CNPq / Nesta tese, os Sistemas Imunológicos Artificiais são aplicados a diferentes instâncias do despacho econômico e econômico/ambiental de energia elétrica. Os sistemas imunes considerados são baseados no princípio da seleção clonal e usam uma representação real com operador de \emph{aging} puro e operadores de hipermutação utilizando distribuições de probabilidade Gaussianas e de Cauchy. Algoritmos Culturais utilizando fontes de conhecimento normativo, situacional, histórico e topográfico são incorporados para melhorar a capacidade de otimização global dos sistemas imunes. Todas as abordagens propostas possuem vários pontos de auto-adaptação e a maioria utiliza um operador de busca local baseado na técnica quase-simplex. Uma sequência caótica também é considerada como uma potencial fonte de melhoria na variação cultural do algoritmo. Procedimentos de reparação constituem outra contribuição do trabalho e são aplicados para evitar lidar com soluções infactíveis em todos os problemas abordados. Na primeira parte dos experimentos, quatro instâncias do problema do despacho econômico de energia são consideradas. Em todos os casos, foi utilizada uma função não suave de custo de combustível levando em consideração os efeitos de ponto de válvula. Uma das instâncias também considera as perdas na transmissão de energia. Nos experimentos de comparação entre as abordagens propostas, as versões imuno-culturais superam a versão puramente imune. O método cultural proposto que apresenta melhor resultado é escolhido para ser comparado a outras técnicas modernas de otimização reportadas na literatura recente. Em todos os casos mono-objetivo considerados, a abordagem proposta é capaz de encontrar o menor custo de combustível. A segunda parte dos experimentos trata do problema do despacho econômico/ambiental. Esta é uma versão do problema do despacho econômico de energia onde a emissão de poluentes é adicionada como um novo objetivo, tornando este um problema de otimização multiobjetivo não-linear com restrições. Algoritmos imuno-culturais baseados em fatores de escalarização e dominância de Pareto são propostos para este caso. Várias instâncias do problema são utilizadas nos experimentos, algumas das quais consideram perdas na transmissão de energia. Os algoritmos propostos são favoravelmente comparados com um algoritmo do estado-da-arte para otimização multiobjetivo. O melhor algoritmo proposto também é comparado com métodos reportados na literatura recente. As comparações mostram o bom desempenho da melhor abordagem proposta e confirmam seu potencial para resolver o problema do despacho econômico/ambiental de energia. / In this thesis, Artificial Immune Systems are applied to solve different instances of the economic and environmental/economic load dispatch problems. The immune systems considered here are based on the clonal selection principle and use a real coded representation with pure aging operator and hypermutation operators utilizing Gaussian and Cauchy distributions. Cultural Algorithms using normative, situational, historical and topographical knowledge sources are incorporated to improve the global optimization capability of immune systems. All the proposed approaches have several points of self-adaptation and most of them use a local search operator that is based on a quasi-simplex technique. A chaotic sequence is also considered as a potential source of improvement to the cultural variation. Repair procedures represent another contribution of this work and are applied to avoid dealing with infeasible solutions in all the considered problems. In the first part of the experiments, four instances of the economic load dispatch problem are considered. In all the cases, a non-smooth fuel cost function which takes into account the valve-point loading effects is utilized. One of instances also considers energy transmission losses. In the experiments conducted to compare the proposed approaches, the immune-cultural based approaches outperformed the pure immune version. The proposed cultural method which presents the best performance is chosen to be compared with other modern optimization techniques reported in the recent literature. In all the mono-objective cases considered, the proposed approach is capable of finding the minimum fuel cost value. The second part of the experiments deals with the environmental/economic load dispatch problem. This is a multi-objective version of the economic load dispatch where pollution emission is added as an objective, it is formulated as a non-linear constrained multi-objective optimization problem. Cultural immune algorithms based on scalarizing factors and Pareto-dominance are proposed for this case. Several instances of the problem are considered, some dealing with energy transmission losses. The proposed algorithms are favorably compared with a state-of-art algorithm for multi-objective optimization (the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II - NSGA - II). The best proposed algorithm is also compared with methods reported in recent literature. The comparisons demonstrate the good performance of the best proposed approach and confirm its potential to solve the environmental/economic load dispatch problem.