Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285891.pdf: 4242095 bytes, checksum: 241fc37637020bc16e658f053827da70 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de concentração de dados de sistemas de medição fasorial sincronizada, de arquitetura descentralizada, contemplando dois níveis hierárquicos entre Concentradores de Dados Fasoriais (Phasor Data Concentrator PDC), com objetivo de aumentar a escalabilidade do sistema em termos de processamento e comunicação. Em primeiro lugar são determinados os aspectos conceituais do desenvolvimento do Sistema de Concentração de Dados Fasoriais (Phasor Data Concentrator System PDCS) proposto neste trabalho. São apresentadas as considerações sobre arquiteturas de aquisição de dados e arranjos entre equipamentos, bem como são descritas as lógicas de operação do sistema e forma de comunicação entre os equipamentos com funcionalidade de PDC. Em um segundo momento, apresenta-se o projeto de software implementado, cujo desenvolvimento baseia-se no paradigma da Modelagem Orientada a Objetos (MOO). São apresentadas classes desenvolvidas para representar equipamentos e processos relativos à operação do PDCS, visando permitir a comunicação entre PDCs. Foram implementados protótipos de PDCS utilizando-se como plataforma de testes a estrutura do protótipo de Sistema de Medição Fasorial Sincronizada do Projeto MedFasee. Os resultados obtidos mostram o correto funcionamento do sistema, apresentando seu comportamento frente às perdas de dados nos canais de comunicação, mudanças de topologia da rede de medição e disponibilização de dados via interface de tempo real e base de dados histórica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T00:09:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289373.pdf: 646003 bytes, checksum: e3777200f213a115c3d5491a609cc5de (MD5) / Este trabalho propõe um método unificado para a estimação conjunta de estados e topologia em sistemas de potência. O método proposto estima as variáveis analógicas do sistema de potência e valida a topologia atual da rede em um único procedimento. Isto é possível mediante a formulação do problema de estimação de estados como um problema de otimização cuja função objetivo inclui tanto os resíduos das medidas analógicas quanto as restrições operacionais relacionadas aos status dos ramos chaveáveis. A contribuição dos resíduos para a função objetivo se dá sob a forma do tradicional critério dos mínimos quadrados ponderados (MQP), enquanto que as restrições operacionais associadas aos ramos chaveáveis compõem termos do tipo mínimos valores absolutos ponderados (MVAP). A dissertação apresenta a base teórica para a coestimação de estados e topologia, bem como a solução do problema de otimização correspondente através de uma aplicação especializada do método Primal-Dual de Pontos Interiores. Após ilustrar as etapas do método proposto com o auxílio de um sistema-exemplo de pequeno porte, seu desempenho é avaliado através da aplicação a dois sistemas-teste: a rede de 24 barras do IEEE anteriormente utilizada na literatura em estudos de estimação de estados generalizada, e uma rede real de uma concessionária brasileira. Os resultados obtidos indicam que a abordagem unificadora proposta é muito promissora para a modelagem em tempo real de sistemas elétricos de potência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T18:44:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 232383.pdf: 6125560 bytes, checksum: deb66999d6f438935869ccbf7c43550d (MD5) / Os transformadores de potência são equipamentos muitos importantes nos sistemas elétricos de potência, por tal motivo o estudo de ferramentas de monitoramento e diagnóstico que impeçam a retirada não planejada destes equipamentos é interessante para as empresas do setor elétrico. Neste contexto, é apresentada a Análise da Resposta em Freqüência (FRA) como uma metodologia de diagnóstico de faltas em enrolamentos de transformadores de potência, que vem sendo cada vez mais utilizada no setor elétrico devido aos bons resultados obtidos com as pesquisas realizadas. Entretanto, ainda não existe uma normatização específica nem quanto à metodologia para realizar o ensaio de resposta em freqüência nem quanto à interpretação dos resultados do ensaio, que geralmente é realizada de forma visual e requer especialistas treinados para isso. Neste trabalho de dissertação são estudadas as duas principais metodologias para a realização do ensaio de resposta em freqüência, apresentando as principais vantagens e desvantagens de cada método. Também são apresentadas as principais características da FRA no sentido de indicar correlação entre faltas e parâmetros modificados nos transformadores, fatores que influenciam as medições de FRA e considerações sobre a modelagem de enrolamentos de transformadores de potência. No tocante ao diagnóstico do estado de enrolamentos com a FRA, são analisados diagramas reais de ensaios de FRA realizados em transformadores de potência. Os dados foram separados em casos de estudo, onde, além da comparação e análise visual dos diagramas de FRA, são propostos e avaliados três indicadores numéricos estatísticos e uma rede neural artificial como ferramentas para