O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para obtenção de configurações para sistemas de distribuição de energia elétrica com o intuito de minimizar o valor de perdas ativas sem violar as restrições operacionais. Para isso, considera-se que os sistemas de distribuição estão operando em regime permanente e que suas fases estão equilibradas e simétricas, podendo o sistema ser representado por um diagrama unifilar. A reconfiguração é feita de forma a redistribuir os fluxos de corrente nas linhas, transferindo cargas entre os alimentadores e melhorando o perfil de tensão ao longo do sistema. O problema de reconfiguração do sistema pode ser formulado como um problema de programação não-linear inteiro misto. Devido à explosão combinatorial inerente a este tipo de problema, a resolução do mesmo por técnicas de otimização clássicas torna-se pouco atraente, dando espaço para técnicas heurísticas e metaheurísticas. Essas outras, mesmo não garantindo o ótimo global, são capazes de encontrar boas soluções em um espaço de tempo relativamente curto. Para a resolução do problema de reconfiguração, utilizou-se uma nova metodologia baseada no comportamento de colônias de formigas em busca de alimento na natureza. Nesta, formigas artificiais (agentes) exploram o meio ambiente (sistema de distribuição) e trocam informações para tentar encontrar a topologia que apresente os menores valores de perdas ativas. Para o cálculo das perdas, este trabalho também apresenta uma nova abordagem para resolução do problema de fluxo de potência (FP) em sistemas de distribuição radial. O fluxo de potência é uma ferramenta básica utilizada pelos centros de controle para determinar os estados e condições operacionais desses sistemas de potência. Basicamente, as metodologias empregadas para o cálculo do fluxo de potência são baseadas nos métodos clássicos de Newton ou Gauss. Mas em sistemas de distribuição de energia, devido a particularidades inerentes a estes, como a alta relação entre resistência e reatância das linhas (r/x) e a operação radial, estes métodos apresentam problemas de convergência e se tornam ineficientes na maioria das vezes. A abordagem consiste na associação dos métodos da função penalidade e de Newton. O mal-condicionamento da matriz Jacobiana de Newton é resolvido pela associação com o método da função penalidade. São apresentados testes realizados em sistemas de 5 barras, 16 barras, 33 barras, 69 barras e 136 barras para avaliar a potencialidade das técnicas propostas. Os resultados são considerados bons ou muito bons quando comparado com as técnicas existentes atualmente. / The objective of this work is to present a novel methodology for obtaining new configurations of the distribution system in order to minimize the active power losses without violating operational constraints. For this, it is considered that any distribution system is operating in a steady state and that it is balanced, therefore it can be represented by a one-line diagram. The reconfiguration is done in order to redistribute de current flows on the distribution power lines, transferring loads among the feeders and improving the voltage profile along the system. Such problem can be formulated as a mixed integer nonlinear programming problem. Due to its inherent combinatorial characteristic and since its solution by classic optimization techniques is not appealing, heuristic and metaheuristic techniques are thus better suited for its solution. Although these latter do not guarantee a global optimum, they are able to find good solutions in a relatively short time. The solution of the reconfiguration problem in this approach makes use of a novel methodology based on ant colony behavior, when these search for victuals in nature. In this technique, the artificial ants (agents) explore the environment (distribution system) and exchange information among them in order to find the topology that provides the smallest active losses. For the active losses calculation, this work also presents a novel approach for the solution of the power flow problem for radial distribution systems. The solution of the power flow problem is used by system operators in order to determine the state and operational conditions of power systems. Basically, the most common techniques used in the power flow solution are based on either Newton\'s or Gauss\' approaches. However, due to particular characteristics of distribution systems such as the high ratio of r/x and the radial topology, these methods present convergence problems and are not efficient in most of the cases. Thus, this novel technique consists in associating Newton\'s and the penalty function approaches. The matter of the ill-conditioned Jacobian matrix in Newton\'s method is overcome with the penalty function method. Some tests performed in different systems are then presented in order to assess the effectiveness of both proposed techniques.

