CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

ANEEL / Em sistemas de distribuição de energia elétrica é comum o desenvolvimento de projetos que busquem a melhoria dos índices de equilíbrio de cargas, carregamento de transformadores e quedas de tensão ao longo dos circuitos da rede secundária. O presente trabalho apresenta modelos matemáticos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para quatro das intervenções técnicas usualmente praticadas com vistas a estas melhorias: balanceamento de carga, troca de condutor, divisão de circuito e remanejamento de carga. Os modelos respeitam aspectos técnicos, elétricos e considerações operacionais dos especialistas na busca de soluções que minimizem o investimento necessário para restabelecimento destes índices. Um método linear simplificado para o cálculo elétrico, baseado no Backward-Forward Sweep (BFS), é proposto a fim de incluir restrições sobre níveis de tensão diretamente nos modelos. A realização conjunta das intervenções é sugerida em uma proposta de integração de modelos por encadeamento de soluções. Para desenvolvimento dos modelos PLIM criou-se o ambiente de modelagem Gusek, interface para o solver livre GLPK. Os modelos foram implementados em uma ferramenta de apoio à tomada de decisão para projetos de melhoria de rede. Resultados são apresentados através de estudos de caso com dados de circuitos reais. / In eletric power distribution systems it is common to develop projects to improve the levels of load balancing, transformer loading and voltage drops along secondary network circuits. This paper presents Mixed Integer Linear Programming (MILP) mathematical models for adressing four technical interventions usually undertaken to achieve these improvements: load balancing, conductor changing, circuit split, and load relocation. These models comply with technical and electrical aspects and satisfy operational considerations from specialists in finding solutions that minimize the required investment for restoration of circuit levels. A simplified linear power flow method, based on the Backward-Forward Sweep (BFS), is proposed to include voltage levels constraints into the models. The combination of interventions is suggested in a proposal for integration of models by chaining solutions. To develop the MILP models the GUSEK modeling environment was created as an interface for the GLPK free solver. The models were implemented in a decision-making support tool for network improvement projects. Results are presented through case studies with data from real circuits.

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

abstract: The smart grid initiative is the impetus behind changes that are expected to culminate into an enhanced distribution system with the communication and control infrastructure to support advanced distribution system applications and resources such as distributed generation, energy storage systems, and price responsive loads. This research proposes a distribution-class analog of the transmission LMP (DLMP) as an enabler of the advanced applications of the enhanced distribution system. The DLMP is envisioned as a control signal that can incentivize distribution system resources to behave optimally in a manner that benefits economic efficiency and system reliability and that can optimally couple the transmission and the distribution systems. The DLMP is calculated from a two-stage optimization problem; a transmission system OPF and a distribution system OPF. An iterative framework that ensures accurate representation of the distribution system's price sensitive resources for the transmission system problem and vice versa is developed and its convergence problem is discussed. As part of the DLMP calculation framework, a DCOPF formulation that endogenously captures the effect of real power losses is discussed. The formulation uses piecewise linear functions to approximate losses. This thesis explores, with theoretical proofs, the breakdown of the loss approximation technique when non-positive DLMPs/LMPs occur and discusses a mixed integer linear programming formulation that corrects the breakdown. The DLMP is numerically illustrated in traditional and enhanced distribution systems and its superiority to contemporary pricing mechanisms is demonstrated using price responsive loads. Results show that the impact of the inaccuracy of contemporary pricing schemes becomes significant as flexible resources increase. At high elasticity, aggregate load consumption deviated from the optimal consumption by up to about 45 percent when using a flat or time-of-use rate. Individual load consumption deviated by up to 25 percent when using a real-time price. The superiority of the DLMP is more pronounced when important distribution network conditions are not reflected by contemporary prices. The individual load consumption incentivized by the real-time price deviated by up to 90 percent from the optimal consumption in a congested distribution network. While the DLMP internalizes congestion management, the consumption incentivized by the real-time price caused overloads. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2013

