Este trabalho aborda as oscilações eletromecânicas de baixa frequência, relativas a modos interáreas, pouco amortecidos, avaliando o seu impacto no desempenho de redes elétricas multi-máquinas com o objetivo de elevar o amortecimento destes modos com equipamentos TCSC. Os locais apropriados para instalação destes equipamentos são escolhidos com a análise dos resíduos de funções de transferência e o ajuste de parâmetros, para o projeto coordenado de controladores, utiliza o método de imposição de polos. O sistema não linear de equações, obtido com a aplicação do método de imposição de polos, supondo coeficientes de amortecimento pré-estabelecidos, é resolvido utilizando-se o método de Newton Raphson. Adicionalmente, avalia-se a possibilidade do método auxiliar na análise de interações entre controladores e identificação de acoplamentos, por meio da análise dos termos que compõem as equações de imposição de polos. / This work deals with low frequency oscillations related to inter-area modes, evaluating their impact on the performance of multi-machine electrical networks with the aim to increase the damping of these modes using TCSC. The best places to install these devices are chosen with the analysis of the residues of transfer functions and the parameter fitting for coordinated application of stabilizers is performed with the pole placement method. The nonlinear system of equations, obtained with the pole placement method, assuming specified damping factors, is solved with the Newton-Raphson method. The method is also used in the analysis of control interaction among stabilizers through the evaluation of individual parcels of the pole placement equations, as an additional feature of the approach.

Series compensation of transmission lines is an effectiveand cheap method of improving the power transmission systemperformance. Series capacitors virtually reduces the length ofthe line making it easier to keep all parts of the power systemrunning in synchronism and to maintain a constant voltage levelthroughout the system. In Sweden this technology has been inuse since almost 50 years. The possibility to improve the performance of the ACtransmission system utilizing power electronic equipment hasbeen discussed a lot since about ten years. Some newsemiconductor based concepts have been developed beside thesince long established HVDC and SVC technologies. The ThyristorControlled Series Capacitor (TCSC) is one such concept. Byvarying the inserted reactance an immediate and well-definedimpact on the active power flow in the transmission line isobtained. Several potential applications, specifically poweroscillation damping, benefit from this capability. The conceptimplied the requirement to design a semiconductor valve, whichcan be inserted directly in the high-voltage power circuit.This certainly presented a technical challenge but thestraightforward approach appeared to be a cost-effectivealternative with small losses. It was also realized that the TCSC exhibits quite differentbehaviour with respect to subsynchronous frequency componentsin the line current as compared to the fixed series capacitorbank. This was a very interesting aspect as the risk ofsubsynchronous resonance (SSR), which just involves such linecurrent components, has hampered the use of series compensationin power systems using thermal generating plants. The thesis deals with the modelling and control aspects ofTCSC. A simplifying concept, the equivalent, instantaneousvoltage reversal, is introduced to represent the action of thethyristor controlled inductive branch, which is connected inparallel with the series capacitor bank in the TCSC. The idealvoltage reversal is used in the thesis in order to describe andexplain the TCSC dynamics, to investigate its apparentimpedance at various frequencies, as a platform forsynthesizing the boost control system and as the base elementin deriving a linear, small-signal dynamical model of thethree-phase TCSC. Quantitative Feedback Theory (QFT) then hasbeen applied to the TCSC model in order to tune its boostregulator taking into account the typical variation ofparameters that exists in a power system. The impact of theboost control system with respect to damping of SSR is finallybeing briefly looked at. <b>Keywords:</b>Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC,FACTS, reactive power compensation, boost control, phasorestimation, Quantitative Feedback Theory, subsynchronousresonance, SSR.