As empresas concessionárias de energia elétrica convivem com elevados custos de manutenção em suas redes de distribuição de energia elétrica; em particular um dos motivos está ligado a preço e durabilidade de cruzetas de madeira, seja na sua instalação inicial, seja na sua troca que pode ocorrer freqüentemente, havendo a necessidade de utilização de madeiras nobres em princípios as quais, além do preço, sofrem restrições ambientais em seus usos. Este trabalho visa à análise destas vigas de madeira, do ponto de vista de ensaios mecânicos e suas simulações computacionais, com base em madeiras com menores restrições ambientais, submetidas ou não a impregnação com resina poliuretana derivada do óleo de mamona. É apresentado, também, um texto para o auxílio de futuros leitores e usuários na aplicação do software ANSYS. / The power supply dealership companies live together with high maintenance costs on electrical systems, in private one of reasons is linked to the cost and durability of wood crossarms, either in its initial installation, either in its exchange that can occur frequently, having the necessity of noble wood use in principles which, beyond the price, suffer enviromental restrictions in its uses. This work aims at to the analysis of these beams wooden, of the point of view of mechanical tests and its computational simulation, on the basis of wood with lesser enviromental restrictions, submitted or not to the impregnation with castor-oil polyurethane resin. It is presented, also, a text for the aid of reading and using futures in the application of software ANSYS.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz. / It is important that electrical networks have high levels of reliability in order to maintain the ideal agility and maintenance for better functioning. On the other hand, the often unexpected load growth, failures of protectionrelated equipment and inadequate parameterization of protection functions make the analyses of protection events more complex and time-consuming. Besides, the amount of information that can be retrieved from modern digital relays is constantly increasing. In order to aid a quick decision-making and maintenance practices, this research project aimed to implement a complete diagnosis system that is automatically activated whenever a protection-related event occurs. Information to be analyzed is obtained from a database and from the protection relays, via IEC 61850 communication protocol and oscillography files. The full smart grid system is addressed, including: the data acquisition and communication system developed through a software with an IEC61850 client and an OPC server and another software with an OPC client, which is activated by set triggering events (e.g. protection tripping); the data pre-processing system, in which the data is filtered, preprocessed and formatted; and the diagnostic system. A central database maintains updated all the data. For the diagnostic system, conventional algorithms and artificial intelligence techniques are applied; particularly, an expert system is implemented. The expert system was designed to deal with different sets of input information and uses different techniques to deal with a possible lack of data, always ensuring the delivery of diagnoses. Tests and simulations were performed for short-circuits (three-phase, phase-to-phase, double-phase-to-ground and phase-to-ground) on feeders, transformers and bus bars of a substation. These tests included different states of the protection system (proper functioning and malfunctioning). The diagnostic system proved to be fully effective under both complete and partial availability of information, always providing the fault diagnosis and the analysis of the protection functions. In brief, the system enables a much more efficient maintenance to power distribution utilities, especially when preventing equipment malfunctioning, quick responses towards system problems and the need to re-define some protection functions are required. It was successfully installed in a distribution substation of Companhia Paulista de Força e Luz, a Brazilian power distribution utility.

As cooperativas de eletrificação rural são agentes que sempre estiveram à margem do setor elétrico e que agora devem se regularizar, adaptando-se aos condicionantes do serviço público de energia elétrica decorrentes da Lei de Concessões de 1995. Este trabalho faz a avaliação do aparato de regulação das atividades das cooperativas de eletrificação rural brasileiras e da política pública de regularização aplicada em São Paulo. O foco da avaliação é o cidadão rural, o cidadão que consome energia elétrica, e o cidadão que está ainda excluído do acesso ao serviço de eletricidade. A interpretação do problema e o estudo do processo de regularização levaram à constatação da existência de uma situação de impasse. Demonstra-se a tese de que a atitude do órgão regulador perante a tarefa que a lei lhe impõe cria um paradoxo em que as cooperativas são deixadas fora do alcance da regulação, com prejuízo maior para o cidadão que mora em sua área de atuação. Em particular, no momento em que todo brasileiro acaba de ganhar a garantia do seu direito de acesso à eletricidade, o cidadão que mora na área das cooperativas não tem a proteção do Estado para fazer valer esse seu direito. O trabalho oferece uma proposta acadêmica de alternativa de saída para esse impasse institucional, baseada na busca do equilíbrio entre os agentes. / The rural electric cooperatives are agents who have always been on the edge of the electric sector. Now, they must be regularized to the new rules of the electric energy public service established by the 1995 Concessions Law. This work provides an evaluation of the Brazilian rural electric cooperatives regulation apparatus and the regularization public policy applied in São Paulo. The evaluation focus is the rural citizen, the electric energy consumer and the citizens who have been excluded from this public service. The interpretation of the problem and the study of the regularization process has led to the evidence that the situation reached an impasse. The thesis is that the attitude of regulatory agencies create a paradox where the cooperatives are not covered by the regulation policies with damage to citizens in these areas. Particularly, given that the Brazilian citizens have won the right of electricity access, the citizen who lives in the cooperative area have no protection by State to do this right effective. This work offers an academic proposal to break this institutional impasse, based on the search of the agents equilibrium.

