Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T15:38:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237655.pdf: 1273567 bytes, checksum: 15726f78c526aeb20c4d7435067100d2 (MD5) / Neste trabalho investiga-se a utilização de Sistemas de Medição Fasorial em Sistemas de Energia Elétrica, envolvendo uma análise do estado da arte no tema e o desenvolvimento de uma ferramenta de simulação. No estudo do estado da arte são abordados aspectos relativos ao processo de medição fasorial sincronizada, bem como os elementos constituintes deste sistema de medição. De modo a se obter uma visão geral do grau de desenvolvimento e dos tipos de aplicações que vêm atualmente sendo implementadas a partir de medições fasoriais, foram exploradas experiências realizadas em diversos países. Em uma segunda etapa, desenvolveu-se uma ferramenta computacional que permite a simulação de funções de monitoração e controle de sistemas elétricos, quando desempenhadas a partir do uso de sistemas de medição fasorial. Desta forma, são descritos aspectos relacionados à concepção e à implementação desta ferramenta, seus módulos constituintes e respectivas funcionalidades. Com o propósito de se validar a ferramenta desenvolvida, foram realizados experimentos, cujos resultados são apresentados e comentados. This work investigates the use of Phasor Measurement Systems, including an analysis of the state of the art on the theme, and the development of a simulation tool The study of the state of the art concerns about the technical process involved on synchronized phasor measurements, as well as the constitution of this measurement system. In order to obtain a general overview of the development of the phasor measurement technology and its applications, this work explored the experiences carried out at several countries. Besides that, it was developed a computational tool that simulates electric systems monitoring and control functions, performed using phasor measurement systems. Aspects related to the conception and implementations of this tool are described, as well as their constituent modules and respective functionalities. With the purpose of validating the developed tool, experiments were carried out, whose results are presented and discussed.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:14:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208617.pdf: 2526919 bytes, checksum: 9f96b2baca2b7d135e5f6fe490d15cf7 (MD5) / Este trabalho propõe o desenvolvimento de um novo modelo para dimensionamento de sistemas integrados de energia aplicados à ambientes rurais, a partir da utilização de ferramentas de simulação e otimização desenvolvidas em MATLAB 6.0. Essas ferramentas possibilitam estabelecer a melhor combinação entre fontes energéticas e cargas ao longo do tempo. O dimensionamento realizado utiliza fontes renováveis locais (hidráulica, solar, eólica e biomassa) e outras fontes energéticas (eletrificação rural convencional e geração a diesel), e visa minimizar o custo do sistema, mantendo um nível desejado de confiabilidade para o mesmo. A confiabilidade é baseada no conceito de probabilidade de perda de fornecimento de energia à carga (LPSP) para períodos de horas consecutivas. As necessidades energéticas consideradas para uma propriedade rural típica são agrupadas em três categorias: energia para cozimento, energia para aquecimento de água e energia para produção de eletricidade. Os dispositivos utilizados para conversão energética são os módulos fotovoltaicos, geradores eólicos, coletores solares, biodigestores, microcentrais hidrelétricas e baterias de chumbo-ácido. A partir do modelo de otimização desenvolvido, inúmeras simulações são realizadas visando à comparação e análise de diferentes cenários e metodologias. A comparação com as metodologias determinísticas e probabilísticas, apresentadas na literatura, mostra inúmeras vantagens na utilização do novo modelo, particularmente no que se refere à otimização do sistema energético. Os demais resultados obtidos contemplam o dimensionamento completo dos dispositivos de conversão