A presente pesquisa tem como tema principal a alocação otimizada de Monitores de Qualidade da Energia Elétrica (MQEEs) em sistemas de distribuição para a observação das Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs). Busca-se pela pesquisa apresentar adequações que podem ser facilmente incorporadas aos métodos de alocação que se baseiam no uso de algoritmos inteligentes, neste caso em específico, em Algoritmos Genéticos (AGs), para resolver o problema da alocação de MQEEs. Também como contribuição, a pesquisa apresenta uma técnica para a diminuição do espaço de busca das soluções, imprimindo assim, uma melhoria da observação das VTCDs em Sistemas de Distribuição (SDs), e caracterizando um método simplificado para a alocação desejada. A metodologia como formulada (via AG e método simplificado) foi testada através da sua aplicação nos sistemas de distribuição de 13, 34 e 123 nós, simulados via o ATP (Alternative Transients Program), e provindos da base de dados do IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). A pesquisa também foi testada considerando um alimentador real de uma concessionária regional, e validada através de simulações estatísticas pelo Método de Monte Carlo. / The present research has the optimized allocation of Power Quality Monitors in distribution systems as its main subject aimed at voltage sags and swells observation. The work intention is to propose adjustments that can be easily incorporated into the allocation methods based on the use of intelligent algorithms, in this case specifically, the Genetic Algorithms addressing the problem of monitor allocation. Also, as contribution, the research presents a technique to reduce the search space of solutions, thus printing an improvement on the observation of voltage variations in distribution systems and characterizing a simplified method for the desired allocation. The methodology, as formulated (by the genetic algorithm application and the simplified method), was tested through its application in distribution systems of 13, 34 and 123 nodes, simulated on ATP (Alternative Transients Program), and stemmed by the IEEE database (Institute of Electrical and Electronic Engineers). The research was also tested considering a real feeder of a regional utility, and validated through statistical simulations by the Monte Carlo method.

A presente pesquisa tem como tema principal a alocação otimizada de Monitores de Qualidade da Energia Elétrica (MQEEs) em sistemas de distribuição para a observação das Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs). Busca-se pela pesquisa apresentar adequações que podem ser facilmente incorporadas aos métodos de alocação que se baseiam no uso de algoritmos inteligentes, neste caso em específico, em Algoritmos Genéticos (AGs), para resolver o problema da alocação de MQEEs. Também como contribuição, a pesquisa apresenta uma técnica para a diminuição do espaço de busca das soluções, imprimindo assim, uma melhoria da observação das VTCDs em Sistemas de Distribuição (SDs), e caracterizando um método simplificado para a alocação desejada. A metodologia como formulada (via AG e método simplificado) foi testada através da sua aplicação nos sistemas de distribuição de 13, 34 e 123 nós, simulados via o ATP (Alternative Transients Program), e provindos da base de dados do IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). A pesquisa também foi testada considerando um alimentador real de uma concessionária regional, e validada através de simulações estatísticas pelo Método de Monte Carlo. / The present research has the optimized allocation of Power Quality Monitors in distribution systems as its main subject aimed at voltage sags and swells observation. The work intention is to propose adjustments that can be easily incorporated into the allocation methods based on the use of intelligent algorithms, in this case specifically, the Genetic Algorithms addressing the problem of monitor allocation. Also, as contribution, the research presents a technique to reduce the search space of solutions, thus printing an improvement on the observation of voltage variations in distribution systems and characterizing a simplified method for the desired allocation. The methodology, as formulated (by the genetic algorithm application and the simplified method), was tested through its application in distribution systems of 13, 34 and 123 nodes, simulated on ATP (Alternative Transients Program), and stemmed by the IEEE database (Institute of Electrical and Electronic Engineers). The research was also tested considering a real feeder of a regional utility, and validated through statistical simulations by the Monte Carlo method.

