Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Airton Petinelli.pdf: 783096 bytes, checksum: 283e35e9f4e3e61ee0abe5860d9dcb08 (MD5) Previous issue date: 2002-05-29 / Static reactive power sources, such as shunt capacitors, have been commonly used to provide reactive compensation in distribution systems, minimizing losses and keeping voltage levels within operational limits. Heuristic algorithms for capacitor placement have been proposed in several works. However, the majority of these approaches converge to a local solution. This dissertation presents a hierarchical evolution strategy-based approach for solving the optimal reactive sources placement in radial distribution systems. The approach is based on the (m+l)-EE paradigm, improved by mutations control and by two types of mutations: the classical Gaussian mutation and the Cauchy-based mutation. Discrete standard capacitor values with non-linear cost are considered. Constraints such as the maximum number of parallel banks and installations cost are included. Validation tests have been performed using a real industrial feeder. / Fontes estáticas de potência reativa, tais como os capacitores, têm sido comumente usados para a compensação de potência reativa em sistemas de distribuição de energia elétrica. Capacitores são instalados para minimizar as perdas de potência e manter os níveis de tensão dentro de limites operacionais aceitáveis. Algoritmos heurísticos têm sido propostos na literatura para a alocação de capacitores, entretanto, a maioria deles converge para uma solução local. Nesta dissertação, é apresentado um algoritmo hierárquico utilizando uma estratégia evolutiva para solucionar a alocação ótima de fontes de reativos em sistemas de distribuição radiais. O enfoque é baseado no paradigma (m+l)-EE, melhorado pelo controle de mutação com a utilização de dois tipos: a mutação clássica de Gauss e a mutação de Cauchy. Considera-se também a discretização de banco de capacitores com a utilização de tamanho de células disponíveis comercialmente e respectivos custos de aquisição, assim como restrições do tipo número máximo de capacitores em paralelo e custos de instalação. O algoritmo é testado usando-se um alimentador industrial da Companhia Energética do Maranhão - CEMAR

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-05-23T17:48:25Z No. of bitstreams: 1 andrelopesmarinhodossantos.pdf: 2400435 bytes, checksum: 2f58d7bcbbafebad1c3f9814b3568a23 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-05-24T17:37:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andrelopesmarinhodossantos.pdf: 2400435 bytes, checksum: 2f58d7bcbbafebad1c3f9814b3568a23 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-24T17:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andrelopesmarinhodossantos.pdf: 2400435 bytes, checksum: 2f58d7bcbbafebad1c3f9814b3568a23 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / O presente trabalho apresenta uma metodologia para o planejamento da operação de bancos de baterias em redes de distribuição, as quais contém a presença de geração distribuida proveniente de fontes renováveis de energia. Para tanto, o problema do fluxo ótimo de potência é solucionado com a inclusão da potência injetada ou absorvida pelas baterias como variável de otimização no modelo proposto. O objetivo é que a inserção de baterias impacte de forma a reduzir os custos de energia e os custos de confiabilidade da rede, e, consequentemente provocando a diminuição dos custos totais de operação do SDE em um horizonte de planejamento de longo prazo. A utilização da meta-heurística denominada SIA se deve a sua aplicabilidade em sistemas de grande porte, visto que, nestes casos, a busca exaustiva pela melhor solução torna-se inviável. Análises utilizando cinco tipos de baterias e sua inserção em quatro sistemas de distribuição conhecidos da literatura são realizados para a validação da metodologia proposta. Resultados apresentados demonstram a aplicabilidade da metodologia proposta, assim como a viabilidade de utilização de bancos de baterias em redes de distribuição de energia. / This work presents an application for the operation planning of battery storage systems in electricity distribution networks with penetration of distributed generation from renewable sources of energy. For this, the an optimal power flow algorithm is applied with the inclusion of the power supplied or absorbed by battery banks as an optimization variable in the developed model. The objective is that the battery banks insertion impacts on the reduction of energy and reliability costs of the network, and, as a consequence, to lead in the reduction of the total costs of the distribution network in a long term operation period. The choice for a meta-heuristic called SIA is due their ability to deal with large scale problems, in which an exhaustive search would not be feasible. Analysis using five battery types applied to four well known systems in literature are performed to validate the proposed methodology. Results presented demonstrate the applicability of the proposed methodology, as well as the feasibility of using battery banks in energy distribution networks.

