[pt] Com o uso da teoria das probabilidades consegue-se um método para medida da confiabilidade dos sistemas de potência, bastante preciso. O presente trabalho consubstancia a teoria que envolve o cálculo da confiabilidade de um sistema de geração, o planejamento desse sistema, a programação da manutenção das unidades geradoras - de modo a manter um nível de confiabilidade constante durante um ano - e um programa de computador como ilustração dos métodos apresentados. / [en] The use of probability theory is a tool for a accurate reliability evaluation of power systems. This paper explains the theory envolving, reliability analysis of a generating system, planning of those systems, maintenance scheduling of generating units to maintain a constant reliability level during the year and a computer program to ilustrate all the introduced methods.

[pt] Uma das fases importantes no planejamento dos Sistemas Elétricos de Potência é a verificação do seu comportamento dinâmico. Sob este aspecto é conveniente que se tenha uma modelagem mais real possível de todos os componentes do sistema, havendo particular interesse numa boa representação principalmente das máquinas (geradores e síncronos). Ultimamente, os Compensadores Estáticos (SVS) tem sido um elemento valioso no controle da potência reativa dos sistemas Elétricos de EAT. Desta forma, os programas digitais até então utilizados tiveram que ser convenientemente modificados a fim de considerar este novo equipamento. A finalidade deste trabalho é apresentar a representação dos SVS nos programas de estabilidade. O enfoque principal será dados aos SVS controlados a tiristores (TCR, TCT, TSC ou mistos) nos quais há intervenção de sistemas específicos de controle. Com base na modelagem proposta, é feita uma análise da operação dos SVS a tiristores em regime permanente e, em transitório. Conjuntamente com a apresentação dos vários tipos de SVS a tiristores, é introduzida uma metodologia para a determinação de seus valores nominais, suas principais características operativas, fazendo-se, sempre que possível, uma comparação com outros tipos de Compensadores Estáticos e, com os Compensadores Síncronos atualmente em operação. / [en] One of the most important phases of power systems planning, is the examination of its dynamic behavior. It is convenient under this aspect, to have the models of all components pertaining the system, as close as possible to the real conditions of operation being of particular interest a good representation, mainly of the machines (generators and synchronous compensators). Lately, the static compensators (SVS), have been an important component in the control of reactive power for the UHV electrical systems. Due to this fact, the digital programs used until then, had to be conveniently modified so as to consider this new equipment. The purpose of the present work, is to introduce the representation of the SVS in the stability programs. Special care will be give to the SVS controlled by thyristors (TCR, TCT, TSC or mixed), in which the intervention of specific control systems takes place. Based upon the proposed models, an analysis of the operation of the thyristors SVS in permanent and transient regimes is performed. Together with the presentation of various types of thyristors SVS, it is introduced methods to determine nominal values, main operational characteristics, always comparing, when possible, to other types of static compensators, as well as, with the synchronous compensators in operation.

[pt] Este trabalho trata das metodologias disponíveis mais utilizadas para a avaliação da reserva girante em sistemas de potência. São apresentadas abordagens determinísticas e probabilísticas. Uma grande variedade de aspectos são considerados e organizados de modo a se obter uma taxionomia metodológica. A aplicação da taxionomia sugerida é ilustrada com a análise de um sistema hipotético, o IEEE Reliability Test System, e do sistema brasileiro das regiões Sul/Sudeste/Centro-Oeste. Com base nos resultados obtidos com a aplicação de tal taxionomia à metodologia atualmente utilizada no Brasil, são apontados aspectos que necessitam de maiores pesquisas. Uma das principais conclusões obtidas revela que a prática atual de se associar os períodos críticos de risco àqueles de maior capacidade em manutenção não possui respaldo prático nem teórico. / [en] This report reviews the most representative techniques currency available for power systems spinning reserve evaluation. Both deterministic and probabilistic approaches are tackled. A broad range of aspects are considered and organized in a practical methodological taxonomy. The application of the suggested taxonomy is illustrated with the aid of hypothetical systems, the IEEE Reliability Test System, and the Brazilian South/Southeast/Midwest System. Based on the diagnosis resulting from the application of the taxonomy to the methodology currently utilized in Brazil, several aspects in need of improvement are pointed out. As one of the main results attained, it shown that, the current practice of considering the critical risk period as coincident with the critical maintenance period, lacks practical evidence and theoretical support.

