Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:29:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270196.pdf: 6914719 bytes, checksum: 4dd0786ec35a2520458fe68cf5ef1f2f (MD5) / A estreita relação existente entre oferta e demanda é um dos temas centrais do planejamento e da operação dos sistemas de energia elétrica. O desconhecimento sobre o comportamento do consumidor pode ter consequências graves ao equilíbrio entre a oferta e a demanda. A dinâmica de mercados competitivos de energia elétrica envolvendo grandes consumidores industriais exige um alto nível de conhecimento sobre a evolução da demanda. Neste trabalho apresenta-se um novo modelo para descrever e prever a demanda dos consumidores industriais de energia elétrica, de forma desagregada. Por meio de um modelo descritivo da demanda é possível quantificar a influência de fatores econômicos e/ou climáticos característicos de um segmento da indústria. A partir desse conhecimento, o trabalho apresenta um modelo de preditivo, baseado em redes neurais artificiais, para estimar o consumo nos meses seguintes. O diferencial deste trabalho está na aplicação de técnicas de mineração de dados como suporte à integração do modelo econométrico de descrição com o modelo neural de previsão. Para validação da metodologia proposta foram utilizados dados mensais de consumo das indústrias têxtil e metalúrgicas de Santa Catarina, fornecidos pelas Centrais Elétricas de Santa Catarina - CELESC S.A. Os resultados da pesquisa podem contribuir para o planejamento da produção e comercialização da energia elétrica, principalmente em mercados competitivos, gerando maior comprometimento nas relações de comercialização da energia elétrica. / The narrow relationship between demand and supply is of paramount importance for planning and operation of electrical power systems. The lack of knowledge about consumer's behavior may lead to serious problems to the balance between supply and demand. The dynamic of competitive markets related to great industrial consumers needs a high level of knowledge about the market evolution. Then, this work presents a new model to describe and foresee the separated demand of great industrial consumers of electrical energy. It is possible to include the economic and climatic factors, which are characteristics of some industrial sector, by using an appropriated modeling technique. Afterwards, it is developed a predictive model based on neural networks to estimate the demand up to 12 months ahead. The main contribution of this thesis is in the application of data mining procedures as an aid to integrate the econometric model of description with the neural network model of demand forecasting. To validate these models real data were used from CELESC, a south brazilian power utility, referring to textile and metallurgical Industrial sectors. The results of this research have demonstrated that the proposed model is a promising computational tool to improve the understanding of the electrical energy production business.

Orientador: Dílson Amâncio Alves / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Vivaldo Fernando da Costa / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O fluxo de carga convencional é considerado inadequado para a obtenção do ponto de máximo carregamento devido a singularidade da matriz Jacobiana. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, e diferentes parametrizações são utilizadas para evitar a singularidade da matriz. Neste trabalho apresentase uma técnica de parametrização geométrica que possibilita o traçado completo das curvas PV sem os problemas de mal condicionamento. A técnica proposta associa a robustez com a simplicidade e a facilidade de compreensão. A singularidade da matriz Jacobiana é eliminada pela adição da equação de uma reta que passa por um ponto no plano formado pelas variáveis perdas de potência ativa totais e o fator de carregamento, dois parâmetros físicos de fácil compreensão. A técnica, aplicada aos sistemas do IEEE (14, 30, 57, 118 e 300 barras) e ao sistema brasileiro sul-sudeste (638 e 787 barras), mostra que as características do fluxo de carga não só são preservadas, mas também melhoradas. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho do esquema de parametrização proposto para o método do fluxo de carga continuado. / Abstract: The conventional Newton's method has been considered inadequate to obtain the maximum loading point of power systems due to the Jacobian matrix singularity. Continuation methods are efficient tools for solving this kind of problem, and different parameterizations are used to avoid the matrix singularity. This paper presents a new geometric parameterization scheme that allows the complete tracing of the PV curves without ill-conditioning problems. The proposed technique associates the robustness to the simplicity and easy understanding. The Jacobian matrix singularity is overcome by the addition of a line equation, which passes through a point in the plane, determined by the real power losses and loading factor variables, two parameters with clear physical meaning. The application of this new technique to the IEEE systems (14, 30, 57, 118 and 300 buses) and to the Brazilian systems south-southeast (638 and 787 buses) shows that the characteristics of the conventional Newton's method are not only preserved but also improved. Several tests are carried out to compare the performance of the proposed parameterization scheme for the continuation power flow method. / Doutor

