Os sistemas elétricos de distribuição estão evoluindo rapidamente devido à penetração de geração distribuída e ao crescimento na utilização de avançadas estruturas de medição e sistemas de gerenciamento de distribuição de energia elétrica. Esta evolução traz consigo novos desafios devido à intermitência da geração, a qual pode gerar impactos indesejáveis nos sistemas de distribuição, como a interação de diferentes harmônicos. As Unidades de Medição Fasorial (PMUs) tem potencial para desempenhar um importante papel no monitoramento de sistemas elétricos de distribuição por meio dos fasores com medidas temporalmente sincronizadas de tensão e corrente em vários locais do sistema, oferecendo assim inúmeras possibilidades para estimar o estado de uma rede de distribuição. Porém, para serem utilizadas amplamente em redes de distribuição, é necessário que as PMUs apresentem um menor custo e possuam algumas características funcionais exclusivas para o uso nestas redes. Assim, o objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de uma unidade de medição fasorial de baixo custo com características originais para o uso no nível de distribuição de energia elétrica, tais como medição fasorial nas redes de média e baixa tensão utilizando a modelagem dos transformadores e a identificação e estimação dos parâmetros da causa de ocorrência de distúrbios elétricos. Para isso, foram construídos dois protótipos da unidade de medição fasorial proposta neste trabalho, visando verificar a sincronização na medição de fasores de tensão e corrente. Os protótipos também foram acoplados à rede com diferentes combinações de impedância e alimentaram variadas cargas, onde foi possível através das técnicas implementadas nos equipamentos identificar e estimar os parâmetros elétricos da origem (rede ou carga) da ocorrência de variações na tensão e potência fornecidas pela rede distribuição. / Power distribution systems are evolving at a high pace largely due to the proliferation of distributed energy resources and the growing utilization of advanced metering infrastructures and distribution management system. This evolution is also leading to new challenges due large penetration of intermittent distributed generation, which can lead to noticeable impacts on distribution feeders. Phasor Measurement Units (PMUs) have the potential to play an essential role in power distribution system monitoring. For providing synchronized measurements of voltage and current phasors at various system locations, PMUs offer numerous possibilities for ascertaining information relating to the state of the power distribution system. However, to be used widely in power distribution systems, its necessary that PMUs get a low cost and have some exclusive features for these systems. Thus, the main objective of this thesis have consisted of developing a low cost Phasor Measurement Unit with original features proposed for distribution level, such as compatibility with low and medium voltage power networks using transformer modeling and also the identification and parameter estimation of the cause of electrical disturbances. So, they were built two prototypes of the Phasor Measurement Unit, in order to verify the synchronization in the measurement of voltage and current phasors. The prototypes were also coupled to the network with different combinations of impedance and they fed varying loads, where it was possible through the techniques implemented in the equipment identify and estimate electrical parameters of the cause (network or load) of variations in voltage and power supplied by the network distribution.

Os sistemas elétricos de distribuição estão evoluindo rapidamente devido à penetração de geração distribuída e ao crescimento na utilização de avançadas estruturas de medição e sistemas de gerenciamento de distribuição de energia elétrica. Esta evolução traz consigo novos desafios devido à intermitência da geração, a qual pode gerar impactos indesejáveis nos sistemas de distribuição, como a interação de diferentes harmônicos. As Unidades de Medição Fasorial (PMUs) tem potencial para desempenhar um importante papel no monitoramento de sistemas elétricos de distribuição por meio dos fasores com medidas temporalmente sincronizadas de tensão e corrente em vários locais do sistema, oferecendo assim inúmeras possibilidades para estimar o estado de uma rede de distribuição. Porém, para serem utilizadas amplamente em redes de distribuição, é necessário que as PMUs apresentem um menor custo e possuam algumas características funcionais exclusivas para o uso nestas redes. Assim, o objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de uma unidade de medição fasorial de baixo custo com características originais para o uso no nível de distribuição de energia elétrica, tais como medição fasorial nas redes de média e baixa tensão utilizando a modelagem dos transformadores e a identificação e estimação dos parâmetros da causa de ocorrência de distúrbios elétricos. Para isso, foram construídos dois protótipos da unidade de medição fasorial proposta neste trabalho, visando verificar a sincronização na medição de fasores de tensão e corrente. Os protótipos também foram acoplados à rede com diferentes combinações de impedância e alimentaram variadas cargas, onde foi possível através das técnicas implementadas