energética, um balanço energético anual detalhado e uma análise econômica do sistema. Nesta análise é calculada, inclusive, a distância limite para ampliação das redes de distribuição rural e o preço limite do litro do óleo diesel, para que estas fontes apresentem maior viabilidade econômica em relação às fontes renováveis locais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T19:42:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 188752.pdf: 517817 bytes, checksum: 90daeca35e742272500b31acda476cb9 (MD5) / O processo de reestruturação do setor de energia elétrica tem evoluído na direção do estabelecimento de uma estrutura de mercado, tendo como principal objetivo instigar a competição entre os diversos agentes. Nesse contexto, torna-se imprescindível o desenvolvimento de mecanismos que promovam o uso eficiente dos recursos disponíveis e forneçam uma sinalização econômica adequada. Na operação dos sistemas hidrotérmicos há necessidade de estudos que permitam avaliar e decidir sobre o uso ótimo da água, portanto a atividade do planejamento da operação tem fundamental importância. As complexidades inerentes a essa atividade requerem a divisão do planejamento em etapas, com diferentes horizontes de análise. O presente trabalho tem como foco a etapa de planejamento de médio prazo e propõem-se a avaliar duas vertentes de modelagem: (i) a representação a usinas individualizadas, (ii) a representação a reservatórios equivalentes de energia. Para tanto, as abordagens são implementadas e analisadas com base nos resultados obtidos. A partir dos resultados pode-se concluir que, dependendo das características do sistema, diferenças significativas de resultados podem ocorrer, sobretudo no tocante aos custos marginais de operação do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T22:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194985.pdf: 761281 bytes, checksum: 6adcaf979a1ed8f26d096b7d17d63d7e (MD5) / O problema de planejamento da operação energética de longo prazo visa determinar estratégias ótimas de geração e intercâmbios, entre subsistemas hidrotérmicos, que minimizem o custo total de operação ao longo do período de planejamento. Este problema possui natureza estocástica, não-linear e de grande porte, podendo ser resolvido por Programação Dinâmica Estocástica (PDE), desde que se faça uso da agregação de reservatórios em reservatórios equivalentes de energia. Tal prática, elimina o problema da "maldição da dimensionalidade", decorrente do explosivo número de estados que deveriam ser analisados pela PDE. Contudo, para o sistema eletroenergético brasileiro, onde existem interligações entre regiões com características hidráulicas próprias, faz-se necessário uma melhor representação do sistema. Assim, os responsáveis pelo planejamento da operação dos sistemas hidrotérmicos brasileiro, desenvolvem seus estudos a partir de modelos computacionais que representam as usinas agrupadas em subsistemas equivalentes. Para tanto, tais modelos fazem uso da Programação Dinâmica Estocástica Dual (PDED), que trata a PDE de forma analítica. Com a introdução da competição na geração, visualiza-se que os agentes de geração deverão buscar a maximização de seus rendimentos, o que requer um melhor conhecimento dos recursos efetivamente disponíveis pelo sistema. Nessa direção, torna-se importante para o operador do sistema, ter a sua disposição um modelo de planejamento da operação que represente as usinas de forma individualizada. A obtenção de um modelo com tais características, ainda que usando PDED, é uma tarefa que requer um elevado esforço computacional. Neste trabalho, propõe-se um algoritmo baseado na PDED, o qual representa as diversas usinas do sistema em sua forma individualizada, permitindo assim um melhor aproveitamento dos recursos do sistema. Para tanto, propõe-se um algoritmo para cálculo da política de operação hidrotérmica que faz uso de técnicas de processamento paralelo. A viabilidade prática do algoritmo é demonstrada através de sua aplicação a uma configuração realista do sistema hidrotérmico brasileiro.