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Jozué Vieira Filho / Banca: Osvaldo Ronald Saavedra Mendez / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Nesta tese apresenta-se uma proposta para análise da estabilidade estática de tensão de sistemas de energia elétrica utilizando uma rede neural baseada na arquitetura ART (Adaptive Resonance Theory), designada rede neural ARTMAP Fuzzy. As redes neurais ARTdescendentes apresentam as características de estabilidade e plasticidade, as quais são propriedades imprescindíveis para a realização do treinamento e execução da análise de forma rápida e confiável. A versão ARTMAP Fuzzy é uma rede neural supervisionada, ou seja, a extração do conhecimento se processa por estímulos de entrada e de saída. O problema da análise de estabilidade de tensão é formulado considerando-se o estímulo de entrada composto pelas potências ativa e reativa nodais. O estímulo de saída é adotado como sendo a margem de segurança, a qual representa a "distância" entre o ponto de operação do sistema e a fronteira da estabilidade estática de tensão. Esta margem de segurança é calculada, via análise de sensibilidade e álgebra matricial de Kronecker, a partir da função determinante da matriz jacobiana relativa ao problema do fluxo de potência de Newton-Raphson. A operacionalidade das redes neurais é constituída por três fases principais: treinamento (ou aprendizado), análise e treinamento continuado. A fase de treinamento requer uma grande quantidade de processamento, enquanto que a fase de análise é realizada, efetivamente, sem esforço computacional. Esta é, por conseguinte, a principal justificativa para o uso das redes neurais para a resolução de problemas complexos que exigem soluções rápidas, como é o caso de aplicações em tempo real. Na fase de treinamento, o perfil de geração e de carga do sistema elétrico é gerado empregando-se uma distribuição aleatória (ou pseudo-aleatória) e a respectiva saída (margem de segurança) calculada via execução... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work develops a methodology to effectuate static voltage stability of electrical power systems by neural network. The neural network used is based on the ART (Adaptive Resonance Theory) architecture, named ARTMAP Fuzzy neural network. The ART descendent neural networks present the characteristics of stability and plasticity, which are important properties to execute the training and the analysis fast and reliable. The ARTMAP Fuzzy version is a supervised neural network, i.e. the extraction of the knowledge is processed by input/output stimulus. The voltage stability analysis problem is formulated considering the input stimulus composed by the active and reactive nodal power. The output stimulus is adopted as the security margin, which represents the distance with the operation point and the static voltage stability frontier. The security margin is calculated by sensitivity analysis and Kronecker algebra from the determinant function of the Jacobian matrix related to the power flow problem by Newton-Raphson. Neural Network operation is constituted by three principal phase: training (or learning), analysis and continuous training. The training phase needs great processing effort, while the analysis is effectuated without computational effort. This is the principal advantage to use neural networks to solve complex problems that need fast solutions as the real time applications. On the training phase, the generation and load profile is generated using a random (or pseudo random) distribution and the respective output (security margin) is calculated by executing a conventional power-flow with adequate adaptations. The procedure proposed is independent of how is defined the generation dispatch and how the system load evolves. This is a more realistic approach, when compared to the most of the proposals found on the specialized literature that considers the load increasing linearly... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: José Aquiles Baesso Grimoni / Resumo: Em vista da comum associação do professor com um modelo ou padrão a ser seguido, este trabalho evidencia a importância da figura docente em sala de aula e propõe a partir do estudo da aprendizagem e dos alunos sob diferentes perspectivas, a utilização de instrumentos complementares aos métodos tradicionalmente utilizados no ensino de engenharia. O conceito da aprendizagem é demonstrado conforme as propostas das escolas nova e tradicional. Os alunos, por sua vez, são definidos de acordo com os diversos estilos de aprendizagem e destaca-se que a maioria dos estudantes de engenharia possui natureza sensitiva. A importância de uma reflexão pedagógica é fortalecida com a verificação dos modelos mentais construídos pelos alunos, baseados na elaboração de imagens, principalmente quando submetidos a questões que envolvam fenômenos abstratos à percepção humana. A partir de então, é fornecida ao professor a possibilidade de buscar novas ferramentas e metodologias de ensino que melhorem o aprendizado, tais como modelos análogos e representações visuais, aplicando-as sempre que necessário, para que não se perca a comunicação professor-aluno e a escola mantenha atualizados seus paradigmas conforme a evolução tecnológica. Baseado nesta pesquisa, este trabalho resulta no desenvolvimento de um software educacional utilizando... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: As it is common the association of the professor with a model or pattern to be followed, this work evidences the importance of the master in the classroom and starting from the study of the learning processes and of the students behaviour under different perspectives proposes the use of complemental instruments to the traditional methods applied in the engineering teaching. The learning concept is demonstrated according to the proposals from new and traditional schools. The students are defined according to the several learning styles and stand out that most of the engineering students are sensors. The importance of a pedagogic reflection is reinforced with the verification of the mental models built by the students, based on the images creation, mainly when they face questions that involve phenomena that seems abstract to the usual human perception. Starting from then it is provided to the teachers the possibility of seeking new tools and teaching methodologies that improve the learning, such as analogue models and visual representations, applying them when necessary, so that teachers and students have no lack of communication between themselves and the school keeps up with its paradigms according to the technological evolution. Based on this research, this work results in the development of an educational software... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-02Bitstream added on 2014-06-13T20:49:13Z : No. of bitstreams: 1 peraro_nr_me_ilha.pdf: 663082 bytes, checksum: dc7048d99fdf2e6eddfebc9f2dd1e186 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho trata da influência de transformadores de relação de transformação variável, o ULTC (Under Load Tap Changing) e o PS (Phase Shifter Transformer), nas interações entre máquinas em um ambiente multimáquinas. A rede é reduzida às barras internas dos geradores com representação das consequências da ação do ULTC e do PS nas admitâncias de transferência entre máquinas. São determinados coeficientes denominados coeficiente de eficácia e Fator de Efeito, em que se identificam propriedades úteis para avaliar os efeitos da variação da relação de transformação do ULTC e do PS nas interações entre cada par de máquinas do sistema, assim como estabelecimento de lei de controle do próprio ULTC e do PS com vistas a determinado desempenho dinâmico/transitório / This work deals with the influence of the variable ratio transformer, the ULTC (Under Load Tap Changing) and the PS (Phase Shifter Transformer) in the interactions between machines in a multimachines environment. The network is reduced to the internal busses of generators with representation of the consequences of the PS and the ULTC action in the transfer admittances between machines. Coefficients called effectiveness coefficient and Effect Factor are determined, which have useful properties for evaluating the effects of changes in the transformation ratio of the ULTC and the PS in the interactions between each generic pair of system machines, as well as establishing the control law of the ULTC and the PS overlooking a particular dynamic/transient performance

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-23Bitstream added on 2014-06-13T19:08:08Z : No. of bitstreams: 1 tonellineto_ms_me_ilha.pdf: 925562 bytes, checksum: 4d19e3ff6eabc4094e4ba90e7a4607b9 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema inteligente que realize o controle preventivo em sistemas de distribuição de energia elétrica. Trata-se de um procedimento para diagnosticar distúrbios possam provocar danos em componentes do sistema e, principalmente, a interrupção do fornecimento de energia aos consumidores. Este sistema inteligente será desenvolvido baseando-se no emprego da transformada wavelet, lógica fuzzy e redes neurais artificiais, em especial uma arquitetura da família ART (Adaptive Resonance Theory), a rede neural Fuzzy ARTMAP. Por ser uma arquitetura estável e plástica, esta permite a inclusão do módulo do treinamento continuado, o qual possibilita a extração do conhecimento sem a necessidade de reiniciar o processo de treinamento com a inclusão de novos padrões, diferentemente do que ocorre com a maioria das redes neurais. Este recurso possibilita usar um conjunto reduzido de padrões na fase de treinamento e, na medida em que forem realizadas as análises (aplicação), a extração do conhecimento é continuada, ou seja, trata-se de um sistema que busca o aperfeiçoamento com o passar o tempo. O sistema irá contemplar as principais anormalidades caracterizadas por distúrbios de tensão, curtos- circuitos e faltas de alta impedância. Por conseguinte, o objetivo refere-se ao desenvolvimento de um modelo embrionário capaz de incorporar