Este trabalho apresenta uma análise crítica da metodologia usada no PRODIST 2010, e propostas alternativas para a fixação de metas e tarifas em função da qualidade do serviço. Todas as análises se sustentam em estudos estatísticos dos dados de interrupções nos anos 2007 e 2008 de 6 empresas distribuidoras de energia com diferentes características de DEC, FEC, número de usuários e número de conjuntos. A primeira proposta chamada de Tarifa Única Meta Única (TAMU) propõe a mesma meta de qualidade do serviço para todos os usuários de um mesmo nível de tensão. Na proposta se fixou como critério geral que 10% dos usuários pior atendidos de um nível de tensão devem ser ressarcidos por má qualidade do serviço. Para alcançar esse objetivo as metas dos níveis de tensão de cada empresa foram fixadas a partir dos seus histogramas de frequência acumulada dos indicadores individuais dos usuários. Esse procedimento garante que a percentagem de usuários ressarcidos seja igual em todos os níveis de tensão das empresas. Os resultados obtidos no cálculo da multa média por usuário ressarcido conservam uma coerência justa com a piora dos indicadores coletivos (isto não acontece no PRODIST), onde as concessionárias que apresentaram os piores desempenhos pagariam uma multa média maior por usuário. A segunda proposta descreve uma metodologia de tarifas diferenciadas por descontos (TARDIF). Nessa metodologia os DIC dos usuários de um mesmo nível de tensão foram classificados em 5 intervalos múltiplos de sua média coletiva (DEC). Os últimos 3 intervalos de classificação correspondem aos usuários que tiveram a pior qualidade do serviço no ano. Para esses usuários foram definidos descontos tarifários que compensariam os prejuízos no seguinte ano. Nos resultados obtidos, as multas médias dos usuários ressarcidos conservam a relação com a média de atendimento e com a dispersão dos dados, sendo o último o critério mais dominante. / This work presents a review of the methodology used in PRODIST 2010, and alternative proposals for setting targets and rates depending on quality of service (QoS). All analysis are supported in statistical interruption data studies of 6 electricity distribution companies (EDC) between 2007 and 2008 with different characteristics of DEC, FEC, number of users and sets. The first proposal called Single Rate - Single Goal (TAMU in Portuguese) proposes the same goal of QoS to all same voltage level users. This proposal sets as a general criterion that 10% of users with worst voltage level attendance must be compensated for getting poor QoS. In order to achieve this goal, the top voltage levels of each company were determined from its cumulative frequency histograms of the user individual indicators value. This procedure guarantees the same percentage of users compensated in all EDC voltage levels. The results obtained by calculating the average penalty per user refunded maintain a fairly consistent with deterioration of collective indicators values (this does not happen in PRODIST 2010), where EDC with worst performances will pay a higher average penalty per user. The second proposal describes a different discount rate methodology (TARDIF in Portuguese). In this methodology, the DIC of users with same voltage level were classified into five intervals of its collective average (DEC). The last three classification intervals correspond to users who have had the worst QoS in the year. For these users were defined discount rates that would compensate the losses next year. In the obtained results, the average penalties of refunded users maintain the relationship between the average attendance and the data scattering, being the last one the most dominant criterion.