quantificar diferenças entre as curvas, e desta forma auxiliar no diagnóstico do estado de dos enrolamentos de transformadores de potência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T02:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 239912.pdf: 2357297 bytes, checksum: 609739dabaa3016b24068e515a4ea9ad (MD5) / O planejamento da operação de curto prazo tem como objetivo principal estabelecer as estratégias individuais de geração das usinas que minimizam o custo total de operação esperado. Esse problema é caracterizado por ser de natureza linear (as não-linearidades associadas a esse tipo de problema, como, por exemplo, a função de produção das usinas hidrelétricas, são modeladas de forma linear), estocástico e de grande porte, o que requer a aplicação de métodos de otimização estocástica à estrutura do problema de modo a propiciar a apuração eficiente dos resultados com um tempo computacional aceitável. Nesse contexto, este trabalho tem como foco principal analisar, de forma comparativa, o desempenho de diferentes metodologias de otimização estocástica quando aplicadas ao problema de curto prazo. A primeira estratégia é composta pela representação do modelo estocástico por meio de um único modelo de Programação Linear. Por sua vez, as duas outras estratégias fazem uso de métodos de decomposição: a Programação Dinâmica Dual Estocástica - PDDE e a Relaxação Lagrangeana Estocástica - RL. A PDDE é a metodologia utilizada para o problema em destaque no caso brasileiro. Este trabalho utiliza uma configuração hidrotérmica baseada em dados reais, respeitando as premissas básicas dessa etapa do planejamento, o que possibilitou uma análise coerente dos resultados no tocante à qualidade das soluções e desempenho computacional das metodologias. Análises de sensibilidade do problema no que diz respeito ao tamanho dos cenários utilizados, características da demanda e modelo da função de produção das usinas hidrelétricas também são apresentadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256458.pdf: 2144386 bytes, checksum: 694f3f891caebd830262120e79a64967 (MD5) / O problema do planejamento da operação energética do Sistema Interligado Nacional (SIN) é bastante peculiar devido, especialmente, à sua dimensionalidade e a grande participação de geração hidrelétrica. A participação majoritária de recursos hídricos exige um planejamento bastante minucioso, uma vez que a capacidade de armazenamento dos reservatórios é limitada e, portanto, a disponibilidade futura de energia dependerá da operação dos reservatórios e das vazões afluentes futuras. Devido às complexidades do problema, no Brasil optou-se por separar os estudos de planejamento da operação energética em etapas de médio prazo, curto prazo e programação diária. O foco deste trabalho é o médio prazo # Planejamento Anual da Operação Energética (PAOE), cujo objetivo consiste em estabelecer estratégias de médio prazo para a operação, por meio da análise das condições de atendimento a demanda no horizonte de estudo. Este trabalho apresenta, então, as metodologias utilizadas no estudo do PAOE realizado no Brasil, como por exemplo, a representação por Reservatório Equivalente de Energia (REE), o modelo AutoRegressivo Periódico (ARP) e a Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE). Com essas metodologias desenvolveu-se uma plataforma computacional que permite alterar algumas configurações adotadas no Brasil e, assim, analisar as conseqüências nos resultados do PAOE. O principal objetivo deste trabalho é avaliar o efeito no PAOE da representação por REE, quando agregado por Subsistema ou por Cascata; adicionalmente, são analisadas alterações no modelo ARP, na árvore de cenários e no horizonte de estudo. Dessa forma, a partir dos estudos de casos pôde-se concluir que os resultados do REE por Cascata apresentaram maior consistência nos estudos de casos, e que a redução no horizonte de estudo não compromete a política de operação, entre outros aspectos importantes do PAOE. Destaca-se que os casos em que o REE foi agregado por Cascata exigiu um tempo de processamento três vezes maior que o caso equivalente com REE por Subsistema. The Interconnected Brazilian Power System#s operation planning problem is very unique, due to its dimension and high participation of hydroelectric power plants. As a consequence of the latter, it is necessary to perform a very precise hydrothermal scheduling because the reservoirs capacity are limited and, therefore, the energy availability depends on how the reservoirs are operated and the future inflows. Due to the problem#s complexity, the Brazilian hydrothermal scheduling is divided into three stages: long-term, short-term and daily operation programming. This work is focused on the Long-Term Operation Planning (LTOP), which aims to determine an optimal operational strategy through the analysis of the energy market and load supply conditions over the planning period. This work presents the methodologies used in the Brazilian LTOP problem, such as: Energy Equivalent Reservoir (EER), Periodic AutoRegressive (PAR) model and the Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP). In this work, it was implemented a computational platform using the methodologies listed above, in which the user is able to set up different configurations in order to analyze the impact on the LTOP results. This dissertation aims to evaluate de consequences on the LTOP results when the EER is aggregated per Subsystem and per Cascade. Additionally, different configurations for the PAR model, scenario tree and planning horizon are studied. The results obtained in this work indicate that the EER per Cascade presents a more consistent result in the study cases and reducing the planning horizon does not compromise the operational policy, in addition to other important aspects. It is important to point out that the EER per Cascade configuration required three times more running time than when the EER were aggregated per Subsystem.