Resumo: Nesta dissertação é abordado um dos problemas de otimização em sistemas elétricos de potência, mais especificamente, o problema de despacho econômico de energia elétrica. Este é um problema bem estabelecido e conhecido em estudos de sistemas elétricos. Suas formulações simplificadas são facilmente resolvidas pelo método de otimização de Newton e suas variantes como o método dos pontos interiores primal-dual. Entretanto, variações destes problemas foram criadas com o intuito de tornar a modelagem mais realista, i.e., mais próxima das condições reais de operação dos sistemas modelados e portanto, mais complexa. Estas variações incluem taxas limites de rampa, zonas de operação proibidas, reserva de giro e funções de custo não-suaves, criando um espaço de busca altamente nãolinear, descontínuo, não-convexo e fortemente multimodal, onde o método de otimização de Newton falha em convergir. Por outro lado, métodos estocásticos de otimização, as metaheurísticas, livres de derivadas, são capazes de incorporar restrições e também de acomodar características nas funções de custo sem impedimentos de complexidade matemática, embora não possuam uma garantia de solução ótima. O objetivo principal desta dissertação é o levantamento de desempenho de metaheurísticas, através da aplicação e comparação em problemas de despacho econômico. Para isto, foi necessária a implementação de metaheurísticas como: algoritmo genético, evolução diferencial, otimização por enxame de partículas, algoritmo de seleção clonal, algoritmo de otimização por fogos de artifício, otimização big bang - big crunch, covariance matrix adaptation - evolution strategy, busca incremental baseada em população e simulated annealing. Estas metaheurísticas foram aplicadas a nove estudos de caso de despacho econômico de energia elétrica com efeito de ponto de válvula conhecidos na literatura, com o objetivo de otimização do custo de combustível dos geradores. A análise dos resultados obtidos compara o desempenho destes através de métricas como tempo de avaliação e melhor média obtida em diversos experimentos de otimização. Para validar estes resultados e verificar a significância de diferença entre os mesmos, foi utilizado o teste estatístico de Wilcoxon, que testa a hipótese nula que dados de duas amostras são amostras independentes de distribuições contínuas idênticas. Os resultados obtidos mostram que o Covariance Matrix Adaptation - Evolution Strategy e o Differential Evolution obtém os melhores resultados na otimização de problemas do despacho econômico. Dois pequenos experimentos foram adicionados a dissertação, um mostrando bons resultados na utilização de um gerador de folga variável e o outro a vantagem de processar avaliações da função objetivo no processador gráfico.

Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Jorge Coelho / Resumo: Manter o perfil de tensão da rede de distribuição dentro dos limites operacionais adequados é um problema que deve ser modelado e resolvido obedecendo às restrições de natureza técnica e econômica. Após um período de construção da rede de distribuição ocorre degradação da qualidade do perfil de tensão como conseqüência das dificuldades de prever condições precisas durante a fase de planejamento do sistema. Desta maneira torna-se necessário o planejamento de curto prazo da rede de distribuição como a instalação de dispositivos que assegurem que o sistema opere dentro dos limites de magnitude de tensão estabelecidos pelas agências reguladoras. Dentre os dispositivos, destaca-se a alocação de bancos de capacitores, que instalados de forma adequada proporcionam a compensação de reativos, regulando as magnitudes das tensões ao longo da rede bem como o fator de potencia da subestação e fornecendo como benefício secundário a redução de perdas ativas no sistema. O problema de alocação de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em determinar os tipos, capacidade, localização e esquemas de controle dos bancos alocados. Neste trabalho apresenta-se uma nova metodologia para alocar bancos de capacitores fixos e chaveados em alimentadores de distribuição. Esta metodologia contempla as necessidades de representar o comportamento estocástico dos diferentes tipos de cargas conectadas ao sistema de distribuição e a característica topológica das redes de distribuição que não apresentam mais estrutura radial, devido à presença de geradores distribuídos ligados diretamente à rede. O problema de alocação de bancos de capacitores fixos e chaveados é formulado como um modelo de programação não linear inteiro misto multiobjetivo e para solução deste modelo é proposto um algoritmo genético multiobjetivo e uma algoritmo busca tabu multiobjetivo / Abstract: Maintaining the voltage profile of distribution networks within the operational limits is a problem that must be modeled and solved according to economical and technical restrictions. Afterwards a period of constructing the distribution network, there