Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-28Bitstream added on 2014-06-13T19:28:04Z : No. of bitstreams: 1 batista_mf_me_ilha.pdf: 3972180 bytes, checksum: 619117071d2971bec37b4fbde27e7368 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta um estudo sobre a relação entre os principais tipos de bifurcações que ocorrem em sistemas elétricos de potência e em quais ocasiões elas podem ocorrer em máquinas síncronas com ou sem RAT (Regulador Automático de Tensão). Para explorar tais fenômenos, primeiramente o sistema é modelado, sendo utilizado para o caso MBI (Máquina - Barramento In nito) o modelo um eixo e, então, a matriz de estado é calculada para a análise dos autovalores. Para os sistemas multimáquinas estudados, são incluídos dois enrolamentos amortecedores nos eixos d ¡ q. São então apresentados os métodos de análise de estabilidade transitória convencionais, amplamente utilizados, conhecidos como método Tradicional e Método Direto. As condições para a ocorrência de bifurcações são analisadas utilizando os coe - cientes linearizados do modelo de He ron-Phillips para o caso MBI, onde é mostrado que se espera perder a estabilidade para o sistema com regulador automático de tensão através de uma bifurcação de Hopf e para o caso sem RAT através de uma bifurcação Sela-Nó. Por m, é analisado o ciclo-limite para o caso de uma máquina - barramento in nito e para sistemas multimáquinas através do modelo não-linear. A região de estabilidade é analisada no plano de fase, sendo mostrada a necessidade de incluir a variação de uxo no enrolamento de campo para uma análise correta da estabilidade. É também mostrado que este ciclo-limite pode reduzir a fronteira de estabilidade calculada pelo método convencional. / The aim of this study is the relation among main types of bifurcations that occur in electrical power systems and the circumstances they can happen with the synchronous machines considered with or without AVR (Automatic Voltage Regulator). To explore such phenomena, the system is rst modeled with the synchronous machines described by the one axis model for the MIB (Machine - In nite Bus) case , and so the state matrix is computed for the analysis of its eigenvalues. For multimachine systems case two windings dampers are included in d-q axes. The conditions for the occurrence of bifurcations are analyzed using the coe cients of the He ron-Phillips model for MIB case, where it is shown that one expects the system with automatic voltage regulator lose synchronism through a Hopf bifurcation and for the case without RAT through a Saddle- Node Bifurcation. Finally, the nonlinear model is accounted for in order to consider the limit-cycle for the case of one machine - in nite bus case as well as for multimachine system. Since internal voltage a ects the boundary of the stability region it must be considered. Then the phase portrait does not su ce and the trajectories must to be observed in a sub space de ned with the internal voltage. It is also shown that this limit-cycle can reduce the boundary of stability calculated by means of the direct method.

Submitted by MARCOS JOSÉ GONÇALVES null (marcosjg@ig.com.br) on 2018-05-22T03:01:06Z No. of bitstreams: 1 Tese Marcos Jose Goncalves FINAL.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-05-22T12:09:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_mj_dr_ilha.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T12:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_mj_dr_ilha.pdf: 1783203 bytes, checksum: d48ee12e54924878e9c6e28de57fb570 (MD5) Previous issue date: 2017-11-28 / Este trabalho apresenta um estudo sobre o controle de Sistema de Energia Elétrica (SEE) com vistas à melhoria da estabilidade transitória por meio da atuação de dispositivos FACTS, neste momento considerando os compensadores em derivação (SVC) e em série (TCSC). Propõe-se a inclusão, em dispositivos pré-existentes, a incorporação de um controle adicional visando atuação em face de transitórios eletromecânicos. A influência dos dispositivos sobre a capacidade de sincronização entre os pares de máquinas, avaliada por meio do fator de efeito é inserida na atuação dinâmica/transitória do sistema. A evolução da trajetória pós-falta do sistema é considerada em relação às fronteiras da chamada Região de Sincronização Positiva (RSP) e simulações foram realizadas usando os sistemas-teste Simétrico de duas áreas e New England para Lei de Controle proposta e conclui-se que esta é efetiva na melhoria da estabilidade transitória do Sistema de Energia Elétrica e, com aprimoramentos, poderá ser incluída em procedimentos de operação em tempo real. / The power system transient stability control is approached by means of FACTS devices, and at this first step the SVC and TCSC devices are considered. A certain device acts upon each pair of machines by means of their synchronization capability which is affected by the corresponding transfer admittance as repeated by the FACTS device. This influence is taken into account by means of a parameter named Effect Factor. The boundaries of a region surrounding the stable equilibrium point named Positive Stability Region are used as reference for critical trajectories and the control action intend to reverse the tendency of the trajectory of leaving this region. In view of the shown tested cases the results are very promising since the proposed control has conduced to improvements in fault critical clearing times and so it has potential to be included in online operation procedures.