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-07Bitstream added on 2014-06-13T19:47:13Z : No. of bitstreams: 1 malange_fcv_dr_ilha.pdf: 1077798 bytes, checksum: 6e2455ed107dc7931eb5bc7473ecce8a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma metodologia alternativa para a melhoria da margem de carregamento e redução da perda total de potência ativa com base no método da continuação. Para atingir esta meta, uma equação de parametrização baseada na perda de potência ativa total e as equações da potência reativa nas barras de geração são acrescentadas às equações de fluxo de carga convencional. As tensões nas barras PV são consideradas como variáveis de controle e um novo parâmetro é escolhido para reduzir as perdas de potência ativa nas linhas de transmissão. Os resultados mostram que este procedimento, em geral, conduz a um aumento no ponto de máximo carregamento e por conseguinte, melhoria na margem estática da estabilidade de tensão. Este procedimento também leva a uma redução nos custos operacionais e, simultaneamente, uma melhoria no perfil da tensão. / This work presents an alternative methodology for loading margin improvement and total real power losses reduction by using a continuation method. In order to attain this goal, a parameterizing equation based on the total real power losses and the equations of the reactive power at the slack and generation buses are added to the conventional Power Flow equations. The voltages at these buses are considered as control variables and a new parameter is chosen with to reduce the real power losses in the transmission lines. The results show that this procedure leads to maximum loading point increase and consequently, in static voltage stability margin improvement. Besides, this procedure also takes to a reduction in the operational costs and, simultaneously, to voltage profile improvement.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-28Bitstream added on 2014-06-13T18:40:58Z : No. of bitstreams: 1 estevam_crn_dr_ilha.pdf: 688925 bytes, checksum: 6b0f845a4b7167c14ef183478f06f449 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, propõe-se um algoritmo Branch and Bound não linear para resolver o problema de planejamento e despacho ótimo de fontes de potência reativa em sistemas de energia elétrica. O modelo de planejamento é formulado como um problema de programação não linear inteiro misto, não convexo e de grande porte. Este modelo consiste na minimização dos custos das fontes reativas contínuas e ou discretas que devem ser alocadas no sistema. As restrições consideradas no modelo devem assegurar a qualidade e a confiabilidade do suprimento de energia para os consumidores, mantendo as magnitudes das tensões dentre seus limites pré-estabelecidos, atendendo as demandas de potência ativa e reativa e um conjunto de restrições físicas e operacionais dos equipamentos instalados no sistema tais como: limite nas capacidades de geradores, compensadores síncronos e estáticos e os limites na variação dos “taps” dos transformadores. O aspecto relevante deste trabalho é que o algoritmo proposto resolve diretamente problemas de programação não lineares inteiros misto, resolvendo em cada nó da árvore de Branch and Bound um problema de programação não linear que é o despacho ótimo de fontes reativas, em que as restrições de discretização das variáveis de alocação ou investimento dos bancos de capacitores e indutores são relaxadas. Estes problemas são resolvidos utilizando o método de pontos interiores (MPI) primal-dual preditor-corretor, que geralmente melhora o desempenho do MPI. O algoritmo Branch and Bound não linear proposto possui técnicas eficientes para a escolha do próximo subproblema que deve ser resolvido assim como a variável de separação dos subproblemas e os testes de sondagem. Para contornar os problemas de mínimos locais que são encontrados na resolução dos problemas de programação não linear, os testes de sondagem foram redefinidos... / A nonlinear Branch and Bound algorithm to solve the problem of reactive optimal dispatch and planning of electrical power systems is proposed in this work. The planning model is formulated as a nonlinear non convex and large scale programming problem. This model consists of minimizing the costs of the reactive continuous and/or discrete sources that must be allocated on the system. The constraints considered on the model must assure the quality and reliability of supplying energy to the users maintaining the voltage magnitudes within the predefined limits, attending the active and reactive power demand and a set of physical and operational constraints of the installed equipment such as: generator capacity limits, synchronous and static compensators and the tap of the transformers. The emphasis of this work is that the proposed algorithm solves the integer nonlinear problems directly. A nonlinear programming problem is solved in each node of the Branch and Bound tree which is the optimal reactive power dispatch where the constraints that adjust the capacitors and inductors banks are relaxed. These problems are solved using the interior point method (IPM) primaldual predictor corrector, which in general improves the performance of the IPM. The nonlinear Branch and Bound algorithm proposed has efficient techniques to choose the next sub problem that must be solved as well as the separation variable of the sub problems and the sounding tests. To minimize the local minima problem, that are found solving the nonlinear programming problem, the sounding test were redefined adding a predefined percent to the current incumbent, obtaining an additional security margin, where in nonlinear problems not always the objective function value to a posterior problem is greater than the predecessor. Results are presented for test systems as IEEE30, IEEE118 and IEEE300. By simulations... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-03Bitstream added on 2014-06-13T18:06:52Z : No. of bitstreams: 1 granadaecheverri_m_dr_ilha.pdf: 1034987 bytes, checksum: 0830ef0e1369761b1aceecd4131f8f78 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / PROPG - Programa de Pós-Graduação / Nesta pesquisa tem-se por objetivo resolver de forma descentralizada os problemas de despacho e planejamento ótimo de fontes de potência reativa (POVAr) no contexto de sistemas com múltiplas áreas ou regiões interligadas. Na solução descentralizada o problema de otimização é dividido em subproblemas associados a cada área. Os operadores regionais resolvem, coordenadamente, subproblemas de menor dimensão utilizando os dados de rede de suas áreas e informações de fronteira associadas às linhas de interligação. Para conseguir este objetivo, esta pesquisa está dividida em 4 etapas principais: i) formalizar os problemas de planejamento e de despacho ótimo de potência reativa, ii) determinar a viabilidade da aplicação de duas diferentes técnicas de decomposição para resolver o problema de despacho ótimo de potência reativa multi-área, iii) propor várias metodologias para lidar com variáveis discretas no problema de despacho e planejamento ótimo de potência reativa em SEP multi-área, e iv) propor um método de análise multi-área para o problema de planejamento ótimo de reativos sob contingências. Para mostrar o funcionamento e a eficiência das metodologias propostas, vários sistemas multi-áreas são utilizados: o sistema IEEE RTS-96 com 3 e 5 áreas e um sistema interligado conformado por 3 áreas do sistema IEES RTS-96 e duas áreas do sistema IEEE de 118 barras / This research has been aimed at solving the decentralized problem of reactive power sources optimal planning (VAr planning) in the context of systems with multiple interconnected areas. In the decentralized solution, the optimization problem is divided into subproblems associated with each area. The regional operators solve, coordinately, smaller subproblems using the network data from their areas and border information associated with the tie-lines. To propose a method to the decentralized VAr planning problem, four basic aspects are covered. First, formalize the problems of planning and optimal dispatch of reactive power. Second, the viability of applying two different decomposition techniques to solve the problem of optimal reactive power dispatch, as well as its convergence properties, are analyzed. Third, several techniques for handling discrete variables in the decentralized VAr planning problem are proposed and tested. Fourth, a decentralized approach to the VAr planning under contingency in multi-area systems is provided. To show the operation and efficiency of the proposed methodologies, several multi-area systems are used: the IEEE RTS-96 system with 3 and 5 areas and an interconnected system formed by three areas of the IEEE RTS-96 and two areas of the IEEE 118 bus system

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Wagner Peron Ferreira / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a relação entre os principais tipos de bifurcações que ocorrem em sistemas elétricos de potência e em quais ocasiões elas podem ocorrer em máquinas síncronas com ou sem RAT (Regulador Automático de Tensão). Para explorar tais fenômenos, primeiramente o sistema é modelado, sendo utilizado para o caso MBI (Máquina - Barramento In nito) o modelo um eixo e, então, a matriz de estado é calculada para a análise dos autovalores. Para os sistemas multimáquinas estudados, são incluídos dois enrolamentos amortecedores nos eixos d ¡ q. São então apresentados os métodos de análise de estabilidade transitória convencionais, amplamente utilizados, conhecidos como método Tradicional e Método Direto. As condições para a ocorrência de bifurcações são analisadas utilizando os coe - cientes linearizados do modelo de He ron-Phillips para o caso MBI, onde é mostrado que se espera perder a estabilidade para o sistema com regulador automático de tensão através de uma bifurcação de Hopf e para o caso sem RAT através de uma bifurcação Sela-Nó. Por m, é analisado o ciclo-limite para o caso de uma máquina - barramento in nito e para sistemas multimáquinas através do modelo não-linear. A região de estabilidade é analisada no plano de fase, sendo mostrada a necessidade de incluir a variação de uxo no enrolamento de campo para uma análise correta da estabilidade. É também mostrado que este ciclo-limite pode reduzir a fronteira de estabilidade calculada pelo método convencional. / Abstract: The aim of this study is the relation among main types of bifurcations that occur in electrical power systems and the circumstances they can happen with the synchronous machines considered with or without AVR (Automatic Voltage Regulator). To explore such phenomena, the system is rst modeled with the synchronous machines described by the one axis model for the MIB (Machine - In nite Bus) case , and so the state matrix is computed for the analysis of its eigenvalues. For multimachine systems case two windings dampers are included in d-q axes. The conditions for the occurrence of bifurcations are analyzed using the coe cients of the He ron-Phillips model for MIB case, where it is shown that one expects the system with automatic voltage regulator lose synchronism through a Hopf bifurcation and for the case without RAT through a Saddle- Node Bifurcation. Finally, the nonlinear model is accounted for in order to consider the limit-cycle for the case of one machine - in nite bus case as well as for multimachine system. Since internal voltage a ects the boundary of the stability region it must be considered. Then the phase portrait does not su ce and the trajectories must to be observed in a sub space de ned with the internal voltage. It is also shown that this limit-cycle can reduce the boundary of stability calculated by means of the direct method. / Mestre

