Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:06:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-24T20:24:25Z : No. of bitstreams: 1 318327.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / O planejamento e a operação de Sistemas de Energia Elétrica (SEE) são baseados nos resultados de simulações computacionais nas quais os elementos da rede elétrica são representados por modelos matemáticos. Portanto, a qualidade dos modelos e dados utilizados nessas simulações é essencial para garantir uma operação segura, confiável e econômica dos SEE. A partir do desenvolvimento da tecnologia de Medição Fasorial Sincronizada surge uma nova e valiosa ferramenta para a melhoria na realização da validação de modelos em SEE. Isto porque, a disponibilidade de medidas sincronizadas de grandezas elétricas em instalações distantes geograficamente e a altas taxas de amostragem (da ordem de 60 amostras/segundo), pelos Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada (SPMS - Synchronized Phasor Measurement Systems), melhora consideravelmente a observabilidade da dinâmica dos SEE, e, sobretudo, fornece a infraestrutura necessária para a realização de estudos de validação, utilizando a abordagem de Validação de Modelos de Sistemas (System Wide Model Validation), onde todo o sistema é representado. Neste trabalho, o uso da Medição Fasorial Sincronizada na validação de modelos e dados de SEE é abordado. Os principais aspectos e o estado atual das práticas de validação de modelos utilizando essa tecnologia são discutidos. Um estudo de validação de modelos e dados do Sistema Interligado Nacional (SIN) é também realizado utilizando a abordagem de Validação de Modelos de Sistemas. Dados obtidos do registro de eventos ocorridos no SIN por um SPMS de baixa tensão, com PMUs (Unidades de Medição Fasorial) instaladas em 15 universidades pelo Brasil, cobrindo as cinco regiões geográficas do país, foram utilizados para a validação. Os resultados desse estudo de validação confirmam o potencial da aplicação da tecnologia de medição fasorial sincronizada e o seu valor para a validação de modelos em SEE. A qualidade dos modelos e ferramentas de simulações utilizadas nas análises de transitórios eletromecânicos e estabilidade a pequenas perturbações do SIN também pode ser avaliada a partir desses resultados. O estudo também identifica melhorias necessárias a fim de que a metodologia de Validação de Modelos de Sistemas seja incorporada com sucesso como uma ferramenta para o planejamento e operação do Sistema Interligado Nacional. <br> / Abstract: The Power Systems planning and operation are based on results of computer simulations in which the elements of the grid are represented by mathematical models. Therefore, the quality of the models and data used in these simulations is essential to ensure a safe, reliable and economical operation of Power Systems. From the development of the Synchronized Phasor Measurement technology emerges a new and valuable tool for improving the realization of Power Systems model validation. This is because the availability of synchronized measurements of electrical quantities in geographically distant facilities and at a high sampling rate (approximately 60 samples per second), by the Synchronized Phasor Measurement Systems (SPMS), improves the observability of the Power Systems dynamics, and provides the necessary infrastructure for conducting validation studies, using the approach of System Wide Model Validation, where the entire system is modeled. In this work, the use of Synchronized Phasor Measurement in Power System model and data validation is tackled. The main aspects and the current state of practice of model validation using this technology are discussed. A validation study of the models and data of the Brazilian Interconnected Power System (SIN) is also performed using the Systems Wide Model Validation approach. Data acquired by a Low Voltage Phasor Measurements System (LVPMS), with PMUs (Phasor Measurement Units) installed in fifteen universities throughout Brazil, covering the five geographic regions of the country, were used for the validation. The results of this validation study confirm the potential of the application of the synchronized phasor measurement technology and its value for Power System model validation. The quality of the models and simulation tools used in the analysis of electromechanical transients and small-signal stability of the Brazilian Interconnected Power System can also be evaluated from those results. The study also detects needed improvements in order that the methodology of System Wide Model Validation be incorporated successfully as a tool for the planning and operation of the Brazilian Interconnected Power System.