Doctor of Philosophy / Department of Computing and Information Sciences / Scott A. DeLoach / Coalition formation is a key cooperative behavior of a system of multiple autonomous agents. When the capabilities of individual agents are not su fficient for the improvement of well-being of the individual agents or of the entire system, the agents can bene t by joining forces together in coalitions. Coalition formation is a technique for finding coalitions that are best fi tted to achieve individual or group goals. This is a computationally expensive task because often all combinations of agents have to be considered in order to find the best assignments of agents to coalitions. Previous research has therefore focused mainly on small-scale or otherwise restricted systems. In this thesis we study coalition formation in large-scale multi-agent systems. We propose an approach for coalition formation based on multi-agent simulation. This approach allows us to find coalitions in systems with thousands of agents. It also lets us modify behaviors of individual agents in order to better match a specific coalition formation application. Finally, our approach can consider both social welfare of the multi-agent system and well-being of individual self-interested agents. Power distribution systems are used to deliver electric energy from the transmission system to households. Because of the increased availability of distributed generation using renewable resources, push towards higher use of renewable energy, and increasing use of electric vehicles, the power distribution systems are undergoing signi ficant changes towards active consumers who participate in both supply and demand sides of the electricity market and the underlying power grid. In this thesis we address the ongoing change in power distribution systems by studying how the use of renewable energy can be increased with the help of coalition formation. We propose an approach that lets renewable generators, which face uncertainty in generation prediction, to form coalitions with energy stores, which on the other hand are always able to deliver the committed power. These coalitions help decrease the uncertainty of the power generation of renewable generators, consequently allowing the generators to increase their use of renewable energy while at the same time increasing their pro fits. Energy stores also bene t from participating in coalitions with renewable generators, because they receive payments from the generators for the availability of their power at speci fic time slots. We first study this problem assuming no physical constraints of the underlying power grid. Then we analyze how coalition formation of renewable generators and energy stores in a power grid with physical constraints impacts the state of the grid, and we propose agent behavior that leads to increase in use of renewable energy as well as maintains stability of the grid.

Identificar e localizar faltas em alimentadores de distribuição representa um passo importante para a melhoria da qualidade de energia, pois proporciona impactos diretos sobre o tempo de inspeção. Na verdade, a duração da inspeção implica consideravelmente no intervalo em que os consumidores estão sem energia elétrica, quando ocorre uma interrupção não programada. O objetivo deste trabalho é fornecer um sistema de detecção automática de curtos-circuitos, permitindo aos profissionais das companhias de distribuição acompanhar e monitorar de maneira on-line a ocorrência de possíveis faltas e transitórios eletromagnéticos observados na rede primária de distribuição. A abordagem de detecção utiliza um sistema híbrido que combina ferramentas inteligentes e convencionais para identificar e localizar faltas em redes primárias. Os resultados que foram compilados demonstram grande potencialidade de aplicação da proposta em sistemas de distribuição. / Efficient faults identification and location in power distribution lines constitute an important step for power quality improvement, since they provide direct impacts on the inspection time. In fact, the duration of inspection implies directly in the time interval where consumers are without power, considering here the occurrence of a non-programmed interruption. The objective of this work is to provide an automated fault detection system, allowing to the power companies engineers to online track and monitor the possible occurrence of faults and electromagnetic transients observed in the primary network for the distribution circuits. The detection approach uses a hybrid system, which combines a set of intelligent and conventional tools to identify and locate faults in the primary networks. Validation results show great application potential in distribution systems.

