Este trabalho apresenta uma metodologia de tratamento e análise baseada em medições de tensões e correntes com conteúdo harmônico para avaliar a contribuição de harmônicos dos elementos da rede elétrica baseando-se somente nas medições sincronizadas de alguns pontos da rede. Os métodos de análise propostos neste trabalho consistem em análises por correlação entre as correntes harmônicas de dois locais diferentes, utilizando os registros semanais de valores eficazes das correntes harmônicas medidas, buscando identificar as linhas de transmissão que possuem o mesmo comportamento de correntes harmônicas quanto a sua variação semanal em amplitude e em análises de fasores medidos nestes locais para determinar os fluxos de correntes sobre as barras do sistema. Para demonstrar o método, é apresentado um estudo de caso de uma campanha de medição feita pelo Operador Nacional do Sistema e pela Universidade de São Paulo, nos anos de 2007 e 2008, sobre as correntes de 5ª harmônica que sobrecarregavam os filtros na Subestação de Ibiúna. O método foi utilizado para investigar as origens dessas correntes no sistema de alta tensão. Os resultados da análise por correlação indicaram as linhas de transmissão com maior contribuição para as correntes absorvidas pelos filtros. Essas correntes são originárias de duas subestações e foi possível detectar a influência dos cabos subterrâneos ligados a estas subestações na amplificação destas correntes. Análises fasoriais nas subestações ao longo dos corredores estudados serviram para validar os resultados obtidos da análise por correlação e uma simulação do fenômeno de ressonância harmônica foi realizada, confirmando a suspeita de amplificação das correntes de 5ª harmônica nos cabos subterrâneos. / This MSc thesis presents a methodology of treatment and analysis based on measurements of harmonic voltage and current to evaluate the harmonic contribution of the network elements in power systems based only on synchronized measurements of few points in the network. The method consists in a correlation analysis of weekly recordings of RMS values of harmonic currents measurements, to identify power lines that present the same behavior in harmonic currents regarding their weekly variation in amplitude. Another approach performs a phasor analysis of currents measured to determine current flows incoming some specific network buses. In order to demonstrate the method, a case study is considered, which consists in a measurement campaign carried out by the ISO and the University of São Paulo, in the years of 2007 and 2008, on the pattern of 5th harmonic currents that overload the filters installed at the Ibiúna Substation. The method was used to investigate the origins of these currents at the high voltage system. The outcome of the correlation analysis indicated the transmission lines with greater contribution to the currents absorbed by the filters. These currents originate from two substations and it was also detected the influence of underground cables connected to these substations in the amplification of these currents. Phasor analysis in substations applied to the studied power lines validated the results obtained from correlation analysis and a simulation of the phenomenon of harmonic resonance was performed, bringing confirmation of the amplification of the 5th harmonic current on the underground cables.

Este trabalho apresenta uma metodologia de tratamento e análise baseada em medições de tensões e correntes com conteúdo harmônico para avaliar a contribuição de harmônicos dos elementos da rede elétrica baseando-se somente nas medições sincronizadas de alguns pontos da rede. Os métodos de análise propostos neste trabalho consistem em análises por correlação entre as correntes harmônicas de dois locais diferentes, utilizando os registros semanais de valores eficazes das correntes harmônicas medidas, buscando identificar as linhas de transmissão que possuem o mesmo comportamento de correntes harmônicas quanto a sua variação semanal em amplitude e em análises de fasores medidos nestes locais para determinar os fluxos de correntes sobre as barras do sistema. Para demonstrar o método, é apresentado um estudo de caso de uma campanha de medição feita pelo Operador Nacional do Sistema e pela Universidade de São Paulo, nos anos de 2007 e 2008, sobre as correntes de 5ª harmônica que sobrecarregavam os filtros na Subestação de Ibiúna. O método foi utilizado para investigar as origens dessas correntes no sistema de alta tensão. Os resultados da análise por correlação indicaram as linhas de transmissão com maior contribuição para as correntes absorvidas pelos filtros. Essas correntes são originárias de duas