Os métodos diretos são adequados à análise de estabilidade transitória em sistemas de potência, já que não requerem a resolução, integração numérica, do conjunto de equações diferenciais que representam o sistema. Os métodos diretos utilizam as idéias de Lyapunov associadas ao princípio de invariância de LaSalle para estimar a área de atração dos sistemas de potência. A grande dificuldade dos métodos diretos está em encontrar uma função auxiliar V, denominada função de Lyapunov que satisfaça as condições estabelecidas pelo Teorema de Lyapunov. Neste trabalho é realizada uma revisão bibliográfica das funções de Lyapunov utilizadas para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Analisa-se o problema da existência de funções de Lyapunov quando as condutâncias de transferência são consideradas. Utilizando-se de uma extensão do princípio de Invariância de LaSalle, apresenta-se uma nova função a qual é uma função de Lyapunov no sentido mais geral da extensão do princípio de invariância de LaSalle quando as condutâncias de transferência da matriz admitância da rede reduzida são consideradas. Estudou-se também a existência de funções de Lyapunov no sentido mais geral de extensão do princípio de invariância de LaSalle para modelos que preserva a estrutura da rede. Neste caso, infelizmente não encontramos uma função satisfazendo todas as hipóteses requeridas. / The direct methods are well-suited for transient stability analysis to power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The direct methods use the Lyapunov\'s ideas related to the LaSalle\'s invariance principle to estimate the power system attraction area. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliar function V, called Lyapunov function, which satisfies the conditions of Lyapunov\'s theorem. In this work, a bibliographic review of the Lyapunov functions used in transient stability analysis of power systems is done. The problem of existence of Lyapunov functions, when the transfer conductances are considered, is analysed. Using LaSalle\'s invariance principle extension, a Lyapunov function considering the transfer conductances is presented. The existence of Lyapunov functions for models that preserv the network structure was studied using the LaSalle\'s invariance principle. Unfortunately, in these cases, we did not find a function satisfing all the required hypothesis.

O método de Lyapunov, também conhecido como método direto, é eficiente para análise de estabilidade transitória em sistemas de potência. Tal método possibilita a análise de estabilidade sem requerer o conhecimento das soluções das equações diferenciais que modelam o problema. A maior desvantagem da utilização dos métodos diretos, é sem dúvida encontrar uma função (V) que satisfaça as condições do Teorema de Lyapunov, ou seja, V > 0 e V \'< ou =\' 0. Durante muitos anos a inclusão das condutâncias de transferência na modelagem do sistema de potência, com a rede reduzida aos nós dos geradores, foi um assunto que despertou interesse em vários pesquisadores. Em 1989, Chiang provou a não existência de uma Função de Lyapunov para sistemas de potência quando as condutâncias de transferência são consideradas. Essas condutâncias de transferência são responsáveis por gerar regiões no espaço de estados onde tem-se V > 0, não satisfazendo as condições do Teorema de Lyapunov. Recentemente, Rodrigues, Alberto e Bretas (2000) apresentaram a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle, onde é permitido que a Função de Lyapunov possua, em algumas regiões limitadas do espaço de estados, a derivada positiva. Neste caso, estas funções passam a ser denominadas Funções de Lyapunov Estendidas (FLE). Neste trabalho, são utilizadas a Extensão do Princípio de Invariância de LaSalle e as Funções de Lyapunov Estendidas para a análise de estabilidade transitória, considerando o efeito das condutâncias de transferência na modelagem do problema. Para isto, são propostas Funções de Lyapunov Estendidas para modelos de sistemas de potência que não apresentam uma Função de Lyapunov no sentido usual. Essas FLE\'s são propostas tanto para sistemas de 1-máquina versus barramento infinito quanto para sistemas multimáquinas. Para a obtenção de boas estimativas do tempo de abertura, nos estudos de estabilidade transitória, é proposto um algoritmo iterativo. Este algoritmo fornece uma boa estimativa local da área de atração do ponto de equilíbrio estável de interesse. / The method of Lyapunov, one of the direct method, is efficient for transient stability analysis of power systems. The direct methods are well-suited for stability analysis of power systems, since they do not require the solution of the set of differential equations of the system model. The great difficulty of the direct methods is to find an auxiliary function (V) which satisfies the conditions of Lyapunov\'s Theorem V > 0 and V \'< or =\' 0. For many years the inclusion of the transfer conductances in the power system model, with the reduced network, is a issue of interest for several researchers. In 1989, Chiang studied the existence of energy functions for power systems with losses and he proved the non existence of a Lyapunov Function for power systems when the transfer conductance is taken into account. The transfer conductances are responsible for generating regions in the state space where the derivative of V is positive. Therefore, the function V is nor a Lyapunov Function, because its derivative is not semi negative definite. Recently, an Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle has been proposed by Rodrigues, Alberto and Bretas (2000). This extension relaxes some of the requirements on the auxiliary function which is commonly called Lyapunov Function. In this extension, the derivative of the auxiliary function can be positive in some bounded regions of the state space and, for distinction purposes, it is called, as Extended Lyapunov Function. Inthis work, the Extension of the LaSalle\'s Invariance Principle and the Extended Lyapunov Function are used for the transient stability analysis of power systems with the model taking transfer conductances in consideration. For at purpose in this research, Extended Lyapunov Functions for power system models which do not have Lyapunov Functions in the usual sense are proposed. Extended Lyapunov Functions are proposed for a single-machine-infinite- bus-system and multimachine systems. For obtaining good estimates of the critical clearing time in transient stability analysis, an iterative algorithm is proposed. This algorithm supplies a good local estimate of the attraction area for the post fault stable equilibrium point.