Denna avhandling är fokuserad på modellering av elkraftsystemkomponenter och deras representation vid simuleringar av elkraftsystem. Avhandlingen jämför olika linjäriseringstekniker. Dessa tekniker är såväl numeriska som analytiska och används vid linjärisering av ett dynamiskt system. Efter en linjärisering är det möjligt att beräkna egenvärdena av det linjäriserade systemet samt använda andra verktyg ämnade för studier av linjära system. I avhandlingen visas hur olika linjäriseringtekniker influerar egenvärdesberäkningen av det linjära systemet. I avhandlingen tas fram bandviddsreducerade linjära modeller av en kraftsystemkomponent med hjälp av två tekniker. Senare görs simuleringar med de linjära modellerna tillsammans med ett introducerat gränssnitt. Den studerade kraftsystemkomponenten är en tyristorstyrd seriekondensator (TCSC). En fördel med att använda en linjär representation av en kraftsystemkomponent är att det förenklar simuleringarna. Storleken på komplexiteten av en simulering vid lösandet av ekvationerna minskar och den konsumerade fysiska tiden att simulera minskar. En nackdel med en linjär modell är att dess giltighet kan vara begränsad. Behovet av att bygga linjära modeller av kraftsystemkomponenter torde även finnas i framtiden. Med dagens horisont (år 2006) finns behov av att bygga linjära modeller utgående från detaljerade modeller av bl a högspända likströmslänkar (HVDC-länkar), reaktiva effektkompensatorer (SVC) samt tyristorstyrda seriekondensatorer (TCSC). Hur skall dessa representeras när vi vill studera dynamiken av ett helt kraftsystem och det då är nödvändigt att reducera deras komplexitet? Denna frågeställning uppkommer när vi vill genomföra tidsdomänsimuleringar på en inte alltför detaljerad nivå av de individuella kraftsystemkomponenterna eller när vi vill linjärisera kraftsystemet för att studera dess stabilitet med hjälp av småsignalanalys. / This thesis is focused in modelling of power system components and their representation in simulations of power systems. The thesis compares different linearization techniques. These techniques are both numerical as well as analytical and are utilized when linearization of a dynamic system is desired. After a linearization it is possible to calculate the eigenvalues of the linearized system as well as to perform other applicable activities on a linear system. In the thesis it is shown how the linearization techniques influence the calculation of eigenvalues of the linear system. In the thesis bandwidth-reduced linear models of a power system component are developed using two techniques. The simulations with the linear models are done with an introduced interface system. The studied power system component is a Thyristor-Controlled Series Capacitor (TCSC). One advantage with using a linear representation of a power system component is that it simplifies the simulations. The size of the complexity of a simulation when solving the equations decreases and the consumed physical time to simulate becomes shorter. A disadvantage of a linear model is that its validity might be limited. The need of building linear models of power systems will continue to attract interest in the future. With the horizon of today (year 2006) there is a need of among other models to build linear models of detailed models of High Voltage Direct Current-links (HVDC-links), Static Var Compensators (SVCs), as well as Thyristor-Controlled Series Capacitors (TCSCs). How should these be represented when we want to study the dynamics of a whole power system and it is necessary to reduce their complexity? This question rises when we want to perform time-domain simulations with a not too detailed level of complexity of each individual power system component or if we want to linearize the power system and study it within small-signal stability analysis. / QC 20100915

<p>Series compensation of transmission lines is an effectiveand cheap method of improving the power transmission systemperformance. Series capacitors virtually reduces the length ofthe line making it easier to keep all parts of the power systemrunning in synchronism and to maintain a constant voltage levelthroughout the system. In Sweden this technology has been inuse since almost 50 years.</p><p>The possibility to improve the performance of the ACtransmission system utilizing power electronic equipment hasbeen discussed a lot since about ten years. Some newsemiconductor based concepts have been developed beside thesince long established HVDC and SVC technologies. The ThyristorControlled Series Capacitor (TCSC) is one such concept. Byvarying the inserted reactance an immediate and well-definedimpact on the active power flow in the transmission line isobtained. Several potential applications, specifically poweroscillation damping, benefit from this capability. The conceptimplied the requirement to design a semiconductor valve, whichcan be inserted directly in the high-voltage power circuit.This certainly presented a technical challenge but thestraightforward approach appeared to be a cost-effectivealternative with small losses.