Nos atuais sistemas de distribuição de energia elétrica, podem ser aplicadas novas metodologias que consideram o comportamento em tempo real dos equipamentos, abrangendo cargas especiais como os veículos elétricos (VE) e sistemas de recursos energéticos distribuídos (RD). Neste trabalho se apresenta a revisão bibliográfica, que mostra a análise do desenvolvimento do planejamento dos sistemas de distribuição, seja da expansão e da operação, considerando as metodologias convencionais até as que abordam os RD\'s, concluindo que na atualidade não é possível analisar um sistema sem RD\'s e VE\'s e finalmente ter que operar um sistema com este tipo de geração e cargas na rede. O estudo das ferramentas de otimização permite determinar as técnicas a serem utilizadas. Este trabalho abrange duas, quais sejam, Busca em profundidade (depth-first search) e Algoritmos Genéticos, com objetivo de obter a alocação ótima dos reguladores de tensão, bancos de capacitores, conjuntamente com os sistemas fotovoltaicos e de armazenamento, que permitam manter a tensão dentro da faixa adequada estabelecida pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). A seguir, se apresenta a metodologia desenvolvida com os softwares utilizados, quais sejam, o OpenDSS para solução de fluxos de potência com recursos distribuídos e MATLAB para programar o algoritmo da metodologia desenvolvida. Os resultados nas redes teste IEEE de 13 barras e de porte real, denominada ckt5, mostram a importância de considerar a informação das curvas de carga e os perfis de geração dos recursos distribuídos dentro das metodologias, com objetivo de conseguir soluções de acordo com a realidade dos sistemas de distribuição. Logo após se apresentam as atividades futuras, que permitirão abranger aspectos dentro da função objetivo como os índices de tensão estabelecidos pela ANEEL, inserir outras fontes de geração como os sistemas eólicos e considerar os períodos dos estágios de planejamento dentro da metodologia desenvolvida, bem como as conclusões, referências bibliográficas e os anexos da dissertação. / In current electricity distribution systems, new methodologies that consider the real-time behavior of the equipment can be applied, involving special loads such as electric vehicles (EV) and distributed energy resources (RD) systems. In this work a literature review is presented, which shows the analysis of the development of the distribution systems planning, related to expansion and the operation, considering the conventional methodologies and those that consider the RD\'s, concluding that nowadays it is not possible to analyze a system without RD,s and EV\'s to operate a system with this type of generation and loads on the network. The study of the optimization tools allows to determine the techniques to be used. This work covers two, Depth-first search and Genetic Algorithms, in order to obtain an optimal location of voltage regulators, capacitor banks, photovoltaic and storage systems, that allow to maintain the voltage within the appropriate range established by the National Electric Energy Agency (ANEEL). Then, it the methodology developed is presented with the software used, namely, OpenDSS to solve power flows with distributed resources and MATLAB to program the optimization algorithms. The results in a real size network (ckt5) and in a 13-bus IEEE test network show the importance of considering information of the load curve and the generation profiles of distributed resources within the methodologies, aiming to achieve solutions according to the reality of the distribution systems. After that, future activities are presented, which will allow to cover aspects within the objective function, such as the voltage ratings established by the ANEEL, and insertion of other generation sources, such as wind systems as well as considering the periods of the planning stages within the methodology developed. Evertrally the conclusions, bibliographical references and the attachments of the dissertation are present.

