Os consumidores residenciais de energia elétrica no Brasil pagam um preço constante pela mesma em qualquer horário do dia, a despeito da variação constante nos custos de oferta. Isto não é economicamente eficiente. Para se atingir esta eficiência a implantação de uma tarifa inteligente se faz necessária, questão mais factível com o advento das redes inteligentes. Este trabalho busca antever se este desenvolvimento é custo efetivo ou não. Em primeiro lugar, os conceitos de redes inteligentes e de medidores avançados são apresentados. Em segundo lugar, são apresentados os conceitos de resposta da demanda e se demonstra porque o preço da eletricidade, para o consumidor final, deve ser maior na ponta do que fora da ponta. Por fim, se busca fazer uma análise custo benefício de um projeto hipotético de Infraestrutura de Leitura Avançada, desenvolvido por uma distribuidora de energia da região Centro Oeste do Brasil, a partir do estudo de cenários. Esse projeto hipotético ocorre num horizonte de dez anos, entre 2014 e 2023. O primeiro passo foi o desenvolvimento de campanhas de medição entre os anos de 2012 e 2013. Usando os dados aí obtidos, duas curvas de carga horárias foram desenvolvidas, uma para os dias úteis e a outra para finais de semana e feriados. O horário de pico é entre as 19 e as 22 horas nos dias úteis, e das 18 as 23 horas nos finais de semana e feriados. O custo da oferta e o consumo total de eletricidade foram obtidos, respectivamente, no Operador Nacional do Sistema e na Agência Nacional de Energia Elétrica. Os resultados obtidos em 15 experimentos prévios foram usados para estimar as hipotéticas elasticidades preço e elasticidades de substituição. Duas modalidades tarifárias foram testadas nos cenários: Tarifa Pelo Horário de Uso e Tarifa Pelo Horário de Uso com Preço de Pico Crítico. Os resultados obtidos ficaram aquém dos conceitualmente previstos. Uma análise é feita para tentar entender a razão desta resposta. / Residential customers in Brazil pay a constant price throughout the day, despite the large time variation in costs of supply. It is not economically efficient. It is necessary to set it to costumers with smart rates, and this possibility is getting closer from the development of smart grids. This work aims understand in advance if this deployment is cost-effective or not. Firstly, the concepts of Smart Grids, AMR (Automatic Meter Reading) and AMI (Advanced Metering Infrastructure) are presented. Secondly, concepts of demand response are described, and there is a demonstration of the reasons why electricity peak prices must be higher than off-peak prices. Thirdly, we seek to make a cost-benefit analysis for a hypothetical AMI project installation to residential customers, served by a utility in the Middle West of Brazil, under some potential scenarios. This hypothetical project runs in a ten year horizon (2014-2023). The first step was to perform measurement campaigns in 2012 and 2013. Using the data obtained, two residential hourly load curves were developed, one for weekdays and another for weekends and holidays. Peak time occurs between 7 and 10 PM in weekdays, and from 6 to 11 PM on weekends and holidays. The cost of supply and total consumption in the residential segment were obtained, respectively, from the Brazilian National System Operator (ONS) and Electric Energy Agency (ANEEL). The results obtained in fifteen previous experiments were used to estimate hypotheticals price elasticity and elasticity of substitution. Two types of rates were tested in scenarios: TOU and TOU with CPP. The results were lower than expected. An analysis is made to try to understand the reasons for this answer.

Este estudo é uma análise de interfaces e protocolos de automação que possuem potencial para serem adotados como padrões em redes elétricas inteligentes em um futuro próximo. A fim de verificar a possibilidade de implementar a IEC 61850 em uma aplicação típica de redes deste tipo, é realizada uma simulação usando o software NS-2. Os resultados deste trabalho servirão de orientação para o dimensionamento de redes de automação baseadas em IEC 61850. / This study is an analysis of automation interfaces and protocols with the potential to be adopted as standards for smart grids in the near future. In order to verify the feasibility of implementing the IEC 61850 in a typical application of such grids, it is performed a simulation using NS-2 software. The results of this work will be an orientation to dimension automation networks based on IEC 61850.