is degradation of the quality of the voltage profile as a consequence of the difficulties in predicting precise conditions during the planning phase. This way, it is necessary the short term distribution planning and the installation of devices that assure the system operating within the voltage magnitudes fixed by the regulating agencies. Among the devices, there are allocation of capacitor banks, that when adequately installed provide the reactive compensation, regulating the voltage magnitude along the network as well as the substation power factor and providing as a secondary result reducing the active losses of the system. The problem of allocating capacitor banks in electrical energy distribution systems consists in determining the types, capacity, localization and control techniques of the allocated Banks. This work presents a new methodology for allocating fixed and switched capacitor banks in distribution feeders. This methodology attends the needs of representing the stochastic behavior of the different types of the loads connected to the distribution system and the topological characteristics of the distribution networks that do not present radial structure, due to the distributed generators connected directly to the network. The problem of allocating fixed and switched capacitor banks is formulated as a mixed multi objective nonlinear integer programming model and for solution of this model is proposed a multi objective genetic algorithm and a multi objective tabu search algorithm / Mestre

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Dionízio Paschoareli Jr. / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Igor Kopcak / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um método analítico para o estudo da estabilidade dos geradores de indução duplamente alimentados (DFIG - Doubly Fed Induction Generator) com base no monitoramento da tensão interna E', uma vez que a degradação da mesma resulta na perda da capacidade de transmissão de potência. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. Uma vez detectada a possível causa da instabilidade do gerador, um controle é proposto sobre a grandeza em que se desenvolve a instabilidade do gerador. A filosofia de controle desenvolvida baseia-se no controle da magnitude da tensão interna, contribuindo decisiva e positivamente para o aumento da capacidade de transmissão e, consequentemente, das forças restaurativas de equilíbrio do DFIG, resultando em melhoria da estabilidade do sistema. A validação da aplicação do controle via metodologia da tensão E' é realizada por meio de simulações computacionais em diversas contingências e com a ação conjunta do circuito crowbar. Evidencia-se que este método pode ser empregado para avaliação da criticidade do sistema em tempo real / Abstract: This thesis proposes the development of an analytical method for stability analysis of the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based on the monitoring of the internal voltage E', since its degradation implies in decreasing of power transmission capacity and as consequence the reduction of transient performance. Thus, the analysis of the transient performance of the machine is performed by observing the quantity which is the effective cause of instability. Once detected the possible cause of the instability of the generator, is proposed a control of the quantity which originates the generator instability. The control philosophy is based on internal voltage magnitude control, contributing decisive and positively to the increase of transmission capacity and the DFIG equilibrium restorative forces, resulting improved stability of the system. The validation of the application of control methodology via voltage E' is proven through computational simulations in diverse contingencies, with and without action of crowbar circuit control. It is evident that this method can be used to evaluate the criticality of the system in real time / Doutor

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T18:22:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:30:49Z : No. of bitstreams: 1 175746.pdf: 3931123 bytes, checksum: 52e2415aaf043cb616b6868445fc6d5c (MD5) / A presente tese de doutorado aborda a determinação da instabilidade de tensão associada à bifurcação sela-nó. Uma revisão teórica dos mecanismos que conduzem os sistemas à instabilidade de tensão e as principais abordagens utilizadas para a detecção da bifurcação sela-nó são apresentadas. Um aprofundamento teórico da bifurcação sela-nó em sistemas algébrico-diferenciais e sua relação com o processo de instabilidade de tensão é explorado. Na literatura, a maior parte das abordagens utiliza modelos estáticos para avaliar a estabilidade de tensão. Nesta tese, além de uma modelagem estática baseada no método da continuação, é utilizada uma modelagem dinâmica, a qual representa o sistema por um conjunto de equações algébrico-diferenciais. Estudos comparando a limitação da abordagem