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:48:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274951.pdf: 850940 bytes, checksum: 0aa906e08420972dfbacec01d09330dc (MD5) / Viabilizar a expansão da geração, ao mínimo custo e dentro de critérios rígidos de confiabilidade, é o maior desafio de planejadores e reguladores de sistemas de energia elétrica desverticalizados. Em um mercado com múltiplos agentes, coordenar os sinais econômicos e propiciar um ambiente regulatório e de mercado que sejam estáveis e previsíveis é fundamental para atrair investimentos em nível e custo adequados para a expansão do setor. Quando o preço de curto prazo é utilizado como único indutor dos investimentos - modelo denominado de mercado de energia elétrica puro - é esperado que este preço seja insuficiente para sinalizar adequadamente a necessidade de geração adicional, fato agravado em sistemas de energia elétrica com predominância de geração hidrelétrica. Para corrigir estas deficiências, faz-se necessário complementar a sinalização econômica por meio do que se convencionou denominar mecanismos de capacidade. Os diversos mecanismos de capacidade propostos na literatura, quando corretamente calibrados, produzem o mesmo resultado estático de um mercado de energia elétrica puro, porém com distintas propriedades dinâmicas. Neste trabalho, propõe-se uma discussão acerca de arquiteturas de mercado para sistemas de energia elétrica com predominância de geração hidrelétrica, visando a sustentabilidade da expansão. Particular atenção é dispensada ao estado da arte em mecanismos de capacidade, para o qual se propõe um modelo de simulação dinâmica que considera o comportamento estratégico de geradores entrantes e a competição entre eles, num ambiente de incertezas no crescimento da demanda e na afluência, possibilitando a avaliação do desempenho dinâmico.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228642.pdf: 1856415 bytes, checksum: 65ffbf835d0ba0343849344fda67a43b (MD5) / Em décadas recentes, a indústria de energia elétrica submeteu-se às mudanças organizacionais drásticas, procurando, de um modo ou de outro, alcançar o paradigma da desregulamentação, adotando alguns princípios básicos, entre os quais, a abertura do mercado para novos participantes, a introdução da competição na geração, a livre escolha por parte dos consumidores e a desverticalização das atividades da transmissão, da distribuição e da geração. Dentro do contexto da competição na geração, um interesse relevante é relacionado à capacidade dos geradores em um ambiente de mercado manipular preços e níveis da produção como uma maneira de aumentar seus lucros acima de níveis considerados normais, ou seja, exercerem poder de mercado. Nesse sentido, este trabalho tem como foco principal a análise de um mercado associado a um sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica, baseado em ofertas da geração e da demanda. A formação de preços desses sistemas apresenta algumas dificuldades quando comparada a sistemas termelétricos, devido ao seu acoplamento temporal e às incertezas das afluências ao sistema. Este trabalho propõe um modelo multiestágio capaz de descrever como a decisão de turbinamento de um gerador hidrelétrico é influenciada pelo nível atual do armazenamento de seu reservatório e por seu lucro previsto no futuro. A fim de tratar desse problema, a teoria clássica de equilíbrio de mercado é usada com a finalidade de construir um modelo capaz de emular o comportamento de um gerador hidrelétrico formador de preço. O modelo proposto usa a programação dinâmica estocástica (PDE) e é aplicado a uma configuração realista do setor elétrico brasileiro (SEB). Por meio dessa aplicação identifica-se como o gerador oligopolista exercita o poder de mercado e como os reguladores podem mitigar essa prática. Este trabalho mostra que as incertezas associadas ao processo de decisão: previsão de afluências, elasticidade da demanda, além do nível apropriado de contratação da demanda, podem reduzir consideravelmente o poder de mercado dos geradores hidrelétricos (oligopolistas). Os resultados deste estudo podem ser úteis para o órgão regulador do mercado na identificação de mecanismos de mitigação do poder de mercado e de utilidade para o próprio gerador. Portanto, este trabalho realiza um estudo formal do Poder de Mercado em sistemas hidrotérmicos com predominância de geração hidrelétrica, levando-se em consideração a obrigação de contratação da demanda em um nível apropriado e a possibilidade de oferta de demanda (DSB) como mecanismos regulatórios para a mitigação dessa prática anticompetitiva.