subestações e foi possível detectar a influência dos cabos subterrâneos ligados a estas subestações na amplificação destas correntes. Análises fasoriais nas subestações ao longo dos corredores estudados serviram para validar os resultados obtidos da análise por correlação e uma simulação do fenômeno de ressonância harmônica foi realizada, confirmando a suspeita de amplificação das correntes de 5ª harmônica nos cabos subterrâneos. / This MSc thesis presents a methodology of treatment and analysis based on measurements of harmonic voltage and current to evaluate the harmonic contribution of the network elements in power systems based only on synchronized measurements of few points in the network. The method consists in a correlation analysis of weekly recordings of RMS values of harmonic currents measurements, to identify power lines that present the same behavior in harmonic currents regarding their weekly variation in amplitude. Another approach performs a phasor analysis of currents measured to determine current flows incoming some specific network buses. In order to demonstrate the method, a case study is considered, which consists in a measurement campaign carried out by the ISO and the University of São Paulo, in the years of 2007 and 2008, on the pattern of 5th harmonic currents that overload the filters installed at the Ibiúna Substation. The method was used to investigate the origins of these currents at the high voltage system. The outcome of the correlation analysis indicated the transmission lines with greater contribution to the currents absorbed by the filters. These currents originate from two substations and it was also detected the influence of underground cables connected to these substations in the amplification of these currents. Phasor analysis in substations applied to the studied power lines validated the results obtained from correlation analysis and a simulation of the phenomenon of harmonic resonance was performed, bringing confirmation of the amplification of the 5th harmonic current on the underground cables.

Submitted by Lucelia Lucena (lucelia.lucena@ufpe.br) on 2015-03-09T18:09:10Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Jonysberg Peixoto Quintino.pdf: 3337001 bytes, checksum: c45e561013991686cb26b9708216a364 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-09T18:09:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Jonysberg Peixoto Quintino.pdf: 3337001 bytes, checksum: c45e561013991686cb26b9708216a364 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Há décadas, os concessionários em todo o mundo contam com sistemas informatizados de gestão e supervisão para planejar e controlar a geração, transmissão e distribuição de energia. Tais sistemas fazem, entre outras coisas, o controle em tempo real de todos os equipamentos, ajudando os operadores destes sistemas a assimilar o que está acontecendo na rede de energia. Em geral, estes sistemas não são integrados automaticamente, tornando mais difícil o trabalho dos operadores dos centros de controle na obtenção de informações que são exibidas por diferentes sistemas. Foram encontrados trabalhos na literatura que tratam de várias formas, com aspectos relacionados à integração de dados entre sistemas do setor elétrico porém, até o momento da escrita desta dissertação, não foram encontrados trabalhos que utilizassem um middleware sensível ao contexto para integrar sistemas deste setor. Este trabalho apresenta um modelo de arquitetura de middleware para integração sensível ao contexto de sistemas de gerenciamento de energia elétrica, provendo para os usuários informações relevantes, considerando que relevância depende das tarefas que o usuário está executando. Um protótipo foi desenvolvido para integrar um sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA), que monitora a rede de energia em tempo real, e outras aplicações de software, responsáveis pelo planejamento e gerenciamento de manutenções. Foi possível simular a rotina operacional de um centro de controle para testar o protótipo. Comparando-se os resultados dos testes do middleware, com o que foi feito manualmente pelos operadores, foi alcançado um percentual de acerto significativo (100%) na inferência dos contextos para as ocorrências forçadas (sem planejamento) e não forçadas (com planejamento). Com base nestes resultados, pode-se afirmar que o modelo proposto neste trabalho, permite utilizar um middleware sensível ao contexto que possibilite integrar alguns dos sistemas utilizados nos modernos centros de controle das empresas de energia elétrica, aumentando a eficácia e incrementando a segurança dos procedimentos de planejamento e execução das manutenções operativas.