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: Geraldo Caixeta Guimarães / Resumo: Os efeitos de compensação série em uma linha de transmissão sobre a potência sincronizante entre máquinas de um sistema de energia elétrica são considerados mediante análises da matriz admitância de barra, focando as admitâncias de transferência entre máquinas. Com este propósito, faz-se a redução da matriz que descreve a rede às barras internas das máquinas, preservando, no entanto, os efeitos da ação do compensador na capacidade de sincronização entre máquinas do sistema, definindo o Coeficiente de Eficácia e o Fator de Efeito da compensação sobre a admitância de transferência. Alguns estudos de casos foram efetuados com a finalidade de observar o comportamento do Fator de Efeito, visando, além de validar sua utilização para descrever o desempenho do sistema de potência com atuação de um TCSC, considerar sua habilidade em discriminar ligações entre máquinas que são mais severamente afetadas pela compensação série de outras que são pouco ou nada afetadas. Embora os testes tenham sido aplicados a sistemas exemplo de pequeno porte, os resultados obtidos são promissores / Abstract: The main concern lies in the TCSC action installed in a multimachine power system. The device effects upon the synchronizing power are taken into account by means of bus admittance matrix, focusing the intermachine transfer admittances. Since the purpose is to analyze the transfer admittances between machines, the bus admittance matrix is reduced to the machines internal busses preserving the compensator action effects by means of coefficients defined in order to evaluate the effectiveness and effect of the device action upon the intermachines synchronizing capacity. Some cases were evaluated in order to observe the effectiveness coefficient and effect factor as a power system performance descriptor with a TCSC action. The ability of the effect factor in pointing out intermachines connections that are more or less affected by the compensator is investigated. Although tests were applied to small sample systems, the obtained results are considered very promising / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho trata do estudo de uma técnica de rastreamento de máxima potência (Maximum Power Point Tracking - MPPT) baseado no método de Otimização por Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization - PSO), o qual é aplicado a um sistema fotovoltaico (Photovoltaic -PV) conectado a uma rede elétrica monofásica. A curva característica corrente-tensão dos painéis/arranjos fotovoltaicos têm um comportamento não-linear, e quando estes são submetidos a condições de sombreamento parcial, pode-se ocorrer o surgimento de pontos distintos de máximos locais e global. A maioria das técnicas de MPPT tradicionais não é capaz de encontrar o ponto de máximo global para a extração da máxima potência fornecida pelo sistema PV. Por conseguinte, a fim de contornar este problema, neste trabalho o método de MPPTPSO proposto é utilizado para buscar a operação do sistema no ponto de máximo global, maximizando a extração de energia dos referidos arranjos PV. Simulações e ensaios experimentais com três topologias diferentes de conversores são apresentados para demonstrar a eficácia da proposta, quando esta é comparada com o método tradicional MPPT-PO conhecido como Perturbação e Observação Observe (P&O). / This paper consists of a study of a maximum power point tracking (MPPT) technique based on the Particle Swarm Optimization (PSO) method, which is applied to a single-phase grid-tied photovoltaic system. Since photovoltaic panels have nonlinear voltage-current characteristic curves, when they are submitted to partial shading conditions, it is possible to appear distinct local and global maximum power points. On the other hand, the most traditional MPPT methods are not able to find the maximum global point for extraction the maximum power provided by the PV array. Therefore, in order to overcome this problem, MPPT-PSO based method is used for obtaining the maximum global point, maximizing the power extraction in the photovoltaic arrangements. Numerical simulations and experimental results with three different topologies of converters are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed MPPT-PSO technique, when it is compared with the well-known Perturb and Observe (P&O) MPPT-PO technique.