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:53:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326660.pdf: 7483181 bytes, checksum: daa90a83e5028a2df160133d5b29ad96 (MD5) Previous issue date: 2014 / Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada constituem uma ferramenta que permite o monitoramento em tempo real da dinâmica dos sistemas elétricos de potência. Aplicações que fazem uso de sincrofasores podem ser sensíveis aos erros de medição. Desta maneira, as normas aplicáveis à medição fasorial exigem elevados requisitos de exatidão e desempenho por parte dos equipamentos de medição. Entretanto, o erro fasorial total em uma instalação de medição de fasores é consequência não só da unidade de medição, mas de toda a cadeia de instrumentos, denominada Canais de Instrumentação, cuja finalidade é adequar os sinais de tensão e corrente para patamares mensuráveis, e transportar esses sinais até os instrumentos de medição. Neste trabalho é investigada a influência produzida pelos Canais de Instrumentação nos erros de medição, do ponto de vista da tecnologia de medição fasorial sincronizada. Para tanto são discutidos os aspectos de exatidão que abrangem todos os equipamentos que compõem um Canal de Instrumentação típico, incluindo a própria unidade de medição fasorial. É realizada a correlação dos conceitos adotados pelas normas, e proposto um índice de avaliação do erro fasorial global, que incorpora a contribuição de todos os equipamentos. Em seguida é feita a modelagem dos equipamentos do Canal de Instrumentação. Através desta modelagem são realizadas diversas simulações computacionais, com o intuito de verificar a magnitude dos erros fasoriais, presentes em uma instalação de medição fasorial. Estas simulações são realizadas nas condições nominais de operação dos equipamentos, nas condições de testes de regime permanente e regime dinâmico exigidas pela norma de medição fasorial, e durante eventos reais observados no sistema elétrico brasileiro. Os resultados obtidos mostram que as atuais normas aplicadas a CI permitem erros fasoriais muito superiores aos exigidos pela norma de medição fasorial. Além disso, os resultados de simulação mostram que os CI podem provocar erros fasoriais elevados, principalmente quando submetidos a condições onde os parâmetros do sinal de entrada (tensão e corrente) estão fora dos seus valores nominais.<br> / Abstract : Synchronized Phasor Measurement Systems represent a useful tool on real time monitoring of power systems dynamics. Applications that use synchrophasors may be sensitive to measurement errors. Thus, the phasor measurement standards require high accuracy levels from measurement equipments. However, the total phasor error on a phasor measurement installation is not caused only by the measurement unit, but by the entire instruments network, called Instrumentation Channel. The Instrumentation Channel function consists in adjusting the voltage and current signals to measurable levels, and transport these signals to the measurement instruments. In this work, the influence of Instrumentation Channels on measurement errors is investigated, from the point of view of synchronized phasor measurement technology. For that purpose, the accuracy aspects that cover all the equipaments which compose a typical Instrumentation Channel are analyzed, including the phasor measurement unit itself. The concepts used by the standards are correlated and then an evaluation index for the global phasor error, that incorporates all equipment contribution, is proposed. After that, the modelling of Instrumentation Channel equipments is developed. Through this modelling, many computational simulations are performed, in order to verify the magnitude of phasor errors, present in a phasor measurement installation. These simulations are performed on nominal operation conditions, on test conditions of steady state and transient required by phasor measurement standard, and during real events observed on the Brazilian Interconnected Power System. The results show that the current standards, applied to Instrumentation Channels, allow phasor errors much higher than those required by the phasor measurement standard. Furthermore, the simulation results show that the instrumentation channels may produce high phasor errors, especially when facing conditions where the parameters of the input signal (voltage and current) are different from their nominal values.