O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a priorização de obras do sistema de distribuição de média tensão - até 36 kV - voltada ao cumprimento do índice de continuidade DEC e FEC imposto pela ANEEL, visando reduzir a quantidade de conjuntos que estão fora dos limites e que geram multas para a empresa frente ao órgão regulador e aos consumidores. Inicialmente, os diversos tipos de obras têm seu benefício calculado com o uso do Método do Payoff Simplificado, baseado no Método do Payoff COPEL, que consiste na extração somente da parcela relativa a interrupção, no DEC ou FEC, que determinada obra trará ao sistema. De posse deste benefício estimado, as obras foram analisadas de duas maneiras: geral e por conjunto. A análise Geral consiste em observar as obras propostas de maneira independente, preocupando-se com o benefício que elas trarão para a empresa como um todo. Na análise por conjunto, as obras são agrupadas por conjunto ANEEL, e o objetivo é a colocação da maior quantidade de conjuntos dentro dos limites de continuidade impostos pelo órgão regulador. A definição do objetivo apropriado é que irá orientar todo o processo de seleção das obras. Para isso são propostos modelos matemáticos, e para trabalhar com eles, foi utilizada como ferramenta a programação matemática. Foram realizadas simulações divididas em dois grupos: no primeiro, análise geral, a otimização é executada diretamente. Já no segundo, na análise por conjunto, é aplicada a programação multi-nível, mais especificamente, a programação em dois níveis (\"Bilevel Programming Problem\"), utilizando a programação inteira ou por metas (\"goal programming\"). Os resultados das simulações mostraram que o objetivo principal, que é tirar a maior quantidade de conjuntos da transgressão, foi atingido com menor orçamento com o uso da metodologia e dos modelos matemáticos empregados neste trabalho. A metodologia proposta pretende ser uma ferramenta adicional para as concessionárias de distribuição de energia elétrica que normalmente elaboram programas de obras específicos para redução de índices de continuidade ou quando pressionados pelo órgão regulador elaboram programas alternativos que competem pelo mesmo orçamento frente aos programas de obras tradicionais. / The purpose of this paper is to propose a methodology to prioritize planned works in the medium-voltage distribution system - up to 36 kV - aiming to adequate the DEC and FEC continuity index to the limits defined by the Brazilian regulatory agency (ANEEL) through the reduction of the number of sets out of target and consequently the reduction of monetary penalties to the utility imposed by the regulatory agency and consumers. At first every planned work has its benefit calculated by the Simplified Payoff Method which is based on COPEL Payoff Method and which consists in extracting just the interruption event from the DEC or FEC which a given work will bring to the system. Once you have got the estimated benefit, the planned works are analyzed in two different ways - general analysis and set analysis. General analysis consists in checking up proposed works independently, focusing on the benefit they will bring to the company as a whole. In the set analysis, works are grouped by \"ANEEL sets\" and the main aim is to gather the greatest number of sets into the continuity limits defined by the regulatory agency. The aims definition will lead the whole work selection process. To achieve that mathematical models are proposed and mathematical programming tools are used. Two groups of simulations were done - in the first one which is also called general analysis, optimization is executed directly. The second one called set analysis, is applied the bilevel programming using the integer programming or goal programming. The simulation results showed that the main aim which was to eliminate the greatest number of sets from the transgression was reached with a lower budget using the methodology and mathematical models. The proposed methodology intends to be an additional tool to the electricity distribution companies (utilities). These companies usually plan specific works to reduce the continuity index or when they are pressed by regulatory agencies, they plan alternative programs which compete by the same budget facing traditional work programs.

