Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: João Bosco Augusto London Junior / Resumo: O problema da reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em determinar a topologia radial, que pode ser obtida por meio da abertura ou fechamento de chaves de seccionamento (normalmente fechadas) e de ligação (normalmente abertas), de forma que um objetivo seja atingido, geralmente a minimização das perdas, balanceamento das cargas, melhoria dos níveis de tensão ou isolamento de faltas. Além disto, a topologia ótima deve cum- prir com restrições operacionais, como o limite de tensão nas barras e os limites de correntes nos circuitos. O modelo deste problema é de programação não linear inteira mista, não convexo e de difícil solução através de técnicas clássicas de otimização, além disto, este problema apre- senta o fenômeno da explosão combinatória. Neste trabalho são apresentadas metodologias, baseadas na meta-heurística de busca em vizinhança variável, para resolver o problema da re- configuração de sistemas de distribuição de energia elétrica considerando vários níveis de de- manda e topologia fixa da rede, que visa encontrar uma única topologia ótima para operar nos vários níveis de demanda de um período. O objetivo considerado é a minimização do custo das perdas de energia. Foram desenvolvidas quatro formas do algoritmo de busca em vizinhança variável: Basic Variable Neighborhood Search (BVNS), Variable Neighborhood Descent (VND), Reduced Variable Neighborhood Search (RVNS) e General Variable Neighborhood Search (GVNS). Todos os programas foram escritos em linguagem FORTRAN. Os algoritmos propostos foram testados com os sistemas de 33, 84, 136, 415 e 10477 barras. Os resultados foram comparados com os existentes na literatura especializada e os obtidos pela resolução de um modelo de otimização, escrito em linguagem AMPL e resolvido com o solver comercial CPLEX / Abstract: The distribution network reconfiguration problem consists in determining the radial to- pology, that can be obtained by opening and closing sectionalizing switches (normally closed switches) and tie switches (normally open switches), so that an objective is achieved, commonly loss minimization, load balancing, voltage levels improvement or fault isolation. Furthermore, the optimal topology must satisfy operational constraints, such as voltage levels on nodes and current magnitude on circuits. The model for this problem is a mixed-integer nonlinear pro- gramming problem, non-convex and hard to solve by classical optimization techniques, besides, this problem presents the combinatorial explosion phenomenon. This work presents methodol- ogies, based on the variable neighborhood search metaheuristic, to solve the distribution net- work reconfiguration problem with variable demand and fixed topology, which aims in finding only one optimal topology to operate on the various load levels during a period. The considered objective is the reduction of the cost of energy losses. Four variable neighborhood search algo- rithms were developed: Basic Variable Neighborhood Search (BVNS), Variable Neighborhood Descent (VND), Reduced Variable Neighborhood Search (RVNS) and General Variable Neigh- borhood Search (GVNS). All programs were implemented in FORTRAN. The proposed algo- rithms were tested with the 33, 84, 136, 415 and 10477-node systems. The results were com- pared with the best-known solutions presented in specialized literature and the solutions ob- tained from an optimization model, written in AMPL and solved with commercial solver CPLEX / Mestre

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Julio Borges de Souza / Banca: José Carlos da Costa Campos / Resumo: Na criação e funcionamento de um sistema elétrico é de suma importância a correta parametrização das linhas de transmissão. Com o passar do tempo foram desenvolvidos modelos para o estudo e modelagem desses fatores que resume em representações matemáticas. Esses modelos apresentam algum grau de erro, já que tomam como certas condições iniciais e assumem critérios que podem ser uteis num caso e prejudicial no outro. Neste trabalho foi desenvolvida estimação de parâmetros da linha diretamente das medições das correntes e tensões da linha, assim pode omitir ou reduzir ao mínimo estas considerações. Uma linha de transmissão trifásica foi decomposta em seus três modos e cada modo foi modelado através de um único circuito π. Foram encontradas as equações dos parâmetros em função das correntes e tensões que são resolvidas pelo método dos mínimos quadrados. Este método numérico foi escolhido como base para esta pesquisa já que o mesmo tem como prioridade encontrar a solução de um sistema de equações minimizando o erro. Através do programa M ATLAB baseando-se na representação de parâmetros distribuídos para linha longa e usando a teoria da decomposição modal estima-se os parâmetros de uma linha trifásica com plano de simetria vertical. As medições das grandezas nos terminais da linha são feitas em regime transitório / Abstract: To create and operate the electrical system it is important to estimate transmission lines parameters precisely. Through history there has been developed many models for the study of this factors that are summarize in very precise mathematical representations. All these models are the foundation of the similar existing studies used for parameterizing, but there are too many considerations and assumptions that have to be accounted for these