The automation of power distribution networks contributes to the improvement of the quality indicators for providing isolation of defective parts through remote controls for opening and closing devices, as well as transfers to defective parts without alternative sources of supply. These commands are normally executed in the Operation Centers by specialized technicians. Although, providing greater speed than the local execution of opening and closing braces through teams in the field for more complex circuits requires technicians operating an analysis of a significant set of variables for decision making. This time devoted to technical analysis reduces earnings quality compared automation solution, where commands could be achieved through pre-defined algorithms, known as Automatic Replenishment. To measure the gain of additional solutions of this nature is necessary to determine the behavior of time to maneuver performed by technicians and those obtained by automatic recomposition. With such a statistical study sample can define the average times for each situation and size of these times you can compare the two situations, basically inserting the time difference on a methodology for calculation of quality indicators. This study aims to perform the statistical survey on a sample of a system already deployed in a power distributor, to establish comparison regarding the quality gains through the methodology of the MLE (Logical Structural) and apply a decision model based on multicriteria to provide a prioritization matrix circuits where automatic recovery can be more advantageous. Although the scope of this work involves only the automatic replenishment, the statistical basis of the obtained times can serve as a starting point for studies related to other more sophisticated mechanisms of self-diagnosis and self restoration as the "Self Healing" present in the context of Smart Grids. / A automação das redes de distribuição de energia contribui para melhoria dos indicadores de qualidade por proporcionar o isolamento dos trechos defeituosos através de comandos a distância de abertura e fechamento dos dispositivos, além de transferências de trechos sem defeito para fontes alternativas de suprimento. Estes comandos normalmente são executados nos Centros de Operação por técnicos especializados. Embora, proporcione maior celeridade do que a execução local de abertura e fechamento de chaves através de equipes em campo, para circuitos mais complexos exige dos técnicos de operação uma análise de um conjunto significativo de variáveis para tomada de decisão. Este tempo dedicado de análise dos técnicos reduz os ganhos de qualidade da automação em comparação a soluções de recomposição automática, onde os comandos pudessem ser realizados através de algoritmos pré-definidos. Para aferir o ganho adicional de soluções dessa natureza é necessário apurar o comportamento dos tempos de manobra executados pelos técnicos e daqueles obtidos pela recomposição automática. Com tal amostra um estudo estatístico pode definir os tempos médios para cada situação e de porte destes tempos pode-se comparar as duas situações, basicamente inserindo a diferença de tempos em uma metodologia para cálculo de indicadores de qualidade. Este trabalho tem o objetivo de executar este estudo estatístico em uma amostra de um sistema já implantado em uma distribuidora de energia, estabelecer comparação referente aos ganhos de qualidade através da metodologia da MLE (Matriz Lógica Estrutural) e aplicar um modelo de decisão baseado em multicritério para fornecer uma matriz de priorização de circuitos onde a recomposição automática possa ser mais vantajosa. Esta base estatística obtida dos tempos pode servir como ponto de partida para outros estudos relacionados a mecanismos mais sofisticados de autodiagnostico e de auto restabelecimento como o Self Healing presente no contexto das redes inteligentes ou Smart Grids .