Os atuais paradigmas dos sistemas elétricos de distribuição buscam melhorias contínuas sob inúmeros aspectos, com destaque para a segurança e a qualidade do fornecimento, as quais constituem metas a serem sempre alcançadas pelas concessionárias do setor. Refletindo-se sobre as ocorrências que degradam simultaneamente ambos os aspectos, constata-se que as faltas fase-terra de alta impedância possuem um destaque diferenciado, pois, em diversas situações, as magnitudes envolvidas com as mesmas são incapazes de sensibilizar os dispositivos relacionados com a proteção do sistema. Assim sendo, os objetivos principais desta tese consistiram em desenvolver ferramentas matemáticas e computacionais dedicadas à identificação, classificação e localização de faltas fase-terra de alta impedância, assim como a estimação de suas prováveis resistências. Mais especificamente, desenvolveu-se a técnica de decomposição em componentes ortogonais para formas de onda de tensão e de corrente, propondo ainda uma metodologia para ajuste estrutural e paramétrico de sistemas fuzzy com a finalidade de integrar as variáveis advindas de tal decomposição. Resultados de simulações baseadas na modelagem de um alimentador real de distribuição são apresentados para demonstrar a eficiência das técnicas desenvolvidas. / The current paradigms of power distribution systems highlight their continuous improvement on several aspects, which safety and supply quality constitute goals to be always reached by the distribution companies. Taking into account the occurrences that degrade both aspects simultaneously, it is verified that the phase-ground faults with high impedance have a differentiated prominence, therefore, in several situations, their magnitudes are unable to sensitize the devices involved with the protection of the system. Thus, the main objectives of this thesis have consisted of developing mathematical and computational tools dedicated to the identification, classification and location of phase-ground faults with high impedance, as well as to estimate their probable resistances. More specifically, it has been developed the decomposition technique in orthogonal components for voltage and current waveforms, as well as proposed a methodology for structural and parametric adjustment of systems fuzzy in order to integrate all variables from such decomposition. Simulation results based on modeling of real distribution feeder are presented to demonstrate the efficiency of the developed techniques.

Os dispositivos indicadores de faltas são utilizados para sinalizar a passagem de uma corrente de curto-circuito nos alimentadores de distribuição de energia elétrica. Tais dispositivos permitem uma redução significativa no tempo de inspeção das equipes de manutenção durante a busca pela região faltosa. Entretanto, associada a estes dispositivos, encontra-se uma elevada taxa de falhas de suas operações, que comprometem a confiabilidade do equipamento e, conseqüentemente, o tempo de localização de faltas. Neste trabalho é apresentada uma metodologia de ensaios laboratoriais a fim de complementar os testes padrões dos fabricantes de indicadores de faltas, buscando-se então identificar os fatores que colaboram para as falhas de tais equipamentos. Os resultados obtidos mostraram a eficiência da metodologia desenvolvida em detectar falhas de operação dos indicadores de faltas, as quais também não puderam ser detectadas por testes fornecidos por fabricantes. / Fault Indicators are devices used to signal the passage of a short-circuit current in electricity distribution feeders. Such devices allow a significant reduction in patrol time by maintenance linemen during the search for the faulty region. However, associated with these devices, it is a high failure rate of operations that compromise the equipment reliability and, consequently, the time of fault location. This work presents a new methodology for single-phase laboratory tests in order to complement the standard tests accomplished by the manufacturers of fault indicators, aiming to then identify the factors that contribute to failures of such equipment. The results showed the efficiency of the methodology developed to detect operation failures of faults indicators that could not be detected by tests provided by manufacturers.