</p><p>It was also realized that the TCSC exhibits quite differentbehaviour with respect to subsynchronous frequency componentsin the line current as compared to the fixed series capacitorbank. This was a very interesting aspect as the risk ofsubsynchronous resonance (SSR), which just involves such linecurrent components, has hampered the use of series compensationin power systems using thermal generating plants.</p><p>The thesis deals with the modelling and control aspects ofTCSC. A simplifying concept, the equivalent, instantaneousvoltage reversal, is introduced to represent the action of thethyristor controlled inductive branch, which is connected inparallel with the series capacitor bank in the TCSC. The idealvoltage reversal is used in the thesis in order to describe andexplain the TCSC dynamics, to investigate its apparentimpedance at various frequencies, as a platform forsynthesizing the boost control system and as the base elementin deriving a linear, small-signal dynamical model of thethree-phase TCSC. Quantitative Feedback Theory (QFT) then hasbeen applied to the TCSC model in order to tune its boostregulator taking into account the typical variation ofparameters that exists in a power system. The impact of theboost control system with respect to damping of SSR is finallybeing briefly looked at.</p><p><b>Keywords:</b>Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC,FACTS, reactive power compensation, boost control, phasorestimation, Quantitative Feedback Theory, subsynchronousresonance, SSR.</p>

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: George Lauro Ribeiro de Brito / Resumo: Este trabalho apresenta estudos referentes à estabilidade a pequenas perturbações do SEP, considerando a atuação de FACTS para o amortecimento das oscilações eletromecânicas de baixa frequência. São abordados os dispositivos FACTS TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) e o SSSC (Static Synchronous Series Compensator). É realizada a representação e modelagem dos dispositivos FACTS no SEP inserindo no Modelo Sensibilidade de Potência. Para melhorar o desempenho do SEP no que se refere à estabilidade a pequenas perturbações, controladores suplementares são propostos para aumentar o desempenho dos dispositivos TCSC e SSSC, introduzindo o amortecimento necessário ao SEP. Adicionam-se os controladores suplementares POD no modelo modificado para os dispositivos TCSC e SSSC para verificar sua atuação. Para encontrar a melhor localização para instalação dos dispositivos é usado a teoria dos resíduos. Esta mesma teoria é usada também para o ajuste dos parâmetros dos controlares juntamente com outro ajuste feito através de Redes Neurais Artificiais (RNA), que é proposto como alternativa de comparação ao método dos resíduos. Simulações são efetuadas em um sistema teste simétrico para se verificar resultados e a eficácia do controlador POD (parâmetros ajustados pela RNA proposta), acoplados aos dispositivos FACTS, na manutenção da estabilidade a pequenas perturbações do SEP. Palavras-chave: Controladores POD. Estabilidade de sistema de potência. Redes neurais artificiais. TCSC e SSSC / Abstract: This work presents studies referred to short term Electric Power System (EPS) perturbations, considering the actuation of FACTS devices for low frequency electromechanical oscillation damping. The devices considered are: FACTS TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) and the SSSC (Static Synchronous Series Compensator). It is representation and modeling FACTS devices in the EPS inserting in the Power Sensitivity Model. To improve the performance of the EPS considering the short term perturbations, additional controllers are proposed to increase the performance of the TCSC and SSSC devices, introducing the necessary damping to the EPS. The additional POD controller is added to the modified model for TCSC and SSSC devices to verify the acting. The residual theory is used to find the best location to install the devices. The same theory is used to adjust the parameters of the controllers and an adjustment with Artificial Neural Networks (ANN) is proposed as an alternative to the residual method. Simulations are effectuated for a symmetric test system to verify the efficiency of the POD controller (parameters adjusted by the ANN proposed), coupled with the FACTS devices, to maintain the stability considering the short term perturbations / Mestre

Orientador: Jose Sanches Mantovani / Resumo: Neste trabalho propõe-se um método para a localização de faltas que, em conjunto com a lógica de um relé diferencial numérico, deve ser usado para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC). Este método visa solucionar o problema de localização de faltas melhorando a precisão dos algoritmos que utilizam medições de sinais de tensão e corrente numa terminação da linha de transmissão. O cálculo da distância entre a terminação da linha de transmissão e o ponto de incidência da falta é realizado utilizando dois procedimentos: um para faltas produzida no trecho entre a terminação local da linha de transmissão e o TCSC; e o outro para faltas no trecho entre o TCSC e a terminação remota. A detecção do trecho de incidência da falta é obtido usando as medições de escorregamento angular dos sinais de corrente em ambos os extremos da linha de transmissão e a medição da resistência de falta no extremo local, que é