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319073.pdf: 1262902 bytes, checksum: 56fa916085b19ef278e66d4ab6e31fb4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho propõe a extensão do método de Coestimação Linear de Estados e Topologia para o modelo completo da rede elétrica, ou seja, o modelo não-linear. O método proposto consiste em estimar conjuntamente as variáveis analógicas e a topologia do sistema de potência. A viabilização deste procedimento é possível mediante a formulação do problema de estimação de estados como um problema de otimização multi-objetivo no qual considera-se tanto os resíduos das medidas analógicas quanto as restrições operacionais relativas aos status dos ramos chaveáveis. Realiza-se a formulação da função custo multi-objetivo combinando o critério dos mínimos quadrados ponderados (MQP), que modela os resíduos das medidas de estimação, e o critério dos mínimos valores absolutos (MVAP), que modela as restrições operacionais impostas pelos dispositivos chaveáveis (abertos/fechados) da subestação. Utiliza-se o método primal-dual de pontos interiores para obter a solução do problema de otimização. O algoritmo proposto é desenvolvido passo a passo para um sistema-teste de pequeno porte. Posteriormente o desempenho e a eficácia da ferramenta computacional são avaliados na aplicação a três sistemas de maior porte, dos quais dois são os sistemas-teste IEEE de 24 e 30 barras, e o terceiro é um sistema real da Companhia Paranaense de Energia Elétrica (COPEL). Os resultados obtidos demonstram que a abordagem considerando o modelo não-linear para a rede elétrica é perfeitamente viável e promissora no que tange à estimação simultânea das variáveis de estado analógicas e da topologia. <br> / This work proposes the extension of the linear state and topology coestimation method to allow its application in connection with a complete, nonlinear model for the electric network. The proposed method consists of jointly estimating analog variables and power system topology. The feasibility of this procedure is achieved by formulating the state estimation problem as a multi-objective optimization problem which considers both the analog measurement residues and the operational constraints related to the switchable branches status. The multi-objective cost function is a combination of the weighted least squares (WLS) criterion based on the estimation residues, and the weighted least absolute value (WLAV) criterion applied to the operational constraints imposed by the statuses of the substation switching devices. The method employs primal-dual interior point method for solving the optimization problem. The proposed algorithm is presented step-by-step by using a small test system. Then, performance and effectiveness of the methodology are evaluated through its application to three larger systems, two of them derived from the IEEE-24 bus and IEEE-30 bus test systems, and a third one based on a real system of the Companhia Paranaense de Energia Elétrica (COPEL). The results demonstrate that State and Topology Coestimation considering a non-linear network model is perfectly feasible and a promising approach for real-time power system modeling.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-31T03:10:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343952.pdf: 2393564 bytes, checksum: 46f27fbdec987d06c30b392e634552ff (MD5) Previous issue date: 2016 / A avaliação do desempenho dos Sistemas Elétricos de Distribuição é baseada normalmente em indicadores de continuidade e em medições de qualidade de energia. Geralmente, estas avaliações são executadas através de mecanismos distintos, onde a continuidade é analisada por observações passadas da performance da rede e/ou por simulações preditivas, enquanto que a qualidade de energia é avaliada através de um programa de medições eletrônicas. De fato, os conceitos de confiabilidade e qualidade de energia são atualmente dissociados, principalmente quando o desempenho dos sistemas de distribuição é avaliado. Entretanto, a presente diversidade de cargas e fontes, com uma maior sensibilidade a variações de tensão, requer uma maior abrangência das ferramentas de análise de sistemas de potência, considerando tanto aspectos da continuidade quanto os da qualidade de energia. Para abordar o desempenho dos sistemas de distribuição avaliando a ausência de tensão como também fenômenos de distorção que afetam a forma de onda da tensão, há necessidade de ampliar o escopo da modelagem atualmente utilizada para esta avaliação. Dessa forma, a proposta desta dissertação passa por uma análise da modelagem da rede de distribuição e seus impactos na avaliação conjunta da confiabilidade e da qualidade de energia. Em adição, avalia-se o impacto do modelo geométrico da rede nos índices de qualidade de energia e são propostas novas abordagens para avaliação do curto-circuito probabilístico em sistemas de distribuição. A ideia básica, portanto, é incluir uma representação probabilística do curto-circuito e um algoritmo de formação da matriz de admitância nodal na representação sequencial de Monte Carlo com o intuito de avaliar os índices de confiabilidade, qualidade de energia e de curto-circuito através de estimativas e de distribuições de probabilidade. A metodologia proposta é aplicada no sistema-teste IEEE 34 nós e a validação da matriz de admitância nodal é dada pelo cálculo das correntes de curto-circuito no sistema-teste IEEE 13 nós.