Apesar do crescente desenvolvimento das metodologias de detecção de bifurcações de Hopf em sistemas de energia elétrica nas últimas décadas, alguns aspectos ainda carecem de progressos, especialmente frente à crescente necessidade de aumento da segurança na operação dos sistemas eletroenergéticos. Um destes aspectos diz respeito ao tempo de processamento destas metodologias para serem utilizadas em tempo real na operação do sistema. Este tempo computacional é pouco considerado para este fim pelas metodologias atualmente existentes. Assim sendo, o presente trabalho apresenta um novo desenvolvimento relativo a estimação da margem de estabilidade do sistema de potência referente à bifurcação de Hopf e considera o tempo computacional envolvido neste processo a fim de incluir a margem devido a Hopf na operação em tempo real do sistema. O desenvolvimento apresentado estende uma das metodologias que compõe o estado da arte através da flexibilização de um dos parâmetros de interesse em relação a margem de estabilidade devido a bifurcação de Hopf, a saber, a frequência do autovalor no ponto de birfurcação. Esta metodologia utiliza o método de Newton em um conjunto de equações, e neste trabalho ainda é proposta a utilização de um tratamento da esparsidade para este conjunto de equações, deixando o algoritmo mais rápido. De forma a apresentar a eficiência desta metodologia proposta, esta foi testada em dois sistemas, o sistema Kundur de duas áreas e o sistema IEEE 39 barras. Os resultados obtidos são comparados frente a resultados obtidos também para a metodologia clássica utilizada em centros de operação. Através destes resultados é possível mostrar a possibilidade de sua utilização em tempo real e elucidar as grandes melhorias obtidas através do desenvolvimento proposto. / Despite the increasing development of Hopf bifurcations detection methods for electric power systems in the last decades, some aspects still require to progress, especially with the increasing necessity for higher safety in the electrical energy systems operation. One of these aspects concerns to the processing time of these methodologies to be used in real-time system operation. The computational time is disregarded for this purpose by the methods currently available. Therefore, this paper presents a new development for the power system stability margin estimation due to Hopf bifurcation and considers the computational time involved in this process to include the margin due to Hopf in electrical energy real-time operation. The presented development extends a methodology that makes up the state-of-the-art through an interest parameter relaxation in the stability margin due to Hopf bifurcation, namely, the eigenvalue frequency at the bifurcation point. This method uses Newton\'s method on a set of equations, and this work also proposes the use of a sparsity treatment for this set of equations, speeding up the algorithm. In order to demonstrate the proposed methodology efficiency, it was tested in two systems, the two areas Kundur system and the IEEE 39 bus system. The results are compared against the results of the classic methodology used in operation centers. Through these results it is possible to show the possibility of their use in real time and elucidate the major improvements resulting from the proposed development.

Esse trabalho investiga o impacto do comportamento transitório e em regime permanente da carga sobre a estabilidade de tensão do sistema elétrico. Para isso, utiliza-se uma modelagem detalhada da rede elétrica, capaz de representar os principais eventos inerentes aos fenômenos de instabilidade e colapso de tensão. A simulação numérica do sistema algébrico-diferencial resultante é realizada utilizando-se o solver DASSLC. Ao final desse trabalho, faz-se uma análise da resposta dos diferentes modelos de carga sobre a estabilidade de tensão do sistema de 14 barras do IEEE. / This work investigates the impact of transient and steady state load behavior on power systems voltage stability. In order to do this, a detailed electric power system model is used to reproduce the main aspects of voltage instability and collapse phenomena. The numerical solution of the resulting non-linear differential-algebraic equations is carried out by using the DASSLC solver. An analysis of different load models behaviour for some voltage instability situations is presented for IEEE 14 bus system.

