Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-09Bitstream added on 2014-12-02T11:20:52Z : No. of bitstreams: 1 000800416.pdf: 2311877 bytes, checksum: f629d00e218c2c0a0cf8ad5ebcace685 (MD5) / Este trabalho de pesquisa apresenta a análise, simulação e um protótipo de um Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), aplicado ao sistema de distribuição de energia elétrica. Será abordado os princípios de operação do mesmo e uma modelagem em Matlab/Simulink do compensador proposto e do alimentador de distribuição. Um enfoque maior será apresentado no que se refere à regulação de tensão em malha fechada deste dispositivo, realizado para manter a tensão sobre a barra de carga dentro de níveis adequados. Assim, através de um sistema compensado, utilizou-se um controle proporcionalintegral (PI) para regular a tensão na carga de acordo com um valor de referência estipulado. Por meio de um Digital Signal Processor (DSP) foi possível implementar o controle do DTCSC em malha aberta e obter formas de onda da sua atuação na região capacitiva / This research presents analysis, simulation and a prototype of a Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), applied to the electric power distribution system. Principles for its operation and modeling in Matlab/Simulink of the proposed compensator and feeder distribution will be discussed. A focus will be presented with regard to voltage regulation in a closed loop this device, performed to maintain tension on the load bar within appropriate levels. Thus, using a compensated system, we used proportionalintegral (PI) control to regulate the load voltage according to a prescribed reference value. Through a Digital Signal Processor (DSP) has been possible to implement the control of DTCSC open-loop and obtain waveforms of their performance in capacitive region

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-19Bitstream added on 2014-12-02T11:20:50Z : No. of bitstreams: 1 000800395.pdf: 8014277 bytes, checksum: 4d3812c95097038d04def6f44aa4be16 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, apresenta-se um método de simulação por quadrículas para os estudos de previsão espacial da densidade de carga nos sistemas de distribuição de energia elétrica da zona urbana, o qual pode ser considerado como uma ferramenta de auxílio para os planejadores das empresas de distribuição durante o processo de planejamento da expansão dos sistemas de distribuição no médio e longo prazo. No método proposto, são utilizados conceitos da geometria fractal para melhorar a caracterização da distribuição espacial do consumo de energia elétrica na zona urbana da cidade. Além disso, considera-se a disponibilidade atual de dados nas empresas de distribuição como: o conjunto de dados georreferenciados dos elementos da rede e mapas da zona de concessão urbana. Uma das contribuições deste trabalho é apresentar um modelo que realiza a simulação de forma conjunta do crescimento de carga por causa da: expansão da cidade, livre vontade dos habitantes para povoar em regiões disponíveis e influência das infraestruturas urbanas para atrair ou repelir novos usuários. Assim, este modelo pode ajudar na criação de cenários prospectivos no planejamento da expansão da rede elétrica, considerando o crescimento dinâmico da zona urbana na cidade. O método proposto foi testado em um sistema de distribuição real de uma cidade de médio porte. O resultado do método é um mapa com a distribuição espacial da densidade de carga simulada na zona de estudo, que mostra as subáreas com maior crescimento na sua densidade de carga. Desta forma, esse mapa permite a verificação da capacidade dos equipamentos do sistema de distribuição, a fim de suprir tal crescimento de carga. O modelo proposto é avaliado utilizando uma análise espacial do erro cometido na alocação de cargas no processo de simulação da densidade de carga existente, a qual mostra uma eficácia para caracterizar o padrão espacial de consumo de energia elétrica, com um erro global de simulação menor que 3% da carga total instalada na cidade. / This thesis presents a grid-based simulation method for spatial load forecasting studies in the electric distribution systems in the urban area. This approach can be considered as a useful tool to aid planning engineers in the process of distribution systems expansion planning in the mid- and long-term. The fractal geometry concepts are used to improve the characterization of the spatial pattern of the load density in the urban area considering the available data on the electrical distribution utilities, using a data georeferenced of network elements and maps of the urban area. One of the contributions of this work is a tool to jointly simulate: the expansion of the city, the free decision of inhabitants to populate regions, and the influence of urban infrastructure to attract or repel new users. Thus, this model can help creating future scenarios in the process of distribution systems expansion planning considering the dynamic growth of the urban area. The proposed method was tested in a real distribution system of a medium-sized city. The result is a map of the spatial distribution of the load density simulated in the study area, which shows the subareas with high growth in their load density. This map allows the verification of the distribution system capacity in order to meet the load growth. The proposed model is evaluated using a spatial analysis of the loads allocation error in the simulation of the actual load density; it shows an efficacy to characterize the spatial pattern of consumption of electricity with a simulation global error inferior to 3% of the total load installed in the city.