models to work. Therefore, they can either simplify the problem or make it worse. Trying to minimize this error, new methods for estimating line parameters are being developed using the records of a line's terminals current and voltages. A three-phase line will be decomposed in its three modes and each mode will be represented as one sole -circuit. A system of equations that relates the line parameters with the line terminal voltages and currents is found and solved using the least square method. This numerical method was chosen because its priority is to find the solution to a system of equations that allows the error to be minimal. Using the MATLAB software, the representation for a long transmission line and the modal decomposition, the line parameters of a three-phase transmission line with vertical symmetry, are estimated. The records are taken during faults / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: José Guilherme Magalini Santos Decanini / Resumo: O estudo do processo de previsão constitui-se numa rotina de extrema importância para o funcionamento e a operação dos sistemas elétricos de potência. Para isso, há a necessidade de se prever os acontecimentos futuros visando o fornecimento de energia aos consumidores, de forma segura, eficaz e econômica. Neste sentido, nesta pesquisa, apresenta- se uma metodologia, baseada nas redes neurais, para resolver o problema de previsão de carga. São propostas melhorias na rede neural, via o emprego do algoritmo retropropagação (backpropagation), por meio da adaptação dos parâmetros de inclinação e de translação da função sigmoide (função ativação da rede neural). Além disto, é desenvolvido um controlador fuzzy com o propósito de ajustar a taxa de treinamento durante o processo de convergência. Visando testar a metodologia proposta, apresenta-se um estudo de previsão da carga considerando-se uma base de dados de uma companhia do setor elétrico / Abstract: The prediction process study is a very important task for the operation of the electrical power systems. Therefore, it is necessary to predict the future behavior to provide energy with security, efficiency and economy to the users. This work presents a methodology based on neural networks to solve the problem of load forecasting. The proposal is to improve the neural network using the backpropagation algorithm adapting the inclination and translation parameters of the sigmoid function (activation function of the neural network). Besides, it is developed a fuzzy controller to adjust the training during the convergence process. To test the proposed methodology, it is presented a load forecasting study considering a database from an electrical energy company / Mestre

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Resumo: O aumento consistente e constante do consumo de energia elétrica, o crescimento irregular e desordenado de edificações residenciais, comerciais e industriais, dentro e fora dos centros urbanos, as irregularidades nas características do fator de potência das cargas instaladas, podem colocar em xeque o bom desempenho dos sistemas elétricos de distribuição sendo necessário e urgente, a aplicação de ferramentas computacionais eficientes que atuem na otimização da operação. A investigação, análise e projeto destes sistemas são o foco da automação da distribuição, que visa redução das perdas técnicas que pode ser feita através da reconfiguração e alocação de bancos de capacitores que contribuirão para o melhoramento nos perfis de tensão e a minimização de perda de potência ativa nas linhas. Este trabalho visa propor a melhoria no desempenho econômico da operação de sistemas de distribuição através da minimização de determinados custos da operação, propondo investimentos que garantam lucros em seu retorno, através da solução simultânea dos problemas de reconfiguração de sistemas de distribuição radiais para alguns tipos de carregamento e do problema da alocação dos bancos de capacitores que será feita através de urna metaheurística especializada para avaliar a qualidade de cada proposta de solução fornecida pela meta-heurística sendo implementado um módulo de fluxo de carga em sistemas de distribuição radial com uso de um algoritmo de varredura / Abstract: The consistent and steady increase in electricity consumption, the irregular and uncontrol­ led growth of residential, commercial and industrial buildings, inside and outside urban centers, the irregularities in the characteristics of the power factor of the loads installed, can risk the good performance electrical distribution systems is necessary and urgent, the application of eflicient computational tools that work on optimizing the operation. The research, analysis and design of these systems is the focus of distribution automa­ tion, which aims to reduce technical losses can be clone by reconfiguring and allocation of capacitors which contribute to the improvement in the voltage profile and minimizing loss active power lines. This work aims to propose improvements in the economic perfor­ mance of the distribution system operation by minimizing certain costs of the operation, proposing investments to ensure profits on their return, by the simultaneous solution of the reconfiguration of radial distribution systems problems for some types of loading and allocation problem of capacitor banks to be made by a specialized metaheurist to assess the quality of each proposed solution provided by metarheuristics are implemented a load module radial flow distribution system using an algorithm scan / Mestre