Nos dias atuais, há muitos casos em que sistemas de potência estão operando perto dos seus limites de estabilidade devido a restrições econômicas e leis ambientais. A estabilidade de tensão é uma matéria de muita pesquisa e interesse devido a que é considerado como uma das maiores ameaças na segurança dos sistemas. Uma prevenção exitosa de colapso do sistema baseia-se na precisão do método, a simplicidade dos índices, e muito baixo tempo de computação. Este trabalho apresenta uma rede Perceptron Multicamada (PMC) como proposta para monitoramento em tempo real da estabilidade de tensão de sistemas de potência usando como principais dados de entrada medidas obtidas do sistema SCADA. Os dados de treinamento são obtidos com cálculos de fluxo de potência continuado. A rede Perceptron Multicamadas é apresentada como um aproximador universal de funções, que diminui o tempo computacional dos métodos convencionais como o fluxo de potência continuado. Por fim, a topologia da rede PMC proposta é avaliada com o sistema de 30 barras do IEEE, e os resultados em relação ao tempo de computação e precisão são comparados com o método de fluxo de potência continuado. / Nowadays, many power systems are operating near their limits of stability due to economic restrictions and environmental laws. Voltage stability is a subject of great interest because it is considered one of the greatest threats for power systems security. The keys to preventing blackouts are the accuracy of the method, speed indication, and low computation time. This work presents a Multi-layer Perceptron (PMC) network as a proposal for real-time monitoring of voltage stability in power systems using input data obtained from the SCADA system. The training data are obtained by running Continuation Power Flow (CPF) routine. The multi-layer Perceptron network is presented as a universal approximator, reducing the computation time of conventional methods such as the Finally, the proposed PMC network is evaluated in the IEEE 30-bus system. Computation time and accuracy are compared with the continuation power flow method.

Made available in DSpace on 2017-07-10T16:41:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Alessandro Arjona Alves2 - Final.pdf: 1729270 bytes, checksum: eaef13266354526fc7d7558b8d6748d0 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The huge rise in electricity energy demand seen in recent decades, the growing interest in alternative and renewable energy sources have placed the distributed generation (DG) in evidence in the global energy landscape. This scenario brings a significant growth in the use of this energy source. Thus, different types of interface and primary sources of energy, with the possibility of allocating different points in the network and with different capabilities, distributed generation brings different impacts to the distribution systems, including power system voltage stability. The voltage stability in networks with distributed generation is the object of this study. To this end, it has been studied methods for power flow calculation, the fundamental concepts of voltage stability and methods of analysis. The aim of this research is to evaluate the distributed generation impact on the voltage stability. Therefore, it has been evaluated some technical aspects such as power factor, location and generation capacity. Through the development of the analysis it was possible to highlight the relationship between improvement in stability margin and the benefit in reducing losses caused by GD. Also it was found that, with a view to improving the margin of voltage stability, it is more efficient to inject power in the network with the same power factor of the system equivalent load. / O grande aumento de demanda por energia elétrica verificado nas últimas décadas, o crescente interesse por fontes alternativas e renováveis de energia tem colocado a geração distribuída (GD) em evidência no panorama energético mundial. Esse cenário propiciou um grande crescimento do uso deste tipo de fonte de energia. Assim, com diferentes tipos de interface e de fontes primárias de energia, com a possibilidade de alocação em distintos pontos da rede e com diferentes capacidades, a geração a distribuída traz diferentes impactos às redes de distribuição, inclusive à estabilidade de tensão dos sistemas. A estabilidade de tensão em redes com presença de geração distribuída é o objeto de estudo desta dissertação de mestrado. Neste sentido, são estudados os métodos para cálculo de fluxo de potência, os conceitos fundamentais da estabilidade de tensão e métodos de análise. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os impactos da geração distribuída na estabilidade de tensão. Para tanto, foram avaliados alguns aspectos técnicos como fator de potência, localização e capacidade de geração. Através das análises desenvolvidas foi possível destacar a relação entre melhora na margem de estabilidade de tensão e o benefício em redução de perdas ocasionado pela GD. Também constatou-se que, com vistas à melhora da margem de estabilidade de tensão, é mais eficiente injetar potência na rede com o mesmo fator de potência da carga equivalente do sistema.

