Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) muitas vezes não são capazes de retomarem a uma nova condição de equilíbrio após grandes perdas de geração ou mesmo pela retirada de importantes linhas de transmissão. O déficit de potência causado por alguns desses distúrbios pode acarretar no declínio gradual da freqüência do sistema. Caso a reserva girante ou o próprio sistema de transmissão não sejam capazes de recompor o SEP, medidas corretivas devem ser tomadas para evitar o colapso do mesmo. Nesta condição de emergência, um montante de carga deve ser desconectado de forma a restaurar uma nova condição de equilíbrio através de um esquema emergencial conhecido como plano de corte de carga por subfrequência. Muitos trabalhos vem sendo desenvolvidos ao longo dos anos, nos quais são propostas diferentes técnicas para a determinação de planos de corte de carga. Na maioria delas utiliza-se uma modelagem equivalente e linearizada do sistema. Tais simplificações trazem grandes facilidades para a representação do sistema. Porém, para que a integridade do mesmo seja garantida, muitas vezes os planos de corte de carga envolvem montantes de carga maiores que o necessário. A metodologia apresentada neste trabalho utiliza uma representação não linear para o SEP, o que permite um estudo do comportamento dinâmico de suas unidades geradoras para que os limites de frequência sejam determinados. Assim, os planos podem ser determinados com eficiência, reduzindo o número de consumidores desprovidos de energia elétrica durante o processo de alívio de carga. Entretanto, a escolha de um modelo mais completo para a representação do sistema pode acarretar num grande esforço na análise e determinação dos esquemas de alívio de carga, quando aplicados em sistemas de grande porte. Sendo assim, é proposta neste trabalho uma metodologia capaz de auxiliar tais estudos, o que diminui os esforços tanto da parte computacional quanto da parte empregada pelo projetista. Uma abordagem energética é aplicada ao problema e, dessa forma, dada uma perda de geração é possível determinar o valor mínimo de frequência atingido pelo sistema sem que haja a necessidade de se conhecer a trajetória do ponto de operação do sistema. Portanto, é proposta uma metodologia baseada em funções energia para a determinação de planos de corte de carga e, posteriormente, são realizadas simulações em uma representação simplificada de um sistema elétrico de potência para a validação da mesma. Também é mostrado o comportamento da frequência do sistema durante uma condição de subfrequência sobre duas perspectivas. Uma delas utiliza-se de uma modelagem não linear para a representação do sistema e a outra utiliza-se do modelo linearizado para a representação deste mesmo sistema. Este trabalho tem por finalidade o estudo e modelagem matemática do problema emergencial de alívio de carga de uma forma introdutória, para que posteriormente, possa ser desenvolvida de uma ferramenta capaz de auxiliar tais estudos. O método proposto demonstrou-se muito promissor, apesar das simplificações utilizadas para a construção do modelo. / Electric power systems (EPS) are not always capable of achieving a new stable equilibrium point after a severe generation loss or even after the loss of important transmission lines. The lack of active power generation caused by some of these disturbances can lead to a gradual decay of the system frequency. If the spinning reserve or even the bulk transmission system are not capable of restoring the system, then, corrective actions should be taken to avoid a system collapse. Under this emergency condition, a portion of the load should be disconnected, as a way to restore a new stable equilibrium condition, through an emergency scheme known as under frequency load shedding (UFLS). Several works have been developed in this field throughout the years, in which different techniques are proposed to determine the load shedding schemes. The majority of these works use an equivalent linearized model of the system, which facilitates the system representation. However, in order to keep the integrity of the system, it is common to overestimate the shedding of loads. The validation of load shedding schemes that use a linear methodology is generally performed through simulations based on nonlinear models of the whole system. The methodology presented in this work uses a nonlinear representation for the EPS for developing an UFLS scheme, which permits a study of the dynamic behavior of its generators in order to find the frequency limits. ln this way, the schemes can be efficiently determined, aiming a reduction on the number of consumers affected by the load shedding scheme, and avoiding additional simulations to validate the designed scheme. An energetic approach is applied to the problem and, in this way, given a generation loss it is possible to determine the minimum frequency value achieved by the system without the need for the knowledge of the trajectory of the system\'s operating point. Voltage regulators and speed governors are neglected, and the loads and network equipments are represented through a constant impedance model, whereas the generators are modeled through its classical model.

Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) muitas vezes não são capazes de retomarem a uma nova condição de equilíbrio após grandes perdas de geração ou mesmo pela retirada de importantes linhas de transmissão. O déficit de potência causado por alguns desses distúrbios pode acarretar no declínio gradual da freqüência do sistema. Caso a reserva girante ou o próprio sistema de transmissão não sejam capazes de recompor o SEP, medidas corretivas devem ser tomadas para evitar o colapso do mesmo. Nesta condição de emergência, um montante de carga deve ser desconectado de forma a restaurar uma nova condição de equilíbrio através de um esquema emergencial conhecido como plano de corte de carga por subfrequência. Muitos trabalhos vem sendo desenvolvidos ao longo dos anos, nos quais são propostas diferentes técnicas para a determinação de planos de corte de carga. Na maioria delas utiliza-se uma modelagem equivalente e linearizada do sistema. Tais simplificações trazem grandes facilidades para a representação do sistema. Porém, para que a integridade do mesmo seja garantida, muitas vezes os planos de corte de carga envolvem montantes de carga maiores que o necessário. A metodologia apresentada neste trabalho utiliza uma representação não linear para o SEP, o que permite um estudo do comportamento dinâmico de suas unidades geradoras para que os limites de frequência sejam determinados. Assim, os planos podem ser determinados com eficiência, reduzindo o número de consumidores desprovidos de energia elétrica durante o processo de alívio de carga. Entretanto, a escolha de um modelo mais completo para a representação do sistema pode acarretar num grande esforço na análise e determinação dos esquemas de alívio de carga, quando aplicados em sistemas de grande porte. Sendo assim, é proposta neste trabalho uma metodologia capaz de auxiliar tais estudos, o que diminui os esforços tanto da parte computacional quanto da parte empregada pelo projetista. Uma abordagem energética é aplicada ao problema e, dessa forma, dada uma perda de geração é possível determinar o valor mínimo de frequência atingido pelo sistema sem que haja a necessidade de se conhecer a trajetória do ponto de operação do sistema. Portanto, é proposta uma metodologia baseada em funções energia para a determinação de planos de corte de carga e, posteriormente, são realizadas simulações em uma representação simplificada de um sistema elétrico de potência para a validação da mesma. Também é mostrado o comportamento da frequência do sistema durante uma condição de subfrequência sobre duas perspectivas. Uma delas utiliza-se de uma modelagem não linear para a representação do sistema e a outra utiliza-se do modelo linearizado para a representação deste mesmo sistema. Este trabalho tem por finalidade o estudo e modelagem matemática do problema emergencial de alívio de carga de uma forma introdutória, para que posteriormente, possa ser desenvolvida de uma ferramenta capaz de auxiliar tais estudos. O método proposto demonstrou-se muito promissor, apesar das simplificações utilizadas para a construção do modelo. / Electric power systems (EPS) are not always capable of achieving a new stable equilibrium point after a severe generation loss or even after the loss of important transmission lines. The lack of active power generation caused by some of these disturbances can lead to a gradual decay of the system frequency. If the spinning reserve or even the bulk transmission system are not capable of restoring the system, then, corrective actions should be taken to avoid a system collapse. Under this emergency condition, a portion of the load should be disconnected, as a way to restore a new stable equilibrium condition, through an emergency scheme known as under frequency load shedding (UFLS). Several works have been developed in this field throughout the years, in which different techniques are proposed to determine the load shedding schemes. The majority of these works use an equivalent linearized model of the system, which facilitates the system representation. However, in order to keep the integrity of the system, it is common to overestimate the shedding of loads. The validation of load shedding schemes that use a linear methodology is generally performed through simulations based on nonlinear models of the whole system. The methodology presented in this work uses a nonlinear representation for the EPS for developing an UFLS scheme, which permits a study of the dynamic behavior of its generators in order to find the frequency limits. ln this way, the schemes can be efficiently determined, aiming a reduction on the number of consumers affected by the load shedding scheme, and avoiding additional simulations to validate the designed scheme. An energetic approach is applied to the problem and, in this way, given a generation loss it is possible to determine the minimum frequency value achieved by the system without the need for the knowledge of the trajectory of the system\'s operating point. Voltage regulators and speed governors are neglected, and the loads and network equipments are represented through a constant impedance model, whereas the generators are modeled through its classical model.