Esta dissertação tem como objetivo inicial reapresentar e difundir o Método das Posições de Falta (MPF) como um meio analítico para se determinar as tensões remanescentes, em todas as barras constituintes de um Sistema de Distribuição (SD), quando da ocorrência de afundamentos de tensão. Pela aplicação de tal método, é possível construir a Matriz de Tensão Durante a Falta (MTDF), denotando assim, a influência e a propagação dos afundamentos de tensão sobre toda a rede. A fim de validar o MPF, será realizada uma comparação dos resultados obtidos com os provenientes de simulações computacionais dispondo do software ATP (Alternative Transients Program). Desta comparação, ilustra-se que a ferramenta indicada mantém a previsão dos resultados em limites aceitáveis, mesmo considerando certa simplificação nos procedimentos de cálculo e na modelagem computacional dos componentes do sistema. A partir dos resultados encontrados, é realizado um mapeamento das áreas de risco que equipamentos eletroeletrônicos sensíveis estarão submetidos, através da delimitação e análise da área afetada e da área exposta ou de vulnerabilidade. Em complementação ao trabalho, é apresentada uma proposta baseada em um algoritmo branch and bound que determinará o número ótimo de medidores de qualidade de energia, bem como as barras onde os mesmos devam ser instalados para monitorar os afundamentos de tensão, com o objetivo de garantir que ao menos um dos medidores seja sensibilizado para cada um dos curtos-circuitos simulados. / This dissertation aims to initially reintroduce and spread the Fault Positions Method (FPM) as an analytic means to determine the remaining voltage in all bus bar constituents of a Distribution System (DS), upon the occurrence of voltage sags. By applying this method, it is possible to formulate the during fault voltage matrix, thus denoting the influence and propagation of voltage sags around the network as a whole. In order to legitimate the FPM, the results obtained are compared to those from computer simulations by use of the ATP (Alternative Transients Program) software. This comparison demonstrates that the tool has maintained the predicted results within acceptable limits, even though some simplification in the procedure for calculating and computer modeling of the system components. Based on such results, a detailed mapping of areas of risk, to which sensitive electronic equipment is subjected, has been carried out through the outlining and analyzing of the affected area and of the exposed or vulnerability area. Adding up to the work, a proposal based on a branch and bound algorithm is presented as a means to determine the optimum number of power quality monitors, and the bus where they should be installed to measure voltage sags, in order to ensure that at least one of the meters is sensitized for each of the simulated short-circuits.

Esta pesquisa apresenta um estudo da resposta dinâmica dos motores de indução trifásicos submetidos a afundamentos de tensão. As simulações computacionais sobre um sistema de distribuição, assim como a modelagem dos motores de indução trifásicos baseada em dados reais, foram realizadas utilizando-se do software ATP (Alternative Transients Program). Estas tiveram por objetivo gerar situações representativas da operação do sistema elétrico de potência (SEP), caracterizando afundamentos de tensão, fenômenos estes pertencentes à classe de variações de tensão de curta duração (VTCD), no contexto da qualidade da energia elétrica (QEE). Da observação destes afundamentos, verificaram-se as situações que vieram ou não, a comprometer a alimentação do equipamento analisado e, conseqüentemente, seu desempenho. Pelos resultados observados, evidencia-se que a metodologia de análise aplicada é satisfatória e condizente com o encontrado em situações reais de operação dos motores de indução trifásicos, denotando certas características intrínsecas no contexto das VTCDs. / This research shows a study on the dynamic response of three-phase induction motors submitted to voltage sags. Computer simulations about a distribution system, as well as the modeling of three-phase induction motors based on actual data, were made using ATP (Alternative Transients Program) software. These simulations intended to generate representative situations of the electrical power system (EPS) operation, characterizing voltage sags, which is a phenomenon belonging to the class of short duration voltage variations (SDVV), in the electrical power quality context (EPQ). From the observation of these sags, we verified the situations that jeopardized or not the supply of the analyzed equipment and, consequently, its performance. From the observed results, it becomes evident that the methodology of the applied analysis is satisfactory and in agreement with the one found in actual situations of three-phase induction motors operations, indicating certain characteristics intrinsic to the SDVV context.

