Existing low-voltage networks may not accommodate high penetrations of low-carbon technologies. The topic of this thesis is unbalance, which if minimised can delay or avoid the constraining of these technologies or the replacing of still-useful network assets. Most of the discussion on unbalance, as seen in the standards and the literature, centres on the effects of voltage unbalance on consumer equipment. Its effects on the network are not equally reported. This thesis recognises fundamental differences between the consumer and network perspectives. It can inform distribution network operators on the interpretation of measurements taken on low-voltage networks and guide research on unbalance due to high penetrations of low-carbon technologies. Much of the work involved simulations of LV networks. Initially, existing 3 x 3 or 5 x 5 approaches to the forward-backward sweep method were thought suitable. After a review of these approaches however, there were doubts as to how accurately they accounted for the shared neutral-earth return path on which the out-of-balance current flows. This led to the derivation of a new 5 x 5 approach using only Kirchhoff s voltage (KVL) and current laws (KCL). Its results are validated thoroughly in the thesis. In addition to satisfying KVL and KCL, they match Matlab SimPowerSystems exactly and are in close agreement with measurements taken on a very unbalanced rural feeder. This thesis also investigates the mitigation of unbalance using the static balancer. This is a transformer with a single interconnected-star winding. It was used in 1930-1950s to correct unbalance. Contributions are made for its possible re-introduction as a retrofit option. They include a model for use in the forward-backward sweep method, validated by laboratory and field measurements, and the quantification of the static balancer s strengths and weaknesses as this can help identify when it should be used.

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Resumo: As redes elétricas de distribuição em sua maioria apresentam cargas elétricas desequilibradas. Por isso é necessário estudar as potências envolvidas em sistemas trifásicos desequilibrados e a compensação das mesmas. O desequilíbrio aumenta as perdas elétricas e diminui o fator de potência da rede elétrica. Esse trabalho propõe a compensação da potência reativa e do desequilíbrio na rede com a finalidade da diminuição das perdas elétricas e a compensação das componentes de sequência desequilibradas da corrente. A utilização da teoria da potência efetiva em sistemas desequilibrados permite calcular as potências reativas e de desequilíbrio, sendo estas as potências compensadas no método proposto. A teoria da potência efetiva mede a eficiência dos métodos testados. Os objetivos da compensação do desequilíbrio são reduzir as perdas elétricas no neutro e o fator de desequilíbrio da tensão, além da potência de desequilíbrio na rede, potência exclusiva do desequilíbrio e que não realiza trabalho. O método proposto para compensação do desequilíbrio e dos reativos na rede de distribuição a quatro fios consiste na alocação de capacitores em delta ou estrela nas barras trifásicas. O método proposto é comparado com dois métodos existentes na literatura. A comparação entre os métodos permite constatar que o método proposto é mais eficiente na redução do desequilíbrio conjuntamente com a compensação das perdas elétricas. Quanto maior é o desequilíbrio da rede elétrica maior é a vantagem da ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Distribution electrical networks mostly have unbalanced electrical loads. Therefore it is necessary to study the powers involved in unbalanced three-phase systems and their compensation. The unbalance increases the power losses and decreases the power factor of the electrical network. This work proposes the compensation of the reactive power and the unbalance in the network with the purpose of reducing the power losses and the compensation of the unbalanced sequence components of the current. The use of the effective power theory in unbalanced systems allows to calculate the reactive and unbalanced power, these being the powers compensated in the proposed method. Effective power theory measures the efficiency of the methods tested. The objectives of the unbalance compensation are to reduce the power losses in the neutral and the unbalance factor of the voltage, besides the unbalanced power in the network, exclusive power of the unbalance and that do not realize work. The proposed method for unbalance and reactive compensation in the four-wire distribution network consists of the allocation of delta or wye-connected capacitors to the three-phase bus. The proposed method is compared with two methods in the literature. The comparison between the methods allows to verify that the proposed method is more efficient in reducing the unbalance together with the compensation of the power losses. The greater the unbalance in power network, the greater the advantage of the compensation b... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Machine diagnostics is usually done via conditioned monitoring (CM). This approach analyses certain thresholds or patterns for diagnostic purposes. This approach can be costly and time consuming for industries. A larger downside is the difficulty in generalizing CM to a wider set of machines.There is a new trend of using a Machine learning (ML) approach to diagnose machines states. An ML approach would implement an autonomous system for diagnosing machines. It is highly desirable within industry to replace the manual labor performed when setting up CBM systems. Often the ML algorithms chosen are novelty/anomaly based. It is a popular hypothesis that detecting anomalous measurements from a system is a natural byproduct of a machine in a faulty state.The purpose of this thesis is to help CombiQ with an implementation strategy for a fault detection system. The idea of the fault detection system is to make prediction outcomes for machines within the system. More specifically, the prediction will inform whether a machine is in a faulty state or a normal state. An ML approach will be implemented to predict anomalous measurements that corresponds to a faulty state. The system will have no previous data on the machines. However, data for a machine will be acquired once sensors (designed by CombiQ) have been set up for the machine.The results of the thesis proposes an unsupervised and semi-supervised approach for creating the ML models used for the fault detection system. The unsupervised approach will rely on assumptions when selecting the hyperparameters for the ML. The semi-supervised approach will try to learn the hyperparameters through cross validation and grid search. An experiment was set up check whether three ML algorithms can learn optimal hyperparameter values for predicting rotational unbalance. The algorithm known as OneClassVM showed the best precision results and hence proved more useful for CombiQ’s criterium.