<br> / Abstract : Distribution Power System performance assessment is usually based on continuity indicators and power quality measurements. Generally, these evaluations are performed using distinct mechanisms, where continuity is assessed by past network performance observations and/or predicted simulation, whereas power quality is evaluated through an electronic measurements program. In fact, the concepts of reliability and power quality are currently dissociated, mainly when distribution power system performance is assessed. However, the current diversity of loads and sources, with more sensitivity to voltage variations, requires a wider ranging of power system analysis tools, considering both aspects of continuity and power quality. To address distribution systems performance by evaluating the voltage absence as also distortion phenomena affecting the voltage waveform, there is need to expand the scope of the currently modeling used for this assessment. Thus, this work proposes a distribution network modeling analysis and its impacts on reliability and power quality joint assessment. In addition, the impact of the network geometric model on power quality indices is assessed and new approaches for probabilistic short-circuit evaluation on distribution systems are proposed. The main idea is, then, to include a probabilistic short-circuit representation and a bus admittance matrix assembling algorithm into a sequential Monte Carlo representation in order to evaluate reliability, power quality and short-circuit indices through estimates and probability distributions. The proposed methodology is applied to the IEEE test feeder with 34 nodes and the bus admittance matrix validation is acquired by short-circuit currents calculation on the IEEE test feeder with 13 nodes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T16:23:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 197468.pdf: 14614571 bytes, checksum: dfd09f23e1ae2d4456a2d37c269d62f0 (MD5) / O planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos com predominância hidrelétrica possui características matemáticas as quais determinam que o problema correspondente seja solucionado de forma aproximada a partir de três outros problemas: planejamento da operação de médio prazo e de curto prazo, e a programação da operação energética. Os problemas referentes às etapas de médio e curto prazo possuem um ferramental bastante desenvolvido, sendo resultado do desenvolvimento técnico-metodológico obtido no setor elétrico ao longo das três últimas décadas. Todavia, desenvolvimento semelhante não ocorreu com o problema da programação, cujas principais contribuições têm sido restritas a sistemas termelétricos. Este trabalho visa fornecer uma contribuição para os aspectos ligados a formulação e solução do modelo da programação da operação, onde a modelagem do sistema hidrelétrico recebe atenção especial devido à predominância desse recurso no sistema brasileiro. Assim, neste trabalho é proposta uma modelagem detalhada da função de produção das unidades hidrelétricas que leva em consideração as não-linearidades presentes na cota de jusante, perdas hidráulicas, rendimentos do grupo turbina-gerador e, adicionalmente, a existência de múltiplos estados operativos relacionados com as zonas proibidas de operação. O problema resultante é de natureza não-linear, inteira-mista e de grande porte. Nesse sentido, este trabalho faz uso de diversas técnicas de programação matemática que decompõem o problema original em uma série de subproblemas mais simples de serem solucionados. Uma configuração hidrelétrica realista é utilizada para ilustrar o desempenho da estratégia de solução, aplicada ao problema hidrelétrico, onde as viabilidades conceitual e prática do modelo proposto podem ser comprovadas a partir da qualidade das soluções e dos tempos de processamento observados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-20T18:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199280.pdf: 712104 bytes, checksum: 6c2c3cea7c3619bbbc8de1c2a6c6b0b7 (MD5) / O Planejamento da Operação Energética possui o objetivo de determinar uma estratégia de geração que minimize o valor esperado dos custos operativos durante um período de planejamento, respeitando restrições operativas do sistema. Este planejamento da operação pode ser