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:57:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266666.pdf: 6083437 bytes, checksum: ebe217e0364257ee1d76960971e5ccf2 (MD5) / A evolução das atividades produtivas, a gestão participativa e descentralizada dos recursos hídricos, a dependência de energia da atual sociedade e o mote do desenvolvimento sustentável norteiam e acarretam novas direções para o planejamento do setor de energia elétrica. Nesse sentido, este trabalho desenvolve um sistema de suporte à decisão ao planejamento integrado entre os setores de recursos hídricos e de energia elétrica, condicionado pelos usos múltiplos das águas, em uma bacia hidrográfica. Para tanto, implementa-se um modelo baseado na Dinâmica de Sistemas e na metodologia multicritério de apoio à decisão. O modelo desenvolvido envolve os pontos de vista dos diversos atores sociais e auxilia nas soluções de comprometimento no caso de a demanda hídrica ser superior à oferta, considerando as restrições operativas, variáveis hidrológicas, econômicas, sociais e ambientais, segundo as atuais diretrizes do sistema de gestão das águas. O modelo foi aplicado a um sistema delimitado por uma bacia hidrográfica com quatro usinas hidrelétricas em cascata, estabelecendo cenários que permitem a análise da evolução da disponibilidade hídrica para produção de energia elétrica e dos usos múltiplos, além das implicações dos trade-offs auferidos a cada segmento econômico usuário das águas diante do Ótimo de Pareto.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T01:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294510.pdf: 5414994 bytes, checksum: 31259ab0746e67355092c0dc589b9de7 (MD5) / Nesta tese é apresentada uma nova metodologia para análise automática de perturbações em unidades de geração de energia. A proposta é baseada no uso de registros digitais de perturbação e de sequências de eventos, informações disponíveis nos centros de operação da das empresas do setor elétrico. Busca-se com esta proposta desenvolver uma metodologia capaz de arquivar automaticamente os registros das ocorrências que não necessitam de uma análise detalhada e fornecer uma estimativa da causa do registro nos demais casos. No âmbito dos sistemas de geração, as oscilografias são uma ferramenta fundamental para assegurar a correta operação dos geradores, principalmente de médio e grande porte. Elas constituem um registro das grandezas elétricas durante uma suposta perturbação, possibilitando que uma análise posterior possa ser feita. Com o intuito de determinar uma possível causa da perturbação e verificar a integridade dos equipamentos após a falta, o profissional analista deve fazer a conferência dos dados provenientes de todos os registradores de perturbação envolvidos, verificando além das oscilografias, a sequência de eventos dos sistemas de supervisão, visando avaliar a atuação dos dispositivos de proteção. Nesse processo, horas são despendidas na coleta e filtragem dos registros relevantes. Este problema é particularmente agravado nos casos em que a análise dos dados de várias usinas ou subestações é feita de forma centralizada. Como o tempo é crucial para a diminuição dos custos decorrentes da parada de um gerador, é evidente a necessidade de uma metodologia para dar prioridade aos casos mais importantes de forma automática. Nesta tese é proposto um sistema deste tipo dividido em duas etapas. A primeira faz uso de registros de oscilografia de longa duração, ou fasoriais, em conjunto com as sequências de eventos dos sistemas supervisórios para obter uma pré-análise da ocorrência, atuando como um filtro, arquivando as oscilografias irrelevantes e possibilitando que o analista concentre sua atenção aos casos considerados mais graves, como curtos-circuitos. São para estes casos que a segunda etapa da metodologia foi definida, utilizando os registros de forma de onda para obter uma classificação e origem da falta. Os resultados obtidos com registros reais de perturbação demonstram que tal metodologia atende aos objetivos propostos e tornam a pesquisa desenvolvida digna de contínuo aperfeiçoamento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Progarama de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T07:20:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266776.pdf: 1780748 bytes, checksum: eb4eef9e7377bc5bc3d3c3ab55c7de1f (MD5) / O Gerenciamento de Ativos é considerado uma atividade estratégica no âmbito das empresas de energia elétrica, merecendo a atenção de pesquisadores e profissionais do setor elétrico, que têm por objetivo propor metodologias que substituam a prática tradicional que considera apenas a minimização de custos e a maximização da confiabilidade na definição de políticas de compra, operação, manutenção e substituição de equipamentos e que, em alguns casos, se baseia apenas na experiência e no conhecimento dos profissionais das áreas envolvidas no processo, sem nenhum caráter científico. Apresenta-se neste trabalho, uma metodologia para o tratamento do problema de Gerenciamento de Ativos, concebida sobre as bases da teoria do Apoio à Decisão Multicritério e da técnica de Sistemas Especialistas Fuzzy e que considera os valores e objetivos de cada indivíduo participante do processo de tomada de decisão. Para a aplicação dessa metodologia utiliza-se um modelo computacional modularizado, a partir de uma abordagem multicritério, do conhecimento especializado e do tratamento matemático da incerteza, buscando estruturar o problema e fornecer aos indivíduos responsáveis pelo gerenciamento do ciclo de vida de equipamentos nas empresas do setor elétrico, informações referentes aos efeitos de ações alternativas de manutenção sobre aspectos técnicos, econômicos e ambientais e sobre o cumprimento da missão da empresa, subsidiando a tomada de decisão.