Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de estratégia global de controle de tensão que emprega programação não linear e duas extensões de estratégias de controle de tensão, encontrados na literatura. O principal objetivo destas estratégias é solucionar o problema de aumento de tensão nas redes de distribuição de baixa tensão, causado pela injeção de potência do gerador fotovoltaico distribuído. Estas estratégias de controle de tensão foram implementadas e analisadas a fim de verificar a sua eficácia e comparar os seus comportamentos. Para os testes, foram considerados a operação de geradores fotovoltaicos monofásicos e trifásicos distribuídos em um sistema teste de distribuição em baixa tensão. Os resultados mostraram que depois da aplicação das estratégias de controle, os perfis de tensão em regime permanente ficaram dentro da faixa de tensão permitida, obtendo-se uma mínima redução de potência ativa injetada dos geradores fotovoltaicos com os seus correspondentes fatores de potência. / Abstract: This work presents a proposal of a global voltage control strategy that use nonlinear programming and two extensions of voltage control strategies that are found in the literature. The main objective of these strategies is to solve the problem of voltage increase in low voltage distribution networks, caused by the power injection of the distributed photovoltaic generator. These voltage control strategies have been implemented and analyzed in order to verify their effectiveness and compare their behaviors. For the test, the operation of single-phase and three-phase photovoltaic generators distributed in a low voltage distribution test system were considered. The results showed that after the application of the control strategies, the steady-state voltage profiles were whihin the allowed voltage range, obtaining a minimum reduction of the active power injection of the photovoltaic generators with their corresponding powe factors. / Mestre

O presente trabalho apresenta, primeiramente, o desenvolvimento e aplicação de uma Ferramenta de Apoio à Decisão (FAD), seguindo os conceitos de Sistemas de Informação (SI), para facilitar o acesso e visualização de informações técnicas estratégicas, e que possa compor um Sistema de Apoio à Decisão (SAD) que englobe o portfólio de informações necessárias para o planejamento da priorização de obras de investimento e expansão das redes de distribuição de energia. A FAD proposta realiza o tratamento de um grupo de dados relativos a incidência de interrupções de energia da rede de distribuição de uma concessionária do setor elétrico, de forma a disponibilizar as informações depuradas para auxílio na tomada assertiva de decisão para aplicação de recursos para execução de ações de manutenção em rede de distribuição. Em seguida, exibe a inclusão de uma função de análise, no aplicativo desenvolvido como Ferramenta de Apoio à Decisão (FAD), baseada na priorização multicriterial AHP (Analytic Hierarchy Process). A aplicação do método AHP indica as estações avançadas da concessionária que possuem prioridade para a aplicação de recursos que visam à execução de ações de manutenção em rede de distribuição para a melhoria nos indicadores de continuidades do fornecimento de energia. / This paper first introduces the development and application of a Decision Support Tool (FAD), following the concepts of Information Systems (IS), to facilitate the availability and visualization of strategic techniques information, and can compose a Decision Support System (DSS) that encompasses the entire portfolio of information needed for planning the prioritization of investment works and expansion of power distribution networks. The proposed FAD performs the treatment of a group of data on the incidence of power outages in the distribution of the electric utility industry network in order to provide information to aid in purified assertive decision making for application of resources for execution maintenance actions in the distribution network. Then displays the inclusion of an analysis function, the application developed as a Tool for Decision Support (FAD), multicriteria prioritization based on AHP (Analytic Hierarchy Process). The application of AHP method indicates the advanced utility stations that have priority for use of funds aimed at the implementation of maintenance actions in the distribution network to improve the indicators of continuity of power supply.

Orientador: Prof. Dr. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / O ilhamento não intencional ocorre quando a proteção não é capaz de detectar a operação ilhada de parte do sistema de distribuição. Estas falhas ocorrem para condições específicas de geração e carga do subsistema ilhado, nas quais as variações de tensão e frequência após o ilhamento não são suficientes para sensibilizar a proteção. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para o cálculo do índice de risco de ilhamento não intencional de geradores eólicos distribuídos, considerando que estes geradores empregam relés de sub/sobrefrequência e sub/sobretensão para proteção anti-ilhamento. A metodologia desenvolvida utiliza curvas características de velocidade de vento de uma região e curvas de carga para identificar as possíveis condições de operação do sistema. Com a aplicação da metodologia proposta é possível avaliar o risco da proteção anti-ilhamento baseada em relés de sub/sobretensão e sub/sobrefrequência não detectar o ilhamento. Como resultado, a concessionária poderá avaliar se somente a proteção anti-ilhamento baseada nestes relés é suficiente, ou se devido ao alto risco de não detecção esquemas mais sofisticados devem ser empregados. / The unintentional islanding occurs when the protection is not able to detect the islanded part of the distribution system operation. These failures occur for specific conditions of generation and load islanded subsystem in which the variations of voltage and frequency after islanding are not sufficient to sensitize protection. In this work a methodology to calculate the unintentional islanding risk index of distributed wind generators is presented, considering that these generators employ under/overfrequency and under/overvoltage protection relays for anti-islanding. The methodology uses the characteristic curves of wind speed in a region and load curves to identify the possible operating conditions of the system. Proposed methodology can assess the risk of anti-islanding protection based on under/overvoltage and under/overfrequency relays not detect islanding condition. As a result, the utility can only assess whether the anti-islanding protection based on these relays is sufficient, or if due to the high risk of failure to detect more sophisticated schemes must be employed.