O crescimento da demanda de energia e das interligações entre os Sistemas Elétricos de Potência, assim como a necessidade de prestação de melhores serviços exigem que as técnicas de análise destes sejam cada vez mais rápidas e refinadas. Dentre estas técnicas, as análises de estabilidade transitória através de métodos energéticos são estudadas e o desenvolvimento de técnicas computacionais que permitam a análise em tempo real da estabilidade transitória é o principal objetivo deste trabalho. Os métodos energéticos são métodos diretos adequados à aplicações em tempo real, pois obtém informações a respeito da estabilidade diretamente das equações diferenciais do sistema, sem a necessidade do conhecimento das soluções das equações diferenciais. A aplicação de métodos energéticos aos estudos de estabilidade transitória evoluiu significativamente nos últimos anos. Esta evolução culminou com o desenvolvimento do método BCU. Este método está fundamentado no conceito de ponto de equilíbrio de controle e portanto, garante apenas a existência ou a estabilidade do primeiro \"swing\". Embora este seja um método eficiente, existe uma grande quantidade de casos que são estáveis no primeiro \"swing\", mas o sistema perde a estabilidade em \"swings\" subseqüentes. Para resolver este problema, desenvolveu-se uma técnica de estimativa do parâmetro amortecimento para o caso de uma máquina versus barramento infinito. Estima-se o amortecimento necessário que a máquina deverá possuir tal que a estabilidade nos \"swings\" subseqüentes seja garantida. Esta metodologia é utilizada em conjunto com o BCU garantindo a satisfação da condição de transversalidade exigida no desenvolvimento teórico deste método. Maiores investigações serão necessárias para estimar os amortecimentos em sistemas multimáquinas. / The increase of load demand and interconnection between power systems as well as the necessity of offering better customer services require fast and refined techniques to analyze these systems. In particular, the transient stability analysis is studied and the development of computational techniques suitable to real-time transient stability analysis is the main aim of this work. The energetic methods are direct methods suitable to real-time applications because they obtain qualitative information about the system without the knowledge of the differential equation solutions. The application of energetic methods to the transient stability analysis developed significantly in the last years. This evolution culminated with the development of the BCU method. This method is based on the concept of controlling equilibrium point, therefore it only guarantees the existence of the first swing. In spite of the efficiency of this method, there exists a high number of cases where the BCU predicts stability to the first swing but the system becomes unstable or loses synchronism in future swings. In order to solve this problem, a methodology to estimate the damping coefficient was developed to the machine versus infinite bus case. The damping coefficient that must be applied to the machine to guarantee the stability in future swings is estimated. This methodology is used together with the BCU method guaranteeing the satisfying of the transversality condition required by the BCU theory. Further investigations must be carried out to extend the methodology to multimachine systems.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de algoritmos para análise de estabilidade transitória com esforço computacional reduzido. Com este propósito é desenvolvido uma metodologia para o equivalente dinâmico, a qual é um resultado da eliminação das barras de cargas providas com diferentes modelagens: PQ como constante, PQ como função de tensão e PQ como função de tensão e frequência. O sistema elétrico de potência é reduzido à barras geradoras internas através do método clássico de determinação de equivalentes desenvolvidos por Ward. Uma versão melhorada do equivalente de Ward atualiza a injeção de corrente equivalente nas barras geradoras internas através da utilização das Unidades Medidoras de fasores (PMU\'s) que fornecem os desvios angulares de potência das unidades geradoras e ele uma matriz ele sensibilidade W. A atualização da injeção ele corrente equivalente nas barras geradoras internas é efetuada através da matriz de sensibilidade W para cada novo ponto ele operação. A técnica utilizada para o desenvolvimento da matriz de sensibilidade W foi feita atráves da linearização da equação do fluxo de carga não linear e considerando diferentes modelagens das cargas. Programas que levam em consideração os aspectos acima foram desenvolvidos onde as diferentes modelagens de cargas são incorporadas. Para isto, o sistema AEP de 14 barras foi utilizado como teste para este projeto. / The development of algorithms for analysis of transient stability with reduced computational effort is the main objective of this work. With that purpose a methodology to build reduced equivalents