Orientador: Dilson Amancio Alves / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Francisco Carlos Vieira Malange / Banca: Marcos Amorielle Furini / Banca: Rogério Rocha Matarucco / Resumo: Neste trabalho são propostas duas novas técnicas de parametrizações geométricas que se baseiam na análise da curva trajetórias de soluções (curva P-V) do fluxo de carga continuado e que permitem tanto o traçado completo das curvas P-V quanto a obtenção do ponto de máximo carregamento de qualquer sistema elétrico de potência. Estas técnicas surgiram diante das limitações de algumas técnicas de parametrização geométrica existentes para determinação do ponto de máximo carregamento e traçado dos perfis de tensão de sistemas cuja tensão de uma pequena área, ou magnitude de tensão de uma quantidade pouco significativa de barras, não permanece dentro da faixa normal de operação. Na primeira a adição de uma equação de segundo grau ao sistema de equações básicas do fluxo de carga continuado, a qual passa por três pontos no plano formado pelas variáveis perdas de potência ativa total e o fator de carregamento, mostrou-se eficiente quando aplicado aos sistemas do IEEE, 300, 638 e 787 barras do sistema Sul-Sudeste brasileiro. Mas, falha para sistemas com instabilidade de tensão com características predominantemente local, como o sistema de 904 barras do Sudoeste americano. Diante desta limitação é proposta uma nova técnica que consiste no acréscimo de uma equação de reta que passa por um ponto no plano formado pelas variáveis perda total de potência ativa e o fator de carregamento. É uma técnica robusta o que favorece sua aplicação com êxito em quaisquer sistemas do IEEE e os reais de grande porte, em particular o 904 barras, o que pode ser comprovado pela análise dos resultados obtidos. Também para ambas as técnicas, propõem-se a normalização da variável perda total de potência ativa, para uniformizar seus valores e a escala dos eixos propiciando a vantagem da definição de um processo eficiente e único de controle de tamanho de passo para o traçado completo da curva P-V para qualquer... / Abstract: This work proposes two new geometric parameterization techniques that based on analysis of solutions trajectory curve ( P-V curve) of the continuation power flow and allow both the complete tracing of P-V curves as obtaining the maximum loading point of any electric power system. These techniques were developed before the limitations on the geometric parameterization techniques exist for determining the maximum load point and layout of system voltage profiles whose voltage profile of a small area or voltage magnitude of a little bit amount of bus not remains within the normal operating range. At first the addition of a second degree equation of the basic equations of the continuation power flow which passes through three points in the plane formed by the total power loss variable active and load factor was shown to be effective when applied to IEEE systems 300, 638 and 787 bus of the Brazilian South-Southeast system but fails for systems with instability with predominantly local voltage characteristics such as the American Southwest 904 bus system. Given this limitation we propose a new technique consisting of the addition of a line equation passing through a point in the plane formed by the variables total real power losses and loading factor is a robust technique which favors their successful implementation in any IEEE systems and large real in particular the 904 bus which can be confirmed by analysis of the results. Also for both techniques propose to normalize the total real power losses variable to standardize its values and the axes scale providing the advantage of defining an efficient and unique process step size control for the complete tracing of P-V curve for any operating condition / Doutor

Orientador: Ildeberto Muniz de Almeida / Banca: Maria Dionísia do Amaral Dias / Banca: José Dari Krein / Resumo: Introdução: O setor elétrico brasileiro é um dos que mais causa acidentes fatais no país. A acidentalidade de 1999 a 2013 é, em média, 4,8 vezes maior que a dos demais setores formais da economia no Brasil. Sabe-se, também, que se trata de setor com sistemas complexos em termos de tecnologia e organização do trabalho cujas condições de trabalho são perigosas, resultando, frequentemente, em acidentes de trabalho. Objetivo: Analisar aspectos da influência de escolhas gerenciais e organizacionais do setor elétrico brasileiro na segurança do trabalho. Metodologia: Estudo de série de casos apoiado em entrevistas e grupo focal com atores-chaves, análise documental e observação em locais de trabalho, e re-análises de acidentes de trabalho do setor de distribuição guiadas por conceitos adotados no modelo de análise e prevenção de acidentes (MAPA). Resultados: As entrevistas apontaram que, no setor elétrico, a economia está comandada pela lógica financeira sustentada no curtíssimo prazo e que a terceirização é um dos fios condutores da precarização do trabalho. Análise de variabilidades mostrou falhas na gestão pessoal por permitir contratação de terceiros desprotegidos cognitivamente para realizar manutenção em ambiente de prevalência de lógica de oferta de energia. Em todos os casos a aplicação da análise de barreiras mostrou contribuições da gestão de segurança com destaque para intervenções ocorrendo nas proximidades de