Esta pesquisa apresenta um estudo da resposta dinâmica dos motores de indução trifásicos submetidos a afundamentos de tensão. As simulações computacionais sobre um sistema de distribuição, assim como a modelagem dos motores de indução trifásicos baseada em dados reais, foram realizadas utilizando-se do software ATP (Alternative Transients Program). Estas tiveram por objetivo gerar situações representativas da operação do sistema elétrico de potência (SEP), caracterizando afundamentos de tensão, fenômenos estes pertencentes à classe de variações de tensão de curta duração (VTCD), no contexto da qualidade da energia elétrica (QEE). Da observação destes afundamentos, verificaram-se as situações que vieram ou não, a comprometer a alimentação do equipamento analisado e, conseqüentemente, seu desempenho. Pelos resultados observados, evidencia-se que a metodologia de análise aplicada é satisfatória e condizente com o encontrado em situações reais de operação dos motores de indução trifásicos, denotando certas características intrínsecas no contexto das VTCDs. / This research shows a study on the dynamic response of three-phase induction motors submitted to voltage sags. Computer simulations about a distribution system, as well as the modeling of three-phase induction motors based on actual data, were made using ATP (Alternative Transients Program) software. These simulations intended to generate representative situations of the electrical power system (EPS) operation, characterizing voltage sags, which is a phenomenon belonging to the class of short duration voltage variations (SDVV), in the electrical power quality context (EPQ). From the observation of these sags, we verified the situations that jeopardized or not the supply of the analyzed equipment and, consequently, its performance. From the observed results, it becomes evident that the methodology of the applied analysis is satisfactory and in agreement with the one found in actual situations of three-phase induction motors operations, indicating certain characteristics intrinsic to the SDVV context.

Esta dissertação tem como objetivo inicial reapresentar e difundir o Método das Posições de Falta (MPF) como um meio analítico para se determinar as tensões remanescentes, em todas as barras constituintes de um Sistema de Distribuição (SD), quando da ocorrência de afundamentos de tensão. Pela aplicação de tal método, é possível construir a Matriz de Tensão Durante a Falta (MTDF), denotando assim, a influência e a propagação dos afundamentos de tensão sobre toda a rede. A fim de validar o MPF, será realizada uma comparação dos resultados obtidos com os provenientes de simulações computacionais dispondo do software ATP (Alternative Transients Program). Desta comparação, ilustra-se que a ferramenta indicada mantém a previsão dos resultados em limites aceitáveis, mesmo considerando certa simplificação nos procedimentos de cálculo e na modelagem computacional dos componentes do sistema. A partir dos resultados encontrados, é realizado um mapeamento das áreas de risco que equipamentos eletroeletrônicos sensíveis estarão submetidos, através da delimitação e análise da área afetada e da área exposta ou de vulnerabilidade. Em complementação ao trabalho, é apresentada uma proposta baseada em um algoritmo branch and bound que determinará o número ótimo de medidores de qualidade de energia, bem como as barras onde os mesmos devam ser instalados para monitorar os afundamentos de tensão, com o objetivo de garantir que ao menos um dos medidores seja sensibilizado para cada um dos curtos-circuitos simulados. / This dissertation aims to initially reintroduce and spread the Fault Positions Method (FPM) as an analytic means to determine the remaining voltage in all bus bar constituents of a Distribution System (DS), upon the occurrence of voltage sags. By applying this method, it is possible to formulate the during fault voltage matrix, thus denoting the influence and propagation of voltage sags around the network as a whole. In order to legitimate the FPM, the results obtained are compared to those from computer simulations by use of the ATP (Alternative Transients Program) software. This comparison demonstrates that the tool has maintained the predicted results within acceptable limits, even though some simplification in the procedure for calculating and computer modeling of the system components. Based on such results, a detailed mapping of areas of risk, to which sensitive electronic equipment is subjected, has been carried out through the outlining and analyzing of the affected area and of the exposed or vulnerability area. Adding up to the work, a proposal based on a branch and bound algorithm is presented as a means to determine the optimum number of power quality monitors, and the bus where they should be installed to measure voltage sags, in order to ensure that at least one of the meters is sensitized for each of the simulated short-circuits.