This work presents a methodology for detecting islanding in distributed generation systems - DG - which use internal combustion engines as primary sources and synchronous generators connected directly to grid. The proposed method considers the characteristics of this type of DG, and is based on the analyses of the injected power and voltage level to disable or enable the under/over frequency protection. The proposed protection scheme considers the frequency as the main electrical signal, and has three stages: the first stage is disabled when power injected oscillations are detected, in the others cases, the stage is enabled; the second stage is normally disabled, it will be enabled when a balanced voltage is detected after a unbalanced voltage condition and the third stage is normally enabled and is used to detect large frequency deviations. The proposed protection was tested over diferentes events, islanding with different load and generation levels, temporary short-circuit and islanding during short-circuit. The results show the efficiency and reliability in detecting islanding, presenting no false detections. / Esse trabalho apresenta uma metodologia para detecção de ilhamento e proteção de sistemas de Geração Distribuída - GD - as quais utilizam motores de combustão interna como fontes primárias e possuem alternadores síncronos conectados diretamente na rede elétrica. A metodologia proposta leva em consideração as características desse tipo de GD, e baseia-se na análise da potência gerada e nos níveis de tensão para bloquear ou habilitar proteção de sub e sobre-frequência. O esquema de proteção proposto utiliza a frequência como grandeza elétrica principal, e possui três estágios: o primeiro é bloqueado quando oscilações na potência injetada na rede pela GD forem detectadas, nos outros casos, o estágio permanece ativo; o segundo estágio está normalmente bloqueado, sendo desbloqueado quando as tensões sofrerem desequilíbrios e passarem a apresentar tensões de linha equilibradas e o terceiro estágio atua sem bloqueios para grandes desvios de frequência. A metodologia proposta foi testada para diferentes cenários, como ilhamento em diferentes níveis de geração e carga, curtos-circuitos momentâneos e curtos-circuitos seguidos de ilhamento. A metodologia mostrou-se eficiente e confiável na detecção de ilhamento, não apresentando atuações indevidas.

In the past decades, the renewable penetration in power systems has steadily increased, and is also expected to grow exponentially in the following years. Encountering this fast growing trend, the underfrequency load-shedding schemes, as the last resort of power systems in terms of frequency stability, have been implemented in a decentralized way where the settings are predefined and fixed. The purpose of the underfrequency load-shedding scheme is to disconnect a certain amount of loads to reduce load-generation imbalance following generator outages, while the renewable energy sources, implemented as distributed generation units can result in the situations where substantial amount of distributed generation can be disconnected together with loads at the same time. This can to some extent cancel out the effect of shedding loads, and in some extreme cases, aggravate frequency response. Apart from the impact of distributed generation, in some power systems there can be several areas where large amount of power is always exchanged in between. Inappropriate load-shedding amount and location can increase the risks of tie-line overloading, further resulting in tripping of tie-lines. In order to tackle these problems, an adaptive underfrequency load-shedding scheme was proposed which utilizes distributed feeder power measurements, measurements from distributed generation, as well as the SCADA system that serves as the main role of monitoring and control. The implementation of the proposed architecture is also explained in the thesis. The results exhibit that the proposed scheme is able to alleviate the stress of tie-line power flow to some extent following power outages, while also be affected by generation loss size and location. Besides, the proposed scheme also provides contribution to frequency stabilization by shedding less distributed generation. / Under de senaste decennierna har andelen förnybar produktion i elkraftsystem globalt ökat markant ökat och förväntas också fortsätta växa avsevärt under de kommande åren. Samtidigt med denna utveckling är det viktigt att beakta de systemvärn som består av belastningsfrånkoppling för frekvensåterställning som implementerats med fördefinierade inställningar på ett decentraliserat vis. Avsikten med ett sådant system värn är att koppla bort en viss mängd last för att undvika att frekvensen sjunker under tillåtna gränsvärden i samband med ett större fel, t.ex. att en större generator kopplas bort. Eftersom den förnybara produktionen ofta är distribuerad i nätet, kan en sådan från koppling av last dock medföra att stora mängder förnybar produktion kopplas bort samtidigt. Detta kan i vissa fall tänkas innebära att lastfrånkopplingen innebär en försämrings av frekvensen. Utöver effekterna på distribuerad produktion som ett systemvärn för lastbortkoppling kan ha, så kan det även innebära försämringar i kraftsystem bestående av flera områden, s.k. multiarea kraftsystem där enstaka förbindelser utgör flaskhalsar för överföringen. En olämpligt vald bortkoppling av last kan leda till överbelastning av de ledningar som går mellan områdena i kraftsystemet. I syfte att hantera bägge dessa problem föreslås i detta arbete en adaptiv lastfrånkopplingsmekanism som använder mätningar i distributionsnätet via SCADA systemet, vilket utgör basen i lösningen. Föreliggande rapport presenterar lösningen i detalj, resultaten visar att lösningen kan minska belastningen på förbindelserna mellan områden i ett kraftsystem för vissa fall. Dessutom bidrar den föreslagna lösningen till ett bättre bidrag till frekvensstabiliteten genom att en lägre mängd distribuerad förnybar kraft kopplas bort.