Our society is heavily dependent on commodities, as water and electricity, supplied to final users by engineered systems, which are known as critical infrastructures. In such context, the understanding of how such systems handle damaging events is an important aspect and is a current concern of researchers, public agents, and society. How much of performance a system loses due to damages is related to its vulnerability, and the ability to absorb and recover successfully from damages is its resilience. In this study, approaches to assess the vulnerability and resilience of power distribution systems by evaluating dynamic features, as the processes of failure and repair, and system reconfiguration for vulnerability, and the effects of extreme weather scenarios for resilience together with the processes of failure of repair are presented. Such approaches were applied on systems previously presented in the literature, and also on a Brazilian power distribution system. A Monte Carlo simulation was applied to evaluate this systems, models for time-to-failure and time-to-repair under different circumstances were obtained from historical data, and a method to use the models of time-to-failure during the vulnerability analysis was introduced. In addition, an assessment of the impact of reconfiguration capability on vulnerability is also carried out, and a resilience assessment under different climate scenarios has been developed. The time-to-failure and repair models highlighted how external factors modifies the Brazilian system failure and repair dynamics, the use of time-to-failure models during vulnerability analysis showed that the consideration of the failure dynamic of the types of elements give different results, and the time domain allows new analysis\' perspectives. The investigation indicated that the vulnerability reduction due to reconfiguration is affected by the number of switches and also the maximum load capacity of the distribution system feeders. The resilience assessment showed that for structural connectivity, larger distribution networks are less resilient, while for electricity delivery, a set of features, related with the topological and electrical organization of such networks, seems to be associated with the network service resilience, such information is useful for system planning and management. The dynamics evaluated in this study are relevant to vulnerability and resilience of such systems, and also to other critical infrastructures. Moreover, the developed approaches can be applied to other systems, as transportation and water distribution. In future studies, other power distribution systems features, as distributed generation and energy storage, will be considered in both, vulnerability and resilience analysis. / Nossa sociedade é altamente dependente de commodities, como água e eletricidade, fornecidas para os usuários por sistemas de engenharia, conhecidos como infraestruturas críticas. A compreensão de como tais sistemas lidam com eventos prejudiciais é uma preocupação atual de pesquisadores, agentes públicos e sociedade. A perda de desempenho de um sistema devido a danos é relacionada à sua vulnerabilidade, e a capacidade de absorver e se recuperar dos danos é a resiliência. Neste estudo, são apresentadas abordagens para avaliar a vulnerabilidade e resiliência de sistemas de distribuição de energia considerando características dinâmicas, como os processos de falha e reconfiguração do sistema, para a vulnerabilidade, e os efeitos de climas extremos na resiliência com os processos de falha e reparo. Tais abordagens foram aplicadas em sistemas previamente apresentados na literatura, e também em um sistema brasileiro. Simulação de Monte Carlo foi utilizada para avaliar as dinâmicas de falha e reparo do sistema utilizando de modelos obtidos a partir de dados históricos, e um método para usar os modelos de tempo-até-falha durante a análise de vulnerabilidade também foi apresentado. Além disso, uma avaliação do impacto da dinâmica de reconfiguração na vulnerabilidade foi realizada e uma avaliação de resiliência sob diferentes cenários climáticos foi desenvolvida. Os modelos tempo-para-falha e reparo destacaram como fatores externos modificam as dinâmicas de falha e reparo do sistema brasileiro, o uso de modelos de confiabilidade na análise de vulnerabilidades mostrou que a consideração dos diferentes tipos de elementos geram resultados diferentes e o domínio de tempo permite novas perspectivas de análise. A investigação da reconfiguração indicou que a redução da vulnerabilidade devido à reconfiguração é afetada pelo número de chaves e também pela máxima capacidade de carga dos alimentadores do sistema de distribuição. A avaliação de resiliência mostrou que, para conectividade estrutural, redes de distribuição maiores são menos resilientes, enquanto que para fornecimento de energia, um conjunto de características, relacionados com a organização topológica e elétrica dessas redes parece ser associado à resiliência do serviço, informação útil para o planejamento. As dinâmicas avaliadas neste estudo são relevantes para a vulnerabilidade e resiliência de tais sistemas, e também para outras infraestruturas críticas. Além disso, essas abordagens podem ser aplicadas a outros sistemas, como transporte e distribuição de água. Em estudos futuros, outras características de sistemas de distribuição de energia, como geração distribuída e armazenamento de energia, serão consideradas nas análises de vulnerabilidade e resiliência.

