Orientador: Dalgerti Lelis Milanese / Banca: Júlio Borges de Souza / Banca: Haroldo Rodrigues de Azevedo / Resumo: Este trabalho tem o objetivo de abordar a Teoria da Potência Complexa Instantânea, a qual utiliza vetores espaciais instantâneos, e mostrar sua utilidade através de duas aplicações para cargas do sistema trifásico: A ponte retificadora trifásica de seis pulsos e o transitório de partida de um motor de indução trifásico. Os resultados obtidos são comparados com as grandezas de Buchholz-Goodhue no cálculo da potência aparente e do fator de potência, grandezas estas definidas na norma IEEEStd 1459/2000, para sistemas trifásicos operando em regime permanente em condições de desequilíbrio e com formas de onda não-senoidais. Mostra-se a sua utilidade para a análise destes dois sistemas e lança-se um pouco mais de entendimento da relação existente entre estas duas abordagens. A ponte retificadora trifásica é analisada em condições equilibradas, facilitando-se, portanto, a comparação com a teoria convencional para regimes equilibrados e não-senoidais. Com relação ao transitório de partida do motor de indução, fica evidenciado que este pode ser tratado como se estivesse operando em regime para cada valor do escorregamento, durante o período do transitório eletromecânico. / Abstract: This work aims to show The Instantaneous Complex Power approach, which uses instantaneous space vectors, showing its usefulness through two applications: The six pulse three-phase bridge rectifier and the starting transient of an induction motor. The results are compared to the Buchholz-Goodhue quantities, as defined in IEEE-Std 1459/2000, which deals with three-phase power systems under non-sinusoidal and unbalanced conditions. In this way it is possible to improve our understanding of the theory and the Buchholz- Goodhue approach. As the three-phase bridge rectifier is analyzed under balanced conditions, it facilitates the comparison of these two approaches with the conventional power theory for this case. Concerning the induction motor, it is shown that it can be treated as operating on steady-state sinusoidal conditions for every value of its slip during the electromechanical period of the starting process. / Mestre

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: Gideon Villar Leandro / Resumo: O objetivo do presente trabalho é analisar a influência da atuação do SVC no desempenho dinâmico e transitório de um sistema de energia elétrica multimáquinas, focando as interações máquina-versus-máquina, por meio das admitâncias de transferência entre as barras internas dos geradores Cada admitância de transferência entre máquinas do sistema depende diretamente das variações da susceptância do SVC, e, para expressar esta dependência foi definido um coeficiente denominado Fator de Efeito. Mostra-se que este fator avalia com propriedade o efeito exercido pela ação do SVC sobre cada admitância de transferência entre máquinas do sistema, e dele se pode inferir quais pares de máquinas são mais e quais são menos afetados. Mostra-se ainda que, embora o Fator de Efeito possa apresentar variação de valores em diferentes condições de carregamentos, o mesmo não perde sua capacidade de discriminação de importância da compensação para interações entre máquinas. Notadamente, a discriminação da importância para interações intra e inter-áreas foi preservada em todas as situações de carregamentos consideradas. Considera-se que o Fator de Efeito poderá ser de grande utilidade em procedimentos de análise do desempenho de um SEE sob atuação de um SVC, bem como em procedimentos de projeto e ajuste de controles do dispositivo. / Abstract: The aim of this study is to analyze the influence of the action of a SVC in the dynamic and transient performance of a multimachine power system, with the focus putted on the machine versus machine interactions, by means of the their transfer admittance. The internal generators nodes transfer admittances are affected by the performance of the SVC and a coefficient named Effect Factor is defined in order to take it into account. It is shown that this factor provides an appropriate evaluation of relative importance of the SVC effects among all of the pairs of machines transfer admittances. It is also shown that the Effect Factor does not lose its discrimination ability when considering different system loading conditions. Especially the intra- and inter-area discrimination has been preserved in all of the various considered cases. It is expected that the effect factor can be very useful in power system performance analysis under SVC action, as well as in design and tuning methods for the device control. / Mestre

Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Roberto de Souza Salgado / Banca: Ivan Nunes da Silva / Resumo: 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 / Abstract: 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 / Doutor