É cada vez maior a preocupação com a qualidade da energia elétrica tanto do ponto de vista do consumidor quanto da concessionária. Um dos grandes problemas encontrados é o desequilíbrio de correntes trifásicas devido à utilização de cargas monofásicas, bifásicas ou trifásicas desequilibradas em sistemas trifásicos de potência. Para eliminar esse desequilíbrio é necessária a identificação da parcela de corrente de seqüência negativa presente no sistema e sua eliminação. A injeção das correntes de compensação via conversores estáticos operando em PWM (Pulse Width Modulation) é uma das soluções aplicadas. Esta solução exige o cálculo em tempo real da componente instantânea de seqüência negativa, que será utilizada para a obtenção da referência de corrente do conversor. Neste trabalho, alguns dos métodos mais conhecidos para a determinação das correntes de referências são agrupados segundo suas características comuns e suas notações são uniformizadas. Estes métodos são simulados e comparados segundo suas características a partir de resultados obtidos via simulação numérica utilizando o software MATLAB (Simulink-Power System Blockset). Um novo método é proposto para a extração em tempo real da componente da corrente de seqüência negativa, apresentando um bom desempenho em comparação com os outros métodos. O desempenho de um compensador completo é verificado via simulação numérica, utilizando-se um conversor do tipo fonte de tensão operando em PWM, incluindo as malhas de controle de corrente do lado CA e da tensão no barramento CC. As metodologias do projeto do conversor (indutor CA e capacitor CC) e das malhas de controle (rastreamento da corrente CA e regulação da tensão CC) são apresentadas. / The concern with the power quality is great, not only from the consumer\'s point of view but also from the utilities point of view. One of the most common problems is the unbalanced three-phase currents due to the use of single-phase loads, two-phase loads or unbalanced three-phase loads in three-phase power systems. In order to eliminate this unbalance it is necessary to identify the negative sequence components of the load current and to eliminate it. The injection of the compensating currents by means of static converters using PWM (Pulse Width Modulation) is one possible solution. This solution needs an algorithm for the real time extraction of the negative sequence component that will be used for generating the reference current for the converter. In this work, well-known methods for determination of the reference currents are organized and explained according to their common characteristics. All the methods have their simbology unified and their performance are compared based on simulation results. A new method, faster than the existing ones, is proposed. It is fully simulated using a voltage source converter operating with PWM. Design methodologies are proposed for the converter (AC inductor, DC capacitor) and for the control loops (AC current tracking and DC voltages regulation).