nos equipamentos identificar e estimar os parâmetros elétricos da origem (rede ou carga) da ocorrência de variações na tensão e potência fornecidas pela rede distribuição. / Power distribution systems are evolving at a high pace largely due to the proliferation of distributed energy resources and the growing utilization of advanced metering infrastructures and distribution management system. This evolution is also leading to new challenges due large penetration of intermittent distributed generation, which can lead to noticeable impacts on distribution feeders. Phasor Measurement Units (PMUs) have the potential to play an essential role in power distribution system monitoring. For providing synchronized measurements of voltage and current phasors at various system locations, PMUs offer numerous possibilities for ascertaining information relating to the state of the power distribution system. However, to be used widely in power distribution systems, its necessary that PMUs get a low cost and have some exclusive features for these systems. Thus, the main objective of this thesis have consisted of developing a low cost Phasor Measurement Unit with original features proposed for distribution level, such as compatibility with low and medium voltage power networks using transformer modeling and also the identification and parameter estimation of the cause of electrical disturbances. So, they were built two prototypes of the Phasor Measurement Unit, in order to verify the synchronization in the measurement of voltage and current phasors. The prototypes were also coupled to the network with different combinations of impedance and they fed varying loads, where it was possible through the techniques implemented in the equipment identify and estimate electrical parameters of the cause (network or load) of variations in voltage and power supplied by the network distribution.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rodrigo Albuquerque.pdf: 3312916 bytes, checksum: c9ee0be229b62b8aafd7816c3400351d (MD5) Previous issue date: 2012-01-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The state estimation process applied to electric power systems aims to provide a trustworthy ―image‖, coherent and complete of the system operation, allowing an efficient monitoring. The state estimation is one of the most important functions of energy management systems. In this work, will be proposed alternative methods of state estimation for electric power systems in the levels of transmission, subtransmission and distribution. For transmission systems are proposed two hybrid methods considering the insertion of conventional measurements combined with phasor measurements based on phasor measurement unit (PMU). To estimate the state in subtransmission systems is proposed an alternative method which, in occurrence of failures in active and/or reactive meters in the substations, uses a load forecasting model based on criteria similar days and application of artificial neural networks. This process of load forecasting is used as a generator of pseudo measurements in state estimation problem, which takes place through the propagation of phasor measurements provided by a PMU placed in the boundary busbar. For the distribution system state estimation the proposed method uses the mathematical method of weighted least squares with equality constraints by modifying the set of measurements and the state variables. It is also proposed a methodology evaluation of the PMUs measurement channel availability for observability analysis. The application of the proposed methods to test systems shows that the results are satisfactory. / O processo de estimação de estado aplicado a sistemas elétricos de energia tem como objetivo fornecer uma imagem confiável, coerente e completa da operação do sistema, permitindo um monitoramento eficiente. A estimação de estado é uma das funções mais importantes dos sistemas de gerenciamento de energia. Neste trabalho são propostos métodos alternativos de estimação de estado para sistemas elétricos nos níveis de transmissão, subtransmissão e de distribuição. Para sistemas de transmissão são propostos dois métodos híbridos considerando a inserção das medições convencionais combinadas com medições fasoriais baseadas na unidade de medição fasorial (PMU - Phasor Measurement Unit). Para a estimação de estado em sistemas de subtransmissão é proposto um método alternativo que, na ocorrência de falhas nos medidores de potência ativa e/ou reativa das subestações, utiliza um modelo de previsão de carga baseado no critério de dias similares e na aplicação de redes neurais artificiais. Esse processo de previsão de carga é utilizado como gerador de pseudomedições na estimação de estado, que se dá através da propagação da medição fasorial fornecida por uma PMU alocada no barramento de fronteira. Para sistemas de distribuição o método de estimação de estado proposto consiste em aplicar o método de mínimos quadrados ponderados com restrições de igualdade, modificando-se o plano de medição e as variáveis de estado. Também é proposta uma metodologia para avaliação da disponibilidade dos canais de medições da PMU e o seu impacto na observabilidade do sistema. A aplicação dos métodos propostos a sistemas teste mostram que os resultados obtidos são satisfatórios.