Este documento apresenta uma metodologia analítica adaptativa para localização de faltas baseada na estimativa da impedância para sistemas de distribuição ativos. A metodologia proposta combina a informação fornecida por dispositivos eletrônicos inteligentes alocados na subestação principal e nos terminais de cada unidade de Recurso Energético Distribuído (do inglês Distributed Energy Resources - DER), o conhecimento da topologia da rede e os seus parâmetros para estimar a localização da falta. A característica adaptativa é dada pelo uso de modelos elétricos lineares para considerar o efeito das DER conectadas à rede, quando a informação fornecida pelos Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (do inglês Intelligent Electronic Devices - IED) não é disponível. Adicionalmente, uma estratégia baseada na técnica Ladder é desenvolvida para estimar a contribuição de corrente desde as DER até o ponto de falta. Esta estratégia permite considerar vários geradores conectados e seus diferentes modos de operação. A metodologia proposta foi validada com o sistema IEEE 34 barras. Este sistema foi modelado no Alternative Transients Program (ATP) e modificado pela inserção de várias unidades DER. A metodologia proposta foi validada em vários cenários. Estes cenários avaliam o efeito da distância até a falta, resistência da falta, incerteza na carga, nível de penetração de DER, número de geradores conectados e erros nas medidas ou na estimação dos parâmetros das DER quando seus modelos forem utilizados. Para estas considerações, o desempenho da formulação proposta é satisfatório, apresentando erros menores do que 3%. / This document presents an adaptive analytical impedance-based fault location methodology for active distribution systems. The proposal combines information provided by Intelligent Electronic Devices (IEDs) located in the substation, each Distributed Energy Resources units terminal, the knowledge of the network topology as well as its parameters to estimate the fault location. Its adaptive feature is given by the use of linear analytical equivalent models to consider of DER effect in case the information provided by a local IED is not available. Additionally, a ladder-based technique is proposed to estimate the current contribution from of DER to the fault point. This process allows considering several DER connected and their different operation modes. The proposed methodology is validated on the IEEE 34-node test feeder. This system is modeled on ATP/EMTP and modified with the insertion of several DER units. The methodology is validated by considering several scenarios. These scenarios evaluate the effect of fault distance, fault resistance, load variation, DER penetration level, numbers of DERs connected and errors in the DER parameters. For these considerations, the proposed methodology performance is satisfactory, presenting fault location errors below 3%.

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

Nos atuais sistemas de distribuição de energia elétrica, podem ser aplicadas novas metodologias que consideram o comportamento em tempo real dos equipamentos, abrangendo cargas especiais como os veículos elétricos (VE) e sistemas de recursos energéticos distribuídos (RD). Neste trabalho se apresenta a revisão bibliográfica, que mostra a análise do desenvolvimento do planejamento dos sistemas de distribuição, seja da expansão e da operação, considerando as metodologias convencionais até as que abordam os RD\'s, concluindo que na atualidade não é possível analisar um sistema sem RD\'s e VE\'s e finalmente ter que operar um sistema com este tipo de geração e cargas na rede. O estudo das ferramentas de otimização permite determinar as técnicas a serem utilizadas. Este trabalho abrange duas, quais sejam, Busca em profundidade (depth-first search) e Algoritmos Genéticos, com objetivo de obter a alocação ótima dos reguladores de tensão, bancos de capacitores, conjuntamente com os sistemas fotovoltaicos e de armazenamento, que permitam manter a tensão dentro da faixa adequada estabelecida pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). A seguir, se apresenta a metodologia desenvolvida com os softwares utilizados, quais sejam, o OpenDSS para solução de fluxos de potência com recursos distribuídos e MATLAB para programar o algoritmo da metodologia desenvolvida. Os resultados nas redes teste IEEE de 13 barras e de porte real, denominada ckt5, mostram a importância de considerar a informação das curvas de carga e os perfis de geração dos recursos distribuídos dentro das metodologias, com objetivo de conseguir soluções de acordo com a realidade dos sistemas de distribuição. Logo após se apresentam as atividades futuras, que permitirão abranger aspectos dentro da função objetivo como os índices de tensão estabelecidos pela ANEEL, inserir outras fontes de geração como os sistemas eólicos e considerar os períodos dos estágios de planejamento dentro da metodologia desenvolvida, bem como as conclusões, referências bibliográficas e os anexos da dissertação. / In current electricity distribution systems, new methodologies that consider the real-time behavior of the equipment can be applied, involving special loads such as electric vehicles (EV) and distributed energy resources (RD) systems. In this work a literature review is presented, which shows the analysis of the development of the distribution systems planning, related to expansion and the operation, considering the conventional methodologies and those that consider the RD\'s, concluding that nowadays it is not possible to analyze a system without RD,s and EV\'s to operate a system with this type of generation and loads on the network. The study of the optimization tools allows to determine the techniques to be used. This work covers two, Depth-first search and Genetic Algorithms, in order to obtain an optimal location of voltage regulators, capacitor banks, photovoltaic and storage systems, that allow to maintain the voltage within the appropriate range established by the National Electric Energy Agency (ANEEL). Then, it the methodology developed is presented with the software used, namely, OpenDSS to solve power flows with distributed resources and MATLAB to program the optimization algorithms. The results in a real size network (ckt5) and in a 13-bus IEEE test network show the importance of considering information of the load curve and the generation profiles of distributed resources within the methodologies, aiming to achieve solutions according to the reality of the distribution systems. After that, future activities are presented, which will allow to cover aspects within the objective function, such as the voltage ratings established by the ANEEL, and insertion of other generation sources, such as wind systems as well as considering the periods of the planning stages within the methodology developed. Evertrally the conclusions, bibliographical references and the attachments of the dissertation are present.