Esse trabalho tem por objetivo aprimorar a principal atividade das empresas de distribuição no que diz respeito ao combate às perdas comerciais: as inspeções em campo às unidades consumidoras (UCs). Para tanto, é feita a proposição de um método para identificar quedas de consumo atípicas dentro do universo de faturamento de UCs de uma concessionária de energia elétrica. A proposta está fundamentada na análise dos registros históricos de consumo, de modo que os dados considerados atípicos possam ser indicados e as UCs ranqueadas de acordo com a prioridade para as inspeções em campo. Para tanto, propõe-se a utilização combinada de técnicas de previsão de demanda e de estatísticas robustas. A validade do método foi verificada através de um estudo de caso em uma empresa de distribuição de energia elétrica do sul do Brasil. Através do estudo de caso, concluiu-se que o método é capaz de identificar quedas de consumo atípicas, tendo identificado satisfatoriamente 89,38% dos casos avaliados. Ao final do trabalho, são apresentadas sugestões de estudos complementares, de modo a aperfeiçoar o desempenho do método. / This study aims to enhance the main business of distribution companies regarding to the efforts to avoid non-technical losses, that means, field inspections at the consumer units (CUs). For that, the proposition of an algorithm to identify atypical consumption falls within the universe of PAs billing of an electric facility is made. The proposal is based on the analysis of historical records of consumption, so that the data which are considered atypical can be indicated and the CUs ranked according to their priority for inspections in the field. Combined techniques of demand forecasting and statistics robust are proposed. The validity of the algorithm was verified through a case study in an electric power distribution facility in southern Brazil. Through the case study, it was concluded that the algorithm is able to identify atypical consumption falls, and satisfactorily 89.38% of the cases was identified. At the end of this paper, suggestions for further studies in order to improve the performance of the algorithm are presented.

As metodologias de análise de curto-circuito aplicadas a sistemas elétricos de potência apresentaram uma considerável evolução ao longo do último século e foram desenvolvidas inicialmente para o estudo de faltas em sistemas de transmissão de energia elétrica. Estes sistemas possuem características equilibradas e utilizam o método de componentes simétricas para a estimativa do estado do sistema no período durante a falta. O emprego deste método para a determinação das correntes de cur-tos-circuitos em sistemas desequilibrados, por requerer simplificações e considera-ções que viabilizem sua aplicação, incorre em erros que crescem com o aumento do grau de desequilíbrio dos sistemas. Para o estudo de faltas em sistemas de distribui-ção de energia elétrica, que são inerentemente desequilibrados, a aplicação do mé-todo de componentes de fase permite a obtenção de resultados mais precisos, pois considera modelos que representam o desequilíbrio do sistema. Este trabalho apre-senta um estudo analítico e numérico que analisa a influência dos desequilíbrios e da resistência de falta no cálculo das correntes de curtos-circuitos em sistemas de distri-buição empregando o método de componentes de fase, que constitui atualmente o estado da arte para o estudo de faltas nestes sistemas. A partir de um sistema de dis-tribuição simplificado, modelado com matrizes de impedâncias e admitâncias trifási-cas, calculadas na frequência fundamental do sistema, é apresentada uma equação matricial generalizada, que determina a corrente de falta que flui por uma impedância de falta, para uma dada condição faltosa. A equação proposta é analisada analítica e numericamente para o caso de faltas fase-terra. Simulações numéricas de estudos de caso em um sistema sem laterais ou cargas intermediárias, considerando diferentes graus de desequilíbrios e resistências de falta, apresentam resultados que quando comparados com os resultados para um sistema idealmente equilibrado mostram a influência que o efeito do desequilíbrio possui na determinação das correntes de curtos-circuitos e ratificam a contribuição do estudo proposto. / The approaches to short-circuit analysis of electric power systems have con-siderably improved over the last century. They were initially developed to study faults in electric power transmission systems, that have balanced characteristics and the symmetrical component method is used. As the use of this method to determine short-circuit currents in unbalanced systems