É cada vez maior a preocupação com a qualidade da energia elétrica tanto do ponto de vista do consumidor quanto da concessionária. Um dos grandes problemas encontrados é o desequilíbrio de correntes trifásicas devido à utilização de cargas monofásicas, bifásicas ou trifásicas desequilibradas em sistemas trifásicos de potência. Para eliminar esse desequilíbrio é necessária a identificação da parcela de corrente de seqüência negativa presente no sistema e sua eliminação. A injeção das correntes de compensação via conversores estáticos operando em PWM (Pulse Width Modulation) é uma das soluções aplicadas. Esta solução exige o cálculo em tempo real da componente instantânea de seqüência negativa, que será utilizada para a obtenção da referência de corrente do conversor. Neste trabalho, alguns dos métodos mais conhecidos para a determinação das correntes de referências são agrupados segundo suas características comuns e suas notações são uniformizadas. Estes métodos são simulados e comparados segundo suas características a partir de resultados obtidos via simulação numérica utilizando o software MATLAB (Simulink-Power System Blockset). Um novo método é proposto para a extração em tempo real da componente da corrente de seqüência negativa, apresentando um bom desempenho em comparação com os outros métodos. O desempenho de um compensador completo é verificado via simulação numérica, utilizando-se um conversor do tipo fonte de tensão operando em PWM, incluindo as malhas de controle de corrente do lado CA e da tensão no barramento CC. As metodologias do projeto do conversor (indutor CA e capacitor CC) e das malhas de controle (rastreamento da corrente CA e regulação da tensão CC) são apresentadas. / The concern with the power quality is great, not only from the consumer\'s point of view but also from the utilities point of view. One of the most common problems is the unbalanced three-phase currents due to the use of single-phase loads, two-phase loads or unbalanced three-phase loads in three-phase power systems. In order to eliminate this unbalance it is necessary to identify the negative sequence components of the load current and to eliminate it. The injection of the compensating currents by means of static converters using PWM (Pulse Width Modulation) is one possible solution. This solution needs an algorithm for the real time extraction of the negative sequence component that will be used for generating the reference current for the converter. In this work, well-known methods for determination of the reference currents are organized and explained according to their common characteristics. All the methods have their simbology unified and their performance are compared based on simulation results. A new method, faster than the existing ones, is proposed. It is fully simulated using a voltage source converter operating with PWM. Design methodologies are proposed for the converter (AC inductor, DC capacitor) and for the control loops (AC current tracking and DC voltages regulation).

Good power quality is not only determined by uninterruptable power supply, voltage deviations also affect the function of the network and the equipment connected. Electromagnetic disturbances as flicker, harmonics, interharmonics and unbalance are decreasing the power quality. How are the measurement methods and restrictions stated, to keep the voltagedeviations within reasonable limits and thereby maintaining the networkfunction? Lillgrund wind farm has power quality restrictions set by E.ON Elnät to fulfil in the connection point to the subtransmission network. In addition isa fault ride through requirement set by SVK. All equipment connected tothe network are introducing voltage changes, which can be measured at the point of connection. The scope of the thesis has been to explicitly determine Lillgrund‟s emissions. Three-phase voltage and current measurements have been performed, with measurement systems comprising different bandwidth, to analyse the power quality parameters.Comparisons between standard documentation and technical specifications have been made in order to precise what is considered as good power quality and how it can be measured accurately.

Distributed generation (DG) has received much attention recently due to environmental consciousness and rising of the energy efficiency. However, DG interconnecting to low-voltage distribution system may cause voltage variation, and a lot of single-phase DG or single-phase load may result in voltage unbalance. This thesis presents a distributed-STATCOM (D-STATCOM) to alleviate variation of both positive-sequence and negative-sequence voltages at the fundamental frequency. The D-STATCOM operates as susceptance and conductance at the fundamental positive-and negative-sequence frequency, respectively. The susceptance and conductance commands are dynamically tuned according to voltage fluctuation at the installation location. Therefore, the positive-sequence voltage can be restored to the nominal value as well as the negative-sequence voltage can be suppressed to an allowable level. Computer simulations and experimental results verify the effectiveness of the proposed control strategy.

