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

Orientador: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Fábio Bertequini Leão / Banca: Fernanda Caseño Lima Trindade / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de programação cônica de segunda ordem inteira mista como uma nova abordagem, para o problema do controle ótimo de Volt/VAr em sistemas de distribuição de energia elétrica trifásicos. O principal objetivo é minimizar as perdas operacio- nais do sistema mediante o ajuste adequado do número de ações realizadas pelos comutadores de tap dos transformadores sobre carga, bancos chaveados de capacitores, reguladores de ten- são, a geração de potência ativa e reativa pelos geradores distribuídos e a operação das chaves seccionadoras controladas remotamente. Para encontrar o conjunto ótimo de variáveis de cada dispositivo de controle, o modelo proposto considera dois estados de operação, o estado nor- mal (estado com os geradores fornecendo energia no sistema) e o estado de contingência. O estado de contingência considera a desconexão dos geradores causada por um distúrbio no sis- tema, o que obriga às empresas distribuidoras requerer a desconexão destas fontes de energia. O problema proposto é um problema muito complexo de programação não linear inteira mista, portanto é reformulado como outro problema, problema em que algumas expressões são linea- rizadas e outras relaxadas, o que resulta em um modelo matemático de programação cônica de segunda ordem inteiro misto. A solução ótima obtida pelo modelo proposto é encontrada utili- zando solvers comerciais para programação linear inteira mista. Os resultados obtidos mostram eficiência e robustez da formulação matemática / Abstract: This work presents a mixed-integer second-order conic programming model as a new approach to the optimal control of the Volt / VAr problem in three-phase electric distribution systems. The main goal is to minimize the active energy losses by the best suited adjustment of the num- ber of switching by the on-load transformer tap changers, switchable capacitor banks, voltage regulators, the generation of the active and reactive power by distributed generators and the operation of remotely controlled switches. In order to calculate the optimal set of variables of each control device, the model considers two operating states, the normal state (state with the generators providing energy in the system) and the contingency state. The contingency state considers the disconnection of the generators caused by a disturbance in the system, which re- quires the disconnection of these sources of energy. The proposed problem is a very complex mixed integer nonlinear programming problem, so it is reformulated as another problem, pro- blem in which some expressions are linearized and other relaxed, resulting in a mathematical model of mixed-integer second-order conic programming. The optimal solution by the propo- sed model was found using commercial mixed integer linear programming solvers. The results show the efficiency and robustness of the mathematical formulation / Mestre

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-25. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:15Z : No. of bitstreams: 1 000836000.pdf: 765936 bytes, checksum: a5766b9c50e7efde3af543abfdda7b80 (MD5) / Este trabalho apresenta um modelo de programação cônica de segunda ordem inteira mista como uma nova abordagem, para o problema do controle ótimo de Volt/VAr em sistemas de distribuição de energia elétrica trifásicos. O principal objetivo é minimizar as perdas operacio- nais do sistema mediante o ajuste adequado do número de ações realizadas pelos comutadores de tap dos transformadores sobre carga, bancos chaveados de capacitores, reguladores de ten- são, a geração de potência ativa e reativa pelos geradores distribuídos e a operação das chaves seccionadoras controladas remotamente. Para encontrar o conjunto ótimo de variáveis de cada dispositivo de controle, o modelo proposto considera dois estados de operação, o estado nor- mal (estado com os geradores fornecendo energia no sistema) e o estado de contingência. O estado de contingência considera a desconexão dos geradores causada por um distúrbio no sis- tema, o que obriga às empresas distribuidoras requerer a desconexão destas fontes de energia. O problema proposto é um problema muito complexo de programação não linear inteira mista, portanto é reformulado como outro problema, problema em que algumas expressões são linea- rizadas e outras relaxadas, o que resulta em um modelo matemático de programação cônica de segunda ordem inteiro misto. A solução ótima obtida pelo modelo proposto é encontrada utili- zando solvers comerciais para programação linear inteira mista. Os resultados obtidos mostram eficiência e robustez da formulação matemática / This work presents a mixed-integer second-order conic programming model as a new approach to the optimal control of the Volt / VAr problem in three-phase electric distribution systems. The main goal is to minimize the active energy losses by the best suited adjustment of the num- ber of switching by the on-load transformer tap changers, switchable capacitor banks, voltage regulators, the generation of the active and reactive power by distributed generators and the operation of remotely controlled switches. In order to calculate the optimal set of variables of each control device, the model considers two operating states, the normal state (state with the generators providing energy in the system) and the contingency state. The contingency state considers the disconnection of the generators caused by a disturbance in the system, which re- quires the disconnection of these sources of energy. The proposed problem is a very complex mixed integer nonlinear programming problem, so it is reformulated as another problem, pro- blem in which some expressions are linearized and other relaxed, resulting in a mathematical model of mixed-integer second-order conic programming. The optimal solution by the propo- sed model was found using commercial mixed integer linear programming solvers. The results show the efficiency and robustness of the mathematical formulation