requires simplifications and considera-tions to suit its application, it incurred a error increase as the systems unbalance de-gree grows. The phase components method allows more accurate results for faults study in electric power distribution systems which are inherently unbalanced as it takes into consideration models that represent the systems unbalance. Therefore an analytical and numerical study that analyses imbalance and fault resistance influence over short-circuits currents calculation in distribution systems is discussed in this work. The currently state-of-the-art method, phase components, is used to calculate faults in unbalanced systems. From an elementary distribution system modeled with three-phase impedances and admittances matrices, it is presented a general matrix equation that expresses the fault current that flows through a fault impedance due to certain fault conditions. The resulting equation is analytically and numerically ana-lysed for this fault type. Numerical simulations of a system with no lateral or inter-mediate loads, considering different imbalance degrees and fault resistances, gener-ate results that compared to the results of an ideally balanced system show the influ-ence of the systems unbalance on the fault.

A melhora da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica é um tema importante para as indústrias de fornecimento de eletricidade, devido aos regulamentos estritos em muitos países. Depois de uma falha na rede, algumas chaves são usadas para isolar a falha, enquanto outras restauram a energia a alguns consumidores. A ótima seleção das chaves que serão abertas ou fechadas para restaurar a energia é conhecido como o problema de restauração de serviço. A instalação de chaves em posições estratégicas pode reduzir o tempo de parada, e assim melhorar a confiabilidade da rede. A seleção ótima de posições para instalar chaves é conhecido como o problema de alocação de chaves. Estes dois problemas estão relacionados estreitamente. Esta dissertação estuda o problema de alocação de chaves, considerando o problema de restauração de serviço como um subproblema. Dois métodos são propostos para estimar a confiabilidade de uma rede de distribuição com um conjunto dado de chaves instaladas. O foco principal está nas heurísticas para resolver o problema composto. Propõe-se aqui métodos como busca tabu, procedimento de busca gulosa adaptativa aleatória (sigla em inglês: GRASP), e procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos. Também estuda-se o benefício dos métodos de construção gulosa, semigulosa, aleatória e por amostras, e estuda-se o desempenho das estratégias de busca local por amostras, primeira melhoria e melhor melhoria. Os diferentes métodos são comparados e analisados. Os resultados mostram que os métodos por amostras são baratos e levam a soluções de boa qualidade. O procedimento iterativo de construção por amostras com reconexão de caminhos é o melhor método proposto para resolver o problema composto que é proposto nesta dissertação. / The improvement of reliability in electrical power distribution networks is an important issue for electricity supply industries, due to strict regulations in many countries. After a failure in the network, some switches are used to isolate the failure, while others restore the energy to some consumers. The optimal selection of the switches to open or close to restore energy is called the service restoration problem. The installation of switches in strategic places may reduce the outage time in case of blackouts, and thus improve the reliability of the network. The optimal selection of places to install switches is called the switch allocation problem. These two problems are closely related. This dissertation studies the switch allocation problem, considering the service restoration problem as a sub-problem. Two methods are proposed to estimate the reliability of a distribution network with a given set of installed switches. The main focus is in heuristics to solve the joint problem. It proposes methods like tabu search, greedy randomized adaptive search procedure, and iterated sample construction with path relinking. It also studies the benefit of greedy, semigreedy, random, and sample construction methods, and studies the performance of sample, first improvement and best improvement local search strategies. The different methods are compared and analyzed. The results show that sample approaches are inexpensive and lead to solutions of good quality. Iterated sample construction with path relinking is the best method to solve the joint problem that is proposed in this dissertation.