Um equipamento sinalizador luminoso de faltas foi desenvolvido pela Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL) em parceria com a Escola Politécnica da USP e a empresa Expertise Engenharia Ltda., através de uma série de projetos de pesquisa incluídos no programa de pesquisa e desenvolvimento (P&D) regido pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) brasileira. Neste trabalho é feita uma análise crítica da rota tecnológica adotada no desenvolvimento do sinalizador de faltas, apontando detalhes e justificativas das escolhas tecnológicas adotadas, além de novas possibilidades de melhoria do equipamento face aos avanços tecnológicos detectados nos últimos anos. Para tanto, é proposto e aplicado um novo método, associado a uma sistematização, para análise comparativa de tecnologias, que considera dados quantitativos, qualitativos e estratégicos diretamente comparáveis entre si. Ao longo do trabalho são analisados as escolhas dos princípios de detecção de faltas e funcionalidades agregadas, o desenvolvimento da eletrônica e dos circuitos integrados do detector de faltas, a fonte de alimentação, a sinalização luminosa e o gabinete do equipamento. Como resultado da linha de pesquisa do sinalizador luminoso de faltas foram obtidos protótipos de prova de conceito, cabeça-de-série e de lote pioneiro, estes últimos prontos e certificados para inserção no mercado. Obtiveram-se também diversas publicações em congressos nacionais, a geração de dois pedidos de patentes e um sistema computacional de alocação otimizada de sinalizadores de faltas em redes de distribuição aérea de energia elétrica. / Within the R&D program governed by the National Agency of Electric Energy of Brazil, a luminous faulted circuit indicator equipment (FCI) was developed by the Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL) in partnership with the Escola Politécnica da USP and the company Expertise Engenharia Ltda. In this work it is presented a critical analysis of the technological route adopted for development of this new FCI, indicating details and justifications of technological choices adopted, and new detected possibilities for improvements, taken into account the technological advances in recent years. For such purpose, it is proposed a new method, associated to a practical systematization, for comparative analysis of technologies that accounts for quantitative, qualitative and strategic data directly comparable. The work presents analyses on the choices of fault detection principles and related functions, the development of integrated circuits and fault detector electronics, the power supply, the luminous signaling and the equipment case. As results of the research and development of the FCI there were obtained proof of concept, prototype and pilot equipments, the last ones certified and ready for sale. There were also obtained several publications in national conferences, submission of two patent applications and a software for optimization of FCIs allocation on overhead power distribution networks.

Atualmente, as concessionárias de energia enfrentam vários desafios na tentativa de fornecer energia com qualidade e confiabilidade, por exemplo, redes de distribuição com pouco monitoramento e controle, envelhecimento dos ativos, atender a crescente demanda dos consumidores e satisfazer padrões de qualidade, entre outros. No Brasil, para atingir os índices de qualidade no fornecimento de energia estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), tem-se como alternativa aumentar a inteligência da rede com sistemas de tecnologia de informação (TI), além de utilizar Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs), medidores inteligentes e sensores. Adicionalmente é necessário o emprego de uma infraestrutura de comunicação que forneça uma visibilidade abrangente das condições de carga e do estado do sistema de distribuição, permitindo fazer uso de técnicas de otimização e tomada de decisão para aumento da inteligência. O controle da tensão e o gerenciamento da potência reativa (Volt/VAr) são práticas de automação que podem ser empregadas nos sistemas de distribuição. Estas práticas ajudam a aumentar o benefício, a confiabilidade e a eficiência no fornecimento da qualidade do produto, minimizando os custos de operação e manutenção nas concessionárias. Na presente dissertação foi desenvolvida uma metodologia de controle Volt/VAr descentralizado (subestação), por meio da coordenação e controle dos transformadores com mudança de tap sob carga - LTC, dos bancos de capacitores localizados na subestação e ao longo dos alimentadores, bem como dos reguladores de tensão instalados ao longo dos alimentadores. Destaca-se a utilização da técnica de Estimação de Estados, a qual possibilita o uso da metodologia de controle Volt/VAr em tempo real. O algoritmo de otimização desenvolvido neste trabalho foi implementado através de simulações numa rede teste e numa rede real que permitem mostrar o potencial da formulação matemática desenvolvida. Os resultados da metodologia proposta comprovam a melhoria do perfil de tensão dos alimentadores da rede testada ao longo do dia, assim como uma diminuição das perdas técnicas, as quais chegaram a diminuir 7% em energia. Estes resultados foram alcançados sem ultrapassar a quantidade de operações definidas por dia nos diferentes dispositivos de controle. / Currently, power utilities face challenges in order to provide energy considering minimum requirements of