[pt] O método da freqüência e a duração, construído a partir das técnicas de Markov, é uma ferramenta extremamente útil na avaliação da confiabilidade de sistemas de potência , por permitir a obtenção da probabilidade, freqüência e duração média de falha no suprimento de potência para uma configuração planejada do sistema. Neste trabalho, o método da freqüência e duração é ampliado de modo a modelar de forma precisa os diversos estados operativos das unidades geradoras, simultaneamente com os diversos níveis de carga admissíveis para um período típico, obtendo-se assim índices mais realísticos para a confiabilidade da capacidade de geração. Um algoritmo eficiente para a construção dos modelos de geração e reserva é desenvolvido a partir de técnicas de convolução discreta e de padronização de estados, as quais viabilizam a avaliação dos índices de freqüência e duração para sistemas de grande porte. O algoritmo proposto é aplicado a vários sistemas de geração, incluindo o Sistema Teste de Confiabilidade do IEEE e uma configuração do sistema Sul/Sudeste brasileiro planejada para o ano de 1991. / [en] The frequency and duration method, built from Markov techniques, is a extremely useful tool in power system reliability evaluation, since it allows the calculation of probability, frequency and average duration of power supply failures for a planned system configuration. In this work, the frequency and duration method is generalized in order to model accurately the existing derated state of generating units, simultaneouly with all possible load levels for a given period, so that more realistic generating capacity indices are obtained. An efficient algorithm for building the generation and risk models is developed from discrete convolution and state rounding techniques which make possible the evaluation of frequency and duration indices for large power generating systems. The proposed algorithm is applied to typical generating systems, including the IEEE Reliability Test System, and also the Brazilian South/Southeast generating system planned for 1991.

[pt] O presente trabalho de dissertação de mestrado tem por finalidade contribuir para uma maior dinamização do ensino de engenharia de sistemas de potência através da elaboração de um conjunto de algoritmos interativos para microcomputadores, onde o aluno poderá realizar um processo contínuo de experimentação, questionamento e revisão de conceitos. Para um bom desenvolvimento deste processo de aprendizagem é criado um ambiente amigável onde o usuário tem suas ações amparadas por mensagens explicativas e de monitoração de erros, resultando na redução do tempo gasto em cada seção de estudo e estimulando o mesmo a realizar um número maior de simulações. Foram elaboradas quatro programas de computadores. O primeiro, responsável pela estrutura conversacional e gerenciamento, foi escrito em PASCAL. Os demais foram escritos em FORTRAN77 e se restringem à execução dos cálculos necessários aos estudos de: fluxo de potência, curto-circuito e estabilidade transitória. Estes três últimos programas utilizam técnicas especiais para armazenagem de matrizes esparsas e obtenção do elementos de interesse de suas inversas. Três sistemas de potência foram escolhidos para estar imediatamente disponíveis ao usuário, sendo que um deles é utilizado no texto durante a explanação da estrutura conversacional para os estudos disponíveis. / [en] The present Dissertation aims to provide more dynamism to the teaching and learning process in power system engineering through a set of interactive personal computer algorithms. The student may carry out a continuous process of experimenting, questioning and revision of concepts. In order to better develop the leaining process, a frindly environment is created where the user has his actions supported by explanatory and error monitoring messages. This results in a reduction of the time spent in each study section and, consequently, it estimulates the student to perform a greater number of simulations. Four computer programs have been developed. There is one written in PASCAL language, responsible for the following studies: load flow, slort-circuit and transient stability. These programs use special sparsity techniques and programming. Three power systems have been choosen to be immediately available to the user. One of them is used in the text during the explanation process of the conversational structure of the power system studies.