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Dilson Amancio Alves / Banca: Fábio Roberto Chavarette / Banca: Fernanda Caseño Lima Trindade / Banca: Luciana Cambraia Leite / Resumo: Nesta pesquisa apresenta-se o desenvolvimento de um sistema inteligente que realize, de maneira integrada, o diagnóstico e o prognóstico de falhas nos sistemas de distribuição de energia elétrica de maneira proativa. Trata-se de um procedimento para identificar, classificar e localizar situações críticas de defeitos que potencialmente podem provocar danos em componentes do sistema em um estágio incipiente àquele que venha causar a interrupção do fornecimento de energia aos consumidores. Este sistema inteligente baseia-se no uso combinado da transformada wavelet, teoria da evidência de Dempster-Shafer e redes neurais artificiais, em especial uma arquitetura da família ART (Adaptive Resonance Theory), a rede neural ARTMAP-Fuzzy. Por ser uma arquitetura estável e plástica, esta rede neural permite a inclusão do módulo do treinamento continuado, o qual possibilita a extração do conhecimento sem a necessidade de reiniciar o processo de treinamento com a inclusão de novos padrões, diferentemente do que ocorre com a maioria das redes neurais. O sistema contempla as principais falhas caracterizadas por distúrbios de tensão e faltas de alta impedância. Resultados obtidos mostram a eficiência, confiabilidade e robustez da metodologia desenvolvida, o que permite sua aplicação em sistemas de tempo real / Abstract: This project presents the development of an intelligent system that performs, on an integrated way, the failure diagnosis and prognosis in electric power distribution systems. It is a procedure to identify, classify and localize critical situations of failures that can potentially cause damage to system's components in an incipient stage of that which will cause the interruption of electric power supply to consumers. This intelligent system is based on the combined use of wavelet transform, Dempster-Shafer theory of evidence and artificial neural networks, in special the ART (Adaptive Resonance Theory) family architecture, i.e., the ARTMAP-Fuzzy. Due to the stability and plasticity characteristics, this architecture enables the introduction of the continuous training module, which allows the knowledge extraction without the need to restart the training process when a new training pattern is included, unlike what happens in most neural networks. The system contemplates the main failures characterized by voltage disturbances and high impedance faults. Results show the efficiency, speed, reliability and robustness of the developed methodology, which allows its application in real-time systems / Doutor

O Setor Elétrico Brasileiro (SEB) passou por uma grande reestruturação, saindo de uma situação de monopólio estatal para uma de desestatização regulamentada. Neste processo, a interação entre os agentes, causada pelas privatizações ocorridas no setor, passou a condicionar a formação dos preços do mercado de energia elétrica e, consequentemente, dos contratos dela derivados. O presente trabalho coloca a eletricidade no contexto das outras commodities e debate suas características específicas; apresenta o Setor Elétrico Brasileiro (SEB) e o ercado Brasileiro de Energia Elétrica e discute a Formação dos Preços no Mercado de Curto Prazo Brasileiro. Foram usados dados históricos para a estimação dos parâmetros de um modelo que capta as principais características dos preços spot de energia elétrica e, lançando mão do Método de Monte Carlo (MMC) para a simulação desses preços, foi analisada a flexibilidade de compra e venda parcial de um contrato de energia elétrica, usando a Teoria de Opções Reais (TOR). Concluiu-se que essa flexibilidade agrega valor aos contratos de energia. / The Brazilian Electric Power Industry (SEB) has undergone a major restructuring moving from a situation of state monopoly to a regulated privatization. In this process, interaction among agents took place in the industry, influencing electricity spot prices and consequently power derivative contracts. This work: places electric power in the context of other commodities and discusses its specific characteristics; presents the Brazilian Power Companies and the Brazilian Electricity Market and discusses the formation of short-term prices in Brazil. We used historical data to carry out the parameters' estimation of a model that captures the main characteristics of electricity spot prices and we analyzed a flexibility of partial buying or selling of one energy contract using the Real Options Approach (ROA), employing Monte Carlo Method (MCM) to simulate these prices. We concluded that this flexibility adds value to power contracts. / Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção de grau de Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção do Departamento de Engenharia Industrial da PUC-Rio / Orientador: Carlos Patrício Samanez; Co-orientador: Tara Keshar Nanda Baidya / Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 2012 / Bibliografia: p. 104-111