This thesis describes an investigation into the influences of arcing and conductor deflection due to magnetic forces on the accuracy of fault locator algorithms in electrical distribution networks. The work also explores the possibilities of using the properties of an arc to identify two specific types of faults that may occur on an overhead distribution line. A new technique using the convolution operator is introduced for deriving differential equation algorithms. The first algorithm was derived by estimating the voltage as an array of impulse functions while the second algorithm was derived using a piecewise linear voltage signal. These algorithms were tested on a simulated single-phase circuit using a PI-model line. It was shown that the second algorithm gave identical results as the existing dynamic integration operator type algorithm. The first algorithm used a transformation to a three-phase circuit that did not require any matrix calculations as an equivalent sequence component circuit is utilised for a single-phase to ground fault. A simulated arc was used to test the influence of the non-linearity of an arc on the accuracy of this algorithm. The simulations showed that the variation in the resistance due to arcing causes large oscillations of the algorithm output and a 40th order mean filter was used to increase the accuracy and stability of the algorithm. The same tests were performed on a previously developed fault locator algorithm that includes a square-wave power frequency proximation of the fault arc. This algorithm gave more accurate and stable results even with large arc length variations. During phase-to-phase fault conditions, two opposing magnetic fields force the conductors outwards away from each other and this movement causes a change in the total inductance of the line. A three dimensional finite element line model based on standard wave equations but incorporating magnetic forces was used to evaluate this phenomenon. The results show that appreciable errors in the distance estimations can be expected especially on poorly tensioned di stribution lines.New techniques were also explored that are based on identification of the fault arc. Two methods were successfully tested on simulated networks to identify a breakingconductor. The methods are based on the rate of increase in arc length during the breaking of the conductor. The first method uses arc voltage increase as the basis of the detection while the second method make use of the increase in the non-linearity of the network resistance to identify a breaking conductor. An unsuccessful attempt was made to identifying conductor clashing caused by high winds: it was found that too many parameters influence the separation speed of the two conductors. No unique characteristic could be found to identify the conductor clashing using the speed of conductor separation. The existing algorithm was also used to estimate the voltage in a distribution network during a fault for power quality monitoring purposes.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T17:30:10Z No. of bitstreams: 1 CAIO MARCO DOS SANTOS JUNQUEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 6011061 bytes, checksum: 25c9c9fad6015613e54aae9e700918af (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T17:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAIO MARCO DOS SANTOS JUNQUEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 6011061 bytes, checksum: 25c9c9fad6015613e54aae9e700918af (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Capes / Um algoritmo para alocação ótima de detectores de afundamentos de tensão (AT) é apresentado nesta dissertação. O algoritmo utiliza a Transformada Wavelet Discreta (TWD) paraa detecção de AT e o conceito de Matriz de Observabilidade Topológica (MOT) para avaliar o desempenho dos Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEE) quando submetidos à tais distúrbios. Para resolver o problema de alocação ótima dos dispositivos detectores de AT, utilizou-se o método Binary Particle Swarm Optimi- tization (BPSO). Adicionalmente, apresenta-se uma metodologia de criação de uma base de dados para geração automática de AT. O algoritmo foi avaliado considerando-se dois sistemas: um sistema-testedo IEEE e um SDEE que simula um alimentador real da cidade de BoaVista-PB, os quais foram simulados no software Alternative Transient Pro- gram (ATP). Osresultados obtidos indicaram que o algoritmo é capaz de detectar AT em todo o sistema, fazendo o uso da instalação de detectores em poucas barras, oque indubitavelmente, reduzirá o custo do sistema de monitoramento. / An algorithm for optimal placement of voltage sags (VS) detectors is presented in this dissertation. The algorithm uses the Discrete Wavelet Transform (DWT) for VS detection and the Topological Observability Matrix (TOM) concept to evaluate the per- formance of the Electric Power Distribution Systems (EPDS) when subjected to such disturbances. In order to solve the problem of optimal placement of the VS detecting devices, the Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) method was used. Additionally, a methodology for the creation of a database for automatic VS generation is presented. The algorithm was evaluated considering two systems: an IEEE test system and a EPDS that simulates a real feeder in Boa Vista-PB city, which were simulated in the Alternative Transient Program (ATP) software. The results indicate that the algorithm is capable of detecting VS throughout the system, using the installation of detectors in a few buses, which will undoubtedly reduce the cost of the monitoring system.

Nowadays, national and international electric utilities and end users are becoming more and more concerned about the quality of the electrical power. Such concerns are related with the occurrence of electric disturbances capable to effect the operation and the life expectance of equipments and devices, as well as affecting and interrupting varied industrial processes. Of the above mentioned phenomena, short-duration voltage variations deserve special attention once they are the disturbances that cause the largest damages to the consumers. As a consequence of that, there are several devices available that minimize the effects of such disturbances on the equipments. Among those devices, the Dynamic Voltage Restorer (DVR) represents a modern proposal for the solution of the problems caused by voltage sags and swells. In this work, three different system topologies for DVRs are analysed throughout computer implementations. Comparisons are made between these topologies, with focus on both the general performance and on the electrical power quality of the entire system. / As preocupações com os diversos assuntos relacionados à Qualidade da Energia Elétrica têm sido cada vez mais comuns às empresas de energia e aos consumidores em geral, e vêm assumindo importância destacada nos cenários nacional e internacional. Tais preocupações são voltadas para a ocorrência de distúrbios elétricos capazes de comprometer o desempenho e a vida útil de equipamentos e dispositivos, além de afetar ou interromper variados processos industriais. Desses distúrbios, as VTCDs (Variações de Tensão de Curta Duração) são consideradas as que mais causam prejuízos aos consumidores. Com isso, já existe na literatura técnica uma série de metodologias de prevenção e variados dispositivos de atenuação dos efeitos das VTCDs. Destes dispositivos, destaca-se o Restaurador Dinâmico de Tensão (DVR Dynamic Voltage Restorer) que é um compensador estático série avançado aplicado à distribuição de energia elétrica e que representa hoje o que há de mais moderno em termos de mitigação de afundamentos e elevações de tensão. O presente trabalho visa contribuir para o estudo do desempenho de algumas topologias de DVR, comparando a atuação de três opções de configuração através de simulações computacionais em plataforma SABER. A análise comparativa do desempenho das topologias não considera apenas a eficiência na compensação dos distúrbios elétricos, mas também os efeitos que causam na qualidade da tensão do sistema elétrico, sejam por injeção de harmônicos ou por oscilações transitórias. / Mestre em Ciências

Este trabalho apresenta a análise e o desenvolvimento experimental de uma estrutura topológica de retificador híbrido trifásico que oferece as características operacionais de imposição de correntes de linha de entrada senoidais, de alto fator de potência, de reduzida distorção harmônica total de corrente e de fornecimento de um barramento CC com tensão regulada utilizando a inovadora técnica de Compensação Série de Tensão no Barramento CC tanto para condições normais de suprimento da rede elétrica como para condições de afundamentos temporários de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para corroborar com a teoria exposta e com as análises de simulação computacional, um protótipo de 5 kW foi construído e ensaios experimentais realizados em laboratório permitiram demonstrar que para condições normais de suprimento da rede CA a solução proposta assegura distorções harmônicas de corrente na ordem de 2% e um fator de potência por fase próximo do valor unitário (0,996), além de ser capaz de regular e manter a tensão no barramento CC constante mesmo durante o transitório provocado por um degrau de carga de alta potência. Durante a ocorrência de afundamentos de tensão, a estrutura é capaz de regular a tensão do barramento CC no valor de referência estabelecido, assegurando elevado fator de potência mesmo durantes estes distúrbios da rede CA de alimentação. Destaca-se que estas características operacionais, além de serem alcançadas com os conversores chaveados que compõem a estrutura processando apenas uma parcela da potência total de saída, tornando o conjunto mais eficiente e robusto, fazem da estrutura proposta uma excelente alternativa para aplicações com elevados níveis de potência envolvendo a alimentação de cargas CC sensíveis aos distúrbios provocados pela rede CA e para aplicações que compreendem a compensação de oscilações de tensão devido às intermitências dos sistemas de microgeração que compõem as redes de distribuição em corrente contínua das microrredes. / This work presents the analysis and the experimental development of a topological structure of three-phase hybrid rectifier, which provides operational characteristics for imposing sinusoidal input line currents, with high power factor, low current total harmonic distortion and providing a DC bus with regulated voltage using the innovative technique of Series Voltage Compensation in the DC Bus for both normal conditions of mains power supply and for temporary sags for balanced and unbalanced voltage ac power supply conditions. In order to corroborate the exposed theory and with computational simulation analysis, a 5 kW prototype was assembled and experimental tests were conducted in laboratory. The results demonstrated that under normal conditions of AC mains supply the proposed solution ensures harmonic distortions about 2 % for the input AC currents and a power factor per phase approximately unitary (0.996). Moreover, the prototype can regulate and maintain the DC bus voltage in a constant value even during the transient caused by a high-power load step. During the occurrence of voltage sags, the structure can regulate the DC bus voltage in the established reference value, ensuring high power factor even during AC mains power supply disturbances. One can emphasize that these operational characteristics, in addition of being achieved with the switched converters that comprise the structure processing only an amount of the total output power, was observed that the whole assembly is more efficient and robust. The proposed structure is an excellent alternative for supplying high power DC loads sensitive to disturbances caused by AC mains and for applications involving voltage oscillations compensation due to intermittences of microgeneration systems that are connected to DC distribution of microgrids. / Tese (Doutorado)