The main objective of this thesis was to develop appropriate system protection schemes against two important causes of failure in power systems, namely, long-term voltage instability and cascade tripping of overloaded transmission lines, mainly due to overloading. To this purpose a distributed undervoltage load shedding scheme against voltage instability, and a centralized protection meant to alleviate line overload are proposed. The former, through the chosen system protection scheme characteristics, has the ability to adjust its actions to the disturbance location and severity. This behavior is achieved without resorting to a dedicated communication network. The distributed controllers do not exchange information, but are rather informed of their respective actions through voltage measurements. Neither do the controllers require a model of the system. This and the absence of communication makes the protection scheme simple and reliable. The other protection scheme, inspired of model predictive control, is aimed at bringing the currents in the overloaded lines below their limits in the time interval left by protections, while accounting for constraints on control changes. Its closed-loop nature allows to compensate for model uncertainties and measurement noise. In order to tune the proposed system protection schemes parameters and validate their performance it was preferred to detect plausible cascading event scenarios. To this purpose, an algorithm meant to identify such complex sequences has been developed. It encompasses hidden failures and the resulting system response. The tests performed on small systems as well as on a real-life one confirm not only that proposed protection schemes appropriately deal with the problems for which they were designed, but also that they cooperate satisfactorily for combined voltage and thermal problems that are beyond their individual capabilities.

The Masters Thesis research focuses on reactive power and voltage control during and following major power system disturbances such as faults and subsequent loss of transmission line(s) or generator(s), voltage recovery phenomena following successful fault clearing, dynamic swings of power systems and local voltage suppression, etc. During these events, load and other system dynamics may cause reactive power deficiencies and system voltage issues such as delayed voltage recovery. These phenomena may lead to secondary events such as tripping of loads and/or circuits. Dynamic VAr sources such as generators, static VAr compensators (SVCs), STATCOMs etc and to a lesser degree static VAr sources such as capacitor or reactor banks, can help the system recover from these contingencies by providing fast modulation of the reactive power. Because of the higher cost of dynamic VAr resources, it is important to optimize the deployment of these devices by minimizing the total installed capacity of dynamic VAR resources while meeting the technical requirement and achieving the necessary performance of the system. We refer to this problem as the optimal allocation of dynamic VAR sources (OAODVARS). OAODVARS has been addressed with traditional analytic methods as well as with Artificial Intelligence methods such as genetic algorithms and Tabu search using mostly power flow type models. Both type of methods, as reported in the literature, have not provided satisfactory solutions because they ignore system dynamics and especially load dynamics, in other words they are based on power flow type models. In addition the AI methods have been proved to be extremely inefficient. We propose a new approach that has the following two advantages: (a) it is based on a realistic model that captures system dynamics and (b) it is based on the efficient successive approximation dynamic programming. The solution is provided as a sequence of planning decisions over the planning horizon. The proposed method will be demonstrated on the IEEE 24-bus reliability test system.