O crescente interesse por sistemas de transmissão do tipo VSC-based HVDC (VSCHVDC) como alternativa aos atuais tem levado à necessidade de estudos sobre o principal desafio associado à sua implantação, que é o desenvolvimento de um esquema de proteção que seja rápido e que identifique a zona de proteção na qual uma eventual falta tenha ocorrido, respeitando-se assim o princípio de seletividade. Para estudo de um sistema de proteção que atenda a estes requisitos, foi utilizada neste trabalho uma rede com quatro terminais e transmissão High-Voltage Direct Current (HVDC), implementada com conversores modulares multiníveis (Modular Multilevel Converter (MMC)) e simulada em situações de contingência. Grandezas medidas nos elos de Corrente Contínua (CC) ligados a um dos terminais foram utilizadas para identificar a ocorrência de uma contingência na rede e então para decidir se trata-se de uma falta interna à zona de proteção considerada na análise. Para classificar as faltas em interna ou externa, observaram-se os espectros dos sinais de tensão CC em um terminal, calculados sobre uma janela do sinal através de Fast Fourier Transform (FFT), para várias situações de falta. Destes espectros, notou-se que uma característica varia de acordo com a distância da falta até o terminal, com o fato de a falta ser interna ou externa e com a resistência de falta. Através desta característica, denominada aqui \"frequência de centro de massa\", foi possível distinguir as faltas internas com resistências de falta baixas do restante dos eventos testados. Considerando-se apenas este parâmetro, não foi possível classificar corretamente faltas internas com resistência de falta muito alta. / The growing interest in VSC-based HVDC (VSC-HVDC) transmission systems as an alternative to the current ones has required studies about the the main challenge associated with its application, which is the development of a protection scheme that is able to both fast and efficiently determine the protection zone where a fault may have happened so as to achieve selectivity. In order to study a protection system that complies with those requirements, a High-Voltage Direct Current (HVDC) transmission system with four terminals implemented with Modular Multilevel Converter (MMC) converters was simulated under contingency condition. Electrical quantities measured in one of the terminal\'s Direct Current (DC) links were used to determine the occurrence of a fault event in the system, as well as to decide whether that event belonged to the protection zone considered in the analysis. Spectra obtained via Fast Fourier Transform (FFT) over a window of the DC voltage measured in one of the terminals were observed in order to discriminate between internal and external fault events. From these observations, it was noticed that a certain characteristic, named here \"center of mass frequency\", varies according to the distance between the fault location and the terminal, fault resistance, as well as whether that the fault is either internal or external to the analysed protection zone. By using this characteristic, it was possible to tell internal faults with low resistance fault from other events. Considering this parameter only, it was not possible to correctly classify internal faults with high fault resistance.

A transmissão de grandes blocos de energia elétrica por longas distâncias é uma tecnologia cujo domínio é de bastante interesse para o Brasil, devido às suas características de grande dimensão territorial, com uma distância considerável entre geração e centros de carga, e com um grande potencial energético ainda não explorado. A solução mais utilizada na transmissão em corrente alternada convencional, que é a compensação, ao longo da linha, da reatância série e paralela, se torna dispendiosa quando aplicada em distâncias muito longas. Sabe-se que a transmissão em corrente continua é uma solução viável para este tipo de transmissão. Outra opção, que é objeto deste trabalho, é a transmissão em linhas de \"pouco mais de meio comprimento de onda\", cujo principal atrativo é o fato de as distâncias entre as gerações na Amazônia e os centros de carga no Sudeste brasileiro serem bastante próximas do meio comprimento de onda das tensões e correntes alternadas em 60 Hz. Neste trabalho, serão descritas etapas de definição de condutor economicamente mais adequado e projeto da geometria da torre. Com base nesses dados, serão avaliados algumas propriedades das linhas de meia onda, durante operação normal, curtos-circuitos e energização. Serão também analisadas as perdas resistivas. / Bulk power transmission over long distances is a technology of much interest to Brazil, due mainly to the large territory owned with considerable distances between generation and the load centers; to which, it can be added the large amount of energetic potential still unexplored. When conventional AC power transmission is used, usually it is necessary to provide series and shunt compensation, solution that becomes expensive when applied to very long distances. It is known, though, that DC power transmission is still a viable solution to this type of transmission. In this work, differently of the above alternatives, it will be addressed another type of transmission, the so-called half-wavelength transmission lines (HWLL). One interesting requirement of this technology is the fact that these lines should be about 2500 km long, which is approximately the same distance between the generation area (Amazon region) and the load centers located in the Southeast region of the country. In this work, it will be suggested some steps to define the most suitable conductor cross section resulting from the compromise between line components acquisition and installation costs as well as power loss costs. Subsequently, a suitable geometry for the tower that could be used will be selected. Some of the properties of HWLL will be assessed for normal operation, short circuits and line energization. Finally, Joule losses will also be examined.