[pt] A avaliação da confiabilidade de geração e transmissão em sistemas de potência, freqüentemente denominada confiabilidade composta, permite a identificação especifica de problemas no atendimento relacionados com a localização dos consumidores na rede de transmissão. Este trabalho apresenta um algoritmo computacional eficiente para o cálculo dos índices de confiabilidade composta utilizando o método da freqüência e duração, o qual está baseado em técnicas de Markov. Os índices obtidos são considerados como uma medida de adequação da disponibilidade de geração e transmissão em relação aos diversos níveis de carga. A avaliação destes índices é realizada após a simulação de duas situações operativas distintas: antes e depois das medidas corretivas (redespacho da geração e corte de carga). As principais contribuições desta dissertação estão concentradas em dois aspectos fundamentais para a avaliação da confiabilidade composta: redução consistente no número de possíveis cenários para a disponibilidade de geração, o que conseqüentemente diminui o tamanho do espaço de estado a ser avaliado, e uma ferramenta eficiente para a análise de desempenho dos estados compostos (geração, transmissão e carga) selecionados. Esta análise é efetuada através de um algoritmo que lineariza as equações de fluxo de potência para determinar divisões do espaço de estado (modelo multilinear). O algoritmo proposto é aplicado ao Sistema Teste de Confiabilidade do IEEE e os resultados são amplamente discutidos. / [en] The evaluation of generation and transmission reliability in power system, usually referred to composite reliability, allows specific identification of problems in power supply related to consumer location in transmission network. This work presents an efficient computational algorithm for calculation of composition of composite reliabillity indices using the frequency and duration method, based on Markov techniques. The obtained indices are considered as an adequacy measure of generation and transmission availability in respect to different load levels. The evaluation of these indices is carried out for two distinct operational situations: before and after remedial actions (generation redispatch and load shedding). The main contributions of this dissertaion are concetrated on two fundamental aspects for the composite reliability evaluation: consistent reduction in the number of possible scenarios for generation avaibility, which consequently reduces the state space sizes to be evaluated, and an efficient tool for the performance analysis of selected composite states (generation, transmission and load demand). This analysis is carried out by na algorithm which linearizes load flow equations for defined state space allocations (multilinear model). The proposed algorithm is applied to IEEE reliability Teste System and the results are fully discussed.

[pt] O objetivo principal do uso de estimadores de estado em sistemas de potência é o de permitir o estabelecimento de um banco de dados confiável, a ser usado na supervisão em tempo real de tais sistemas. Geralmente, os dados armazenados são: injeções e fluxos de potência ativa e reativa, magnitudes de tensão e informações sobre a configuração da rede do sistema. Este trabalho apresenta uma metodologia eficiente para a detecção, diagnóstico e tratamento de dados inconsistentes, através do uso de um algoritmo de estimação dinâmica de estado. A característica básica dos estimadores dinâmicos está na sua capacidade de prever o estado do sistema (tensões nodais complexas) e, conseqüentemente, o conjunto de medidas. Baseado nesta característica, um esquema para detecção de informações suspeitas é construído. As causas de suspeição devem-se a: erros grosseiros nas medidas, erros topológicos ou erros de previsão devidos a mudanças bruscas do ponto de operação do sistema. O diagnóstico sobre que anomalia está de fato presente é realizado levando-se em consideração os resultados das etapas de previsão e filtragem do estimador de estado. O algoritmo de depuração proposto é testado usando dados simulados de um sistema de potência operando sob condições normais/anormais e os resultados são discutidos. / [en] The main concern of the power system state estimation is to allow the establishment of a reliable data base to be used in real-time monitoring. Generally, the stored data are: active and reactive power injection and line flows, voltage magnitudes and the information about the system network configuration. This work presents an efficient methodology for detection, diagnostic and treatment of inconsistent data using a dynamic state estimation algorithm. The basic characteristic of the dynamic estimators is its capability of forecasting the system state (complex nodal voltages) and, consequently, the measurement set. Based on this characteristic, a scheme for detection of suspected information is built. The suspicions are caused by: gross measurement error, topological errors or forecasting erros due to sudden changes in the system operating point. The diagnostic about which anomaly is actualy present is carried out taken into account the results of the forecasting and filtering steps of the state estimator. The proposed debugging algorithm is tested using simulated data from a power system operating under normal and abnormal conditions and the results are discussed.