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-20Bitstream added on 2014-06-13T20:29:04Z : No. of bitstreams: 1 lima_fpa_me_ilha.pdf: 1444962 bytes, checksum: f814ed07710ed9ad108eae8a90aec20d (MD5) / Neste trabalho apresenta-se um método para detecção e classificação de distúrbios de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica. A partir das oscilografias de tensão, medidas na subestação, aplica-se o algoritmo de seleção negativa de um sistema imunológico artificial para diferenciar os sinais entre próprios e não-próprios. Os sinais classificados como próprios representam a operação normal do sistema, isto é, alimentador sem a presença de distúrbio, e os classificados como não-próprios são sinais onde há a presença de uma anormalidade. A análise dos sinais é realizada através do janelamento das oscilografias onde são realizadas comparações entre os sinais e os detectores previamente criados, avaliando a afinidade entre as janelas. Caso a afinidade entre os sinais ultrapasse um limiar preestabelecido pelo operador, é encontrado um casamento, e o sinal é classificado. Com esta proposta busca-se a concepção de um método que possa ser modificado facilmente, para atender a permanente evolução das tecnologias das subestações. Para validar e avaliar o desempenho do método foram realizados testes com quatro sistemas de distribuição de energia elétrica, sendo três sistemas testes de 5, 33 e 84 barras e um sistema real de 134 barras / This work presents a method to detect and classify voltage disturbances in electrical distribution systems. The Negative Selection Algorithm of an artificial immunological system is applied to the voltage oscillographs, measured on the substation, to distinguish the signals as self or nonself. The signals classified as self represent the normal operation of the system, i.e. the feeder without disturbance, and those classified as nonself are the signals where there are some abnormalities. The signal analysis is performed by windowing the oscillographs comparing the signals and the detectors previously created, evaluating the affinity with the windows. If the affinity with the signals overpasses a predefined limit a matching is found and the signal is classified. This proposal is a method that can be easily modified to attend the fast evolution of the substation technologies. To validate the performance tests were done to four different distribution systems, including one real system

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04-26Bitstream added on 2014-06-13T19:48:59Z : No. of bitstreams: 1 pantuzi_av_me_ilha.pdf: 1781418 bytes, checksum: 8c96b8f3bf6cc971c43ea4aa045c10fb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho investigou-se o desempenho de um algoritmo de cálculo de fluxo de potência trifásico baseado em um método de varredura chamado backward forward sweep. O estudo desenvolveu-se para sistemas de distribuição de energia elétrica radiais e/ou radiais fracamente malhados, sendo que o foco principal foi a avaliação do processo de convergência e exatidão do método de fluxo de potência. Para tal finalidade investigou-se variadas situações de redes, tais como: barras conectadas com linhas longas e linhas curtas, presença de reguladores de tensão, presença de geração distribuída, presença de linhas com representação shunt, sistemas com carregamento leve, carregamento médio e carregamento pesado, desequilíbrio de cargas entre as fases (a, b e c), influência de modelos de cargas (potência constante, admitância constante e corrente constante) etc. O método backward-forward sweep é bem conhecido e discutido na literatura, porém uma análise de desempenho com todos os detalhes de modelos existentes nas redes de distribuição não é encontrada. Encontram-se análises com modelos isolados, ou seja, considerando somente redes fracamente malhadas, ou com barras com tensão controlada, ou com modelos de transformadores etc. Muitos destes estudos apresentaram resultados apenas para redes