A transmissão de grandes blocos de energia elétrica por longas distâncias é uma tecnologia cujo domínio é de bastante interesse para o Brasil, devido às suas características de grande dimensão territorial, com uma distância considerável entre geração e centros de carga, e com um grande potencial energético ainda não explorado. A solução mais utilizada na transmissão em corrente alternada convencional, que é a compensação, ao longo da linha, da reatância série e paralela, se torna dispendiosa quando aplicada em distâncias muito longas. Sabe-se que a transmissão em corrente continua é uma solução viável para este tipo de transmissão. Outra opção, que é objeto deste trabalho, é a transmissão em linhas de \"pouco mais de meio comprimento de onda\", cujo principal atrativo é o fato de as distâncias entre as gerações na Amazônia e os centros de carga no Sudeste brasileiro serem bastante próximas do meio comprimento de onda das tensões e correntes alternadas em 60 Hz. Neste trabalho, serão descritas etapas de definição de condutor economicamente mais adequado e projeto da geometria da torre. Com base nesses dados, serão avaliados algumas propriedades das linhas de meia onda, durante operação normal, curtos-circuitos e energização. Serão também analisadas as perdas resistivas. / Bulk power transmission over long distances is a technology of much interest to Brazil, due mainly to the large territory owned with considerable distances between generation and the load centers; to which, it can be added the large amount of energetic potential still unexplored. When conventional AC power transmission is used, usually it is necessary to provide series and shunt compensation, solution that becomes expensive when applied to very long distances. It is known, though, that DC power transmission is still a viable solution to this type of transmission. In this work, differently of the above alternatives, it will be addressed another type of transmission, the so-called half-wavelength transmission lines (HWLL). One interesting requirement of this technology is the fact that these lines should be about 2500 km long, which is approximately the same distance between the generation area (Amazon region) and the load centers located in the Southeast region of the country. In this work, it will be suggested some steps to define the most suitable conductor cross section resulting from the compromise between line components acquisition and installation costs as well as power loss costs. Subsequently, a suitable geometry for the tower that could be used will be selected. Some of the properties of HWLL will be assessed for normal operation, short circuits and line energization. Finally, Joule losses will also be examined.

