uma nova abordagem do controle integrado de tensão e reativos para a operação de redes de distribuição de média tensão é proposta neste trabalho, com vistas a explorar o problema de economia de energia e redução do pico de demanda através da redução da tensão da rede, procedimento chamado de "Conservation Voltage Reduction" (CVR). Amplas aplicações de CVR podem fornecer benefícios significativos em termos técnicos, econômicos e ambientais. Porém em alguns casos, devido às variações inesperadas, importantes desvios de tensão podem aparecer e causar níveis de tensão indesejáveis. Portanto, este trabalho visa mitigar o problema da aplicação de redução de tensão via otimização multiobjetivo, usando um algoritmo genético. A proposta apresentada é para a fase de operação, levando em conta a redução da injeção de potência ativa e o desvio na tensão, com uma estratégia baseada em uma previsão de carga com um dia de antecedência e considerando a atuação de transformadores com On Load Tap Changer (OLTC), reguladores de tensão automáticos, bancos de capacitores e a presença de geração distribuída (GD) na rede de distribuição. Assim, o resultado é um conjunto de soluções ótimas não dominadas (fronteira de Pareto) e o decisor (decision maker) pode escolher quando, como e onde aplicá-las para alcançar diferentes objetivos / Abstract: A new approach for the integrated Volt-Var control (IVVC) for medium voltage distribution networks operation is proposed here, seeking to explore the problem of energy savings and peak demand relief through the voltage reduction procedure called Conservation Voltage Reduction (CVR). Wide applications of CVR can provide significant benefits on technical, economic and environmental terms. However, in some cases, due to unexpected variation, significant voltage deviations may appear and cause undesirable voltage levels. Therefore, this paper seeks to mitigate the problem of voltage reduction application via multiobjective optimization. The proposal presented here is for the operation phase, taking into account the active power intake reduction and the voltage deviation, with a strategy based on a day ahead load forecast and considering the presence of transformers with On Load Tap Changer (OLTC), automatic voltage regulators, capacitor banks and distributed generation,. Therefore the result is a set of non-dominated optimal solutions (Pareto front), and the decision maker may decide when, where and how to apply them to meet different goals / Mestre

A forte expansão da geração eólica é uma tendência mundial que altera a estrutura, o planejamento, a operação e a dinâmica dos sistemas de potência. Dessa forma, é importante que as unidades de geração eólica assumam responsabilidade pela confiabilidade e estabilidade do sistema de potência. Um bom desempenho transitório e uma boa margem de estabilidade para o sistema de potência dependem de estudos técnicos e da utilização de estratégias adequadas de controle. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a inclusão de uma malha de controle suplementar em unidades eólicas de geração baseadas em gerador de indução duplamente alimentado. O objetivo da malha de controle suplementar proposta é melhorar a margem de estabilidade a pequenas perturbações de unidades eólicas e do sistema de potência. Controladores de amortecimento para a malha de controle suplementar proposta são projetados para amortecer as oscilações eletromecânicas causadas por unidades eólicas e por unidades de geração convencionais baseadas em gerador síncrono. Uma análise para definir a melhor entrada de controle para a inclusão da malha de controle suplementar da unidade de geração eólica é feita usando resíduos da função de transferência. As análises e testes são realizados usando dois sistemas diferentes: sistema composto por uma única unidade eólica conectada a um barramento infinito e sistema constituído por uma unidade eólica e uma unidade de geração convencional baseada em gerador síncrono conectadas a um barramento infinito. Duas diferentes metodologias são adotadas para o projeto/síntese do controlador da malha de controle suplementar. Uma metodologia de projeto é baseada na teoria de controle clássico e a outra metodologia baseia-se na teoria de controle modernorobusto. Os resultados obtidos mostram que a inclusão da malha de controle suplementar proposta foi eficaz na melhoria da margem de estabilidade a pequenas perturbações do sistema de potência. Esses resultados demonstram também que unidades eólicas baseadas em gerador de indução duplamente alimentado podem contribuir com a melhoria da margem de estabilidade do sistema de potência. / The strong expansion of wind generation is a global trend that changes the structure, planning operation and dynamics of power systems. Thus, it’s important that the units of wind generation take responsibility for the reliability and stability of power system. A good transient performance and good degree of stability for the power system depend of technical studies and of the use of appropriate strategy controls. In this context, this study proposes the inclusion of a additional control loop on generating wind turbines based on doubly fed induction generator. The purpose of the proposed additional control loop is to improve the stability margin to small perturbations of wind turbines and power system. Damping controllers for the proposes additional control loop are designed to damp the oscillations caused by the wind turbines and conventional generating units based on synchronous generator. An analysis to determinate the best control input for the inclusion of the control loop further wind power generation unit is performed using waste transfer function. The analyses and tests are performed using two different test systems: system comprising a single wind unit connected to a infinite bus and a system comprising a wind unit and a wind power generation based on the conventional synchronous generator connected to an infinite bus. Two different methods are adopted for the project / synthesis of the controller of the additional control loop. A project methodology is based on classical control theory and the other is based on modern-robust control theory. The obtained results show that the inclusion of additional control loop was efficient in improving the stability margin of small perturbations of the power system. These results also demonstrate that wind turbines based in doubly fed induction generator can contribute to improving the stability margin of the power system.