of a power system in a dynamic way is developed. The expression for the injected equivalent currents at the generator buses, is a result of load buses elimination corresponding to different load models, that is: constant PQ loads, PQ as voltage dependency model,as well as PQ as voltage and frequency dependency models. The electric power system is reduced to the generator buses only, using the classic methodology for equivalents developed by Ward. An improved version for the Ward equivalent updates the injected equivalent currents at the generator buses through the use of the phasor measurement units (PMU\'s) and a sensitivity matrix W; those units give the power angle deviation of the generators when some perturbation is applied to the system. In the process of correcting the injected equivalent currents the sensitivity matrix W is updated every time the operating point changes significatively. The technique used in developing the sensitivity matrix W was made through linearization of the load flow equations applied to the different load models. Computer programs taking the considerations above mentioned were developed. The AEP-14 bus power system was used to test the models proposed on this work.

[pt] Este trabalho envolve o desenvolvimento de um modelo de compensador estático do tipo reator saturado e sua implementação no programa de estabilidade transitória TRANSTAB, implantado no computador CYBER 170-835 da PUC/RJ. O modelo é composto por bancos de capacitores fixos, responsáveis pela geração de reativos, em paralelo com o reator saturado, responsável pela absorção de reativos. São obtidos em primeiro lugar as equações do modelo e, a partir destas, elabora-se o diagrama de blocos a ser implementado no programa. Vários testes (simulações digitais) são realizados utilizando sistemas de potência, sob condição de distúrbio. Os resultados obtidos são então comparados com outros da literatura e a partir daí se comprova a validade do modelo desenvolvido. Com a conclusão deste trabalho, o programa TRANSTAB passa a dispor de dois tipos de compensadores estáticos: Reator Saturado e Reator Controlado por Tiristores. / [en] The model comprises fixed capacitor banks, for the generation of reactive power, in parallel with the saturated reactor, for the absortion of reactive power. The model equations are obtained in first place and from them the block diagram is developed for implementation in the program. Tests are carried out (digital simulations) using power systems under disturbance conditions. The results are then compared with others from the literature to access the validity of the model. With the conclusion of this work the TRANSTAB program stay with two types of static compensators: Saturated Reactor Type and Thyristor Controled Reactor.

[pt] Programas de estabilidade transitória são ferramentas indispensáveis no planejamento e na operação de sistemas de potência. Compensadores estáticos têm por objetivo o controle de tensão em regime permanente e a melhoria da estabilidade transitória e dinâmica. São equipamentos modernos que encontram no sistema de transmissão brasileiro um vasto campo de aplicação. Este trabalho envolveu a implementação de um programa de estabilidade transitória (TRANSTAB) no computador CYBER 170-853 da PUC/RJ e a inclusão neste programa de um modelo de compensadores estáticos tipo reator controlador por tiristores e de uma rotina de geração de relatórios de saída. O TRANSTAB faz uso das mais modernas técnicas de simulação e está fartamente documentado ao longo deste trabalho. São feitas sugestões de inclusão de modelos que visam adequar o programa ao sistema elétrico brasileiro. Foi realizada uma rápida revisão acerca dos tipos, aplicados e princípios de funcionamento dos compensadores estáticos. O seu sistema de controle foi objeto de uma análise mais detalhada principalmente nos aspectos com a sua representação e modelagem em estudos de estabilidade. / [en] A transient stability program is a very important tool for power system planning and operation. Static compensators are designed to provide voltage control on normal operation and to improve the transient and dinamic stability. They are modern equipments with a great field of application on the brazilian transmission system. This work envolves the transient stability program (TRANSTAB) implementation in PUC´s computer (CYBER 170- 835) and the inclusion of a static compensator (Thyristor Controlled Reactor Type) model and a new output printout routine in this program. The TRANSTAB program makes use of the most recent simulation techniques and it is very well documented in this work. Suggestions are made on the inclusion of new equipment models, in order to extend the program modelling capability. A quick review is made on the static compensator types, applications, and functioning basics. Its control system is the object of a more detailed study, mainly on the aspects related to the modelling and representation on stability studies.