O crescente interesse por sistemas de transmissão do tipo VSC-based HVDC (VSCHVDC) como alternativa aos atuais tem levado à necessidade de estudos sobre o principal desafio associado à sua implantação, que é o desenvolvimento de um esquema de proteção que seja rápido e que identifique a zona de proteção na qual uma eventual falta tenha ocorrido, respeitando-se assim o princípio de seletividade. Para estudo de um sistema de proteção que atenda a estes requisitos, foi utilizada neste trabalho uma rede com quatro terminais e transmissão High-Voltage Direct Current (HVDC), implementada com conversores modulares multiníveis (Modular Multilevel Converter (MMC)) e simulada em situações de contingência. Grandezas medidas nos elos de Corrente Contínua (CC) ligados a um dos terminais foram utilizadas para identificar a ocorrência de uma contingência na rede e então para decidir se trata-se de uma falta interna à zona de proteção considerada na análise. Para classificar as faltas em interna ou externa, observaram-se os espectros dos sinais de tensão CC em um terminal, calculados sobre uma janela do sinal através de Fast Fourier Transform (FFT), para várias situações de falta. Destes espectros, notou-se que uma característica varia de acordo com a distância da falta até o terminal, com o fato de a falta ser interna ou externa e com a resistência de falta. Através desta característica, denominada aqui \"frequência de centro de massa\", foi possível distinguir as faltas internas com resistências de falta baixas do restante dos eventos testados. Considerando-se apenas este parâmetro, não foi possível classificar corretamente faltas internas com resistência de falta muito alta. / The growing interest in VSC-based HVDC (VSC-HVDC) transmission systems as an alternative to the current ones has required studies about the the main challenge associated with its application, which is the development of a protection scheme that is able to both fast and efficiently determine the protection zone where a fault may have happened so as to achieve selectivity. In order to study a protection system that complies with those requirements, a High-Voltage Direct Current (HVDC) transmission system with four terminals implemented with Modular Multilevel Converter (MMC) converters was simulated under contingency condition. Electrical quantities measured in one of the terminal\'s Direct Current (DC) links were used to determine the occurrence of a fault event in the system, as well as to decide whether that event belonged to the protection zone considered in the analysis. Spectra obtained via Fast Fourier Transform (FFT) over a window of the DC voltage measured in one of the terminals were observed in order to discriminate between internal and external fault events. From these observations, it was noticed that a certain characteristic, named here \"center of mass frequency\", varies according to the distance between the fault location and the terminal, fault resistance, as well as whether that the fault is either internal or external to the analysed protection zone. By using this characteristic, it was possible to tell internal faults with low resistance fault from other events. Considering this parameter only, it was not possible to correctly classify internal faults with high fault resistance.

O planejamento e o funcionamento do sistema elétrico de potência se baseiam na correta parametrização e caracterização de seus elementos, pois a correta parametrização dos sistemas de proteção permite uma atuação confiável e segura. Ademais, a correta caracterização dos parâmetros de elementos como as linhas de transmissão permite calcular o carregamento ótimo para determinados trechos do sistema interconectado com relação ao fluxo de potência, permitindo um melhor planejamento para expansão e instalação de reforços, dentre outros. Desta forma, foram desenvolvidas metodologias para estimação de parâmetros de sistemas de transmissão, que se baseiam na adoção de um modelo para o sistema e utilização de um método de resolução para se obter uma resposta, ou função de transferência, para as entradas e saídas deste modelo. No entanto, a maioria dos métodos existentes na literatura técnica apresenta certas limitações com relação à presença de ruído nos sinais de medição, ou dificuldade na relação existente entre as correntes longitudinais e as medições terminais, ou imprecisão do método de resolução do sistema de equações para determinada situação. Neste trabalho, foram utilizadas técnicas diferentes para a estimação de parâmetros de uma linha diretamente das medições das correntes e tensões terminais da linha em regime, sendo possível reduzir bastante o erro de estimação, pois não é necessário nenhum método de eliminação dos ruídos das medições. Desta forma, a corrente longitudinal é considerada como equivalente à última componente de corrente terminal, e a metodologia adotada apresenta erros pequenos de estimação independente do modelo adotado. Assim, modelam-se linhas de transmissão em cascata de circuitos ?, obtendo-se as medições ruidosas oriundas desta. Por fim, utiliza-se a metodologia baseada na teoria do Filtro de Kalman Unscented para eliminação do ruído nas grandezas medidas e para estimação dos parâmetros série da linha de transmissão. Através da ferramenta computacional Simulation and model-based design (Simulink), realizam-se a obtenção das medições, inclusão de ruído aleatório a estas e cálculos computacionais para estimação dos estados e parâmetros do sistema em regime permanente. / The planning and operation of a power system are based on the correct parameterization and characterization of its elements. By a correct parameterization of protection systems, a reliable and safe operation is allowed. The correct characterization of the parameters of transmission lines allows calculating the optimum power flow for the interconnected power system, allowing a better planning for expansion and installation of reinforcements, among others. In this sense, methodologies were developed for the estimation of transmission system parameters, which are based on the adoption of a model for the system and usage of a resolution method to obtain a response, or transfer function, for the inputs and outputs of the model. However, the most of existing methods in the technical literature presents certain limitations regarding presence of noise in the measurement signals, or difficulty regarding the relationship between the longitudinal currents and the terminal measurement signals, or imprecision of the solving method for the equations system. In this work, different techniques were applied for the estimation of line parameters directly from the measurements of the terminal currents and terminal voltages of the steady state line, being possible to greatly reduce the estimation error, since no extra method of eliminating measurements noise is necessary. In this way the longitudinal current is considered as equivalent to the last terminal current component, and the adopted methodology presents small estimation errors regardless of the adopted model. Thus, transmission lines are modeled by a pi cascade and noisy measurements are obtained. Finally, the methodology is based on the Unscented Kalman Filter theory for noise elimination in the measurements and for estimation of the transmission line longitudinal parameters. By the computational tool Simulink, measurements are obtained, random noise is inserted and computational calculations for estimation of the states and parameters of the system in steady state are done.