Growing demand and concern over climate change are key drivers for renewable sources of electricity and grid modernization. Grid modernization, or the so called smart grid, not only enables renewable sources but also opens the door to new applications with far-reaching impacts such as preventing or restoring outages (self-healing capabilities), and enabling consumers to have greater control over their electricity consumption and to actively participate in the electricity market. According to the Electric Power Research Institute (EPRI), one of the biggest challenges facing smart grid deployment is related to the cyber security of the systems. The current cyber-security landscape is characterized by rapidly evolving threats and vulnerabilities that pose challenges for the reliability, security, and resilience of the electricity sector. Power system state estimators (PSSE) are critical tools for grid reliability, under a system observable scenario, they allow power flow optimization and detection of incorrect data. In this work cyber-attacks are modeled as malicious data injections on system measurements, parameters and topology. The contributions of this work are twofold. First, a model for cyber-attack as a false data injection detection and identification is presented. The presented model considers the minimization of the composed measurement error while applying the Lagrangian relaxation. The presented contribution, enables false data injection attacks detection even if this belongs to the subspace spanned by the columns of the Jacobian matrix and in network areas with low measurement redundancy Second, state-of-the-art solutions consider correction of parameters or topology when measurements are free of error. However, how may one correct measurements if parameters or topology might be simultaneously in error? To solve this problem, a relaxed model is presented and solved iteratively in a continuous manner. Once identified and detected, cyber-attacks in parameters, topology and measurements are corrected. The proposed solution is based on a Taylor series relaxed, composed normalized error (CNE) hybrid approach with Lagrange multipliers. Validation is made on the IEEE-14 and IEEE-57 bus systems. Comparative results highlight the proposed methodology’s contribution to the current state-of-the-art research on this subject. Providing mitigation, response and system recovery capabilities to the state estimator with reduced computational burden, the proposed model and methodology have strong potential to be integrated into SCADA state estimators for real-world applications. / O aumento da demanda e a preocupação com as mudanças climáticas são importantes motivadores para as fontes de energia renováveis e a modernização da rede elétrica. A modernização da rede elétrica inteligentes (REI) ou smart grid, não somente possibilita as fontes de energia renováveis mas também abre portas à novas aplicações de grande impacto como a prevenção e restauração automática de falhas e a possibilidade dos consumidores terem grande controle sobre o consumo de eletricidade e atuação participativa no mercado de energia. De acordo com o Instituto Norte Americano de Pesquisas do Setor Elétrico, um dos principais desafios a ser enfrentado no desenvolvimento das REIs é relacionado a segurança cibernética dos sistemas. O cenário da segurança cibernética atual é caracterizado pela rápida evolução dos riscos e vulnerabilidades que impõe desafios para a confiabilidade, segurança e resiliência do setor elétrico. Neste contexto, estimadores de estado do sistema de potência são ferramentas críticas para a confiabilidade da rede, sob um cenário de observabilidade do sistema eles possibilitam o fluxo de potência do sistema e a análise de dados incorretos. Neste trabalho, ataques cibernéticos são modelados como injeção de dados incorretos em medidas, parâmetros e topologia do sistema. A metodologia proposta possibilita detecção de ataques mesmo se eles pertencerem ao subespaço ortogonal formado pelas colunas da matriz Jacobiana e em áreas do sistema com reduzida redundância de medidas. A solução proposta pelo estado da arte considera correções em parâmetros ou topologia quando medidas estão livres de erros. Porém, como pode-se corrigir medidas se parâmetros ou a topologia estão simultaneamente com erros? Para resolver este problema um modelo relaxado é proposto e resolvido iterativamente. Assim que detectado e identificado, ataques cibernéticos em parâmetros, topologia e/ou medidas são corrigidos. As contribuições específicas do trabalho são: cálculo do desvio padrão para pseudomedidas (iguais à zero) e medidas de baixa magnitude baseado em medidas correlatas e propriedades da covariância; modelo baseado em relaxação lagrangiana e erro composto de medida para identificação e detecção de ataques cibernéticos; estratégia hibrida de relaxamento iterativo (EHRI) para correção de ataque cibernético em parâmetros da rede de modo contínuo e com reduzido esforço computacional e metodologia baseada em ciclo holístico de resiliência para estimadores de estado sob ataques cibernéticos simultâneos em parâmetros, topologia e medidas. A validação é feita através dos sistemas de teste do IEEE de 14 e 57 barras, testes comparativos elucidam as contribuições da metodologia proposta ao estado da arte nesta área de pesquisa. Trazendo as capacidades de mitigação, resposta e recuperação ao estimador de estado com esforço computacional reduzido, o modelo e metodologia propostos tem grande potencial de ser integrado em SCADAs para aplicação em casos reais.