de pequeno porte, pois na maioria dos casos o objetivo principal era validar os modelos. Neste trabalho buscou-se desenvolver um estudo completo de desempenho e confiabilidade de uma implementação do método backward-forward sweep. Assim foram utilizadas redes de distribuição reais e fictícias encontradas na literatura, com as mais variadas topologias, incluindo ramais monofásicos (MRT), diferentes níveis de carregamento, cargas desequilibradas e diversos modelos de componentes de rede. / At this work an algorithm of calculation on three-phase power flow was investigated based on a sweeping method called backward forward sweep. The study was developed for radial electric power distribution networks and/or weakly interconnected radial ones, and the main focus was the evaluation of the convergence process and accuracy of the method of power flow. For such a purpose it was investigated varied situations of networks, such as: connected bars with long lines and short lines, voltage regulators presence, distributed generation presence, lines with representation shunt, systems with light, medium and heavy loading, unbalanced of loads among the phases (a, b and c) and influence of loads models (constant power, constant current and constant admittance). The method backward-forward sweep is very known and discussed in the literature, however an analysis with all the details of existent models in the distribution networks is not found. They are analyses with isolated models, in other words, considering only networks weakly interconnected, or with bars with controlled voltage, or with models of transformers. Many of these studies presented resulted just for networks of small load, because in most of the cases the main objective was to validate the models. In this work it was looked for to develop a complete study and reliability of an implementation of the method backward-forward sweep. Like this real and fictitious distribution networks were used found in the literature, with the most varied topologies, including monophase extensions (MRT), different loading levels, unbalanced loads and several models of networks components.

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Coorientador: Marcos Júlio Rider Flores / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: João Bosco Augusto London Junior / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Neste trabalho é apresentado um Estimador de Estado para Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica desbalanceados que usa uma nova formulação do método de fluxo de carga de varredura Distflow junto com o método dos Mínimos Quadrados Ponderados para determinar o ponto de operação mais provável do sistema. Através desta formulação, é possível modelar facilmente as medidas de magnitude de corrente, assim como as medidas convencionais de magnitude de tensão, as injeções e os fluxos de potências ativa e reativa. Adicionalmente, é definido um novo conjunto de variáveis de estado que permite reduzir o número de incógnitas do problema e, portanto, reduzir o número de medidas necessárias para realizar a estimação de estado. Assim, o estimador de estado proposto busca demonstrar que, mediante o uso da nova formulação, é possível determinar satisfatoriamente o ponto de operação dos Sistema de Distribuição de Energia Elétrica com altos níveis de automação, usando um plano de medições com um número baixo de pseudomedidas. A metodologia proposta é testada e analisada através dos sistemas IEEE-37 e IEEE-123 disponíveis na literatura. / Abstract: This work presents a State Estimation method for Unbalanced Power Distribution Systems, using a novel Distflow equations and the Weighted Least Squares method, in order to obtain the most likely state of the network. Through this formulation, it is possible to consider the line current magnitude measurements, as well as, conventional measurements: bus voltage magnitudes, bus power injections and line power flows. In addition, a new set of state variables is defined, which allows to reduce the number of variables, therefore, to reduce the number of measurements needed for state estimation analysis. The proposed state estimator deal to demonstrate that using the novel formulation is possible to successfully determine the operating conditions of a Power Distribution System with high level of automation, using a set of measurements with a low number of pseudomeasurements. The proposed methodology is tested on the IEEE-37 bus system and the IEEE-123 bus system available in the literature. / Doutor