[pt] Equivalentes estáticos e dinâmicos de sistemas externos representam um importante papel tanto em projeto e planejamento bem como na operação de sistemas de energia elétrica (SEE), devido sobretudo à redução da complexidade do modelo conduzindo à melhoria da análise e do esforço computacional. Além desses aspectos, o uso de equivalentes contorna o problema da capacidade limitada de memória dos sistemas de computação e se enquadra na estrutura física e conceitual dos recentes minicomputadores. O modelo para o fluxo de potência de uma certa área de um sistema interligado exige uma representação satisfatória afim de simular corretamente o comportamento do seu estado permanente. Equivalente estático do sistema externo está diretamente ligado com esta representação. O objetivo do equivalente externo é obter o melhor modelo válido para uma faixa ampla de condições de operação. Os equivalentes dinâmicos são necessários para diferentes estudos em SEE onde o sistema interno é representado em detalhe e o sistema externo é representado pelo equivalente para simular os efeitos interativos do sistema externo no sistema interno para perturbações originadas no sistema interno. O grande valor deste tipo de simplificação reside no reconhecimento fornecido sobre a tendência dinâmica do sistema. Esta pesquisa apresenta métodos para obtenção de equivalentes tanto para estudos de fluxos de potência como de estabilidade transitória. / [en] The external system static and dynamic equivalents play na impotant role in electric power system desing and planning as well as in system operation. This is due to a reduction in modeling complexity leading to a saving in computing effort to analyse the system. In addition to that, the static and dynamic equivalents overcome the computer storage capacity limitation and are also suitable for the recent minicomputers. The load-flow model of a certain are an interconnected system requires a satisfactory representation of the ramaining areas in order to simulate its steady-state behavior correctly. External system static equivalent is concerned with this representation. The objective of external equivalencing is to obtain the best model over a wide range of operating conditions. The external system dynamic equivalents are needed for different system studies where the internal system is represented in detail and the external system is represented by the equivalent to simulate the interaction effects of the external system on the internal system for disturbances originating in the internal system. The greatest value of this type of system simplification lies in the insight it provides about the dynamic tendencing of the system. In this research, the equivalents obtained by the proposed methods are for load-flowand transient stability studies.

This thesis develops a robust methodology for on-line identification of power system dynamic signature based on incoming system responses from Phasor Measurement Units (PMUs) in Wide Area Measurement Systems (WAMS). Data mining techniques are used in the methodology to convert real-time monitoring data into transient stability information and the pattern of system dynamic behaviour in the event of instability. The future power system may operate closer to its stability limit in order to improve its efficiency and economic value. The changing types and patterns of load and generation are resulting in highly variable operating conditions. Corrective control and stabilisation is becoming a potentially viable option to enable safer system operation. In the meantime, the number of WAMS projects and PMUs is rising, which will significantly improve the system situational awareness. The combination of all these factors means that it is of vital importance to exploit a new and efficient Transient Stability Assessment (TSA) tool in order to use real-time PMU data to support decisions for corrective control actions. Data mining has been studied as the innovative solution and considered as promising. This work contributes to a number of areas of power systems stability research, specifically around the data driven approach for real-time emergency mode TSA. A review of past research on on-line TSA using PMU measurements and data mining is completed, from which the Decision Tree (DT) method is found to be the most suitable. This method is implemented on the test network. A DT model is trained and the sensitivity of its prediction accuracy is assessed according to a list of network uncertainties. Results showed that DT is a useful tool for on-line TSA for corrective control approach. Following the implementation, a generic probabilistic framework for the assessment of the prediction accuracy of data mining models is developed. This framework is independent of the data mining technique. It performs an exhaustive search of possible contingencies in the testing process and weighs the accuracies according to the realistic probability distribution of uncertain system factors, and provides the system operators with the confidence level of the decisions made under emergency conditions. After that, since the TSA for corrective control usually focuses on transient stability status without dealing with the generator grouping in the event of instability, a two-stage methodology is proposed to address this gap and to identify power system dynamic signature. In this methodology, traditional binary classification is used to identify transient stability in the first stage; Hierarchical Clustering is used to pre-define patterns of unstable dynamic behaviour; and different multiclass classification techniques are investigated to identify the patterns in the second stage. Finally, the effects of practical issues related to WAMS on the data mining methodologies are investigated. Five categories of issues are discussed, including measurement error, communication noise, wide area signal delays, missing measurements, and a limited number of PMUs.