Recentemente, muitas mudanças vêm ocorrendo na forma como a energia elétrica é gerada e distribuída, criando com isso oportunidades de utilizar os recursos disponíveis in loco de forma mais eficiente, atuando juntamente com sistemas centralizados convencionais, para o atendimento das necessidades energéticas. Neste contexto, as minirredes de energia são consideradas pontos chaves para melhorar a confiabilidade e a qualidade da energia, aumentar a eficiência do sistema elétrico como um todo, viabilizar aos consumidores finais a possibilidade de uma certa independência da rede e uma participação mais ativa no mercado de energia elétrica. No entanto, a aplicação de tais topologias ainda não superou todas as barreiras para que todos os benefícios possam ser apreciados. Há ainda perguntas a serem respondidas sobre como lidar com as especificidades e os aspectos operacionais de minirredes, tanto em operação normal quanto em operação anômala, que são fundamentais para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas. Este trabalho discute aspectos relacionados à operação de minirredes, tanto em sistemas isolados quanto em sistemas conectados à rede da concessionária. No caso de sistemas isolados, a abordagem leva em consideração os riscos associados aos projetos voltados para eletrificação rural e discute questões não restritas ao projeto inicial, mas também à operação destes tipos de sistemas. No caso de sistemas conectados, são discutidas tendências relacionadas às topologias de utilização destes sistemas para operação conjunta com a rede elétrica. Um algoritmo para controle de minirredes em diferentes níveis hierárquicos é proposto. Este algoritmo serve como base para o controle da plataforma de interação de agentes distribuídos, montada no Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo para testes em equipamentos reais e para a formação de recursos humanos. / Recently, many changes are taking place in the way energy is generated and distributed, thus creating opportunities to utilize the resources available on site more efficiently, working along with conventional centralized systems, to meet energy needs. In this context, mini-grids are considered key points to improve the reliability and power quality, increase the efficiency of the electric system as a whole, enable end consumers to have a certain independence from the grid and a more active participation in the electricity market. However, the application of such topologies has not yet overcome all barriers so that all their benefits can be appreciated. There are still questions to be answered on how to deal with the specificities and operational aspects of micro-grids in both normal and anomalous operation, which are fundamental to the long-term sustainability of power systems. This work discusses aspects related to micro-grids in both isolated and grid-connected operation modes. In the case of isolated systems, the approach takes into account the risks associated with rural electrification projects and discusses issues not restricted to the design, but also to the operation of these types of systems. In the case of grid-connected systems, trends related to the topologies to be used for joint operation with the power grid are discussed. An algorithm to control micro-grids at different hierarchical levels is proposed. This algorithm serves as a basis for the control of the platform for the interaction of distributed agents assembled at the Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos of the Universidade de São Paulo to be used for tests on real equipment and for capacity building.

Submitted by NADYA KALACHE null (nadyakalache@gmail.com) on 2017-02-02T18:30:28Z No. of bitstreams: 1 Nadya Kalache.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-06T16:12:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kalache_n_dr_ilha.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T16:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kalache_n_dr_ilha.pdf: 2308527 bytes, checksum: 9cdc9b520310cc767a416203f4a8451d (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / O gerenciamento econômico de transformadores de distribuição é de fundamental importância no planejamento econômico das concessionárias de energia, pois estão presentes em grande quantidade no sistema elétrico. No novo conceito de redes inteligentes, novas considerações sobre as perdas nos transformadores devem ser feitas e outras possibilidades de gerenciamento podem ser exploradas. A primeira afirmação se deve ao fato do aumento da não-linearidade no perfil da carga no transformador, proveniente do aumento de cargas eletrônicas e de unidades de geração distribuída que utilizam conversores eletrônicos para conexão com a rede. A segunda afirmação é justificada pela infraestrutura avançada de medição presente nas redes inteligentes, o que possibilita acesso remoto e dinâmico a uma maior quantidade de informações fundamentais para análise das condições operacionais dos transformadores. Este trabalho analisa como utilizar um sistema de monitoramento em redes inteligentes em conjunto com o cálculo de perdas para identificação de transformadores sobrecarregados. Além disso, com o conhecimento das curvas de carga diária, dos índices econômicos vigentes, desenvolveu-se um aplicativo para gerenciamento de unidades transformadoras em operação, ferramenta esta que poderá ser utilizada no sistema de gestão de ativos das concessionárias. / Economic management of distribution transformers has fundamental importance in the economic planning of utilities, since they are present in large quantities in the electrical system. In the new concept of smart grids, new considerations about losses in transformers must be made and other management possibilities can be explored. The first statement is due to the increase of non-linearity in the load profile transformer, from the increase of electronic loads and distributed generation units that use electronic converters for connection to the grid. The second statement is justified by the advanced metering infrastructure available in smart grids, which enables remote and dynamic access to a greater amount of essentials information for analyzing the transformers operating conditions. This paper analyzes how to use a monitoring system in smart grids with the calculation of losses for identification of overloaded transformers. Also, by the knowledge of daily load curves, the current economic indices, an application was developed to manage transforming units in operation, a tool that can be used in the assets management system of dealers.