[pt] O objetivo deste trabalho é propor uma nova metodologia de solução para o problema de planejamento da expansão de sistemas hidrotérmicos, levando em consideração as incertezas nas afluências que chegam aos reservatórios do sistema. O problema consiste em determinar o conjunto de investimentos em usinas hidroelétricas e termoelétricas que minimize a soma dos custos de construção mais o valor esperado do custo de operação ao longo de um determinado período. O problema de expansão pode ser resolvido através de técnicas de decomposição, sendo dividido em um problema mestre que contém as variáveis de investimento e várias subproblemas que contém as variações de operação. O problema mestre pode ser resolvido por técnicas de programação linear ou inteira mista. Os subproblemas de operação, por sua vez, podem ser resolvidos pro Programação Dinâmica Estocástica. Como neste trabalho os reservatórios são representados de forma individualizada, será aplicada a técnica de Programação Dinâmica Dual Estocástica, de forma a evitar o problema da maldição da dimensionalidade da Programação Dinâmica Estocástica. Portanto, o objetivo principal do estudo é investigar mecanismos de coordenação eficientes entre o problema mestre e os subproblemas de operação que levem à otimização global do problema de planejamento da expansão de sistemas elétricos. / [en] The objective of this paper is to present a new methodology for the solution of hydrothermal systems expansion planning problems that takes into account uncertainties of future water inflows to the system reservoirs. The problem consists on the determination of a set of hydroeletric and thermoelectric plants that will be constructed in order to minimize the sum of investiment costs and expected operation costs during the planning period. The expansion problem can be solved by decomposition techniques in which the problem in divided into a master problem that contains the investiment variables and many subproblems that contain the operation variables. The master problem can be solved by linear or integer/linear programming recursion. In this paper, since the system reservoirs are individually represented, Stochastic Dual Dynamic Programming techniques will be applied in order to avoid the "curse of dimensionality" of dynamic programming. The fundamental objective of the study is to investigate efficient coordination mechanisms between master problem and operation subproblems that lead to a global optimization of power systems expansion planning problem.

[pt] Os sistemas de potência são sistemas cyber-físicos responsáveis pela geração e transporte da energia elétrica desde sua fonte geradora até os consumidores finais. Durante este percurso, existem diversos processos que devem ser seguidos para se manter a qualidade do serviço e a segurança e estabilidade do sistema. Um destes processos envolve o controle de diversos equipamentos de maneira que a tensão dos barramentos do sistema se mantenha dentro de faixas pré-estabelecidas. Este controle, normalmente realizado pelos operadores do sistema em tempo real e por equipamentos automáticos de controle, envolve um número muito grande de considerações que dificilmente serão avaliadas no momento da decisão. Para contornar este problema, propõe-se a utilização de uma ferramenta inteligente que seja capaz de escolher as melhores ações a serem tomadas para que a tensão do sistema se mantenha nos níveis adequados levando em consideração as variadas condições do sistema. A metodologia utilizada pela ferramenta consiste na técnica de Deep Reinforcement Learning juntamente com três novas variações: windowed, ensemble e windowed ensemble Q-Learning, que consistem na divisão do processo otimizado em janelas de treinamento, utilização de múltiplos agentes inteligentes para um mesmo processo e a combinação destas duas metodologias. As variações são testadas em circuitos consagrados na literatura e são capazes de obter resultados expressivos quando comparados com a abordagem de Deep Reinforcement Learning tradicional utilizada em outros estudos e com o controle intrínseco do próprio sistema, mantendo a tensão sob controle ao longo do dia. / [en] Electrical Power Systems are cyber-physical systems responsible for the generation and transportation of energy from its generating source to the final customers. During this process many different activities must be conducted in order to keep quality of service and the system s safety and stability. One of these activities regards control of various equipment in order to keep the voltage level on each system bus between specified limits. This control, which is usually conducted by system s operators in real time and by automatic control equipment involves many different constraints and considerations that are hardly ever taken into account during the decision process. In order to mitigate this problem a smart agent capable of deciding which action is best in order to keep the voltages in adequate levels taking into account system s conditions is proposed. The proposed methodology consists on the Deep Reinforcement Learning technique along with three novel variations: windowed, ensemble and windowed ensemble Q-Learning, which consist on the division of the problem in training windows, the usage of multiple learning agents for the same process and on the combination of both these techniques. The variations are tested on academically consecrated test circuits and are capable of attaining expressive results when compared to the traditional Deep Reinforcement Learning approach which is used in other academic studies and also with the systems intrinsic control, keeping voltage under control along the day.

[pt] Este trabalho descreve um método de cálculo da confiabilidade da capacidade de geração de sistemas de potência, para fins de operação do mesmo. O objetivo desejado foi o de permitir uma discussão matemático- estatistica, no que diz respeito a determinação da reserva girante a ser mantida pelos sistemas de potência. Foram abordados conceitos básicos de confiabilidade e de processos de Markov. O trabalho é concluído com a apresentação de exemplos numéricos. / [en] This work describes a method of calculating the reliability of the generating capacity of power systems necessary in order to operate them. The purpose is to open a mathematical-statistical discussion about the definition of the spinning reserve to be maintained by the power systems. This work also touches on basic concepts of reliability and Marlov processes. It concludes with the presentation of numerical examples.