Os atuais paradigmas dos sistemas elétricos de distribuição buscam melhorias contínuas sob inúmeros aspectos, com destaque para a segurança e a qualidade do fornecimento, as quais constituem metas a serem sempre alcançadas pelas concessionárias do setor. Refletindo-se sobre as ocorrências que degradam simultaneamente ambos os aspectos, constata-se que as faltas fase-terra de alta impedância possuem um destaque diferenciado, pois, em diversas situações, as magnitudes envolvidas com as mesmas são incapazes de sensibilizar os dispositivos relacionados com a proteção do sistema. Assim sendo, os objetivos principais desta tese consistiram em desenvolver ferramentas matemáticas e computacionais dedicadas à identificação, classificação e localização de faltas fase-terra de alta impedância, assim como a estimação de suas prováveis resistências. Mais especificamente, desenvolveu-se a técnica de decomposição em componentes ortogonais para formas de onda de tensão e de corrente, propondo ainda uma metodologia para ajuste estrutural e paramétrico de sistemas fuzzy com a finalidade de integrar as variáveis advindas de tal decomposição. Resultados de simulações baseadas na modelagem de um alimentador real de distribuição são apresentados para demonstrar a eficiência das técnicas desenvolvidas. / The current paradigms of power distribution systems highlight their continuous improvement on several aspects, which safety and supply quality constitute goals to be always reached by the distribution companies. Taking into account the occurrences that degrade both aspects simultaneously, it is verified that the phase-ground faults with high impedance have a differentiated prominence, therefore, in several situations, their magnitudes are unable to sensitize the devices involved with the protection of the system. Thus, the main objectives of this thesis have consisted of developing mathematical and computational tools dedicated to the identification, classification and location of phase-ground faults with high impedance, as well as to estimate their probable resistances. More specifically, it has been developed the decomposition technique in orthogonal components for voltage and current waveforms, as well as proposed a methodology for structural and parametric adjustment of systems fuzzy in order to integrate all variables from such decomposition. Simulation results based on modeling of real distribution feeder are presented to demonstrate the efficiency of the developed techniques.

Os dispositivos indicadores de faltas são utilizados para sinalizar a passagem de uma corrente de curto-circuito nos alimentadores de distribuição de energia elétrica. Tais dispositivos permitem uma redução significativa no tempo de inspeção das equipes de manutenção durante a busca pela região faltosa. Entretanto, associada a estes dispositivos, encontra-se uma elevada taxa de falhas de suas operações, que comprometem a confiabilidade do equipamento e, conseqüentemente, o tempo de localização de faltas. Neste trabalho é apresentada uma metodologia de ensaios laboratoriais a fim de complementar os testes padrões dos fabricantes de indicadores de faltas, buscando-se então identificar os fatores que colaboram para as falhas de tais equipamentos. Os resultados obtidos mostraram a eficiência da metodologia desenvolvida em detectar falhas de operação dos indicadores de faltas, as quais também não puderam ser detectadas por testes fornecidos por fabricantes. / Fault Indicators are devices used to signal the passage of a short-circuit current in electricity distribution feeders. Such devices allow a significant reduction in patrol time by maintenance linemen during the search for the faulty region. However, associated with these devices, it is a high failure rate of operations that compromise the equipment reliability and, consequently, the time of fault location. This work presents a new methodology for single-phase laboratory tests in order to complement the standard tests accomplished by the manufacturers of fault indicators, aiming to then identify the factors that contribute to failures of such equipment. The results showed the efficiency of the methodology developed to detect operation failures of faults indicators that could not be detected by tests provided by manufacturers.