variável durante o intervalo de início até um ciclo depois da ocorrência da falta. A aplicação da lógica difusa na comparação destas medições permite detectar com precisão o trecho com falta. O método proposto foi testado usando um sistema teste da literatura onde múltiplos casos de faltas em diferentes pontos da linha de transmissão foram simulados. Os resultados mostram a capacidade do algoritmo em localizar precisamente a posição de ocorrência da falta. / Abstract: This paper proposes a methodology for locating faults in transmission lines with thyristor-controlled series compensation (TCSC) that are protected by numerical differential relays. The proposed methodology aims to overcome problems of fault location improving the accuracy of algorithms that use voltage and current measurement signals from a transmission line termination. The calculation of the distance between the transmission line termination and the fault incidence point employs two procedures: one for faults in the transmission line section limited by the local termination and TCSC; and other for faults in the section limited by the TCSC and remote termination. The detection of the fault incidence section is achieved using measurements of angular deviation for both transmission line terminations and the measurement of fault resistance in the local termination, which varies during the interval from the beginning to one cycle after the fault occurrence. The use of fuzzy logic for comparing these measurements permits the accurate detection of the fault incidence section. The proposed method is tested using a test system from literature system where multiple fault cases in different positions of the transmission line are simulated. The results show the algorithm capability to locate accurately the position of fault occurrence. / Mestre

Submitted by NELSON GIOVANNY ROMERO TAQUIRE (romero.taquire.nelson@gmail.com) on 2016-05-20T21:35:24Z No. of bitstreams: 1 NelsonGiovannyRomeroTaquire2016.pdf: 3534022 bytes, checksum: 59ecb7956af007830fd18b15c10562c2 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-24T13:42:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 taquire_ngr_me_ilha.pdf: 3534022 bytes, checksum: 59ecb7956af007830fd18b15c10562c2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-24T13:42:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 taquire_ngr_me_ilha.pdf: 3534022 bytes, checksum: 59ecb7956af007830fd18b15c10562c2 (MD5) Previous issue date: 2016-03-21 / Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho propõe-se um método para a localização de faltas que, em conjunto com a lógica de um relé diferencial numérico, deve ser usado para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC). Este método visa solucionar o problema de localização de faltas melhorando a precisão dos algoritmos que utilizam medições de sinais de tensão e corrente numa terminação da linha de transmissão. O cálculo da distância entre a terminação da linha de transmissão e o ponto de incidência da falta é realizado utilizando dois procedimentos: um para faltas produzida no trecho entre a terminação local da linha de transmissão e o TCSC; e o outro para faltas no trecho entre o TCSC e a terminação remota. A detecção do trecho de incidência da falta é obtido usando as medições de escorregamento angular dos sinais de corrente em ambos os extremos da linha de transmissão e a medição da resistência de falta no extremo local, que é variável durante o intervalo de início até um ciclo depois da ocorrência da falta. A aplicação da lógica difusa na comparação destas medições permite detectar com precisão o trecho com falta. O método proposto foi testado usando um sistema teste da literatura onde múltiplos casos de faltas em diferentes pontos da linha de transmissão foram simulados. Os resultados mostram a capacidade do algoritmo em localizar precisamente a posição de ocorrência da falta. / This paper proposes a methodology for locating faults in transmission lines with thyristor-controlled series compensation (TCSC) that are protected by numerical differential relays. The proposed methodology aims to overcome problems of fault location improving the accuracy of algorithms that use voltage and current measurement signals from a transmission line termination. The calculation of the distance between the transmission line termination and the fault incidence point employs two procedures: one for faults in the transmission line section limited by the local termination and TCSC; and other for faults in the section limited by the TCSC and remote termination. The detection of the fault incidence section is achieved using measurements of angular deviation for both transmission line terminations and the measurement of fault resistance in the local termination, which varies during the interval from the beginning to one cycle after the fault occurrence. The use of fuzzy logic for comparing these measurements permits the accurate detection of the fault incidence section. The proposed method is tested using a test system from literature system where multiple fault cases in different positions of the transmission line are simulated. The results show the algorithm capability to locate accurately the position of fault occurrence.