Neste trabalho abordamos o equipamento UPFC, pertencente à família FACTS, adequado ao estudo do regime permanente de sistemas de potência, sendo descritos modelos com diferentes níveis de detalhamento, assim como sua associação com a rede elétrica. Uma proposição alternativa para o modelamento do UPFC foi apresentada, sendo discutidos seus aspectos e particularidades por meio da análise nodal modificada (ANM), cujo tratamento permite obter a corrente nos conversores série de maneira direta. Desenvolvemos um programa de otimização de fluxo de potência, utilizando o método dos pontos interiores, sendo também elaborado um programa de otimização baseado no método Quase-Newton, permitindo uma análise comparativa de métodos e de modelos. Várias condições operativas de uma rede de pequeno porte, com apenas quatro barras e de uma rede de médio porte, com 39 barras, foram estudadas do ponto de vista de otimização e de limites de tensões e fluxos, observando-se a influência do UPFC no controle de variáveis da rede elétrica. / In this work we deal with the UPFC device which belongs to the FACTS family and is suitable to study the steady state of power systems. We describe models with different levels of detail, as well as their association with the electric network. One alternative proposition to the model of the UPFC is shown. The aspects and particularities are discussed by means of modified nodal analysis (ANM), which treatment allows us to get directly the current in series converters. We developed an optimization program of load flow, using the interior points method, and also worked out an optimization program based on the Quasi-Newton method, allowing a comparative analysis of methods and models. Several operating conditions of a small size network, with only 4 bars and of a medium size network, with 39 bars, were studied from the point of view of the optimization and of the voltage and of the flow limits, observing the influence of the UPFC on control of variables of the electric network.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementacao em uma rotina computacional, de algoritmos para a localizacao de faltas em linhas de transmissao com subestacoes conectadas em derivacao. Os algoritmos propostos neste trabalho integram uma metodologia para localizacao de faltas, que e capaz de identificar corretamente o ponto de ocorrencia do defeito utilizando as componentes de fase dos fasores de tensoes e correntes, calculadas atraves dos registros desses sinais, efetuados por oscilografos digitais e/ou reles de protecao instalados nos terminais da linha de transmissao. Alem disso, a metodologia para localizacao de faltas tem acesso aos parametros eletricos da linha e informacoes sobre o tipo de ligacao e o carregamento dos transformadores conectados aos terminais das derivacoes. Este trabalho apresenta tambem o desenvolvimento dos modelos para os elementos do sistema de transmissao, em componentes de fase. Estes modelos sao utilizados pelos algoritmos que integram a metodologia para localizacao de faltas. / This research presents the development and implementation in a computational routine, of algorithms for fault location in multi-terminal transmission lines. The algorithms proposed in this work are part of a fault location methodology, which is capable of correctly identifying the fault point based on voltage and current phase components. The voltage and current phasors are calculated using measurements of voltage and current signals from intelligent electronic devices, located on the transmission line terminals. The algorithms have access to the electrical parameters of the transmission lines and to information about the transformers loading and their connection type. This work also presents the development of phase component models for the transmission system elements used by the fault location algorithms, that are part of the fault location methodology.