Submitted by MONARA PEREIRA DA ROSA CARVALHO null (momoprc@gmail.com) on 2017-03-17T12:47:54Z No. of bitstreams: 1 MONARA_Dissertacao.pdf: 2926386 bytes, checksum: 52ab3ee5e454a3b74043a0bbef9630de (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-21T19:15:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carvalho_mpr_me_ilha.pdf: 2926386 bytes, checksum: 52ab3ee5e454a3b74043a0bbef9630de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T19:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carvalho_mpr_me_ilha.pdf: 2926386 bytes, checksum: 52ab3ee5e454a3b74043a0bbef9630de (MD5) Previous issue date: 2017-01-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / This work analysis load data from desegregated levels that presented difficulties to load forecasting with several methods due to variation in electrical energy consumption. The application proposed in this work is short-term load forecasting to a university building by GRNN (General Regression Neural Network) considering the bottom up approach and using a moving average filter to deal with the missing or wrong data. It is presented the system that provides the data as well as the methods used for pre-processing and realize the forecasting. The results are evaluated by MAPE (Mean Absolute Perceptual Error) and are considered good when compared with other methods. / Este trabalho destaca a análise de dados provenientes de locais com níveis de consumo mais desagregados que apresentam dificuldades para previsões de demanda com vários métodos devido à alta variação no consumo de energia elétrica. Apresenta-se resultados de previsões de demanda de curto prazo da energia elétrica consumida em um bloco de uma universidade por meio da rede neural de regressão generalizada (GRNN), utilizando a abordagem de modelagem de dados de baixo para cima e tratamento de ruídos e dados faltantes no banco de dados através da aplicação de um filtro de médias móveis. É apresentado o local que fornece as informações para os estudos e a etapa de pré-processamentos dos dados. Foi possível analisar a assertividade das previsões de acordo com o cálculo do MAPE, mostrando vantagens ao se comparar a outros métodos utilizados para os mesmos fins.

Thesis describes and analyzes Futuremotion program, which is a strategic initiative of CEZ Group. Electromobility and smart grids are specifically analyzed. This paper is written with emphasis on consumer behaviour and strategic importance.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / It is common the occurence of permanent faults in power distribution systems. In a typical radial power distribution system when the fault protection system operates, may cause power-off not only in the fault section, but also to all customers downstream the fault.Through disjunction devices normally closed along the feeder, and normaly open on its edges, is possible to isolate the faulty sector and reenergize the healthy ones, reducing the number of customers affected by a fault. Network operators normally do this procedure manually and in addition to demand a considerable ammount of time, is subject to errors on the part of the operator. In order to automate the analisys of the network and provided it of self-healing capacity, various methods have been proposed to solve this matter. Most of these approaches adopts a centralized strategy and do not address the aspect of electric power grid self-healing. In this work is proposed an approach that uses multi-agent systems for self-healing purposes of power distribution systems. Multi-agent are highly suitable for modelling distributed systems in the smart grid domain. For a safe recovery and without violation of operational restrictions the feeder agents perform an evaluation before device agents send any command to the network switches. The proposed multi-agent system is implemented in a agentâs development platform proposed in this work that uses the Python programming language. The platform is called PADE, Python Agent DEvelpment framework. The computer representation of the network, without simplifications, is accomplished by a data encoding based on the theory of graphs and named node-depth representation that serves as a basis for the development of an API of network representation that models each of the required components in the restoration analysis. The device agents communicate with IED that in turn control the switches in the network, by means of IEC 61850 protocols: GOOSE and MMS. To validate the proposed approach, computer simulations are performed using a simplified distribution power grid as a case study and a test platform with relay test case, protection and control IED, managed switch and embedded systems. / à comum a ocorrÃncia de faltas permanentes no sistema de distribuiÃÃo de energia elÃtrica. Por tratar-se de um sistema radial, a atuaÃÃo da proteÃÃo para estas faltas causa a desenergizaÃÃo nÃo sà do setor em falta, mas de todos os consumidores a jusante do setor onde ocorreu a falta. Fazendo uso dos dispositivos de disjunÃÃo normalmente fechados ao longo do alimentador e normalmente abertos nas suas bordas à possÃvel isolar o