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Resumo: Neste trabalho, uma técnica baseada na Busca em Vizinhança Variável Básica é apresentada para realizar o ajuste coordenado dos parâmetros dos controladores suplementares de amortecimento Thyristor Controlled Series Capacitor - Power Oscillation Damping e Estabilizadores de Sistemas de Potência, a fim de garantir a estabilidade a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência. A estratégia do método de ajuste proposto consiste em explorar sistematicamente estruturas de vizinhança atrelada a uma etapa de busca local, tornando possível a obtenção de soluções ótimas e a manutenção da capacidade de evitar a estagnação em um ótimo local. Um modelo do TCSC por injeção de corrente é apresentado e seus coeficientes de sensibilidade de corrente são deduzidos para incorporação ao Modelo de Sensibilidade de Corrente, que é utilizado para representar o sistema elétrico de potência. Com a inclusão da modelagem dos controladores de amortecimento, simulações são realizadas em dois sistemas testes, conhecidos como sistema Simétrico de Duas Áreas e sistema New England. Os resultados obtidos são analisados para melhor compreensão do comportamento do sistema elétrico de potência quando submetido a uma pequena perturbação e da influência dos controladores de amortecimento neste cenário. Os parâmetros dos controladores são ajustados pelo algoritmo Particle Swarm Optimization, por um Algoritmo Genético e, também, pelo método proposto neste trabalho. Os desempenhos individuais dos métodos d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, a technique based on Basic Variable Neighborhood Search is presented to perform the coordinated tuning of the parameters of the supplementary damping controllers Thyristor Controlled Series Capacitor - Power Oscillation Damping and Power System Stabilizers in order to guarantee the small-signal stability of the electric power systems. The strategy of the proposed tuning method consists in systematically exploring neighborhood structures followed by a local search stage, making it possible to obtain optimal solutions and to maintain the ability to avoid stagnation in a local optimum. A current injection model for the TCSC is presented and its current sensitivity coefficients are deduced for incorporation into the Current Sensitivity Model, which is used to represent the electric power system. With the inclusion of the damping controllers modeling, simulations are performed on two test systems, known as the Two-Area Symmetric system and New England system. The results obtained are analyzed to better understand the behavior of the electric power system when subjected to a small disturbance and the influence of the damping controllers in this scenario. The controllers parameters are tuned by the Particle Swarm Optimization algorithm, by a Genetic Algorithm and also by the method proposed in this work. The individual performances of the tuning methods are compared in order to conclude on the technique best suited for this type of problem, including the analysis of a ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Wellington Santos Mota / Resumo: O objetivo desta Dissertação de Mestrado é apresentar a possibilidade de fornecer amortecimento às oscilações de baixa freqüência do sistema elétrico de potência através dos dispositivos FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) e UPFC (Unified Power Flow Controller). Para isso realiza-se o desenvolvimento e implementação do Modelo de Sensibilidade de Potência para sistemas multmáquinas. Na seqüência são introduzidos os dispositivos TCSC e UPFC, bem como os seus controladores. Apresentam-se resultados de acordo com a evolução dos modelos que representam os dispositivos FACTS, ou seja, parte-se de uma compensação fixa, passando para um modelo dinâmico de primeira ordem e por fim, é incluído o controlador POD (Power Oscillation Damping). A utilização de sinais locais e remotos para entrada do controlador POD também é analisada. Além disso são mostrados os resultados obtidos pela técnica clássica de introdução de amortecimento através de sinais suplementares (os estabilizadores de sistemas de potência - PSS: Power System Stabilizers). O projeto dos controladores POD e PSS é baseado no método da compensação de fase, utilizando a teoria de controle clássico. Fatores de participação, autovetores, autovalores e resíduos de funções de transferência são utilizados como índices para examinar a melhor alocação dos controladores POD e PSS no sistema elétrico de potência. / Abstract: The objective of this work is to present the possibility to provide damping to low frequencies oscillations of the electrical power systems by FACTS devices (Flexible Alternating Current Transmission System): TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) and UPFC (Unified Power Flow Controller). This is developed and implemented using the Power Sensitivity Model for multimachine systems. Afterwards, the TCSC and UPFC devices are introduced as well as the controllers. Results are presented according to the evolution of the models that represent the FACTS devices, i.e., it starts with a fixed compensation, passing through a first order dynamic model and finally, it is included a POD controller (Power Oscillation Damping). It is also analyzed the inclusion of local and remote signals for the input of the POD controller. Besides, results obtained by classical techniques of introducing damping by supplementary signals (Power Systems Stabilizer - PSS) are shown. The project of POD and PSS controllers are based on the Phase Compensation Method using the classical control theory. Participation Factor like eigenvalues, eigenvectors and transfer function residues are used as index to examine the best allocation of the POD and PSS controllers on the electrical power systems. / Mestre

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