Esta dissertação tem por propósito analisar os impactos da geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e sobre a proteção das redes de média tensão das concessionárias de distribuição de energia elétrica usando uma abordagem paramétrica. A principal motivação deste trabalho são os recentes incentivos regulatórios que estão fomentando a geração distribuída no Brasil. Contudo, as redes de distribuição convencionais foram projetadas para serem passivas e a introdução da geração poderá causar problemas de ordem técnica que ainda precisam ser resolvidos. Tais problemas foram pesquisados e aqueles relacionados com os impactos sobre as correntes de curto-circuito foram enfatizados. As normas técnicas das concessionárias também foram investigadas porque seus requisitos, como a ligação dos transformadores de acoplamento, influem nas correntes de curto-circuito. Para se calcular as correntes de curto-circuito, desenvolveu-se uma planilha eletrônica cujos resultados foram validados com programas comerciais de análise de redes elétricas. Esta ferramenta foi utilizada para demonstrar, através de exemplos, o impacto causado pela geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e, posteriormente, para realizar as análises paramétricas nas quais a influência de cada variável foi avaliada. A aplicação do método paramétrico permitiu o estudo de possíveis limites para a potência de um gerador distribuído em função dos impactos admissíveis, de seu ponto de conexão, de seus parâmetros elétricos e dos parâmetros elétricos da rede. / The purpose of this thesis is to analyse the impacts of distributed generation on short-circuit currents and protection of the distribution utilities medium voltage networks using a parametric approach. The new regulations that are promoting the distributed generation in Brazil are the main motivation for this work. However, the conventional distribution networks were designed to be passive; therefore the integration of generation may cause some technical problems yet to be solved. Such problems were researched and those related to the impacts on short-circuit currents were emphasized. The utilities technical standards were also explored as their requirements affect the short-circuit currents (e.g. the transformers connections). A spreadsheet was developed in order to calculated the short-circuit currents and it was validated comparing its results to those of a commercial network analysis software. This tool was used to expose the impacts of distributed generation on short-circuit currents through examples and also to carry out parametric analysis in which the influence of every variable was evaluated. The application of a parametric method made it possible to define the maximum installed capacity of a distributed generator as a function of the allowed limits to the impacts on the short-circuit currents, its point of coupling, its electrical parameters and the electrical parameters of the network.

This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB. / Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para localização de faltas em redes primárias de distribuição de energia elétrica que possuem unidades de geração distribuída conectadas ao longo dos seus alimentadores. Esses algoritmos são capazes de efetuar a localização de faltas utilizando registros dos sinais de tensões e correntes realizados por dispositivos eletrônicos inteligentes, instalados nas saídas dos alimentadores de distribuição, além de informações que permitam determinar os valores das cargas conectadas nesses alimentadores, características elétricas, e o estado operativo da rede de distribuição. Ademais, este trabalho apresenta o estudo de modelos analíticos de unidades de geração distribuída e de cargas que poderiam contribuir positivamente com o desempenho dos algoritmos propostos. A validação dos algoritmos foi realizada através de simulações computacionais, utilizando modelos de rede implementados em ATP e os algoritmos foram implementados em MATLAB.

A presente dissertação apresenta e propõe um modelo para o monitoramento e avaliação de um sistema de distribuição de energia utilizando a técnica de manutenção com base nas condições de uso aplicada aos transformadores de potência e distribuição. O monitoramento dos transformadores baseado nas suas condições de uso permite inferir a taxa de degradação deste equipamento, de modo que a sua manutenção seja realizada de forma preventiva e não corretiva. A eficiência deste método de monitoramento é analisada em um sistema de distribuição de energia elétrica por meio do emprego do modelo de Markov. / This work presents and proposes a model to supervise and evaluate an electrical energy distribution system by applying the usage conditions based maintenance technique on the power and distribution transformers. Monitoring the distribution system transformers with the usage conditions technique allows the system administrator to perform a preventive maintenance instead of a corrective maintenance. The efficiency of this technique is evaluated on an electrical energy distribution system through the employment of the Markov model.