dividido em: estudos de mais longo prazo e planejamento de curto prazo. Com relação ao planejamento de curto prazo, no caso de sistemas fortemente hidrelétricos, a modelagem da geração deve ser a mais realista possível, traduzindo com precisão o comportamento físico dos diversos tipos de unidades geradoras. Consequentemente, o problema de planejamento de curto prazo torna-se de difícil solução. Neste problema, é utilizada a técnica de Relaxação Lagrangeana para decompor este problema em uma série de subproblemas menores e mais simples de serem resolvidos. Entre eles, o subproblema de Despacho de Unidades Geradoras Hidrelétricas que define os níveis de geração das unidades. Este subproblema é de natureza não-linear e contínua. O objetivo deste trabalho é contribuir para solução dos subproblemas de despacho, utilizando a modelagem realista deste tipo de geração e desenvolvendo um algoritmo de otimização que solucione problemas de programação não-linear com restrições e aplicando esse algoritmo à algumas usinas hidrelétricas do parque gerador brasileiro. Para tanto, utilizam-se os métodos de Lagrangeano Aumentado e Quase-Newton na construção desse algoritmo. O algoritmo desenvolvido é testado para resolver o problema de despacho das usinas de Salto Osório e Tucurui.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T23:16:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199328.pdf: 2272968 bytes, checksum: 3be5c8cd446179c27dc5e64fe2a8a28b (MD5) / Esta tese apresenta propostas para o aumento da margem de estabilidade transitória pós-falta de sistemas elétricos com grande integração de parques eólicos, que incluem o uso do controle do ângulo de passo nos sistemas eólicos de velocidade fixa, e dos geradores assíncronos duplamente excitados com conversores estáticos bidirecionais conectados ao enrolamento do rotor (DFIG) nos esquemas eólicos de velocidade variável. O modelo físico dos parques eólicos, consistindo de um grande número de turbinas eólicas, foi implementado através de uma ferramenta de simulação dinâmica original, desenvolvida no ambiente computacional MATLABTM. O primeiro estágio no processo de simulação foi modelar os componentes individuais do sistema com um grau apropriado de complexidade. Para validação dos modelos desenvolvidos e do software foram realizadas simulações computacionais utilizando uma rede elétrica de distribuição do IEEE, em duas configurações distintas. A partir dos resultados obtidos, foi demonstrado que a estabilidade pós-falta dos aerogeradores pode ser aumentada pela redução temporária da potência mecânica das turbinas nos sistemas eólicos de velocidade fixa. Através do uso do controle do ângulo de passo, o balanço entre os torques mecânico e elétrico é mantido, o que resulta no aumento da estabilidade transitória dos geradores eólicos. Para redes elétricas com grande integração de parques eólicos, é demonstrada a diferença significativa existente entre os comportamentos transitórios dos sistemas eólicos de velocidade variável que adotam o DFIG, em relação aos sistemas eólicos de velocidade fixa com geradores de indução em gaiola. Esta diferença de comportamento se deve à capacidade dos dois reguladores de corrente do rotor do DFIG em controlar o torque elétrico e a potência reativa da máquina eólica. Tal aspecto é claramente observado após a ocorrência de faltas severas na rede, como curto-circuito. É também considerada a influência dos geradores eólicos de velocidade fixa e variável, na margem de estabilidade transitória dos geradores síncronos conectados à rede elétrica.Os resultados apresentados confirmam a eficácia das estratégias de controle adotadas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T02:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208821.pdf: 5751127 bytes, checksum: acbf88d72607c25a58195698afc475c6 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação do controle de um retificador pré-regulador trifásico PWM de três níveis, com aplicação em telecomunicações. O controle foi efetivado por meio da técnica de controle digital, mediante o uso de Processador Digital de Sinais (DSP # Digital Signal Processor), visando obter um conversor CA-CC trifásico com fator de potência unitário e tensões de saída reguladas e equilibradas. Para atingir os objetivos propostos, buscaram-se informações e soluções pertinentes à operação e ao controle adequado do conversor, que envolveram o estudo dos seguintes temas: técnicas e estratégias de controle digital, ambientes computacionais e ferramentas para o desenvolvimento com DSP, malhas de controle para regulação e equilíbrio das tensões nas saídas e malhas de controle para imposição da corrente de entrada senoidal. A proposta teve como foco a utilização do DSP no controle digital do conversor CA-CC. Ao longo deste trabalho são mostrados exemplos de projetos e resultados de simulações, que exibem o comportamento do conversor. São apresentados também os resultados dos principais algoritmos desenvolvidos e implementados com vistas à aplicação em conversores CA-CC trifásicos. Por fim, trata-se dos protótipos construídos, com os quais obtiveram-se vários resultados experimentais que demonstraram a adequada operação dos conversores controlados por DSP.