permanentemente inovações com o propósito de torná-lo um sistema de inferência mais eficiente / This project aims to develop an intelligent system that performs the preventive control in electric power distribution systems. It is a procedure to disturbances diagnosis that can potentially cause damage to system’s components and, particularly, the interruption of electric power supply to consumers. This intelligent system is based on wavelet transform, fuzzy logic and artificial neural networks, in special the ART (Adaptive resonance Theory) family architecture, i.e., the Fuzzy ARTMAP. Due to the stability and plasticity characteristics, this architecture enables the introduction of the continuous training module, which allows the knowledge extraction without the need to restart the training process when a new training pattern is included, unlike what happens in most neural networks. Thus, it is possible to use a reduced set of patterns on the training phase and, as the analyses are performed, the extraction of the knowledge is continuous, i.e., a system that seeks to improve over time. The system will introduce the main disorders characterized by voltage disturbances, short-circuit faults and high impedance faults. Therefore, it deals with a methodology that can permanently incorporate new information to become an efficient inference system

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-08Bitstream added on 2014-06-13T18:08:33Z : No. of bitstreams: 1 semensato_m_me_ilha.pdf: 1302035 bytes, checksum: 43c8881f259cd513c7fc585dd25d1307 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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. / 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.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-07Bitstream added on 2014-06-13T18:49:41Z : No. of bitstreams: 1 souza_ch_me_ilha.pdf: 651441 bytes, checksum: b139e90078b1de276ac99f40362c2bf7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho apresentam-se o desenvolvimento e a implementação de um algoritmo computacional para o problema de planejamento e projeto de circuitos secundários de distribuição de energia elétrica. O problema é formulado como um modelo de Programação Não Linear Inteiro Misto (PNLIM), e para sua solução propõe-se um algoritmo de Busca Tabu (BT). Esta ferramenta permite determinar e avaliar os custos dos elementos que compõem o sistema de distribuição (reforma e/ou construção de redes secundárias), evidenciando sua robustez e precisão. Os algoritmos de cálculo mecânico e definição de estruturas são baseados em normas técnicas para se determinar os postes e estruturas do sistema sob estudo. Os condutores são especificados pelo algoritmo de fluxo de potência trifásico respeitando as condições topológicas, físicas e ambientais. Toda metodologia de cálculo e projeto utilizada neste problema está de acordo com os Procedimentos de Distribuição do Sistema Elétrico Nacional (PRODIST). Para mostrar a eficiência do modelo proposto e da metodologia de planejamento e projeto desenvolvidos, apresentam-se resultados para dois sistemas reais de distribuição com 76 e 54 barras, respectivamente. / In this work, the development and implementation of a computational algorithm for the planning and design of secondary circuits of power distribution systems problem, is presented. The problem is formulated as a Non-linear Integer Mixed Programming (NLIMP) problem; and for its solutions it is proposed a Tabu Search (TS) algorithm. This tool allows determining and evaluating the cost of elements that are part of the distribution system (upgrade and/or construction of secondary networks), showing its robustness and accuracy. Mechanic calculation algorithms and structure definitions are based on technical norms in order to determine poles and structures of the system under study. Conductors are specified by the three-phase power flow algorithm, satisfying topological, physical and environmental conditions. All the calculation and design methodology used in this problem agrees with the Distribution Procedures of the National Electric System (PRODIST). In order to show the efficiency of the proposed model and the developed planning and design methodology, results for to real-life distribution systems, with 76 and 54 buses, are presented.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-11Bitstream added on 2014-06-13T19:49:01Z : No. of bitstreams: 1 alampifilho_s_me_ilha.pdf: 2425672 bytes, checksum: d3cac40334f5802db928824e572ef8fc (MD5) / O número crescente de cargas não-lineares, bem como altas taxas de energia pagas pelos consumidores, com tributações adicionais, tais como multas por baixo ou alto fator de potência, tarifas elevadas em horários de ponta e necessidade de elevados contratos de demanda, para suprir possíveis ultrapassagens de contrato, estão entre as principais motivações técnicas para a realização desta pesquisa. Sob esta perspectiva, os principais controladores FACTS são apresentados, com enfoque principal nos controladores que utilizam conversores como fonte de tensão em sua concepção. Tais controladores são capazes de controlar potência ativa, a partir do armazenamento de energia na forma contínua, além do