linha primária (alta tensão) energizada que não era apontada como fonte potencial de perigo ou risco. Análises de mudanças mostraram contribuições com origens em falhas na gestão de materiais e de sua manutenção também influenciados por critérios de avaliação de qualidade e desempenho adotados pela Agência Reguladora Nacional que privilegiam oferta ininterrupta de energia em prejuízo da segurança. Discussão: O enfraquecimento de coletivos... / Abstract: Introduction: Brazilian electricity sector is one of the leaders in fatal work accidents. Total accidents number between 1999 and 2013, for instance, is 4.8 times bigger than those of other formal sectors of economy in Brazil. Technology systems and work organization in this sector are complex, and work conditions are dangerous, frequently resulting in work accidents. Objective: To analyze the influence of managerial and organizational choices at the Brazilian electricity sector on work safety. Method: series of cases study based on interviews and focal groups with key role-players, documental analysis and work observation, as well as reanalysis of work accidents in the distribution sector guided by concepts adopted in the method "Accidents Analysis and Prevention Model" (MAPA). Results: Interviews indicate that, in the electricity sector, economy is guided by financial logic of very short time results and that outsourcing is one of the guiding lines of job insecurity. Variability analysis showed flaws in human resources management by allowing the employment of subcontractors which were not protected, from the cognitive point of view, in order to carry out maintenance work in electrified environment. In all cases, the barrier analysis showed that safety management did not highlight interventions in the vicinity of energized primary line (high voltage) as being a potentially risky or dangerous situation. Changes analysis indicated the contribution of flaws in materials management and maintenance for the accidents, also influenced by quality and performance assessment adopted by the National Regulatory Authority, which determine uninterrupted power supply at the expense of safety. Discussion: The interviews of trade union leaders, as well as the cases analysis, indicated a weakening process of workers communities, which result in dilution and devaluation of practical knowledge and experiences. This study offers technical and organizational ... / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Coorientador: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Sandra Cristina Marchiori de Brito / Resumo: Após a liberação do mercado elétrico boliviano, tornou-se crucial, para as empresas concorrentes no setor elétrico, tentar prever o preço da energia num horizonte de curto prazo, dado que, a partir dessas estimativas, as companhias geradoras podem otimizar suas estratégias de oferta e assim mesmo maximizar seu lucro. Neste estudo, será abordado o problema de previsão usando técnicas de inteligência artificial, especificamente utilizando redes neurais artificiais para prever o preço num horizonte de 24 horas; se utilizará uma rede não-linear autorregressiva com entradas exógenas (NARX) e uma rede neural de reconhecimento de padrões, com o fim de identificar qual destas apresenta melhores resultados de predição / Abstract: With the improvement of the Bolivian electricity market, it becomes important for all the participants of the electricity sector the prediction of the energy price in a short time horizon, giving with this the opportunity to the generating companies to optimize their supply strategies and maximize their profit. In this work, the problem of prediction will be approached using artificial intelligence techniques, specifically the use of an artificial neural network to price prediction for a 24 hours horizon, using a nonlinear autoregressive network with exogenous inputs (NARX) and a pattern recognition network in order to identify the best results of the prediction / Mestre

Orientador: Edméa Cássia Baptista / Banca: Geraldo Roberto Martins da Costa / Banca: Edilaine Martins Soler / Resumo: Este trabalho propõe uma abordagem que utiliza uma combinação de métodos baseados na função barreira logarítmica e barreira logarítmica modificada para a resolução do problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo. Na abordagem proposta as restrições de desigualdade são transformadas em igualdade introduzindo as variáveis de folga, as quais são tratadas pela função barreira logarítmica ou pela função barreira logarítmica modificada e as restrições de igualdade são tratadas pelos multiplicadores de Lagrange. Estes métodos são utilizados em duas etapas. Inicialmente aplica-se o método baseado na função barreira logarítmica até que um critério de transição seja satisfeita. Depois aplica-se o método baseado na função barreira logarítmica modificada até que a condição de convergência seja satisfeita. Testes numéricos utilizando os sistemas elétricos de 3 barras e IEEE 14, 30, 57 e 118 barras indicam que o método é eficiente na resolução do problema Fluxo de Potência Ótimo Reativo. Uma comparação dos resultados obtidos pela abordagem proposta com os dos métodos de barreira logarítmica e de barreira logarítmica modificada separadamente é realizada. / Abstract: This work proposes an approach that uses a combination of methods based on loga-rithmic barrier function and modi˝ed logarithmic barrier function for the resolution of the reactive