Submitted by Patrícia Cerveira (pcerveira1@gmail.com) on 2017-06-12T18:19:03Z No. of bitstreams: 1 José Renato Cozzolino.pdf: 2923143 bytes, checksum: 2941736082bf50938fdb3dcfea03c36e (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca da Escola de Engenharia (bee@ndc.uff.br) on 2017-07-03T13:30:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 José Renato Cozzolino.pdf: 2923143 bytes, checksum: 2941736082bf50938fdb3dcfea03c36e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-03T13:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 José Renato Cozzolino.pdf: 2923143 bytes, checksum: 2941736082bf50938fdb3dcfea03c36e (MD5) / A estimação correta de frequência é essencial para a operação de diversos equipamentos de proteção, regulação e controle, os quais são necessários para operação adequada do Sistema Interligado Nacional A tecnologia de Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada (Synchronized Phasor Measurement Systems - SPMS), baseia-se em uma rede de Unidades de Medição Fasorial (Phase Measurement Unit - PMU). Duas grandezas importantes medidas pela PMUs são a frequência e a taxa de variação da frequência. Este trabalho apresenta o resultado de estudo comparativo de algoritmos de estimação de frequência no âmbito de medição fasorial sincronizada. Foram avaliados os modelos propostos originalmente pela Norma IEEE C37.118, por seu documento de alteração ( IEEE Std. C37.118.1a-2014 Amendment), alem de três diferentes tipos de algoritmos baseados em PLLs (Phasor Locked Loop). As avaliações foram executadas com base nos testes descritos na Norma IEEE C37.118 e seus respectivos requisitos de conformidade. Verificou-se que as modificações apresentadas pelo documento Amendment foram necessárias para que o modelo de PMU proposto atendesse os requisto para todos os testes. Em relação aos modelos de PLL, verificou-se que uma versão do algoritmo (chamada aqui de PLL de Classe III) foi bem superior às demais e também melhor que o algoritmo sugerido pelo Amendment no que se refere ao teste de derivada da frequência e de modulação de fase. / An accurate frequency estimation is essential for the operation of Electric Power System regarding protection and control. Synchronized Phasor Measurement Systems - SPMS are based on a network composed by Phasor Measurement Units (Phase Measurement Unit - PMU). Two important parameters measured by the PMUs are the frequency and the frequency rate of change. This paper presents the results of a comparative study of frequency estimation algorithms within synchronized phasor measurement context. The reference model proposed in by IEEE C37.118 standard was compared with three different algorithms based on PLLs (Phasor Locked Loop). The evaluations were performed based on the compliance requirements described in IEEE C37.118. It was also found that the PLLs models have superior performance than model reference for P PMU suggested by Standard. Regarding the reference model for PMU M, there is a need to implement anti-aliasing filters for the standard inter-harmonics tests. After that, it was observed that the dynamic performances of PLLs studied at work are compatible with the algorithms suggested by the standard for the PMU M.

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator). / This work presents an analysis of computational algorithms applied to phasor estimation in Electrical Power Systems. The phasor estimation process uses the allocation of Phasor Measurement Units in the system and the measures can be used in many control, operation, planing and protection applications. Therefore, the power system phasors are very useful, specially if they have a common time reference, allowing the determination of the system\'s condition at a given time. The procedures necessary for power system\'s phasors estimation and application are defined by IEEE C37.118.1 standard. The standard defines the requirements for phasor estimation, presenting tests and a methodology to evaluate the algorithms performance. Thus, the standard defines the time tag and data patterns, some synchronization methods, and message examples, simplifying the communication requirements. Despite defining all these parts, the standard does not state which estimation algorithm should be used, making room for the use of various methods, since the standard precision is met. In this context, this work analyzes some phasor estimation algorithms defined in the literature, evaluating their behavior for some cases. It was adopted the recursive and non-recursive versions of the methods: Discrete Fourier Transform, Least Squares and Discrete Wavelet Transform. They were submitted to the standard signals, evaluating the Total Vector Error, time delays, and overshoots. The algorithms were also embedded in hardware (named PC104) and evaluated by real time simulated signals, measured by the PC104 using the analog outputs of a Real Time Digital Simulator.