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Coorientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: André Nunes de Souza / Resumo: As perdas de energia elétrica por fraudes, ligações clandestinas ou erro na medição são denominadas Perdas Não-Técnicas ou Perdas Comerciais e seu combate tem sido prioridade quer por empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica, quer por órgãos reguladores. Nesse contexto, neste trabalho, implementa-se computacionalmente um sistema inteligente híbrido intercomunicativo específico que se baseia no emprego de diferentes técnicas oriundas da área de sistemas inteligentes tais como redes neurais e lógica fuzzy em módulos independentes e que se comunicam entre si. O sistema é baseado em três pilares: extração automática de conhecimento a partir da base de dados da concessionária, incorporação na metodologia do conhecimento e experiência de especialistas e, em último, consultas na base de dados por características específicas de cada cliente. A metodologia utiliza simultaneamete inúmeros dados reais de entrada de natureza diversa e combina várias técnicas a fim de verificar o risco percentual de cada cliente de possuir alguma anomalia que implique em perda comercial. Além dos dados cadastrais e do histórico de consumo mensal dos clientes, comumente utilizados pelos trabalhos orientados à detecção de perdas comerciais, a metodologia proposta utilizou também dados adicionais tais como a lista de nomes e de atividades suspeitas. A utilização de dados adicionais possibilitou uma melhoria na detecção de clientes anômalos, grande parte dos quais seriam possivelmente considerados normais pelos trabalhos da literatura avaliada. Neste trabalho, pretende-se detectar as perdas comerciais de maneira mais rápida e precisa possível. Investigações adicionais devem ser feitas posteriormente para encontrar quais são as causas que culminaram em altas perdas comerciais em... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Electrical energy losses due to theft, fraud or error in the measurement are called Non-Technical Losses and their reduction has been a priority utilities power and by regulators. In this context, this paper presents the computational implementation of an intelligent hybrid system that combines techniques such as neural networks and fuzzy logic. The system is based on three pillars: knowledge extraction from the database utility, incorporating the methodology of knowledge and experience of experts and queries the database for specific features of each client. The methodology uses several simultaneous input of diverse nature and combines several techniques to verify the percentage risk of each customer to have some problem to configure non-technical losses as fraud, defective in the measurement system. In this paper, the main objective is to locate the focus of the problem more quickly. Further investigations should be made later to find what are the causes that resulted in high nontechnical losses in a feeder or in a specific region. This work covers the registered customers at utilities power, especially residential... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Edson Guedes da Costa / Resumo: Entre tantas tecnologias alternativas desenvolvidas ao longo das últimas décadas, procurando aumentar a eficácia das técnicas convencionais ou propondo novas técnicas não convencionais na transmissão da energia elétrica a longas distâncias e lugares de difícil acesso, o estudo proposto apresenta alguns conceitos e características para sistemas de transmissão constituídos por quatro fases genéricas. O sistema de transmissão tetrafásico tem sido tema de diversos estudos e aplicações em alguns países da Europa e Ásia, apresentando algumas vantagens quando comparado ao sistema de transmissão trifásico convencional. Esse sistema pode ser facilmente integrado ao sistema trifásico por meio de transformadores, amplamente abordado por diversas referências bibliográficas. Nesse estudo foi realizado uma análise comparativa das possíveis sobretensões ocorridas nos domínios da frequência e do tempo entre os sistemas de transmissão trifásico e tetrafásico, avaliando as características elétricas e as respostas transitórias eletromagnética e impulsiva, mostrando novas vantagens sobre esta tecnologia, fornecendo uma avaliação completa sobre o tema / Abstract: Among the many alternative technologies developed over the past decades, seeking to increase the effectiveness of conventional techniques or proposing new non-conventional techniques in the transmission of electricity over long distances and places of difficult access, the proposed study presents some concepts and features to transmission systems that are constituted of four generic phases. The four-phase transmission system has been subject of numerous studies and applications in some countries in Europe and Asia, presenting some advantages compared to the conventional three-phase transmission system. This system can be easily integrated into the three-phase system through transformers, thoroughly approached by several bibliographical references. In this study was made a comparative analysis of the possible overvoltages that occurred in the areas of frequency and time between the transmission systems of three-phase and four-phase, evaluating the electrical characteristics and the transient answers, electromagnetic and impulsive, showing new advantages over this technology, providing a complete evaluation of this issue / Mestre