Os Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEE) estão constantemente expostos à ocorrência de faltas, o que torna de primordial importância para as concessionárias que estas sejam localizadas com rapidez e precisão. Com isso, a degradação da confiabilidade do sistema e as perdas econômicas são minimizadas. Com este intuito, diversas pesquisas vêm sendo conduzidas nas últimas décadas tendo em vista o desenvolvimento de métodos computacionais para Localização de Faltas (LF) em SDEE. Embora as técnicas disponíveis atualmente sejam capazes de estimar a distância das faltas com relativa exatidão, algumas características intrínsecas aos SDEE ainda impõem limitações à LF em alimentadores radiais. Em geral, o aspecto econômico requer o uso de dados provenientes de um único terminal de medição. Ainda, a quantidade significativa de ramais laterais tipicamente presentes nos SDEE faz com que o problema das múltiplas estimativas da LF seja considerado como a principal limitação à efetividade das técnicas existentes na atualidade. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia baseada na análise dos transitórios de alta frequência gerados pelas faltas, a qual é capaz de fornecer uma estimativa única para a LF em SDEE ramificados a partir de medições somente no terminal local. O ramal em falta e a distância da falta em relação ao terminal de medição são determinados através da comparação entre as frequências características identificadas no espectro do transitório, e as frequências teóricas calculadas para os possíveis caminhos de propagação. Uma das principais contribuições deste trabalho consiste na formulação de um modelo detalhado das linhas de distribuição desequilibradas. A formulação proposta é baseada na modificação nas equações de Carson, considerando a dependência da frequência e a inclusão dos efeitos pelicular e da corrente de retorno pela terra para altas frequências. Como resultado, esta abordagem permite uma maior exatidão na determinação dos parâmetros modais que descrevem a propagação de transitórios em SDEE desequilibrados, eliminando as aproximações adotadas pela maioria das técnicas propostas na literatura atual. A técnica proposta foi avaliada considerando simulações de faltas nos alimentadores IEEE 13 e 34 barras através do ATP/EMTP. Os resultados apresentados incluem diversos cenários de faltas, bem como a comparação com um método de LF para SDEE considerado estado da arte atualmente. / Electric power distribution systems (EPDS) are continuously exposed to faults, therefore fast and accurate fault location is of paramount importance for utilities. Thus, degradation of system reliability and economic losses are minimized. In this sense, several studies have been conducted in the last decades aiming to the development of computational methods for Fault Localization (FL) in EPDS. Although the currently available techniques are able to estimate fault distance with relative accuracy, some intrinsic characteristics of EPDS still impose limitations to FL in radial feeders. In general, the economic aspect requires use of data from one-terminal measurements. Also, typical EPDS have a large number of branches, which makes the problem of multiple FL estimates the main limitation to the effectiveness of the existing techniques. In this context, this work presents a methodology based on the analysis of the high frequency transient generated by faults, which is able to provide a unique FL estimate in branched EPDS by using only one-terminal measurements. The faulted branch and the fault distance from the measurement terminal are determined by correlating the characteristic frequencies identified in the transient spectrum and theoretical frequencies calculated for the possible propagation paths. One of the main contributions of this work is the formulation of a detailed model of unbalanced distribution lines. The proposed formulation is based on the modification of Carson’s equations, considering frequency dependence and inclusion of skin effects and the ground current return at high frequencies. As a result, this approach allows a greater accuracy in determining the modal parameters that describe the transients’ propagation in unbalanced EPDS, thus eliminating the approximations adopted by most of the techniques proposed in the current literature. The proposed technique was evaluated considering fault simulations in the IEEE 13 and 34 nodes feeders through the ATP/EMTP. Results presented include several fault scenarios as well as the comparison with a FL method for SDEE currently considered as the state of the art.