Orientador: Prof. Dr. Haroldo de Faria Junior / This dissertation presents a planning methodology to reduce emissions of greenhouse gases, applicable in active distribution networks, using renewable distributed generation and new control strategies. The studies done had as main objective the development of a methodology, applicable in distribution networks with feature of generation and variable load, to reduce emissions of greenhouse gases derived from electricity generation activities. The developed optimization methodology was based on the formulation of a AC optimal power flow (OPF) problem, integrating the new strategy of active networks management (ANM) that contains schemes such as coordinated voltage control (CVC), adaptive power factor control (PFC) and energy curtailment (EC). To solve the optimization problem, the modeling and optimization software AIMMS was used. The results show that significant reduction of greenhouse gas emissions can be achieved through the connection of renewable distributed generation in active distribution networks compared to passive networks. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / Nesta dissertação apresenta-se uma metodologia de planejamento para redução de emissões de gases de efeito estufa, aplicável em redes de distribuição ativas, usando geração distribuída renovável e novas estratégias de controle. Os estudos feitos tiveram como objetivo principal o desenvolvimento de uma metodologia, aplicável em redes de distribuição com característica de geração e carga variável, para reduzir emissões de gases de efeito estufa derivados das atividades de geração de energia elétrica. A metodologia de otimização desenvolvida foi baseada na formulação de um problema de fluxo de potência ótimo (FPO) AC multi-período integrando a nova estratégia de gestão de redes ativas (GRA), que contém esquemas como o controle de tensão coordenado (CVC), controle de fator de potência adaptativo (CFPA) e redução de energia (RE). Para resolver o problema de otimização, foi utilizado o programa computacional de modelagem e otimização AIMMS. Os resultados mostram que reduções significativas de emissões de gases de efeito estufa podem ser alcançadas mediante a ligação de geração distribuída renovável em redes de distribuição ativas em comparação com redes passivas.

Harmonic propagation studies of public distribution networks require accurate models of aggregate residential customers (groups of customers) that simulate the harmonic emission of the multitude of household appliances in the network. Most of the present models were developed with the component-based approach, where models of individual household appliances are combined to build the model of multiple customers. This approach requires high amount of input data, like models of individual household appliances and detail information of customer behavior and device composition, which is usually not easy to acquire. However, with the increasing number of PQ-analyzers in the networks, the measurement-based approach is now more and more considered for the modeling of aggregate customers. The measurement-based approach uses measurements of the network in combination with top-down methodologies to obtain models of the aggregate customers. Compared to the component-based approach it has several advantages, like inherent consideration of the real operating changes of the individual household appliances, variation of customer behavior, effect of line impedances, cancellation and attenuation effects, etc. This thesis presents the development of a time-series stochastic model of the low-order harmonic emission of aggregate residential customers based on a top-down measurement-based approach. The model represents the daily variation of the harmonic magnitudes and phase angles. Besides, the model includes the representation of the harmonic unbalances, which is of great importance for the proper analysis of harmonic propagation in medium-voltage networks. The model is parametrized for German networks, but the methodology can be applied to find the models of other regions or countries.