Orientador: Luis Carlos Origa de Oliveira / Resumo: Em sistemas trifásicos de potência as tensões entregues pela fonte são senoidais, iguais em magnitude e com defasamento angular de 120° entre fases. Contudo, as tensões resultantes nos pontos de utilização podem ser desbalanceadas por diversas razões. A natureza do desbalanceamento inclui magnitudes, e/ou diferentes defasagens angulares, entre fases das tensões. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica são encontradas as maiores causas para geração de desequilíbrios de tensão, devido à distribuição irregular de cargas por fase, as quais variam constantemente devido à inserção e/ou retirada das mesmas. Visando a implantação de dispositivos de compensação de desequilíbrios que utilizem o menor número de componentes eletrônicos, apresentem mecanismos de controle simplificados e que sejam menos sensíveis a distúrbios na rede elétrica, apresenta-se um arranjo topológico como contribuição original deste trabalho. Destaca-se que o arranjo proposto atende às prerrogativas preconizadas e nestas condições, vislumbra-se um desempenho operacional robusto e a custo reduzido quando comparado às demais estruturas de compensação em utilização. / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-01Bitstream added on 2014-06-13T18:49:38Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_jea_me_bauru.pdf: 12636194 bytes, checksum: d216e62aabc6e57242fe0c06923a7c5d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O desequilíbrio de tensão nos sistemas elétricos pode provocar problemas indesejáveis na operação de equipamentos, principalmente nos motores de indução trifásicos, devido à importância destes motores em ambientes industriais. A utilização de modelos convencionais para a modelagem destes motores operando com tensões desequilibradas impõe resultados imprecisos e a obtenção de modelos adequados apresenta grande complexidade em função das assimetrias e não linearidades. Neste contexto, a utilização de ferramentas inteligentes, mais especificamente, redes neurais artificiais (RNA), reduz substancialmente a tarefa de modelagem, permitindo sua utilização sob condições de assimetrias e não linearidades. Assim, uma bancada de testes foi montada para a aquisição de dados experimentais de um motor de indução trifásico de 1 CV, 4 polos, 220V/380V, tipo gaiola de esquilo. Os dados coletados foram usados para o treinamento e validação de uma RNA que modela a relação entre as tensões, correntes e a potência no eixo. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos com a RNA e com o modelo dinâmico, e constatou-se que a modelagem por meio de RNA é adequada para descrever matematicamente o comportamento de motores de indução trifásicos operando com tensões desequilibradas / Unbalanced voltages in electrical systems can deteriorate the performance of equipments and cause potential safety hazards and be harmful for the respective applications, especially in the three-phase induction motors, the most common energy receivers in industrial. The analysis of three phase induction motors under supply voltage unbalance condictions using the well-known symmetrical components analysis provide inaccurate results, and correct models are laborious, due to the complex nature of voltage unbalance factor like asymmetries and nonlinearities. In this context, the use of intelligent tools, specifically artificial neural networks (ANN), significantly reduces the modeling task and allowing the use under conditions of asymmetries and nonlinearities. Thus, a workbench tests was buit for testing of the 4 pole, 220V/380V, 1 CV squirrel-cage induction motor. Experimental set up for testing were used to ANN's training and validation. The ANN's model showed the relationship between the voltages, currents and shaft power. The results of experimental investigation and computer calculations (ANN and dynamic model) were compared and the results indicate that the ANN is adequate model that makes it possible to mathematically describe an induction motors operating with unbalanced voltage

Submitted by Rodrigo Nunes de Oliveira null (nunes@dee.feis.unesp.br) on 2017-11-07T02:42:04Z No. of bitstreams: 1 Tese_Final.pdf: 3257259 bytes, checksum: f7d500d399ebd96ac7ee61eb843aa8dd (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-13T19:49:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nunesoliveira_ra_dr_ilha.pdf: 3257259 bytes, checksum: f7d500d399ebd96ac7ee61eb843aa8dd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T19:49:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nunesoliveira_ra_dr_ilha.pdf: 3257259 bytes, checksum: f7d500d399ebd96ac7ee61eb843aa8dd (MD5) Previous issue date: 2017-09-08 / Em sistemas trifásicos de potência as tensões entregues pela fonte são senoidais, iguais em magnitude e com defasamento angular de 120° entre fases. Contudo, as tensões resultantes nos pontos de utilização podem ser desbalanceadas por diversas razões. A natureza do desbalanceamento inclui magnitudes, e/ou diferentes defasagens angulares, entre fases das tensões. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica são encontradas as maiores causas para geração de desequilíbrios de tensão, devido à distribuição irregular de cargas por fase, as quais variam constantemente devido à inserção e/ou retirada das mesmas. Visando a implantação de dispositivos de compensação de desequilíbrios que utilizem o menor número de componentes eletrônicos, apresentem mecanismos de controle simplificados e que sejam menos sensíveis a distúrbios na rede elétrica, apresenta-se um arranjo topológico como contribuição original deste trabalho. Destaca-se que o arranjo proposto atende às prerrogativas preconizadas e nestas condições, vislumbra-se um desempenho operacional robusto e a custo reduzido quando comparado às demais estruturas de compensação em utilização. / In three-phase power systems, the voltages delivered by the source are sinusoidal, has equal magnitudes and 120° angular phase difference between phases. However, the resulting voltages at the consumer points may be unbalanced for several reasons. The nature of the imbalance includes different magnitudes, and/or angular phase shift, between the phases of the voltages. In electrical power distribution systems, the greatest cause for voltage unbalances are due to the irregular distribution of loads per phase, which vary constantly due to the load insertion and/or removal. With the aim of implementing a unbalance compensation device that use the least number of electronic components, has a simplified control technique and are less sensitive to electrical network disturbances, a topological arrangement is presented as the original contribution of this work. It should be noted that the proposed arrangement meets the intended prerogatives and, under these conditions, it is possible to foresee a robust and low operational-cost performance, when compared to the other compensation structures already in use.