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-12Bitstream added on 2014-06-13T20:00:54Z : No. of bitstreams: 1 galottojunior_l_dr_ilha.pdf: 4476807 bytes, checksum: 6b445a43391312cea56e205272fe3d9c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho consiste no desenvolvimento e avaliação de conversores eletrônicos de potência para utilização de painéis fotovoltaicos, com conexão à rede de distribuição de energia elétrica em corrente alternada. No cenário de gerações fotovoltaicas as filosofias iniciais, as quais consistiam na instalação de grandes Arrays (associações série e paralelo) de painéis solares utilizando um único conversor centralizado, cariam em desuso devido à baixa eficiência e à impossibilidade de operar todos os painéis simultaneamente no ponto de máxima potência (MPP). Ao mesmo tempo, esta estratégia não permitia a instalação gradativa de painéis exigindo um alto investimento inicial. Estes são alguns dos motivos que levam a pesquisas mais recentes com conversor dedicado ao painel, que possa até ser integrado e comercializado como um único equipamento, denominado de Módulo CA fotovoltaico. Estes módulos seriam painéis fotovoltaicos prontos para a conexão à rede, com conversor que explore melhor o MPP, permitindo a modularidade, a confiabilidade e a facilidade da instalação. Por segurança, o conversor também precisa se desconectar da rede automaticamente na presença de falhas, para evitar a ocorrência do fenômeno conhecido como ilhamento. A dificuldade de construção destes módulos CA se concentra fundamentalmente do desenvolvimento do conversor de eletrônica de potência, também denominado de microinversor, por trabalhar em potências de até 300 W, compatível com a potência máxima de painéis fotovoltaicos comerciais. Para atender a esta aplicação, o conversor requer diversas características, entre as principais estão: baixo custo, alto rendimento e, especialmente, vida útil compatível com a do painel. Neste contexto, este trabalho utiliza conversores com integração de estágios... / This work aims the development and evaluation of power electronic converters to be used with photovoltaic (PV) modules connected to the alternating current electric energy distribution grid. In the scenario of photovoltaic generation, the initial philosophies, which were based on large PV solar arrays using a centralized converter, has became unused due to the low efficiency and the impossibility to operate all panels simultaneously on the maximum power point (MPP). At the same time, it is not possible the gradual installation of PV modules and is mandatory a high initial investment. These are some reasons that leaded more recent researches of panel dedicated converter, which could be embedded and sold as a single equipment, called photovoltaic AC module. These modules are PV panels ready for grid connection, with a converter that works at the MPP for each panel. This allows modularity, reliability and ease of installation. For safety reasons, the converter also has to disconnect from the grid automatically once a grid failure is detected, to avoid the phenomenon known as islanding. The construction of these modules is fundamentally a problem for power electronic converter development. This converter is also called micro-inverter due to the nominal power up to 300 W, compatible with commercially available PV panels. The converter needs several features to achieve this application, among them: low cost, high efficiency and, especially, lifetime compatible with the panels. In this context, this work uses converters with integration of stages (DC + AC), aiming to achieve the main requirements needed to turn them into a feasible alternative to the presented application. The main contribution of this work is a novel control strategy which is not found in the literature, which allows independent input-output... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-24Bitstream added on 2014-06-13T20:21:19Z : No. of bitstreams: 1 miasaki_ct_dr_ilha.pdf: 4264190 bytes, checksum: aa13641c4404cb4641abe16d38b39869 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho de pesquisa tem-se a finalidade investigar, propor e testar a viabilidade técnica, de novos modelos matemáticos aplicados ao problema de planejamento da expansão do sistema de transmissão de energia elétrica a longo prazo. A motivação se deve ao fato que os modelos matemáticos estáticos mais utilizados para representar este problema têm como estratégia adicionar, no processo de expansão, somente linhas de transmissão e transformadores convencionais. Para tanto, busca-se inserir e avaliar tecnicamente os controladores flexíveis de transmissão em corrente alternada (do inglês, Flexible Alternating Current Transmission Systems - FACTS) como elementos do processo de expansão do sistema, juntamente com as linhas de transmissão e os transformadores convencionais, nos modelos matemáticos propostos. Neste trabalho, adicionam-se controladores FACTS com a intenção de obter uma melhor distribuição dos fluxos de potência ativa no sistema e, como conseqüência, contribuir para uma redução do custo de investimento em novas linhas de transmissão. Portanto, a metodologia proposta é um procedimento que incorpora inovações em relação à literatura existente. Os impactos da adição dos controladores FACTS na rede são analisados através dos resultados das simulações computacionais feitas com as metodologias propostas e realizados com o sistema teste IEEE 24 barras, com cinco planos de geração. Com o intuito de encontrar a alocação ótima dos equipamentos no sistema, foram desenvolvidos e implementados algoritmos genéticos especializados... / This work is aimed at investigating, proposing and testing the technical viability of new mathematical models applied to the long-term power transmission system expansion planning problem. It was motivated due to the fact that most used static mathematical models for representing this problem have as strategy to add, within the expansion process, only transmission lines and conventional transformers. Therefore, this work is focused on the technical evaluation and insertion of FACTS devices as elements of the system expansion process, along with transmission lines and conventional transformers, in the considered mathematical models. FACTS devices will be added aimed at obtaining a better distribution of the active power flows in the system and, consequently, contributing to diminish investment costs due to new transmission lines. Thus, proposed methodology incorporates innovations respect to existing literature. Impacts due to the addition of FACTS devices in the network are analyzed through simulations carried out with the proposed methodology considering the test system IEEE 24, with five generation units. In order to find the optimal placement of such devices in the system, specialized genetic algorithms were developed and implemented. Results indicate an excellent performance of the proposed methodologies and models.