controle da potência reativa. São apresentados alguns dos principais distúrbios dos sistemas elétricos, cujo entendimento é fundamental quando se trata de redução de encargos com a energia. É proposta uma concepção de um controlador denominado Compensador Regenerativo de Potência, que utiliza conversor como fonte de tensão, associado a armazenadores de energia, o qual é capaz de armazenar energia quando a demanda estiver abaixo de valores contratados e injetar potência de volta ao sistema principal nos momentos de tarifas mais caras (horários de ponta), para redução de gastos de energia e equalização do perfil de consumo. Com informações obtidas através de ferramentas de gerenciamento de energia, atuações do compensador regenerativo são avaliadas e simulações de vários casos são apresentadas. A partir dos resultados, pode-se concluir sobre a viabilidade desta forma de compensação, plenamente justificada através de reduções significativas nos custos de energia para os consumidores finais. / The growth of non-linear loads, along with the increase of energy prices for final consumers, with additional tributes such as fines for either low or high power factor, higher energy prices at periods of consumption peaks, contracted limit overtaken, are the main incentive for the development of the present dissertation. Focusing at such problems, the main FACTS devices, proposed to the electrical systems, are investigated, taking into account the possibility of using voltage sourced converters (VSC) in the active and reactive power control, associated to energy storage devices. The knowledge of system disturbances is also important to reduce energy costs. Thus, electric power disturbances are also investigated. This work proposes a conception of a power controller named Regenerative Power Controller, composed of voltage source converter associated to energy storage devices, which is able to store energy within the periods when the contracted energy is above the present demand, and supply the stored energy to the main system during the periods of peak of demand, reducing energy costs. Some cases are evaluated using existing tools for energy management installed in real companies and considering the performance of the active power controller. From the results, the controller is widely justified, since it can reduce the costs of energy to final consumers.

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Mário Oleskovicz / Resumo: Esta pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema inteligente que realize o controle preventivo em sistemas de distribuição de energia elétrica. Trata-se de um procedimento para diagnosticar distúrbios possam provocar danos em componentes do sistema e, principalmente, a interrupção do fornecimento de energia aos consumidores. Este sistema inteligente será desenvolvido baseando-se no emprego da transformada wavelet, lógica fuzzy e redes neurais artificiais, em especial uma arquitetura da família ART (Adaptive Resonance Theory), a rede neural Fuzzy ARTMAP. Por ser uma arquitetura estável e plástica, esta permite a inclusão do módulo do treinamento continuado, o qual possibilita a extração do conhecimento sem a necessidade de reiniciar o processo de treinamento com a inclusão de novos padrões, diferentemente do que ocorre com a maioria das redes neurais. Este recurso possibilita usar um conjunto reduzido de padrões na fase de treinamento e, na medida em que forem realizadas as análises (aplicação), a extração do conhecimento é continuada, ou seja, trata-se de um sistema que busca o aperfeiçoamento com o passar o tempo. O sistema irá contemplar as principais anormalidades caracterizadas por distúrbios de tensão, curtos- circuitos e faltas de alta impedância. Por conseguinte, o objetivo refere-se ao desenvolvimento de um modelo embrionário capaz de incorporar permanentemente inovações com o propósito de torná-lo um sistema de inferência mais eficiente / Abstract: This project aims to develop an intelligent system that performs the preventive control in electric power distribution systems. It is a procedure to disturbances diagnosis that can potentially cause damage to system's components and, particularly, the interruption of electric power supply to consumers. This intelligent system is based on wavelet transform, fuzzy logic and artificial neural networks, in special the ART (Adaptive resonance Theory) family architecture, i.e., the Fuzzy ARTMAP. Due to the stability and plasticity characteristics, this architecture enables the introduction of the continuous training module, which allows the knowledge extraction without the need to restart the training process when a new training pattern is included, unlike what happens in most neural networks. Thus, it is possible to use a reduced set of patterns on the training phase and, as the analyses are performed, the extraction of the knowledge is continuous, i.e., a system that seeks to improve over time. The system will introduce the main disorders characterized by voltage disturbances, short-circuit faults and high impedance faults. Therefore, it deals with a methodology that can permanently incorporate new information to become an efficient inference system / Mestre