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator). / This work presents an analysis of computational algorithms applied to phasor estimation in Electrical Power Systems. The phasor estimation process uses the allocation of Phasor Measurement Units in the system and the measures can be used in many control, operation, planing and protection applications. Therefore, the power system phasors are very useful, specially if they have a common time reference, allowing the determination of the system\'s condition at a given time. The procedures necessary for power system\'s phasors estimation and application are defined by IEEE C37.118.1 standard. The standard defines the requirements for phasor estimation, presenting tests and a methodology to evaluate the algorithms performance. Thus, the standard defines the time tag and data patterns, some synchronization methods, and message examples, simplifying the communication requirements. Despite defining all these parts, the standard does not state which estimation algorithm should be used, making room for the use of various methods, since the standard precision is met. In this context, this work analyzes some phasor estimation algorithms defined in the literature, evaluating their behavior for some cases. It was adopted the recursive and non-recursive versions of the methods: Discrete Fourier Transform, Least Squares and Discrete Wavelet Transform. They were submitted to the standard signals, evaluating the Total Vector Error, time delays, and overshoots. The algorithms were also embedded in hardware (named PC104) and evaluated by real time simulated signals, measured by the PC104 using the analog outputs of a Real Time Digital Simulator.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-04-24T22:18:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AvaliacaoMargemEstabilidade.pdf: 1786766 bytes, checksum: 7894e4b3afe25d2caaefc02facf6de66 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-04-29T14:52:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AvaliacaoMargemEstabilidade.pdf: 1786766 bytes, checksum: 7894e4b3afe25d2caaefc02facf6de66 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-29T14:52:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AvaliacaoMargemEstabilidade.pdf: 1786766 bytes, checksum: 7894e4b3afe25d2caaefc02facf6de66 (MD5) Previous issue date: 2013-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A presente dissertação avalia a margem de estabilidade de tensão da subestação de Rurópolis-PA 230 kV do sistema elétrico Tramoeste da Eletrobrás Eletronorte, utilizando medições locais de fasores de tensão e corrente obtidos através do concentrador de dados fasoriais ou (PDC, do inglês Phasor Data Concentrator) da Eletronorte. A avaliação é baseada na identificação dos parâmetros do equivalente Thevenin (tensão e impedância) “vistos” a montante da subestação em estudo. Os parâmetros do equivalente Thévenin são estimados a partir dos fasores de tensão e corrente medidos localmente, assim como a impedância da carga é calculada usando os mesmos fasores. A margem de estabilidade de tensão determina a distância dada entre os valores, em módulo, da impedância de Thévenin e da impedância da carga. Essa margem, para a subestação referida, foi avaliada em três casos. O primeiro caso avalia a margem considerando dois patamares de carga (leve e pesada); o segundo caso avalia a margem considerando dois níveis de geração na Usina de Tucuruí; e o terceiro caso avalia a margem frente a duas perturbações no Sistema Interligado Nacional (SIN), sendo uma perturbação mais próxima, eletricamente, e outra mais distante da subestação de Rurópolis 230 kV. Os resultados obtidos demonstram uma aplicação promissora das análises propostas para serem usadas em tempo real em sistemas de potência, beneficiando aplicações de ações corretivas. / The present work evaluates the voltage stability margin at the Rurópolis 230-kV substation on the Tramoeste Eletrobrás Eletronorte Power System using local voltage and current phasor measurements obtained from the Eletronorte’s phasor data concentrator (PDC). The evaluation is based on the identification of the Thevenin voltage and impedance equivalents “seen” from the bus under analysis. The Thevenin equivalent parameters are estimated through the local voltage and current phasor measurements. It is also possible to compute the equivalent load impedance using the same phasor measurements. The voltage stability margin determines the distance between the absolute values of the Thevenin equivalent impedance and the load impedance. The proposed analysis was tested in the Ruropolis 230 kV load bus, in three different operational situations: 1) light and heavy loads at Ruropolis bus 2) minimum and maximum generation levels at the Tucuruí hydroelectric power plant 3) two large perturbations that occurred on the Brazilian Interconnected Power System. The obtained results demonstrated a promising application of the proposed analysis for use in real time power system voltage security monitoring benefiting the applications of remedial actions.