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T06:52:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199916.pdf: 1192362 bytes, checksum: 68d7db51171e61559daa688c3630f8ef (MD5) / A presente dissertação de mestrado descreve os resultados de uma investigação sobre a modelagem e a implementação de aplicações computacionais sob o paradigma de uma nova filosofia de desenvolvimento de software para sistemas de energia elétrica (SEE). Neste contexto utilizam-se abstrações bem definidas, uma base computacional capaz de representar as mais diversas instâncias do SEE, a Unified Modeling Language (UML) para a documentação e padrões de projeto orientados a objeto. No âmbito das abstrações há uma nítida separação entre a representação de elementos físicos, aplicações de análise e módulos de funções específicas. Neste trabalho, os instrumentos descritos foram utilizados na modelagem e implementação de três metodologias de análise da operação de SEE: (i) cálculo de fluxo de potência, modelos Newton-Raphson e Desacoplado-Rápido; (ii) avaliação da segurança dinâmica usando modelagem detalhada; (iii) seleção e classificação de contingências críticas usando modelagem simplificada e ambiente de processamento paralelo. O projeto e a implementação das aplicações foram realizados com os recursos da base computacional e com o aproveitamento de códigos já desenvolvidos e testados. O escopo dos resultados deste trabalho compreende o processo de desenvolvimento de software propriamente dito e o desempenho computacional específico das aplicações implementadas. No primeiro caso destacam-se a verificação das facilidades propiciadas pela base computacional à incorporação de novas metodologias de análise de SEE bem como a geração de aplicações computacionais de fácil manutenção e incorporação de novos modelos e equipamentos. Na avaliação do desempenho computacional foram realizadas simulações com três configurações do sistema elétrico das regiões sul e sudeste do Brasil, obtendo-se resultados comparáveis ao de programas tradicionalmente empregados no setor elétrico brasileiro.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:18:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190704.pdf: 847757 bytes, checksum: d1a860450bf545ebc47c39103bd84cb6 (MD5) / O problema de planejamento da operação de curto prazo consiste em definir um conjunto ótimo de unidades geradoras que deve estar operando, bem como o seu nível de geração, para atender a demanda e reserva do sistema, a cada hora, respeitando as restrições operativas das unidades, surgindo o problema de unit commitment. Sendo o sistema eletro-energético brasileiro formado basicamente por fontes geradoras de origem hidráulica, este trabalho oferece mais detalhes sobre a modelagem das unidades hidrelétricas, bem como do tratamento matemático resultante dessa modelagem. O problema matemático resultante é não-linear, inteiro-misto e de grande porte, não sendo prática sua solução na forma primal, necessitando de técnicas de decomposição, como a Relaxação Lagrangeana. Numa primeira etapa o problema é decomposto em um subproblema termelétrico e um outro subproblema hidrelétrico. O subproblema hidrelétrico, por sua vez, é separado em um subproblema de variáveis continuas e em um subproblema de variáveis inteiras. O problema dual decorrente da relaxação é não-diferenciável. A solução desse tipo de problema é obtida pela aplicação de Métodos de Otimização Não-diferenciável que utilizam a informação do subgradiente em seu processo de convergência. Dentre esses métodos estão: Método do Subgradiente; Método dos Planos Cortantes; Método de Feixes, que é considerado uma versão estável do método dos planos cortantes e possui um critério de convergência bem definido. Neste trabalho o método de feixes é aplicado na solução do problema dual do planejamento da operação de curto prazo para uma configuração hidrotérmica do sistema brasileiro, descrevendo em detalhe como este método trabalha.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T09:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204550.pdf: 1195469 bytes, checksum: 0a6326a8160f15537d0d80f8c7eb6ce1 (MD5) / O foco principal deste trabalho é a determinação de uma previsão de consumo para transformadores de distribuição, avaliando o quão econômico possa ser esta análise para o almoxarifado de empresas do setor elétrico. O número de peças sobressalentes ou de reserva, para uma empresa, representa um capital que, na