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Antonio Marcos Cossi / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Walmir de Freitas Filho / Banca: José Antonio Domínguez Navarro / Resumo: O objetivo principal deste projeto é o desenvolvimento de metodologias que indiquem os custos reais de determinados serviços ancilares de geradores distribuídos, e como podem contribuir, com estes serviços, para melhoria da qualidade do fornecimento de energia na distribuição, subtransmissão e até transmissão. Estas metodologias deverão fornecer os custos destes serviços, bem como os benefícios para o sistema elétrico, além de identificar quem e quanto oferece de cada serviço para a operação segura e dentro dos procedimentos preestabelecidos. Para o desenvolvimento dos algoritmos de solução são considerados dois tipos de geração distribuida: geradores distribuídos com variabilidade da fonte primária de energia mínima ou desprezível (microturbinas a gás, pequenas centrais hidrelétricas, geradores em usinas de açúcar e álcool, etc.), e geradores distribuídos que tem forte dependência das variações da fonte primária de energia (principalmente turbinas eólicas e sistemas fotovoltaicos). Este último grupo de geradores precisa de considerações mais elaboradas que incluam as incertezas na geração de energia. Este assunto é tratado através de Simulações de Monte Carlo, Cadeias de Markov e Lógica Fuzzy. Através das Simulações de Monte Carlo são realizados fluxos de potência probabilísticos em múltiplos cenarios, enquanto que com as Cadeias de Markov e a Lógica Fuzzy são descritas as séries de tempo relacionadas com a geração de potência ativa dos geradores distribuídos. Também sãoconsiderados vários objetivos a serem otimizados através de técnicas multiobjetivo, observando principalmente as perdas de potência nas linhas do sistema, os custos de geração dos geradores distribuídos e a estabilidade de tensão ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main objective of this project is to develop methodologies to indicate the real costs of certain ancillary services when they are delivered by distributed generators, and how they can contribute, with these services, to improve the quality of power supply in distribution, subtransmission and even transmission systems. These methodologies should provide the costs of these services and benefits to the electrical system as a whole, and they should also identify who and how much of each service provides for the safe operation and within the pre-established procedures. Two types of distributed generation are considered for the development of solution algorithms: distributed generators with minimal or negligible variability of the primary energy source (gas micro-turbines, small hydroelectric plants, generators in sugar and alcohol plants, etc.), and distributed generators that have strong dependence on variations of the primary energy source (mainly wind turbines and photovoltaic systems). This latter group of generators need more elaborate considerations to include the uncertainties in power generation. This matter is addressed through Monte Carlo Simulations, Markov Chains and Fuzzy Logic. Through Monte Carlo Simulations probabilistic power flows in multiple scenarios are performed, while with Markov Chains and Fuzzy Logic the time series related to the active power generation of distributed generators are described. Several objectives are also considered to be optimized by multi-objective techniques, noting particularly the power losses in the lines of the system, generation costs of distributed generators and voltage stability of the system. The ancillary services considered in this work are reactive power support, reserves for frequency control and secondary frequency control. Reactive power support... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Coorientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Banca: Ariovaldo Verandio Garcia / Resumo: O problema do planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em determinar as mudanças que precisam ser feitas no sistema visando atender as condições de demanda futura, respeitando os critérios técnicos de operação e segurança, tudo isto sob um mínimo custo econômico (no caso da otimização monoobjetivo). A modelagem do problema de planejamento da expansão de sistemas de distribuição inclui a repotenciação de subestações existentes, a alocação e dimensionamento de novas subestações, o recondutoramento de alimentadores existentes, a construção e seleção do tipo de cabo para alimentadores novos e a seleção da topologia do sistema (reconfiguração). Além disso, o modelo considera que a expansão do sistema pode ser executada em vários estágios, propondo assim uma formulação dinâmica do problema de planejamento. É apresentada neste trabalho uma estratégia de decomposição para dividir o problema no subproblema da seleção das subestações e na solução de problemas de reconfiguração e recondutoramento dependentes. São desenvolvidos algoritmos heurísticos, que combinados com a metaheurística Busca Tabu, permitem uma exploração eficiente do espaço de busca. A estratégia de decomposição mencionada permite o uso da programação paralela, conseguindo diminuir o tempo de processamento. O método proposto é testado usando casos de grande porte da literatura, mostrando um excelente desempenho / Abstract: The distribution system expansion planning problem consists of to determine the investments that need to be made in the system to meet future demand conditions, satisfying technical criteria for operation and safety, all under a minimum economic cost (in the