Les réseaux intelligents, ou Smart Grids, résultent de la combinaison des réseaux électriques et des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Ils s'accompagnent de changements de paradigmes comme l'insertion importante de production décentralisée et le développement de nouveaux modes de consommation, comme les véhicules électriques et les « consom'acteurs ». Des contraintes apparaissent ainsi sur des réseaux vieillissants et non dimensionnés pour ces nouveaux usages. Cette thèse étudie l'impact des nouveaux paradigmes sur les techniques de planification des réseaux électriques de distribution. Un premier outil utilisant un algorithme de recuit simulé adapté et des méthodes issues de la théorie des graphes a été développé pour dimensionner les réseaux à moindre coût, selon les règles usuelles de planification. Dans un second temps, une méthodologie combinant une approche de type Monte Carlo et la construction de profils annuels de charge a été proposée pour analyser l'impact de la production décentralisée et des véhicules électriques dans un contexte soumis à des incertitudes. La troisième étape du travail a été de mettre en place des fonctions avancées de conduite comme alternative aux solutions de renforcement, très coûteuses. Un regard particulier est porté sur les stratégies d'effacement. Enfin, une nouvelle planification opérationnelle combinant les précédents outils développés a été créée afin d'évoluer vers une planification des réseaux intelligents. / The Smart Grids are the combination of electrical networks and new information and communication technologies. They deal with a change of paradigms that are the insertion of distributed generation and the development of new forms of consumption, such as electric vehicles and prosumers. These changes induce many constraints on networks both aging and historically not sized for this context. This thesis studies the impact of these paradigms on the rules for electrical distribution networks planning. A first tool using an adapted simulated annealing algorithm and methods from graph theory was developed to size the networks at low cost, according to the usual rules for planning. Secondly, a methodology combining a Monte Carlo approach and the construction of annual load profiles was proposed to analyze the impact of distributed generation and electric vehicles in an environment subject to uncertainties. The third stage of the work was to implement advanced distribution automations as an alternative to reinforcement, which is very expensive. This part is focused on demand side management. Finally, a new operational planning combining the previous developed tools was created to move towards the planning of the Smart Grids.

With the emergence of the concept of Smart Grid (SG), the Power Distribution Systems are undergoing major changes in the way it is operated, studied and analyzed. The breakthrough technology of measurement, automation, control and telecommunication equipment, together with the reduction of the costs of acquisition and implementation, allowed Brazilian electric utilities to invest in automation, control and telecommunication, facing distribution networks. This technological development applied in the networks allows new studies and new methodologies to be developed and implemented by utilities in order to improve their technical and operational performance. Many studies are being conducted in order to propose automatic reconfiguration in the distribution networks, automatic restoration and distribution management system in real time, aiming to optimize the loads distribution, reduce energy losses, improve system reliability and the quality indicators of power supply, among other possible needs of the distribution company. Nowadays a fairly explored point is the switching through automatic devices, which have criteria and assumptions for execution in the network. Among the criteria and assumptions, there is the guarantee of coordination and selectivity of protective devices involved in the reconfiguration after switching and consequent topological change. The need for analysis of protective devices and possible reparameterization of them, justifies the development of a methodology through computational solution, able to analyze the coordination and selectivity of the devices (microprocessor reclosers) after network changes. It is due to this niche opportunities caused by technological development and changes in operating philosophy of distribution networks, that this dissertation has as main objective to develop a methodology to validate the operation condition of protective devices, ensuring the safety and system reliability and proposing new protection settings when needed, which consequently will allow network reconfigurations. / Com o surgimento do conceito de Smart Grid (SG), os Sistemas de Distribuição de Energia vêm sofrendo grandes modificações em sua forma de operação, estudo e análise. O grande avanço tecnológico dos equipamentos de medição, automação, controle e telecomunicação, aliado à redução dos custos de aquisição e implementação, permitiu que as distribuidoras brasileiras de energia elétrica realizassem grandes investimentos em automação, controle e telecomunicação, voltados para redes de distribuição. Este avanço tecnológico aplicado nas redes permite que novos estudos e novas metodologias sejam desenvolvidos e aplicados pelas concessionárias, a fim de melhorar o seu desempenho técnico operacional. Muitos estudos estão sendo realizados com o intuito de propor reconfigurações automáticas nas redes de distribuição, recomposição automática e gerenciamento do sistema em tempo real, sempre com o objetivo de otimizar a distribuição das cargas, reduzir as perdas de energia, melhorar a confiabilidade do sistema e os indicadores de qualidade do fornecimento de energia, entre outras possíveis necessidades da respectiva distribuidora. Atualmente um ponto bastante explorado são os chaveamentos através de dispositivos automatizados, os quais possuem critérios e premissas para efetivação em campo. Dentre os critérios e premissas, destaca-se a garantia da coordenação e seletividade dos equipamentos de proteção envolvidos na reconfiguração após a realização do chaveamento e consequente mudança topológica. A necessidade de análise dos dispositivos de proteção e possível reparametrização dos mesmos justifica o desenvolvimento de uma metodologia através de solução computacional, capaz de analisar a coordenação e seletividade dos dispositivos (religadores microprocessados), após mudanças na rede. É devido a este nicho de oportunidades causadas pelo desenvolvimento tecnológico e pelas mudanças na filosofia de operação das redes de distribuição, que esta dissertação tem por objetivo principal desenvolver uma metodologia que permita validar a condição de operação dos dispositivos de proteção, garantindo a segurança e a confiabilidade do sistema e propondo novos ajustes de proteção quando necessário, o que consequentemente permitirá reconfigurações de rede.