Os afundamentos de tensão são distúrbios que afetam grandemente a qualidade da energia fornecida aos consumidores, se mostrando especialmente danosos para os consumidores industriais que dependem de tensões em níveis adequados para a continuidade de seus processos de fabricação. O desempenho das redes elétricas frente aos afundamentos de tensão é usualmente mensurado através de indicadores, que dentre outros propósitos, fornecem as informações necessárias ao planejamento de ações voltadas à mitigação dos efeitos dos afundamentos de tensão causados por faltas. Em geral, as regiões da rede vulneráveis a este tipo de distúrbio são identificadas através de medições em pontos de interesse ao longo da rede. No entanto, esta abordagem se mostra restritiva, pois abrange áreas pontuais e intervalos de tempo pouco representativos. Neste contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para estimar os indicadores de afundamentos de tensão, utilizando medições em um único terminal da rede. A técnica é baseada na determinação da localização das faltas para estimar as magnitudes dos afundamentos em todos os nós da rede. Estas informações são utilizadas para caracterizar o desempenho dos sistemas de distribuição em relação aos afundamentos de tensão que ocorrem em um dado período de estudo. A validação da metodologia foi efetuada a partir de simulações de faltas nos sistemas testes IEEE 13 nós e 34 nós. Os testes incluem a análise da sensibilidade da técnica frente a variações no carregamento da rede, considerando diversos cenários de faltas. / Voltage sags are disturbances that greatly affect the power quality supplied to customers and are especially damaging to industrial customers which rely on adequate voltage levels for the continuity of manufacturing processes. Electrical networks’ performance against voltage sags is usually measured by indices that among other purposes, provide the necessary information for planning actions aiming to mitigate the effects of voltage sags caused by faults. In general, areas vulnerable to this type of disturbance are identified by measurements at points of interest along the network. However, this approach is restrictive, since it covers punctual areas and reduced time intervals. In this context, this work proposes a methodology for estimating voltage sags indices using measurements at a single terminal. The technique is based on the fault location to estimate the magnitudes of voltage sags in all network nodes. This information is used to evaluate the performance of distribution systems in relation to the occurrence of voltage sags in a given period of study. The method’s validation was performed by fault simulations in the IEEE 13 node and 34 node test systems. The tests include a sensitivity analysis considering load variation and several fault scenarios.

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Thesis (MPH.) -- University of Limpopo, 2015 / Background Drugs expiration in public hospital pharmacies is a concern to health professionals as the Department of Health spends a lot of money to buy drugs. The number of drugs which expire in public hospital pharmacies can give an indication of how the drugs are used, and consequently reflect on the disease prevalence for which the drugs are indicated for. Drugs cannot be used beyond expiry date. The purpose of this study was to determine the cause or causes, extent and costs of expired drugs in public hospital pharmacies of Sekhukhune District in Limpopo Province of South Africa. Methods Sekhukhune District has seven public hospital pharmacies. Data collection involved interviews conducted by the researcher from thirty-five participants with each hospital having five participants. All interviews were recorded by the use of a laptop voice recorder. Participants in each hospital involved a pharmacy manager, an additional pharmacist who had twelve months or more working experience within the facility under study, a clinical manager, a nurse who attends the hospital Drug and Therapeutics Committee and a medical practitioner who had twelve or more working experience within the facility under study. Results and conclusion In this study it was identified that, overstocking; prescribing tendencies by medical practitioners; delivery of short-dated drugs from the supplier; poor stock rotation and unreliably minimum and maximum order levels were cited as some of the reasons for stock expiration. The study found drugs expiration value to be above the set limit of 0.05% of the expenditure in a financial year. An expired stock value of R86 815 was found based on the data collected for 2010/2011 financial year.