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-19. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:24:06Z : No. of bitstreams: 1 000835910.pdf: 3667690 bytes, checksum: 92c1f352db880f910375264940dd3859 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia avançado para operar a smart grid, que é constituída pela interseção do sistema elétrico com as tecnologias de comunicação e informação. Atualmente existem diversos estudos relacionados à smart grid e isso pode gerar dúvidas sobre o conceito de projeto da smart grid. Para evitar eventuais dúvidas, na primeira parte deste trabalho, é apresentada uma introdução contendo as novas tecnologias usadas na smart grid bem como uma descrição da padronização desse novo conceito de projeto. A partir do padrão de projeto, foi possível destacar e desenvolver cada componente do sistema de gerenciamento de energia avançado. Os componentes lógicos, que exigem recursos da tecnologia de informação, foram elaborados e implantados em um sistema computacional, já os equipamentos físicos de comunicação e do sistema elétrico foram meticulosamente emulados. A simulação dos equipamentos elétricos foi fundamentada no algoritmo de fluxo de potência probabilístico que permitiu tanto a flutuação de carga quanto a atuação do mercado de energia. As condições de falta também foram consideradas no simulador de equipamentos elétricos fornecendo dados de medições elétricas para outros componentes do sistema de gerenciamento de energia. Um desses componentes é o algoritmo de estimação de estados que produz o estado da rede de distribuição usando os dados de medição. Estes estados produzidos pelo estimador de estados são entradas das funções avançadas do sistema de gerenciamento de energia como as ferramentas de coloração dinâmica e localização de perdas não técnicas. Todas as metodologias propostas neste trabalho foram avaliadas e os resultados numéricos demonstram sua eficiência / This work aims the development of an advanced energy management system to operate the smart grid that comprises the intersection of electrical power system with communication and information technologies. There are, currently, many studies related to the smart grid, which can produce doubts about the smart grid design concept. These doubts are clarified in the first part of this work where novel technologies of smart grid are presented besides the description of the standardization of smart grid design concepts. The use of the smart grid design standard allows identifying and developing all components of the advanced energy management system. The logical components, which require resources of information technology, were developed and implemented in a computational environment, while the physical devices of communication and power systems were meticulously emulated. The electrical devices emulation is based on the probabilistic power flow algorithm that permits both the load fluctuation and the energy market influence. The electrical devices simulator also supports contingency conditions as well as provides electric measurement data to other components of the energy management system. One of these components is the state estimation algorithm that produces the distribution network state using the measurement data. Network states produced by the state estimator are employed in advanced functions of the energy management system like the dynamic coloring, location of non-technical losses and self-healing applications. All proposed methodologies, in this work, were assessed and numerical results demonstrated their efficiencies

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-20. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:26:33Z : No. of bitstreams: 1 000844247.pdf: 1768049 bytes, checksum: 97510557f0b1e78af085b05a10ac5b09 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-08-28T16:09:04Z: 000844247_20190220.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-28T16:10:04Z : No. of bitstreams: 1 000844247_20190220.pdf: 658509 bytes, checksum: 397f7d1ef1d7c231d51be9a56af5eeff (MD5) / 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 / 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

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-25Bitstream added on 2014-06-13T20:08:28Z : No. of bitstreams: 1 martins_rvf_me_ilha.pdf: 1143165 bytes, checksum: 34607cda52dfc8bc20e888b8601f3e4b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / PROPG - Programa de Pós-Graduação / Este trabalho dedica-se ao estudo da contribuição do SVC (Static Var Compensator) na estabilidade transitória em sistema multimáquinas. Coeficientes de sensibilidade nomeados fator de efeito e coeficiente de eficácia auxiliam na compreensão da atuação do SVC na admitância de transferência entre máquinas, que por sua vez exercem grande influência na capacidade de sincronização do sistema multimáquinas. Estuda-se a dinâmica da compensação do SVC neste trabalho, considerando dois controladores, sendo controle de tensão e controle estabilizador suplementar, este com sinal de entrada remoto das variações das velocidades angulares. Tais controladores, por meio da variação da susceptância do SVC, proporcionam influência na energia potencial do sistema, com reflexos diretos nas cordilheiras energéticas em torno de um ponto de operação, alterando o relevo energético proporcionando maiores condições de estabilidade comprovadas pela elevação do tempo crítico de eliminação de uma falta / This work is dedicated to the study of the SVC (Static Var Compensator) contribution on the transient stability in multimachine power system. Coefficients of sensibility named effect factor and coefficient of efficiency help on the comprehension the influence of the SVC in the transference admittance between machines, which, on the other hand, have great influence on the synchronization capacity of the multimachine system. It is studied the dynamic of the SVC compensation in this work, considering two controllers, which are voltage control and supplementary stabilizer control, this one with remote signal input being the angular speeds variations. Such controllers, through the variation of the SVC susceptance, provide influence on the system potential energy, with direct reflections on the energy ridges around an operation point, altering the energy relief providing major conditions of stability proven by the elevation of the critical time of elimination of a fault