optimal power ˛ow problem. In this proposed approach the inequality cons-traints are transformed into equalities by adding the slack variables, which are handled by logarithmic barrier function or modified logarithmic barrier function, and the equality constraints are handled by means of Lagrange multipliers. These methods are used in two steps. Initially, the method based on the logarithmic barrier function is applied until the stop condition is satisfied. After the method based on modified logarithmic barrier function is used until the convergence condition is satisfied. Numerical tests carried out with the 3 bus, IEEE 14, 30, 57 and 118 bus electrical systems indicate that the proposed approach is efficient in the resolution of the reactive optimal power flow problem. The results obtained by the proposed approach were compared with the logarithmic barrier method and the logarithmic barrier method modified, separately. / Mestre

Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Celso Eduardo Tuna / Banca: Teófilo Miguel de Souza / Banca: Eduardo Godoy Júnior / Resumo: Atualmente, governos de todo o mundo estão se preocupando pelos efeitos das economias, indústrias e políticas no meio ambiente, criando regulações para fomentar a utilização de tecnologias menos poluidoras. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é o ente federal de promover a implementação de fontes renováveis para a geração de eletricidade. A ANEEL mediante a resolução Nº 482/2012 permite aos usuários finais a instalação de tecnologias renováveis para produzir eletricidade para suas cargas elétricas, incrementando assim a porcentagem de energias alternativas na matriz energética nacional, considerando também os projetos renováveis de grande escala. Neste trabalho, realizou-se um estudo para conhecer a viabilidade da implementação de sistemas híbridos de geração de energia elétrica (SHGEEE) em edifícios, utilizando energia eólica e solar fotovoltaica. A metodologia para a análise técnica consistiu em obter o consumo de energia elétrica de edifícios residenciais de baixa, média e alta renda no Brasil, para assim com base nos recursos eólicos e solares de Fortaleza (CE) e Lagoa Santa (MG), realizar o balanço energético anual e desta forma dimensionar os SHGEE para seis cenários estudados. Baseado nos resultados técnicos, a metodologia econômica analisou a viabilidade financeira de implementar no Brasil os seis SHGEE dimensionados utilizando engenharia econômica para conhecer o investimento dos projetos, os custos da energia elétrica gerada pelas plantas híbri... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays, governments around the world are worried about the effects of economies, industries and environment policies, making them to create regulations to encourage the use of less polluting technologies. In Brazil, the National Electric Energy Agency (ANEEL) is the federal entity to promote the implementation of renewable sources for generating electricity. ANEEL Resolution No. 482/2012 allows end users to install renewable energy sources to produce electricity for their electrical charges, increasing the percentage of alternative energy in the national energy matrix, in addition of renewable projects of large scale. In this work was made a study to know the feasibility of implementing hybrid electricity generation systems SHGEE in buildings, using wind power and solar photovoltaic energy. The methodology for the technical analysis consisted in obtaining the electricity consumption of a low, medium and high income residential building in Brazil, thus based on wind and solar resources in Fortaleza (Ceara State) and Lagoa Santa (Minas Gerais State), performing annual energy balance for dimensioning SHGEE for six scenarios studied. Considering the technical results, the economic methodology analyzed the financial feasibility of implementing in Brazil six SHGEE sized applying economic engineering and determining the project investments, the costs of electricity generated by hybrid plants and the payback period of the investment. In the environmental analysis determined the amo... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

This work presents a high performance digital controller of a single phase PWM sinusoidal inverter, using a 16-bits fixed point DSP. This converter is typically used in UPS (Uninterruptible Power Supplies), where a sinusoidal output voltage is desired. The digital controller has an internal filter capacitor current loop, and an external output voltage loop. Experimental results showing the performance of the system under linear and non-linear loads are presented, where a low total harmonic distortion (THD) is achieved. / Este trabalho apresenta um controlador digital de alto desempenho para um inversor PWM senoidal monofásico, usando um processador digital de sinais de 16 bits, ponto fixo. Esta topologia é tipicamente utilizada em sistemas UPS ( Uninterruptible Power Supplies ), onde uma tensão de saída senoidal é desejada. O controlador digital proposto consiste numa malha interna de realimentação da corrente do capacitor do filtro de saída, uma malha externa de realimentação da tensão de saída. Resultados experimentais mostrando o desempenho do sistema para cargas lineares e não-lineares são apresentados, onde uma baixa distorção harmônica total (THD) é observada, e é demonstrada uma elevada rigidez dinâmica da tensão de saída para transientes de carga. / Mestre em Ciências