estática na correta determinação da bifurcação sela-nó do sistema em relação a adoção de abordagens dinâmicas são realizados. Outros fatores que exercem fortes influências na determinação correta da bifurcação sela-nó são o modelo de carga e os limites do sistema de excitação dos geradores. Modelos estáticos e dinâmicos para representar a carga do sistema e análises com o objetivo de mostrar o efeito da carga na detecção da bifurcação sela-nó são apresentados. Em relação a modelagem de limitadores, são propostos novos modelos para representar analiticamente o efeito de limadores de tensão de campo do sistema de excitação, os quais são incluídos na análise modal. Para tornar mais precisa as condições iniciais da análise modal e permitir a detecção da bifurcação sela-nó estática, foi implementada uma metodologia baseada no método da continuação que leva em conta a modelagem detalhada de limitação de potência reativa, a qual considera limites de tensão de campo e potência aparente da armadura e modelos de carga dependentes da tensão. Aborda-se ainda a detecção direta da bifurcação sela-nó em a partir de um modelo dinâmico do sistema representado por um conjunto algébrico-diferencial. Um estudo da viabilidade da aplicação do método direto utilizando-se um pequeno sistema é apresentado. São realizadas comparações de resultados obtidos com a utilização dos modelos estáticos e dinâmicos usados para representar o sistema e a carga, e uma análise dos pontos onde ocorre a bifurcação sela-nó em cada modelagem. Para validação dos modelos e da metodologia foram utilizados os sistemas testes WSCC, New England e um sistema equivalente do sistema Interligado representando a região sul do Brasil.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:06:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:55:14Z : No. of bitstreams: 1 138876.pdf: 8783289 bytes, checksum: 276492d9225e9a5016049181d89101e4 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310353.pdf: 2156698 bytes, checksum: 1b851b44f008591fada139e645b0434d (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 modelo computacional utilizado no médio prazo - Planejamento Anual da Operação Energética (PEN), 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 objetiva aplicar técnicas avançadas de otimização estocástica no problema do PEN, de maneira a produzir políticas de operação de melhor qualidade considerando os principais aspectos de um problema como o PEN. Dentre as técnicas de otimização estocástica que são analisadas neste trabalho destacam-se: (i) técnicas de amostragem com redução da variância (Latin Hypercube Sampling e Quasi Monte Carlo Aleatório); (ii) estratégia de solução e seleção de cortes para melhorar o desempenho da Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE); (iii) metodologia para avaliação da qualidade da política de operação e (iv) metodologias para construir uma política de operação com aversão a risco. Além disso, este documento apresenta uma descrição detalhada da modelagem utilizada no modelo computacional do PEN, como por exemplo, a representação por Reservatório Equivalente de Energia (REE), o modelo AutoRregressivo Periódico (ARP) e o algoritmo da PDDE. As técnicas de otimização estocástica são avaliadas em estudos de casos que consideram o SIN com dados para estudos que se iniciam em Janeiro de 2009 e Janeiro de 2012. Destacam-se nos resultados as políticas com aversão a risco que mantém um armazenamento maior à medida que se aumenta o nível de aversão a risco. / 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 future inflows and how the reservoirs are operated. 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 Hydrothermal Scheduling (LTHS) problem, which aims to determine an optimal operational strategy through the analysis of the energy market and load supply conditions over the planning period. The objective of this work is to apply advanced stochastic programming techniques to the LTHS problem, in order to compute an enhanced operation policy considering the main aspects of a problem such as the LTHS. We analyze four stochastic programming techniques: (i) variance reduction sampling strategies (Latin Hypercube Sampling and Randomized Quasi-Monte Carlo); (ii) tree traversing strategies and cut selection to improve the Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) algorithm; (iii) assessing the operation policy quality and (iv) risk aversion. In addition to that, this document presents a detailed description of the modeling used for the LTHS problem, such as, the Equivalent Energy Reservoir (EER) representation, the Periodic Autoregressive model and the SDDP algorithm. The stochastic programming techniques are evaluated in case study considering the Interconnected Brazilian Power System with data from January 2009 and January 2012. From the results we can point out the risk aversion policies which store more energy (water) in the reservoirs as we increase the level of risk aversion.