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-08T04:07:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334120.pdf: 5779568 bytes, checksum: 86e2e2f6a46635e4e8ea612f39ff4293 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho de doutorado apresenta uma estrutura hierárquica para estimação descentralizada de estados na qual o nível inferior é conduzido em cada subestação modelada do sistema elétrico de potência. Neste nível local é aplicado um algoritmo de Coestimação não linear, capaz de estimar não somente os estados, mas também a topologia da subestação em questão. O nível hierárquico superior, implementado nos Centros de Operação Regional, é responsável pela coordenação das estimativas locais, mediante o processamento das medidas de fluxo de potência ativa nas linhas de transmissão que conectam as subestações. Adicionalmente, um segundo módulo de estimação no nível superior permite agregar as contribuições de medidas fasoriais de tensão e corrente. O estimador associado a este módulo é linear, como resultado da representação das medidas fasoriais na forma retangular. Para preservar as propriedades estatísticas da solução, os componentes retangulares são processados em bloco por um estimador ortogonal, o que garante a correta representação das respectivas correlações. A arquitetura de estimação proposta reduz consideravelmente o crescente trânsito de informações entre as subestações e os centros de operação e controle. Estudos de caso utilizando diferentes sistemas-teste em que cada subestação é modelada no nível de seção de barra são realizados para ilustrar e validar a metodologia proposta.<br> / Abstract : This doctoral work presents a hierarchical structure for decentralized power system state estimation whose lower level is conducted at each power network substation. The local level modeling is based on a nonlinear Coestimation algorithm which provides not only the nodal state variables, but also the substation topology. The higher hierarchical level, performed at the Regional Control Center, coordinates the local estimates by processing the power flow measurements taken on the transmission lines connecting the substations, followed by a second stage module based on a block orthogonal estimator that adds the contribution of fasor measurements provided by PMUs. In addition to other attractive features, the proposed estimation architecture also allows a substantial reduction on the amount of data transmitted from substations to control centers. The proposed methodology is tested through a number of case studies performed on differents test-systems networks modeled at bus section level.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2762_DissertacaoMestradoDirceuSoaresJunior.pdf: 3781366 bytes, checksum: b26061364c7d76f2a5983fbce9d5d3b2 (MD5) Previous issue date: 2011-08-22 / Uma planta siderúrgica caracteriza-se pela existência em seu processo produtivo de cargas não lineares de elevada potência. Dentre estas cargas, as siderúrgicas do tipo mini-mill possuem normalmente Forno Elétrico a Arco (FEA) na sua fase inicial de produção do aço, que ocorre a partir da fusão de sucatas metálicas como principal matéria-prima utilizada. Os fornos elétricos absorvem uma corrente distorcida da rede elétrica, causando assim uma distorção de tensão no ponto de acoplamento comum (PAC) e inúmeros problemas de qualidade de energia elétrica. Uma solução muito utilizada para a mitigação harmônica neste tipo de carga elétrica é obtida através do uso de filtros passivos, com vários estágios de filtragem. Porém esta é uma solução que pode levar ao efeito da ressonância harmônica, elevando com isto a distorção harmônica no sistema elétrico e causando sobrecarga no sistema de filtragem. Neste trabalho é apresentado um estudo de caso em uma siderúrgica não integrada (siderúrgica que possui sucata metálica e ferro gusa como matérias-primas principais na fabricação do aço), localizada na região da Grande Vitória. Por meio de medições na subestação principal da usina, são apresentadas as principais formas de onda das correntes e tensões, em conjunto com seus espectros harmônicos, que comprovam a existência de distorções harmônicas, sobretudo provenientes da corrente do forno elétrico a arco. As medições consideradas no trabalho, para simulação dos modelos contendo os filtros híbridos, foram aquelas originadas da condição operacional mais crítica do processo, sob o ponto de vista de momento onde o comportamento da carga acarreta o maior desvio quanto à qualidade de energia nas variáveis elétricas medidas. O modelo utilizado para o sistema em questão apresenta forte grau de correlação com o sistema real, retratado através das medições elétricas efetuadas. De posse do modelo é realizada uma análise comparativa por meio de simulação entre duas topologias de filtragem híbrida, o filtro híbrido série e o filtro híbrido paralelo, para a compensação harmônica e amortecimento da ressonância. Os resultados das simulações e das análises das ressonâncias mostraram que o filtro híbrido paralelo é a topologia que permite a maior redução das distorções harmônicas de corrente e de tensão no PAC, utilizando-se um filtro ativo com a menor potência nominal. Contudo, a filtragem híbrida paralela não provê a eliminação por completo da ressonância paralela. E, quanto à ressonância série, o filtro utilizado não possui a capacidade de interferir na condição de amplificação harmônica existente no sistema elétrico. Finalmente, o estudo propõe que a definição da melhor alternativa de filtragem leve em consideração a escolha do ganho do filtro ativo e, consequentemente, a sua potência, de forma bem alinhada aos objetivos de melhoria na qualidade de energia elétrica que são esperados para o sistema em questão.