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Rogério Andrade Flauzino / Banca: Carlos Alberto Castro Junior / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia avançado para operar a smart grid, que é constituída pela interseção do sistema elétrico com as tecnologias de comunicação e informação. Atualmente existem diversos estudos relacionados à smart grid e isso pode gerar dúvidas sobre o conceito de projeto da smart grid. Para evitar eventuais dúvidas, na primeira parte deste trabalho, é apresentada uma introdução contendo as novas tecnologias usadas na smart grid bem como uma descrição da padronização desse novo conceito de projeto. A partir do padrão de projeto, foi possível destacar e desenvolver cada componente do sistema de gerenciamento de energia avançado. Os componentes lógicos, que exigem recursos da tecnologia de informação, foram elaborados e implantados em um sistema computacional, já os equipamentos físicos de comunicação e do sistema elétrico foram meticulosamente emulados. A simulação dos equipamentos elétricos foi fundamentada no algoritmo de fluxo de potência probabilístico que permitiu tanto a flutuação de carga quanto a atuação do mercado de energia. As condições de falta também foram consideradas no simulador de equipamentos elétricos fornecendo dados de medições elétricas para outros componentes do sistema de gerenciamento de energia. Um desses componentes é o algoritmo de estimação de estados que produz o estado da rede de distribuição usando os dados de medição. Estes estados produzidos pelo estimador de estados são entradas das funções avançadas do sistema de gerenciamento de energia como as ferramentas de coloração dinâmica e localização de perdas não técnicas. Todas as metodologias propostas neste trabalho foram avaliadas e os resultados numéricos demonstram sua eficiência / Abstract: This work aims the development of an advanced energy management system to operate the smart grid that comprises the intersection of electrical power system with communication and information technologies. There are, currently, many studies related to the smart grid, which can produce doubts about the smart grid design concept. These doubts are clarified in the first part of this work where novel technologies of smart grid are presented besides the description of the standardization of smart grid design concepts. The use of the smart grid design standard allows identifying and developing all components of the advanced energy management system. The logical components, which require resources of information technology, were developed and implemented in a computational environment, while the physical devices of communication and power systems were meticulously emulated. The electrical devices emulation is based on the probabilistic power flow algorithm that permits both the load fluctuation and the energy market influence. The electrical devices simulator also supports contingency conditions as well as provides electric measurement data to other components of the energy management system. One of these components is the state estimation algorithm that produces the distribution network state using the measurement data. Network states produced by the state estimator are employed in advanced functions of the energy management system like the dynamic coloring, location of non-technical losses and self-healing applications. All proposed methodologies, in this work, were assessed and numerical results demonstrated their efficiencies / Doutor

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: George Lauro Ribeiro de Brito / Resumo: Este trabalho dedica-se ao estudo da contribuição do SVC (Static Var Compensator) na estabilidade transitória em sistema multimáquinas. Coeficientes de sensibilidade nomeados fator de efeito e coeficiente de eficácia auxiliam na compreensão da atuação do SVC na admitância de transferência entre máquinas, que por sua vez exercem grande influência na capacidade de sincronização do sistema multimáquinas. Estuda-se a dinâmica da compensação do SVC neste trabalho, considerando dois controladores, sendo controle de tensão e controle estabilizador suplementar, este com sinal de entrada remoto das variações das velocidades angulares. Tais controladores, por meio da variação da susceptância do SVC, proporcionam influência na energia potencial do sistema, com reflexos diretos nas cordilheiras energéticas em torno de um ponto de operação, alterando o relevo energético proporcionando maiores condições de estabilidade comprovadas pela elevação do tempo crítico de eliminação de uma falta / Abstract: This work is dedicated to the study of the SVC (Static Var Compensator) contribution on the transient stability in multimachine power system. Coefficients of sensibility named effect factor and coefficient of efficiency help on the comprehension the influence of the SVC in the transference admittance between machines, which, on the other hand, have great influence on the synchronization capacity of the multimachine system. It is studied the dynamic of the SVC compensation in this work, considering two controllers, which are voltage control and supplementary stabilizer control, this one with remote signal input being the angular speeds variations. Such controllers, through the variation of the SVC susceptance, provide influence on the system potential energy, with direct reflections on the energy ridges around an operation point, altering the energy relief providing major conditions of stability proven by the elevation of the critical time of elimination of a fault / Mestre

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: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Kleiber David Rodrigues / Resumo: 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. / Abstract: 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. / Mestre