Os dispositivos Indicadores de Faltas (IFs) contribuem para a melhoria do processo de localização de faltas em alimentadores de distribuição e, consequentemente, para a qualidade do fornecimento de energia elétrica. Todavia, a grande dificuldade de se aplicar tais dispositivos em larga escala está na escassez de metodologias eficientes que apontem em quais pontos do sistema de distribuição eles devem ser instalados. Por isso, o presente trabalho propõe uma abordagem computacional evolutiva capaz de alocar dispositivos IFs em alimentadores primários de distribuição de energia elétrica. De forma mais específica, o problema de se obter o melhor local de instalação é solucionado por meio da técnica de Algoritmos Genéticos (AGs), que busca obter uma configuração eficiente de instalação de IFs no tronco principal do alimentador de distribuição. A metodologia proposta é aplicada a dois alimentadores reais. Aspectos de viabilidade técnica e financeira dos IFs também são analisados. Os resultados apresentados comprovam a eficiência da metodologia proposta. / Fault Indicator (FIs) devices have contributed to improve the location of faults on primary feeders, and consequently the reliability of distribution systems. However, one of the main problems facing their installation in a large scale in a distribution system is the lack of efficient methods to analyze big networks and to pinpoint exactly on which buses these devices should be placed. Thus, this paper proposes an evolutionary computing strategy to solve the problem of fault indicator placement in primary distribution feeders. Specifically, a genetic algorithm (GA) is employed to search for an efficient configuration of FIs, located at the best positions in the main feeder. The proposed methodology was applied in two actual distribution feeders. Technical and financial viability aspects are also analyzed. Finally, the results confirm the efficiency of the GA approach to the FI placement problem.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-04-19T14:40:10Z No. of bitstreams: 1 Mauro Luis Aquino.pdf: 3035613 bytes, checksum: fa5d18d391298888d25a933b6d6747fa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T14:40:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mauro Luis Aquino.pdf: 3035613 bytes, checksum: fa5d18d391298888d25a933b6d6747fa (MD5) Previous issue date: 2017-02-14 / This work addresses the predictive maintenance problem in operation centers of a transmission utility. Therefore, the primordial aspects are identified for the definition of a predictive inspection routine, which allows a check of points that guarantee periodic evaluations of the power system, so that the problems that occur can be detected in advance, allowing the maintenance crew to be activated before the occurrence of failures that actually affects the operation of the system. As part of the work, a survey was carried out with some Operation Centers of power system utilities in Brazil to give an idea of the application of maintenance and inspection concepts in the current national reality. Based on the results, it is shown to what extent the inspections adopted today in the Operational Centers of the various utilities have predictive characteristics, and an evaluation is made to identify if there are improvement points or not in this area. From the inspection philosophy proposed in this research, computational developments were carried out with the aim of developing a predictive inspection methodology to be adopted by the operators in a real time environment. The tool developed was applied at the Operation Center of the São Luís, using data from São Luís III Substation of Eletrobras Eletronorte and the results are discussed in order to highlight the advantages and disadvantages of the proposed tool and if it is able to meet the proposed objectives. / Este trabalho trata o problema de manutenção preditiva em centros de operação de uma concessionária de transmissão. São, portanto, identificados os aspectos primordiais para a definição de uma rotina de inspeção preditiva, que permita uma verificação de pontos que garantam avaliações periódicas do sistema elétrico, de modo que os problemas que vierem a ocorrer possam ser detectados de maneira antecipada e com isso, permitir que a equipe de manutenção possa ser acionada antes da incidência de falhas que realmente comprometam a operação do sistema. Como parte do trabalho foi realizada uma pesquisa junto a alguns centros de operação de empresas concessionárias de energia no Brasil, para que se possa ter uma ideia da aplicação dos conceitos de manutenção e inspeção na realidade nacional atual. Com base nos resultados demonstra-se até que ponto as inspeções hoje adotadas nos Centros de Operação das diversas empresas têm características preditivas e é feita uma avaliação para identificar se há pontos de melhoria ou não nesta área. A partir da filosofia de inspeção proposta nesta pesquisa foram realizados desenvolvimentos computacionais com o intuito de desenvolver uma metodologia de inspeção preditiva a ser adotada pelos operadores em ambiente de tempo real. A ferramenta desenvolvida foi aplicada no Centro de Operação de São Luís com base nos dados da Subestação de São Luís III da Eletrobras Eletronorte e os resultados são discutidos de forma a ressaltar as vantagens e desvantagens da ferramenta proposta e se esta tem condições de atender aos objetivos a que se propôs.