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O presente trabalho apresenta, primeiramente, o desenvolvimento e aplicação de uma Ferramenta de Apoio à Decisão (FAD), seguindo os conceitos de Sistemas de Informação (SI), para facilitar o acesso e visualização de informações técnicas estratégicas, e que possa compor um Sistema de Apoio à Decisão (SAD) que englobe o portfólio de informações necessárias para o planejamento da priorização de obras de investimento e expansão das redes de distribuição de energia. A FAD proposta realiza o tratamento de um grupo de dados relativos a incidência de interrupções de energia da rede de distribuição de uma concessionária do setor elétrico, de forma a disponibilizar as informações depuradas para auxílio na tomada assertiva de decisão para aplicação de recursos para execução de ações de manutenção em rede de distribuição. Em seguida, exibe a inclusão de uma função de análise, no aplicativo desenvolvido como Ferramenta de Apoio à Decisão (FAD), baseada na priorização multicriterial AHP (Analytic Hierarchy Process). A aplicação do método AHP indica as estações avançadas da concessionária que possuem prioridade para a aplicação de recursos que visam à execução de ações de manutenção em rede de distribuição para a melhoria nos indicadores de continuidades do fornecimento de energia. / This paper first introduces the development and application of a Decision Support Tool (FAD), following the concepts of Information Systems (IS), to facilitate the availability and visualization of strategic techniques information, and can compose a Decision Support System (DSS) that encompasses the entire portfolio of information needed for planning the prioritization of investment works and expansion of power distribution networks. The proposed FAD performs the treatment of a group of data on the incidence of power outages in the distribution of the electric utility industry network in order to provide information to aid in purified assertive decision making for application of resources for execution maintenance actions in the distribution network. Then displays the inclusion of an analysis function, the application developed as a Tool for Decision Support (FAD), multicriteria prioritization based on AHP (Analytic Hierarchy Process). The application of AHP method indicates the advanced utility stations that have priority for use of funds aimed at the implementation of maintenance actions in the distribution network to improve the indicators of continuity of power supply.

O objetivo deste estudo foi a elaboração e testes simulados, com dados elétricos reais, de metodologia para a operação de geração distribuída (GD) fotovoltaica, em baixa tensão e com exportação de excedentes, em sistemas de distribuição reticulado. A metodologia superou as limitações impostas pelos equipamentos de proteção chamados Protetores de Rede, inerentes à topologia de distribuição do tipo reticulado. Tais equipamentos inviabilizam a geração distribuída, que exporta excedentes para a rede externa por desconectarem os transformadores de média para baixa tensão, causando o ilhamento da GD, sempre que existir um fluxo de potência reverso, ou seja, no sentido do cliente para a concessionária. O objetivo foi alcançado por meio da criação de um simulador de subestação de reticulado exclusivo (Spot) de três transformadores nos qual os comportamentos dos protetores de rede eram testados com dados de fluxo de potência reais aquisitados em subestações de reticulado em Brasília (concessionária CEB) e em subestação do Instituto de Energia e Ambiente (IEE), da Universidade de São Paulo, onde existe uma instalação geradora fotovoltaica de 12kWp. Novos comportamentos dos protetores de rede foram simulados para compatibilizar tal fluxo reverso de potência e parâmetros críticos foram levantados. Nas simulações, encontraram-se caminhos viáveis de promover estas conexões com segurança e simplicidade. Estes novos comportamentos podem ser implementados no firmware dos relés de protetores de redes microprocessados. / The aim of this study was to develop and test a methodology for operation of photovoltaic distributed generation (DG) on secondary side of the Spot and Grid Network types of electricity distribution systems, allowing for the export of excess energy. This methodology did overcome the limitations imposed by the protective equipment known as Network Protector (NP), a standard equipment on secondary network distribution topology. Such equipments make exporting energy from distributed generation systems to the grid unfeasible because of the operational aspects of Network Protectors. This devices will disconnect the transformers whenever there is a reverse power flow, i.e. towards the utility, causing the islanding of the DG. The objective was achieved through the conception of a simulator for a Spot Network substation with three transformers where the behaviors of network protectors could be tested. Those simulations were performed with actual power flow data from real network substations in Brasilia city (CEB utility area) and the substation at the Institute for Energy and Environment (IEE) at the University of Sao Paulo, where a photovoltaic generating facility of 12kWp exists. New behaviors were simulated in order to make the NPs to manage the expected reverse power flow successfully. The most important parameters for the model were explained. Viable ways to connect exporting photovoltaic DG to secondary networks safely and simply have been found by means of these simulations. These new behaviors could be embedded in the firmware of the NP´s microprocessor based relays.