case of mono-objective optimization). The modeling of the planning problem includes the expansion of existing substations, the allocation and design of new substations, the reconductoring of existent feeders, the selection of the type of conductor for new feeders and the selection of the system topology (reconfiguration). Furthermore, the model assumes that the expansion of the system can be performed in several stages, thus it is proposed dynamic planning problem formulation. In this paper work, it is presented a decomposition strategy to separate the problem into the subproblems of selection of the substations, reconfiguration and selection of the conductor feeders. Heuristic algorithms are developed, which combined with the Tabu Search metaheuristic, allow an efficient exploration of the space of search. The decomposition strategy aforementioned allows the use of parallel programming, achieving reduced processing time. The proposed method is tested using large cases in the literature, showing excellent performance / Doutor

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Carlos Alberto Castro Júnior / Resumo: O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma formulação linear inteira mista (equivalente à formulação não linear inteira mista) para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão ao longo dos alimentadores primários de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais, com o objetivo de melhorar o perfil da magnitude de tensão, reduzir as perdas de potência ativa da rede e a minimização dos custos de instalação dos equipamen-tos. Na formulação proposta, o cálculo do ponto de operação em regime permanente de um sistema de distribuição radial é modelado matematicamente usando expressões lineares. O uso de um modelo de programação linear inteira mista garante a convergência para a solução óti-ma usando ferramentas de otimização clássica existentes. Os sistemas testes de 70-, 136-, 202- e 400-nós são utilizados para mostrar a precisão do modelo matemático, assim como também a eficiência da técnica de solução proposta para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão em um sistema de distribuição radial / Abstract: This work shows the development of a mixed integer linear formulation to solve the voltage regulators allocation problem in radial electrical distribution systems, with the goal of improving the voltage magnitude profile, reducing the active power losses and mini-mizing the investment cost. In the proposed formulation, the steady-state operation point of the radial distribution system is modeled through linear expressions. The use of a mixed-integer linear formulation guarantees convergence to optimality using existing optimization software. The 70-, 136-, 202- and 400-node test systems are used in order to show the accura-cy of the mathematical model as well as the efficiency of the proposed solution technique to solve the allocation problem of voltage regulators in a radial distribution system / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Walmir de Freitas Filho / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Neste trabalho propõe-se uma metodologia alternativa para o diagnóstico automático de faltas de curto-circuito em sistemas de distribuição de energia elétrica. Esta ferramenta, de auxílio à tomada de decisão, acelera os procedimentos para restabelecimento das condições normais de operação propiciando maior segurança, confiabilidade e lucratividade às concessionárias. O sistema de diagnóstico foi concebido integrando modernas técnicas de processamento de sinais e sistemas inteligentes. O processo contínuo de detecção de distúrbio é realizado através de análises estatística e direta multinível dos sinais de corrente no domínio wavelet. Na etapa de classificação de faltas de curto-circuito as principais características dos sinais de corrente e tensão (assinatura) são extraídas empregando a análise multirresolução e o conceito de energia. Estes índices comportamentais correspondem aos vetores de entrada de três conjuntos independentes de redes neurais artificiais da família ART (Adaptive Resonance Theory), ARTMAP Fuzzy, cujo treinamento dar-se-á de forma supervisionada. Esta arquitetura de rede executa o treinamento com alto desempenho computacional e apresenta duas características fundamentais para aplicação em modernos sistemas de energia elétrica, estabilidade e plasticidade, permitindo a inclusão do treinamento continuado, o que representa uma importante vantagem quando comparada às recentes metodologias. Os estímulos de entrada do primeiro conjunto de redes correspondem às características extraídas dos sinais de corrente, o segundo conjunto analisa as características relativas aos sinais de tensão e o terceiro conjunto tem como vetor de entrada os índices comportamentais referentes aos sinais de corrente e tensão. A teoria da evidência de Dempster-Shafer é empregada... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present project proposes an alternative methodology for the automatic diagnosis of short- circuit fault in distribution systems. This support tool for decision making accelerates the restoration process providing greater security, reliability and profitability to electric power companies. The diagnostic system was designed through the combined use of modern signal processing techniques and intelligent systems. The continuous procedure for disturbance detection is performed based on direct and statistical multilevel analysis of the current signals in wavelet domain. In the classification step, the main features of the current and voltage signals (signature) are extracted using multi-resolution analysis and energy concept. These behavioral indexes correspond to the input vectors of three parallel sets of ART family neural network, Fuzzy ARTMAP, which is trained in a supervised manner. This architecture performs the training with high computing performance and presents two key characteristics for application in modern electric power systems, stability and plasticity, enabling the inclusion of continuous training, which represents an important advantage when compared with recent methodologies. The first and second network set evaluates the features extracted from current and voltage signals, respectively. The third set performs the diagnosis based on both behavioral indexes. The Dempster-Shafer theory is employed to integrate the evidence (outcomes) of the network sets, providing quantitative information about the diagnosis and its reliability. Finally, the faulted section is located using, a priori, voltage and current data measured at the substation. To demonstrate the performance of this method, an application is submitted considering a practical distribution feeder from a Brazilian electric utility, composed of... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Francisco Villarreal Alvarado / Coorientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Banca: Lina Paola Garces Negrete / Resumo: O problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica a longo prazo é um importante problema de otimização do campo do planejamento de sistema elétricos de potência. Trata-se de um problema cujo modelo matemático é um problema de programação não linear inteiro misto com a complexidade adicional de que é um problema não convexo e com característica de apresentar o fenômeno da explosão combinatória quando cresce as alternativas de expansão. O processo de resolução consiste basicamente nas escolhas de circuitos, dentro de um conjunto pré-definido, donde o candidato a ser incorporado ao sistema deverá apresentar resultados positivos no que tange a minimização do custo de investimento e operação e, além disso, deve atender a demanda de energia futura ao longo de um horizonte de planejamento com confiabilidade, assumindo como conhecido o plano de geração. Devido a complexidade do problema tem-se tentado aplicar todas as técnicas de otimização para auxiliar na tentativa de resolução. Sendo estas técnicas classificadas em três grandes grupos: técnicas de otimização clássica, técnicas heurísticas e técnicas metaheurísticas. Neste trabalho apresenta-se uma nova forma de resolução, oriunda do grupo , denominada Busca em vizinhança variável (VNS). O VNS é uma metaheurística recente que explora basicamente a ideia de mudança sistemática de estruturas de vizinhança no espaço de soluções durante o processo de busca para encontrar soluções ótimas locais e para sair desses ótimos locais. Esta técnica de solução oferece novas alternativas de solução, comparado com os diversos tipos de metaheurísticas já utilizadas na literatura, apresentando excelentes resultados com baixo esforço computacional. Os algoritmos utilizados são apresentados e detalhados a sua forma de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The expansion planning problem of the power electrical transmission system to long term is an important problem of optimization of power electrical system fields. It refers to a problem whose mathematical model is a non-linear whole mixed program problem with additional complexity is a non-convex problem and presents the feature of the combinatorial expansion when grows the expansion alternatives. The reduction process is just choices of circuits in a pre-defined array where the candidate, which should be incorporated to the system, should have positive minimization cost of investment and operation and should support the future energy demand along of a reliable horizon of planning to a known generation plan. In the past, many optimization methods were tested to search the best solution due the problem complexity. These methods can be classified by: classical optimization methods, heuristic methods and meta-heuristic methods. However, in this work is presented a new approach of solution based on the method of Variable Neighborhood Search (VNS). The VNS is a modern meta-heuristic uses a systematic change of neighborhood structures over solution space during the search procedure of optimal local solutions and to go out from local optimum. Thus, this approach provides new alternatives of solution in comparison with other meta-heuristic methods previously found at the literature. Additionally, the new approach presents excellent results with low computational cost. In summary, the used algorithms are showed and the adaptation mode to the planning problem of the power electrical transmission system is described. This adaptation considers two traditional mathematical models: Transport and DC models. Lastly, it was performed tests with the bars/paths IEEE system, the bars/paths south Brazilian system and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor