Orientadores: Paulo de Barros Correia, Ieda Geriberto Hidalgo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T12:05:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_RegianeSilvade_D.pdf: 4190585 bytes, checksum: c320645bbd13fd28d572f5b9751d4ff7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho propõe um modelo de despacho ótimo no horizonte diário de operação, que permite coordenar a operação entre uma usina eólica e uma usina hidrelétrica. Nessa abordagem, a usina eólica é despachada em primeira instância. Para suprir eventuais saídas forçadas que possam ocorrer na geração eólica, aloca-se um valor de reserva girante incremental na usina hidrelétrica usando o conceito de Value at Risk como métrica de risco da geração eólica. O modelo é formulado como um problema multiobjetivo que busca maximizar a geração de energia e minimizar o número de partidas e paradas da usina hidrelétrica. O acoplamento hidráulico é considerado através da meta diária de defluência da usina. O problema é solucionado em duas etapas. A primeira resolve 24 problemas estáticos, que representam o despacho horário da usina hidrelétrica, separadamente. Essa etapa emprega o Algoritmo Genético para otimizar a operação da usina em termos da geração de energia elétrica. A segunda etapa soluciona o problema dinâmico, ou seja, o despacho diário da usina. A natureza do problema dinâmico, correspondendo à obtenção de caminhos mínimos eficientes em termos de partidas e paradas, sugeriu o uso da técnica de Otimização por Colônia de Formigas. As restrições de reserva girante, meta de defluência, atendimento do contrato de demanda e limites operacionais das usinas são plenamente satisfeitas. A diferença entre os montantes de energia produzidos e contratados é liquidada no mercado de curto prazo e valorada ao preço de liquidação das diferenças. O modelo se mostrou adequado em termos de tempo computacional e em relação à qualidade das soluções obtidas / Abstract: This work proposes an optimal dispatch model in the daily horizon, which coordinates the operation of a wind farm and a hydroelectric plant. In this approach the wind farm is dispatched first. In order to provide eventual faults that may occur in the wind farm generation, an incremental spinning reserve is allocated in the hydroelectric plant using the concept of Value at Risk. The model is formulated as a multiobjective problem which seeks to maximize the energy generation and to minimize the number of start-ups and shut-downs of the hydroelectric plant. The plant¿s hydraulic coupling is considered through the daily released flow goal. The model is solved in two stages, the first one solves, separately, 24 static problems that represents the hourly dispatch of the hydroelectric plant. This stage employs Genetic Algorithm to optimize the operation of the hydroelectric plant in terms of electric energy generation. The second stage considers the dynamic problem, which is the plant¿s daily dispatch. The nature of the dynamic problem, which implies in obtaining efficient shortest paths in terms of start-ups and shut-downs, suggests the use of the Ant Colony Optimization. The spinning reserve, the released flow goal, the demand contract and the generating unit¿s operational limits are fully satisfied. The difference between the energy amounts produced and contracted are liquidated in the spot market and it is valuated with the settlement differences price. Regarding computational costs and solutions quality, the model suitability is shown / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutora em Planejamento de Sistemas Energéticos

[EN] New objectives for energy generation from renewable sources have led to an increase in not only installed, but also planned off-shore wind power plants. These facilities are located in particularly favourable geographical area like the North Sea due to their proximity to the coast and the shallowness of these bodies of water. The evacuation of the energy produced by the off-shore wind power plants to the transmission networks poses a technological challenge, and reliable and robust marine facilities have been due to. When distance to the shore is more than 60 km, HVDC links have proved to be the most cost-effective solution. The first option for converters was the line commutated ones (LCC). However, voltage source converter (VSC) has gained the most ground. But these are not the sole true alternatives. Taking into consideration both wind turbines and their connection to the HVDC link, control strategies that allow the use of other types of converters can be set, such as uncontrolled diode bridge rectifiers (DR). Some advantages of using this type of converter are the reduction in conduction losses, the reduction in installation costs and increased reliability. This theoretical solution in likely to be marked in the hands of the company SIEMENS, who has already announced that the first units will go on sale as early as 2016. Networks are becoming more extensive and now the interconnection of more than two points is necessary. Multiterminal systems have naturally emerged as a response to the needs of today's networks, increasing the flexibility and reliability of transmission systems. The facilities currently designed are using VSC converters. However if the connecting points already in service are to be expanded, it is necessary to consider hybrid multiterminal systems combining several technologies. This thesis proposes HVDC-DR-VSC hybrid system for connecting offshore wind plants to on-shore network (point-to-point link), and the connection of HVDC-DR stations to HVDC multiterminal networks. For this purpose components of both systems have been described and modelled, and control strategies have been proposed for proper operation, both in steady state and transient. Protection systems have also been envisaged for short circuits, in either marine and terrestrial network transmission grid or in HVDC link. Furthermore models and control strategies have been validated by PSCAD simulations and the corresponding analysis of small signal stability. Based on studies performed it can be concluded that the proposed hybrid multiterminal system is robust and stable; able to be integrated into transmission networks, offering support tasks to the network and achieving a reduction in the cost of traditional offshore wind farms. Optimization criteria has been used to calculate the distribution of currents between the VSC converters controlling voltage, meaning that losses are minimized in submarine cables. The calculation has been extended to the case of a n terminals network for both radial and meshed configuration. In the radial case, voltage control has been performed so that the optimum distribution is maintained without communications between terminals even if the operating point changes. The results obtained using wind turbines with permanent magnet synchronous generators can be extended to variable speed wind turbines with full power converters, which are known as Type 4. / [ES] Debido a los objetivos recientes de generación de energía a través de fuentes renovables, se ha producido un aumento de la potencia eólica de los parques marinos, tanto instalada como en proyecto. Estas instalaciones están localizadas en zonas geográficas particularmente favorables, como las del Mar del Norte, debido a la proximidad de la costa y la escasa profundidad de sus aguas. La evacuación de la energía de los parques eólicos marinos a las redes de transporte se convierte en un reto tecnológico buscando instalaciones fiables y robustas. Para distancias a la costa de más de 60 km, la opción más económica ha resultado ser las líneas de alta tensión en continua (HVDC). La opción que cuenta con más experiencia son los convertidores conmutados por red (LCC), aunque actualmente ganan terreno los convertidores de conmutación forzada, controlados por fuente de tensión (VSC). Pero éstas no son las únicas alternativas. Considerando los aerogeneradores que conforman el parque eólico y su conexión al enlace HVDC de forma conjunta, se pueden establecer estrategias de control que permitan el uso de otros tipos de convertidores, como son los rectificadores no-controlados con puentes de diodos (DR). Algunas de las ventajas del uso de este tipo de convertidor son la disminución en las pérdidas de conducción, la reducción en los costes de instalación y el aumento en la fiabilidad. Esta solución teórica verá pronto la luz en el mercado de la mano de la empresa SIEMENS, quien ya ha anunciado que las primeras unidades se pondrán a la venta en el año 2016. Las redes HVDC se están haciendo cada vez más extensas y es necesaria la interconexión de más de dos puntos surgiendo de forma natural los sistemas multipunto, más flexibles y fiables. Las instalaciones actualmente diseñadas están utilizando convertidores VSC. No obstante si se pretende extender estas redes conectándolas con puntos ya en servicio es necesario considerar los sistemas multipunto híbridos, donde convivan varias tecnologías. En la presente tesis se propone un sistema híbrido HVDC-DR-VSC para el conexionado de plantas eólicas marinas (enlace punto-a-punto), así como el conexionado de estaciones HVDC-DR a redes HVDC multipunto. Para ello se han descrito y modelado los componentes de ambos sistemas y se han propuesto estrategias de control para su correcto funcionamiento, tanto en régimen permanente como transitorio. También se han propuesto protecciones contra cortocircuitos, tanto en la red marina como en la red terrestre de transporte, o en el enlace HVDC. Los modelos y las estrategias de control se han validado mediante simulación con PSCAD y con los correspondientes análisis de estabilidad en pequeña señal. Tras todos los estudios realizados se puede concluir que el sistema multipunto híbrido propuesto es robusto y estable, capaz de integrarse en las redes de transporte ofreciendo funciones de soporte y posibilitando una reducción en los costes de las instalaciones eólicas marinas tradicionales. En el reparto de las corrientes entre los convertidores VSC que controlan la tensión continua se han utilizado criterios de optimización que minimizan las pérdidas en los cables submarinos. El cálculo se ha extendido al caso de una red de n terminales, tanto para la configuración radial como mallada. En el caso radial el control mantiene el reparto óptimo sin necesidad de comunicaciones entre los terminales, aún cambiando el punto de funcionamiento. Los resultados obtenidos utilizando aerogeneradores con máquina síncrona de imanes permanentes se pueden extender a aerogeneradores de velocidad variable con convertidores de plena potencia, los denominados Tipo 4. / [CA] A causa dels objectius recents de generació d'energia a través de fonts renovables, s'ha produït un augment de la potència eòlica dels parcs marins, tant de la potència instal.lada com de la que està en projecte. Aquestes instal.lacions estan localitzades en zones geogràfiques especialment propícies, com ara les del Mar del Nord, degut a la seua proximitat amb la costa i l'escassa profunditat de les aigües. L'evacuació de la energia dels parcs eòlics marins a les xarxes de transport es converteix en un repte tecnològic, buscant instal.lacions marines fiables i robustes. Quan la distància a la costa supera els 60 km, l'opció que ha resultat més econòmica són les línies d'alta tensió contínua (HVDC). L'opció amb més experiència son els convertidors commutats per xarxa (LCC) encara que actualment van guanyant terreny els convertidors de commutació forçada, controlats per font de tensió (VSC). Però aquestes no són les úniques alternatives. Si considerem els aerogeneradors i la connexió al enllaç HVDC de forma conjunta, es poden establir estratègies de control que permeten l'ús d'altres tipus de convertidors, com ho són els rectificadors no controlats en pont de díodes (DR). Els avantatges d'aquest tipus de convertidor són la disminució en les pèrdues de conducció, la reducció en els costos d'instal.lació i l'augment en la fiabilitat. Aquesta solució teòrica veurà prompte la llum en el mercat de la mà de l'empresa SIEMENS, qui ja ha anunciat que les primeres unitats es posaran a la venda l'any 2016. Les xarxes HVDC s'estan fent cada vegada més extenses i és necessària la interconnexió de més de dos punts. Sorgeixen llavors de forma natural els sistemes multipunt, augmentant la flexibilitat i fiabilitat dels sistemes de transmissió. Actualment, les instal¿lacions dissenyades estan utilitzant convertidors VSC. No obstant això, si es pretén estendre aquestes xarxes connectant-les amb punts ja en servei, és necessari considerar els sistemes multipunt híbrids, on convisquen diverses tecnologies. En la present tesi es proposa un sistema híbrid HVDC-DR-VSC per ala connexió de plantes eòliques marines (enllaç punt-a-punt) així com la connexió d'estacions HVDC-DR a xarxes HVDC multipunt. Per a això s'han descrit i modelitzat els components d'ambdós sistemes, i s'han proposat estratègies de control per al funcionament correcte, tant en règim permanent com transitori. També s'han proposat proteccions per a curtcircuits, tant en la xarxa marina com en la xarxa terrestre de transport, o en l'enllaç HVDC. Els models i les estratègies de control s'han validat per mitjà de simulació amb PSCAD i amb les corresponents anàlisis d'estabilitat en xicoteta senyal. Després de tots els estudis realitzats es pot concloure que el sistema híbrid multipunt proposat és robust i estable, capaç d'integrar-se en xarxes de transport, i d'oferir funcions de suport a la xarxa i possibilitar una reducció en els costos de les instal¿lacions eòliques marines tradicionals. En el repartiment dels corrents entre els convertidors VSC que controlen la tensió contínua s'han utilitzat criteris d'optimació, de manera que es minimitzen les pèrdues en els cables submarins. El càlcul s'ha estès al cas d'una xarxa de n terminals, tant per a la configuració radial com mallada. En el cas el control manté el repartiment òptim sense necessitat de comunicacions entre els terminals i encara que canvie el punt de funcionament. Els resultats obtinguts utilitzant aerogeneradors amb màquina síncrona d'imants permanents es poden estendre a aerogeneradors de velocitat variable amb convertidors de plena potència, els denominats de tipus 4. / Bernal Pérez, SI. (2015). Integración híbrida multipunto en el sistema eléctrico de grandes parques eólicos marinos a través de redes de alta tensión en continua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59408

A resistência à compressão uniaxial e o módulo de deformabilidade são parâmetros que descrevem o comportamento de materiais rochosos frente a solicitações por esforços. É prática corriqueira em investigações geológico-geotécnicas para projetos de engenharia estimar a resistência de maneira preliminar com base em propriedades de tenacidade, dureza e friabilidade, aferindo à rocha graus de coerência. Dados laboratoriais referentes a aspectos físicos, texturais e mineralógicos de arenitos da Formação Piramboia, Bacia do Paraná, amostrados via sondagens mistas na região de Anhembi e Santa Maria da Serra, Estado de São Paulo, foram correlacionados entre si e a parâmetros geomecânicos como resistência à compressão uniaxial, módulo de deformabilidade e graus de coerência. As fácies reconhecidas nos arenitos foram agrupadas em associações de dunas e interdunas e suas rochas classificadas como quartzo arenitos e arenitos feldspáticos ou subarcóseos, com cimentação principalmente de esmectita ou material argilo- ferruginoso. Encontraram-se correlações significativas da resistência à compressão uniaxial com tamanho médio dos grãos e densidade, inversa no primeiro caso e direta no segundo. Já o módulo de deformabilidade apresentou correlação significativa inversa com proporção de pelíticos, e direta com tamanho médio dos grãos, desvio padrão da distribuição granulométrica e grau de empacotamento. Arenitos característicos de inundações efêmeras em domínio de interdunas úmidas, com maiores teores de pelíticos, apresentaram módulos de deformabilidade baixos e resistências altas em comparação aos arenitos de demais fácies. Variações da composição mineralógica do arcabouço não se mostraram suficientes para influenciar significativamente o comportamento geomecânico dos arenitos. / The uniaxial compressive strength and the deformability modulus are parameters that describe the behavior of rock materials under stress. It is an everyday practice in geological and geotechnical investigations for engineering projects to estimate strength in a preliminary fashion, based on properties such as tenacity, toughness and friability, attributing to the rock a qualitative term describing its strength. Laboratorial data on physical, textural and mineralogical aspects of sandstones of the Piramboia Formation, Paraná Basin, obtained by core drillings in the region of Anhembi and Santa Maria da Serra, state of São Paulo, were correlated to each other and to geomechanical parameters such as uniaxial compressive strength, deformability modulus and qualitative terms describing their strength. The recognized sandstone facies were grouped in dune and interdune associations and their rocks were classified as quartz arenites and feldspathic arenites or subarkoses, whose cementation is mainly composed of smectite or ferruginous clay material. Significant correlations of uniaxial compressive strength with mean grain size and density were found, inverse in the first case and direct in the second. On the other hand, the deformability modulus showed a significant inverse correlation with the amount of pelitic material, and direct with mean grain size, standard deviation of grain size distribution and packing density. Sandstones characteristic of ephemeral floods in the domain of wet interdunes, with greater amounts of pelitic material, presented low values of deformability modulus and high strength values compared to the other facies. Variations in the mineral composition of the framework were not sufficient to significantly influence the geomechanical behavior of the sandstones.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

A resistência à compressão uniaxial e o módulo de deformabilidade são parâmetros que descrevem o comportamento de materiais rochosos frente a solicitações por esforços. É prática corriqueira em investigações geológico-geotécnicas para projetos de engenharia estimar a resistência de maneira preliminar com base em propriedades de tenacidade, dureza e friabilidade, aferindo à rocha graus de coerência. Dados laboratoriais referentes a aspectos físicos, texturais e mineralógicos de arenitos da Formação Piramboia, Bacia do Paraná, amostrados via sondagens mistas na região de Anhembi e Santa Maria da Serra, Estado de São Paulo, foram correlacionados entre si e a parâmetros geomecânicos como resistência à compressão uniaxial, módulo de deformabilidade e graus de coerência. As fácies reconhecidas nos arenitos foram agrupadas em associações de dunas e interdunas e suas rochas classificadas como quartzo arenitos e arenitos feldspáticos ou subarcóseos, com cimentação principalmente de esmectita ou material argilo- ferruginoso. Encontraram-se correlações significativas da resistência à compressão uniaxial com tamanho médio dos grãos e densidade, inversa no primeiro caso e direta no segundo. Já o módulo de deformabilidade apresentou correlação significativa inversa com proporção de pelíticos, e direta com tamanho médio dos grãos, desvio padrão da distribuição granulométrica e grau de empacotamento. Arenitos característicos de inundações efêmeras em domínio de interdunas úmidas, com maiores teores de pelíticos, apresentaram módulos de deformabilidade baixos e resistências altas em comparação aos arenitos de demais fácies. Variações da composição mineralógica do arcabouço não se mostraram suficientes para influenciar significativamente o comportamento geomecânico dos arenitos. / The uniaxial compressive strength and the deformability modulus are parameters that describe the behavior of rock materials under stress. It is an everyday practice in geological and geotechnical investigations for engineering projects to estimate strength in a preliminary fashion, based on properties such as tenacity, toughness and friability, attributing to the rock a qualitative term describing its strength. Laboratorial data on physical, textural and mineralogical aspects of sandstones of the Piramboia Formation, Paraná Basin, obtained by core drillings in the region of Anhembi and Santa Maria da Serra, state of São Paulo, were correlated to each other and to geomechanical parameters such as uniaxial compressive strength, deformability modulus and qualitative terms describing their strength. The recognized sandstone facies were grouped in dune and interdune associations and their rocks were classified as quartz arenites and feldspathic arenites or subarkoses, whose cementation is mainly composed of smectite or ferruginous clay material. Significant correlations of uniaxial compressive strength with mean grain size and density were found, inverse in the first case and direct in the second. On the other hand, the deformability modulus showed a significant inverse correlation with the amount of pelitic material, and direct with mean grain size, standard deviation of grain size distribution and packing density. Sandstones characteristic of ephemeral floods in the domain of wet interdunes, with greater amounts of pelitic material, presented low values of deformability modulus and high strength values compared to the other facies. Variations in the mineral composition of the framework were not sufficient to significantly influence the geomechanical behavior of the sandstones.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

Estudos convencionais de identificacao e de viabilidade de potenciais de producao de energia eletrica eolica e hidroeletrica de pequena escala demandam trabalhos de campo que, muitas vezes, implicam na inviabilidade economica do negocio em funcao dos seus onerosos custos. Alem disso, a execucao desses trabalhos nao assegura ao investidor a recuperacao desses onerosos recursos despendidos, principalmente se o potencial estudado apresentar inviabilidade tecnico-economica. Acrescenta-se ainda a esse risco, a possibilidade do investidorexecutor dos estudos iniciais (estimativa e inventario/viabilidade) nao contrair a outorga de exploracao do potencial, que e oferecida publicamente pelo Orgao Regulador. Entretanto, esse risco pode ser mitigado com a indicacao orientativa de viabilidade, com custos reduzidos. Por outro lado, ha uma forte tendencia de implantacao de pequenas centrais de producao de energia, caracterizadas como \"Geracao Distribuida\" (GD), em virtude dos atuais incentivos regulatorios para essas fontes, das recentes restricoes ambientais e da escassez de investimentos em grandes projetos. Neste contexto, esta dissertacao apresenta um modelo de obtencao de pre-viabilidade de potenciais fundamentado em caracteristicas tecnicas de componentes de Usinas Eolicas (EOL\'s) e Pequenas Centrais Hidreletricas (PCH\'s), com atributos fisicos geograficamente representados e consultados em um ambiente de geoprocessamento informatizado. Esse modelo proposto realiza estimativa de indicadores tecnico-economicos de centrais, produzindo estudos de pre-viabilidade com rapidez e baixo custo. De posse desse modelo o investidor pode simular a implementacao de varios aproveitamentos eolicos e hidroeletricos, antes de mobilizacao e de levantamentos de campo mais precisos e onerosos, obtendo dessa forma orientacoes importantes para direcionar sua atencao, com minimizacao de incertezas envolvidas na pre-viabilidade do potencial. / Identification and viability studies on small scale production of electrical energy based on wind and hydro power conventionally demand onerous field work whose costs frequently imply economic unfeasibility of the business. Moreover, the execution of these works does not assure that the investor will recover its expended resources, mainly if the potential analysis of the business demonstrates its technical and economic unfeasibility. Additionally, there is the possibility of not contracting the concession to this potential exploration, which is publicly offered by the Regulatory Agency, by the investor-executor of the initial studies (estimative, inventory and viability). However, this risk can be mitigated by the guiding indication of viability, with reduced costs. On the other hand, it has one strong trend of implantation of smallscale power generation, characterized as \"Distributed Generation\" (DG), because of its current legal incentives and also because of the recent ecological restrictions and the scarcity of investments in large enterprises. In this context, this work presents a pre-viability of potentials attainment model based on technical characteristics of Wind Plants and Small Hydroelectric Plants (SHP\'s) components, whose physical attributes are geographically represented and consulted in a geographic information system. The proposed model estimates the technical and economical pointers of power plants, producing fast and low-cost studies of pre-viability. Trough this model the investor can simulate wind power and hydropower exploration before mobilizating onerous and accurate field researches, getting an important guiding to its priorities, minimizing uncertainties in the process.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-23T21:14:46Z No. of bitstreams: 1 JonathanQueiroz.pdf: 631286 bytes, checksum: 2cab2a7d6e496bf574ddef1f49a77440 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T21:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonathanQueiroz.pdf: 631286 bytes, checksum: 2cab2a7d6e496bf574ddef1f49a77440 (MD5) Previous issue date: 2016-03-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / The discrete Riccati algebraic equation has played an increasingly important role in optimal control theory and adaptive ltering. For this reason, various techniques have been developed to solve the DARE, for example the approach based on self vectors or approaches related to invariant subspaces [1], which require mathematical rigor and precision. However, these approaches present a number of problems, among them the fact that they can not be implemented in real-time due to its high computational cost to estimate the solution of DARE in many systems, especially systems with higher order three. In order to overcomes this problem, we propose to solve the DARE using as an estimator based on the sum of potential error pairs. The estimator is similar to the Recursive Least Squares (RLS), but with a better performance in terms of convergence speed and estimation accuracy without a signi- cant increase in computational complexity. The estimator is called Recursive Least Non-Squares (RLNS). One other aspect in unraveling the general DARE is to ensure that DARE is numerically well conditioned. To perform the numerical conditioning of DARE, a matrix decomposition technique known as Moore-Penrose inverse or generalized inverse is used. The proposed method is evaluated in a multivariate system 6th order corresponding to the wind generator. The method is evaluated under the numerical stability point of view and speed of convergence. / A equação algébrica Riccati discreta (discrete algebraic Riccati equation (DARE)) tem desempenhado uma papel cada vez mais importante na teoria de controle ótimo. Por esse motivo, varias técnicas tem sido desenvolvidas para solucionar a DARE, por exemplo a abordagem baseada em auto vetores ou ainda abordagens relacionadas a subespaços invariantes, as quais requerem rigor e precisão matemáticas. No entanto, estas abordagens apresentam uma serie de problemas, dentre eles, o fato de não poderem ser implementadas em tempo real devido ao seu alto custo computacional para estimar a solução da DARE em diversos sistemas, sobretudo sistemas com ordem superior a três. Com o intuito de contorna este problema, propomos solucionar a DARE utilizando um estimador baseado na soma das potencias pares do erro. O estimador e similar ao Recursive least squares (RLS), mas com um desempenho melhor em termos de velocidade de convergência e precisão de estimativa, sem aumento significativo da complexidade computacional. O estimador é denominado Recursive Least Non-Squares (RLNS). Um outra aspecto para que possamos solucionar a DARE de forma geral, e garantir que a DARE seja numericamente bem condicionada. Para efetuar o condicionamento numérico da DARE, será utilizada uma técnica de decomposição matricial conhecida como inversa de Moore-Penrose ou inversa generalizada. A metodologia proposta e avaliada em um sistema multivariavel de 6th ordem correspondente ao gerador eólico.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-04-27T16:14:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoOtimaParques.pdf: 11975277 bytes, checksum: c96a8c0f3b1f7b1d031757fa1dca4ddb (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-04T13:20:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoOtimaParques.pdf: 11975277 bytes, checksum: c96a8c0f3b1f7b1d031757fa1dca4ddb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T13:20:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoOtimaParques.pdf: 11975277 bytes, checksum: c96a8c0f3b1f7b1d031757fa1dca4ddb (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Esta dissertação propõe uma abordagem probabilística para determinar a ótima localização, dimensionamento e fator de potência de parques eólicos em sistemas de distribuição com base em Algoritmo Genético. O método proposto considera a natureza intermitente da geração eólica e da carga para minimizar as perdas anuais de energia no sistema em estudo. Recentes avanços tecnológicos possibilitaram a operação de parques eólicos fornecendo potência reativa para o sistema, sendo importante considerar a possibilidade de operação com diferentes valores de fator de potência. O sistema utilizado é uma rede de distribuição com 33 barras e os resultados comprovaram a eficácia do método proposto e a importância de considerar as incertezas da carga e do vento no planejamento de sistemas de energia elétrica. / This master’s thesis proposes a probabilistic approach to determine the optimal location, sizing and power factor of wind parks in power systems based on Genetic Algorithm. The proposed method considers the intermittent nature of wind and load to minimize the annual energy losses in the system under study. Recent technological advancement has created the opportunity to operate wind parks injecting reactive power into the system, making important to consider different power factor modes. The test system used is a distribution system with 33 buses and the results proved the efficiency of the proposed method and the importance to consider load and wind uncertainties in power system planning.

Estudos convencionais de identificacao e de viabilidade de potenciais de producao de energia eletrica eolica e hidroeletrica de pequena escala demandam trabalhos de campo que, muitas vezes, implicam na inviabilidade economica do negocio em funcao dos seus onerosos custos. Alem disso, a execucao desses trabalhos nao assegura ao investidor a recuperacao desses onerosos recursos despendidos, principalmente se o potencial estudado apresentar inviabilidade tecnico-economica. Acrescenta-se ainda a esse risco, a possibilidade do investidorexecutor dos estudos iniciais (estimativa e inventario/viabilidade) nao contrair a outorga de exploracao do potencial, que e oferecida publicamente pelo Orgao Regulador. Entretanto, esse risco pode ser mitigado com a indicacao orientativa de viabilidade, com custos reduzidos. Por outro lado, ha uma forte tendencia de implantacao de pequenas centrais de producao de energia, caracterizadas como \"Geracao Distribuida\" (GD), em virtude dos atuais incentivos regulatorios para essas fontes, das recentes restricoes ambientais e da escassez de investimentos em grandes projetos. Neste contexto, esta dissertacao apresenta um modelo de obtencao de pre-viabilidade de potenciais fundamentado em caracteristicas tecnicas de componentes de Usinas Eolicas (EOL\'s) e Pequenas Centrais Hidreletricas (PCH\'s), com atributos fisicos geograficamente representados e consultados em um ambiente de geoprocessamento informatizado. Esse modelo proposto realiza estimativa de indicadores tecnico-economicos de centrais, produzindo estudos de pre-viabilidade com rapidez e baixo custo. De posse desse modelo o investidor pode simular a implementacao de varios aproveitamentos eolicos e hidroeletricos, antes de mobilizacao e de levantamentos de campo mais precisos e onerosos, obtendo dessa forma orientacoes importantes para direcionar sua atencao, com minimizacao de incertezas envolvidas na pre-viabilidade do potencial. / Identification and viability studies on small scale production of electrical energy based on wind and hydro power conventionally demand onerous field work whose costs frequently imply economic unfeasibility of the business. Moreover, the execution of these works does not assure that the investor will recover its expended resources, mainly if the potential analysis of the business demonstrates its technical and economic unfeasibility. Additionally, there is the possibility of not contracting the concession to this potential exploration, which is publicly offered by the Regulatory Agency, by the investor-executor of the initial studies (estimative, inventory and viability). However, this risk can be mitigated by the guiding indication of viability, with reduced costs. On the other hand, it has one strong trend of implantation of smallscale power generation, characterized as \"Distributed Generation\" (DG), because of its current legal incentives and also because of the recent ecological restrictions and the scarcity of investments in large enterprises. In this context, this work presents a pre-viability of potentials attainment model based on technical characteristics of Wind Plants and Small Hydroelectric Plants (SHP\'s) components, whose physical attributes are geographically represented and consulted in a geographic information system. The proposed model estimates the technical and economical pointers of power plants, producing fast and low-cost studies of pre-viability. Trough this model the investor can simulate wind power and hydropower exploration before mobilizating onerous and accurate field researches, getting an important guiding to its priorities, minimizing uncertainties in the process.