<p>Utilization of power electronics based controllable systems (or devices) in transmission systems has opened new opportunities for the power industry to optimize utilization of the existing transmission systems, and at the same time to keep high system reliability and security.</p><p>As a member of these controllable systems, Voltage Source Converters-based High Voltage direct current (VSC-HVdc) systems have the ability to rapidly control the transmitted active power, and also to independently exchange reactive power with transmissions systems. Therefore, VSC-HVdcs with a suitable control scheme can offer an alternative means to enhance transient stability, to improve power oscillations damping, and to provide voltage support. An interesting application of this system is the analysis of a power system when a VSC-HVdc is connected in parallel with ac transmission lines.</p><p>This thesis presents the derivation of control strategies to damp power oscillations, to enhance the transient stability and to provide voltage support for a VSC-HVdc. The thesis also formulates a multichoice control strategy and its application when the VSC-HVdc is connected in a synchronous system.</p><p>The control strategy for enhancing transient stability is based on the theory of Control Lyapunov Function. The control strategy for increasing the damping is based on Linear Analysis. A very effective well known way to increase damping in the system is modulating the active power through the HVdc. However, besides the control of active power, the thesis explores an alternative way to mitigate power oscillations by controlling the reactive power. This condition might be very useful when the dc link in the VSC-HVdc system is out of service, but the converter stations are in operating conditions.</p><p>A simple model of VSC-HVdc is considered in order to test the control strategy. The model represents the VSC-HVdc as an element in the power system that provides adequate interaction with other systems elements. The model is intended for analysis of power flows and electromechanical transients. It is then sufficient to consider the power frequency components of voltages and currents represented by phasors that vary with time during transients. The model is valid for symmetrical conditions, i.e. positive sequence phasors are used for the representation of the electrical state.</p>

Orientador: Carlos Alberto de Castro Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T06:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dester_Mauricio_M.pdf: 1510731 bytes, checksum: 2d78f28f0e947ab2f8b733433312aa84 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho é propor um método que permita, de forma rápida e segura, estabelecer uma lista de contingências ordenada por severidade considerando a óptica da estabilidade de tensão. Em linhas gerais, o procedimento consiste em obter o estado da rede após a simulação de uma determinada contingência e calcular o índice de performance correspondente à mesma. Estes passos devem ser repetidos para todos os ramos da rede. Ao final tem-se um índice associado a cada contingência. Para a obtenção da lista ordenada por severidade, classificam-se as contingências considerando como fator de ordenação o valor do índice de performance calculado para cada uma delas. De posse desta lista, pode-se lançar mão de ferramentas que permitam uma análise mais detalhada para o grupo contingências com maior severidade e a tomada de ações no sentido de minimizar as conseqüências causadas por estas contingências. Este método pode ser utilizado como suporte à operação em tempo real, pois permite a seleção das contingências mais severas, de forma rápida, para então posteriormente realizar uma análise mais detalhada das mesmas. Não há, portanto, a necessidade da análise detalhada de todas as contingências da rede, o que permite uma economia de tempo, esforço humano e computacional, recursos estes de fundamental importância considerando a operação em tempo real / Abstract: The aim of this work is to propose a fast and reliable method to rank a list of contingencies ordered by severity under the voltage stability point of view. The basic steps of the method consist of computing the system's post-contingency state and computing the respective performance index. These steps must be repeted for contingencies associated to all system branches. So an ordered contingency list is built considering the performance index of each contingency as a merit factor. With this list it is possible to pick the most severe contingencies and submit them to conventional tools that allow a more complete analysis and appropriate decisions to avoid operating system in insecure conditions if one of the severe contingencies occurs. It is possible to use this method as a real time tool due to its efficiency. Little computational effort is made to get the ordered contingency list and it is possible to focus the human and computational effort on the most severe contingencies. The real time operation requires efficient decision-making procedures and this method brings up the possibility of saving time since it is no longer necessary to analize all system contingencies to find out the most severe one. It suffices to analize the top-ranked contingencies captured by the proposed method / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T16:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuevaraHuerto_Wilfredo_M.pdf: 7004870 bytes, checksum: 515baaf3d80c6625dde9df137f1fff74 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O principal objetivo dessa pesquisa é identificar e quantificar os benefícios da aplicação de dispositivos FACTS para a rede elétrica do Estado de São Paulo no que diz respeito à estabilidade de tensão, controle de tensão, redução de perdas e de intercâmbios de potência reativa com as áreas externas. A rede de São Paulo foi escolhida para esse estudo por representar o principal centro consumidor do país, por necessitar de grande importação de energia via intercâmbios por longa distância em todos os cenários de operação, e por ter sido considerada a área crítica nos eventos de perda da estabilidade de tensão de 1997. O trabalho aborda especificamente, a aplicação de dois equipamentos FACTS como possíveis dispositivos que possam contribuir para a melhoria do desempenho de regime permanente do sistema elétrico do Estado de São Paulo: o controlador em derivação SVC (Static Var Compensator) e o controlador série FSC (Fixed Serie Compensator). Estes dispositivos FACTS foram escolhidos devido ao fato de já representarem tecnologias consolidadas, oferecidas no mercado por diversos fabricantes, e por serem economicamente de maior viabilidade comparativamente a tecnologias mais recentes / Abstract: The main objective of this research is to identify and to quantify the benefits of the application of FACTS devices for the electric system of São Paulo¿s State according to the voltage stability, voltage control, loss reduction and interchanges of reactive power with external areas. The São Paulo¿s system was chosen because it represents the main load center of the country, needs great energy importation by long distance interchanges in all operation sceneries, and was considered the critical area in the voltage instability events that happened in 1997. This work investigates specifically, the application of two FACTS devices as possible equipments that can contribute to the improvement of the steady state performance of São Paulo¿s State electrical system: the shunt controller SVC (Static Var Compensator) and serie controller FSC (Fixed Serie Compensator). These FACTS devices were chosen because they already represent consolidated technologies, offered in the market by many manufacturers, and have better economic viability comparatively to more recent technologies / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] O aumento do consumo de energia elétrica leva os sistemas de distribuição a operar próximo do seu limite, podendo ocorrer situações de máximo fluxo de potência ativa e reativa nos ramos, ou seja, problemas de estabilidade de tensão. A mudança da topologia da rede permite encontrar uma configuração em que os índices de estabilidade de tensão estão distantes do ponto de máximo carregamento do sistema, reduzir as perdas técnicas e tornar a distribuição de carga nos alimentadores mais uniforme. Contudo, o número de possibilidades de chaveamento cresce com o aumento da dimensão da rede elétrica e a busca pela solução ótima requer esforço computacional elevado. O uso do algoritmo heurístico de Busca Tabu permite direcionar a busca por novas configurações de qualidade, armazenando suas características e proibindo a adição e/ou remoção de atributos por um período, evitando que a busca termine em um valor mínimo (máximo) local. Os resultados das análises em diferentes níveis de carregamento, que representam a operação do sistema radial de distribuição com carga leve, pesada e crítica, mostram que o algoritmo de Busca Tabu adotado neste trabalho consegue maximizar a margem de potência da barra crítica do sistema, levando o ponto de operação original à uma distância maior do ponto de máximo carregamento do sistema, na região normal de operação e minimizando as perdas técnicas. Com isso, evita-se que o sistema opere no ponto de máximo carregamento ou, na pior das hipóteses, na região anormal de operação, onde as ações de controle têm efeito oposto ao esperado. / [en] The increase of the consumption of electric energy takes the distribution systems to operate next to its limits, which might cause situation of maximum active and reactive power flow in the branches, that is, problems of voltage stability. The change of the topology of the network allows to find a configuration where de voltage stability indexes are far from de maximum loading point, improve voltage profile, reduce power losses and load balancing. However, the number of possible switching grows with the dimension of network and searching for optimal solution requires high computational effort. Using Tabu Search heuristics allows guiding the search for new configuration of high quality, being storing its characteristics and forbidding the addition and/or removal of attributes for a period, avoiding that the search finishes in a local minimum (maximum) value. The results in different loading levels, that represent the operation of radial distribution system with normal, weighed and critical load, show that the Tabu Search algorithm maximizes the voltage stability margin, leading the original operation point to a new one that is far from the maximum loading point, in the normal region of operation. With this, it is prevented that the system operates next to the maximum loading point or, in the worse case, in the abnormal region of operation, where the actions of control have opposing effect to the waited one.