Made available in DSpace on 2017-07-10T16:41:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Alessandro Arjona Alves2 - Final.pdf: 1729270 bytes, checksum: eaef13266354526fc7d7558b8d6748d0 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The huge rise in electricity energy demand seen in recent decades, the growing interest in alternative and renewable energy sources have placed the distributed generation (DG) in evidence in the global energy landscape. This scenario brings a significant growth in the use of this energy source. Thus, different types of interface and primary sources of energy, with the possibility of allocating different points in the network and with different capabilities, distributed generation brings different impacts to the distribution systems, including power system voltage stability. The voltage stability in networks with distributed generation is the object of this study. To this end, it has been studied methods for power flow calculation, the fundamental concepts of voltage stability and methods of analysis. The aim of this research is to evaluate the distributed generation impact on the voltage stability. Therefore, it has been evaluated some technical aspects such as power factor, location and generation capacity. Through the development of the analysis it was possible to highlight the relationship between improvement in stability margin and the benefit in reducing losses caused by GD. Also it was found that, with a view to improving the margin of voltage stability, it is more efficient to inject power in the network with the same power factor of the system equivalent load. / O grande aumento de demanda por energia elétrica verificado nas últimas décadas, o crescente interesse por fontes alternativas e renováveis de energia tem colocado a geração distribuída (GD) em evidência no panorama energético mundial. Esse cenário propiciou um grande crescimento do uso deste tipo de fonte de energia. Assim, com diferentes tipos de interface e de fontes primárias de energia, com a possibilidade de alocação em distintos pontos da rede e com diferentes capacidades, a geração a distribuída traz diferentes impactos às redes de distribuição, inclusive à estabilidade de tensão dos sistemas. A estabilidade de tensão em redes com presença de geração distribuída é o objeto de estudo desta dissertação de mestrado. Neste sentido, são estudados os métodos para cálculo de fluxo de potência, os conceitos fundamentais da estabilidade de tensão e métodos de análise. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os impactos da geração distribuída na estabilidade de tensão. Para tanto, foram avaliados alguns aspectos técnicos como fator de potência, localização e capacidade de geração. Através das análises desenvolvidas foi possível destacar a relação entre melhora na margem de estabilidade de tensão e o benefício em redução de perdas ocasionado pela GD. Também constatou-se que, com vistas à melhora da margem de estabilidade de tensão, é mais eficiente injetar potência na rede com o mesmo fator de potência da carga equivalente do sistema.

Orientador: John Fredy Franco Baquero / Resumo: A presença de Geração Distribuída (GD) no Sistema de Distribuição de Energia Elétrica (SDEE) tem se incrementado nos últimos anos devido a mudanças na regulação e a incentivos governamentais, proporcionando benefícios técnicos e econômicos. Em particular, é esperado que a GD renovável (eólica ou solar) seja integrada adequadamente no SDEE, visando contribuir na redução de emissões de gases de efeito estufa. Entretanto, a presença da GD renovável, junto com suas inerentes incertezas, aumenta a complexidade no planejamento do SDEE. Diante do exposto, neste trabalho propõe-se um modelo de programação estocástica de dois estágios para o problema de planejamento da expansão do SDEE multi-período. As incertezas da geração renovável (associadas à irradiação solar e velocidade do vento) e demanda são representadas por meio de cenários. A função objetivo minimiza o valor presente líquido dos investimentos (subestações, circuitos, e alocação de GD), custo da energia, manutenção e operação, assim como o custo das emissões de CO2. A operação das unidades de GD é representada limitando a potência ativa/reativa que pode ser injetada segundo as curvas de capabilidade e restrições de fator de potência. O modelo proposto foi implementado na linguagem de modelamento AMPL e resolvido com o solver CPLEX. Testes utilizando um SDEE de 24 e 54 nós comprovam a eficiência do modelo. / Abstract: The presence of Distributed Generation (DG) in Electrical Distribution Systems (EDSs) has been increased in recent years due to changes in regulation and government incentives, leading to technical and economic benefits. In particular, renewable DG (wind or solar power) is expected to be properly integrated into the EDS, aiming to contribute to the reduction of greenhouse gas emissions. However, the presence of renewable DG, along with its inherent uncertainties, increases the complexity in the planning of the EDS. In this context, this work proposes a two-stage stochastic programming model for the problem of EDSs expansion planning. The uncertainties of renewable generation (associated with solar irradiation and wind speed) and demand, are represented through scenarios. The objective function minimizes the net present value of investments (substations, circuits, and DG allocation), energy cost, maintenance and operation, as well as the cost of CO2 emissions. The operation of the DG units is represented by limiting the active/reactive power that can be injected according to capability curves and power factor constraints. The proposed model was implemented in the modeling language AMPL and solved with the solver CPLEX. Tests using a 24 and 54-nodes EDS prove the efficiency of the proposed model. / Mestre