setor sob falta e re-energizar os setores sÃos, reduzindo o nÃmero de consumidores afetados por um defeito. Este procedimento à normalmente feito pelos operadores da rede, e alÃm de demandar um tempo considerÃvel, està sujeito à erros por parte do operador. No sentido de tornar automÃtica as anÃlises de restauraÃÃo da rede e prover o sistema da capacidade de auto-cura, tÃm sido propostas diversas metodologias para o problema. A maioria destas abordagens adota uma estratÃgia centralizada e nÃo abordam o aspecto de auto-cura da rede elÃtrica. Neste trabalho, à proposta uma abordagem utilizando sistemas multiagentes para recomposiÃÃo de setores de alimentadores de distribuiÃÃo de energia elÃtrica. A tÃcnica de sistemas multiagentes vem se mostrando bastante promissora no desenvolvimento de sistemas distribuÃdos em um contexto de redes elÃtricas inteligentes. Para que a recomposiÃÃo ocorra sem a violaÃÃo das restriÃÃes operacionais e de forma coerente, sÃo feitas anÃlises pelos agentes alimentadores antes que qualquer comando seja enviado para as chaves do sistema por meio de agentes dispositivo. O sistema multiagente proposto à implementado em uma plataforma de desenvolvimento de agentes proposta neste trabalho e que utiliza a linguagem de programaÃÃo Python. A plataforma tem o nome de PADE, Python Agent DEvelpment framework. A representaÃÃo computacional sem simplificaÃÃes da rede à proporcionada por uma codificaÃÃo de dados apoiada na teoria de grafos e denominada RepresentaÃÃo NÃ-Profundidade, que serve de base para o desenvolvimento de uma API de representaÃÃo da rede-elÃtrica que modela cada um dos componentes necessÃrios nas anÃlises de recomposiÃÃo. Ao agente dispositivo à dada a possibilidade de comunicaÃÃo com IED, que controlam as chaves do sistema, por meio dos protocolos da norma IEC 61850: GOOSE e MMS. Para validar a metodologia proposta sÃo realizadas simulaÃÃes computacionais utilizando uma rede de distribuiÃÃo simples como caso base e uma plataforma de testes com: mala de testes de relÃs, IED de proteÃÃo e controle de mercado, switch gerenciÃvel e placas de desenvolvimento de sistemas embarcados.

O presente trabalho tem por objetivo a proposição de uma abordagem para gestão integrada da operação do sistema elétrico em tempo real pelo diagnóstico da interrupção e determinação de planos de atenuação dos efeitos pela definição da topologia do sistema, com propostas de cortes seletivos da carga em condições de esgotamento da capacidade de transferência. A metodologia proposta abrange sistemas elétricos de grande porte e de diferentes níveis de tensão, tais como sistemas de sub-transmissão e distribuição, simultaneamente e com geração distribuída. Como técnica de solução é aplicada a Busca Tabu para minimização do total de seções desconectadas (desenergizadas) e o número de manobras realizadas para atendimento em casos contingenciais, com atendimento de clientes prioritários e alívio de carga e geração distribuída. A codificação e estrutura de dados aplicados propiciam uma melhor eficiência computacional, favorecendo a aplicação em sistemas operacionais de tempo real. A modelagem proposta é avaliada em sistemas de testes adaptados da literatura, demonstrando a qualidade, robustez e eficiência computacional nos resultados obtidos da abordagem proposta. / The present work aims at proposing an automatic computational methodology to electrical systems operational management in real time via the interruption diagnosis and effect attenuation plan definition by means of system topology determination with load curtailment in load transference capacity exhaustion conditions. The proposed methodology tackles large electrical systems with different voltage levels, such as sub-transmission and distribution systems simultaneously with distributed generators. The Tabu Search is applied to minimize the out-of-service area and the number of switching operations during contingencies with priority customer, load curtailment and distributed generators. The software codification and data structure applied provide computational efficiency, favoring the application to electrical systems operation in real time and the proposed model is validated with test systems from the literature, ensuring the computational efficiency and quality of results.

Este estudo é uma análise de interfaces e protocolos de automação que possuem potencial para serem adotados como padrões em redes elétricas inteligentes em um futuro próximo. A fim de verificar a possibilidade de implementar a IEC 61850 em uma aplicação típica de redes deste tipo, é realizada uma simulação usando o software NS-2. Os resultados deste trabalho servirão de orientação para o dimensionamento de redes de automação baseadas em IEC 61850. / This study is an analysis of automation interfaces and protocols with the potential to be adopted as standards for smart grids in the near future. In order to verify the feasibility of implementing the IEC 61850 in a typical application of such grids, it is performed a simulation using NS-2 software. The results of this work will be an orientation to dimension automation networks based on IEC 61850.