power quality and reliability due to the absence of control and monitoring infrastructure, aging assets, growing demand, amongst others. In Brazil, the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) establishes specific power quality and reliability indices. Power utilities should attend the limits for those indices by improving intelligence of network using IT systems, installing Intelligent Electric Devices (IEDs), smart meters and sensors, amongst others. Additionally, communication infrastructure is needed to provide the monitoring of load conditions and distribution system state. Optimization and decision-making tools are important for developing smart grids. Voltage control and reactive power management (Volt/VAr) are automation techniques that can be used in distribution systems. These practices lead to benefits for the utilities such as improvement of reliability and efficiency of the system, minimization of operation and maintenance costs, amongst others. In the present dissertation a methodology for decentralized control (Volt/VAr) was developed, through the coordination and control of load tap changers (LTCs) in power transformers and capacitors banks located at the substation, as well as capacitor banks and voltage regulators scattered throughout the feeders. State Estimation was utilized, which allows the application of the Volt/VAr Control methodology in real time environment. The optimization algorithm developed in this work was implemented through simulations in a test network and in a real network which validated the proposed methodology showing the potentiality of the mathematical model. The results of the proposed method showed voltage profile improvement over the day for the network tested as well as a 7% decrease in power energy losses. These results were achieved without exceeding the number of operations per day defined for all control devices.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-21T17:53:15Z No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:27:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 637689 bytes, checksum: 8110c0aa199d98fa3f68855ccb257b82 (MD5) Previous issue date: 2010-08-13 / A necessidade de redução do custo associado à operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica tem se tornado cada vez mais imperativa no cenário do setor energético. Uma das principais alternativas para resolver este problema é a minimização de perdas de potência ativa nos alimentadores de distribuição. A fim de reduzir as perdas, algumas práticas têm sido adotadas, como a alocação de capacitores em pontos estratégicos do sistema, bem como o ajuste de tapes de transformadores e reconfiguração de redes de distribuição. A solução de problemas desse tipo envolve complexos algoritmos de otimização não linear inteira mista. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma técnica especializada baseada na meta-heurística colônia de formigas para solucionar o problema de minimização de perdas nos sistemas de distribuição de energia elétrica através da alocação ótima de capacitores combinada ao ajuste de tapes, além de considerar restrições de violação de tensão. O algoritmo desenvolvido propõe modificações na estrutura básica do problema, a fim de obter resultados melhores. A metodologia proposta é aplicada a sistemas encontrados na literatura e resultados são comparados com outros métodos. / The reduce the cost associated with the operation of electric power distribution systems has become increasingly imperative in the setting of the energy sector. One of the main alternatives to solve this problem is to minimize power losses in distribution feeders. In order to reduce losses, some practices have been adopted, such as the allocation of capacitors at strategic points in the system as well as LTC adjustment and reconfiguration of distribution networks. The solution of such problems involves complex algorithms for nonlinear mixed integer optimization. Therefore, this paper presents a specialized technique based on meta-heuristic ant colony optimization to solve the problem of minimizing losses in electric power distribution systems through the optimal capacitor placement combined with the LTC adjustment, and consider constraints voltage violation. This algorithm proposes changes to the basic structure of the problem in order to obtain better results. The proposed methodology is applied to systems found in the literature and results are compared with other methods.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T12:36:15Z No. of bitstreams: 1 antonioangelomissiaggiapicorone.pdf: 6590019 bytes, checksum: 115ef6e90742599945ac5e9c8c44cb2c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:26:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 antonioangelomissiaggiapicorone.pdf: 6590019 bytes, checksum: 115ef6e90742599945ac5e9c8c44cb2c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:26:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 antonioangelomissiaggiapicorone.pdf: 6590019 bytes, checksum: 115ef6e90742599945ac5e9c8c44cb2c (MD5) Previous issue date: 2014-08-22 / Esta tese discute a medição e a caracterização das redes de distribuição de energia elétrica de baixa tensão (RDE-BT) e externa (outdoor) como meio de comunicação de dados para sistemas power line communication (PLC). São apresentados e discutidos diversos parâmetros obtidos a partir de uma campanha de medição realizada na RDE-BT de uma concessionária brasileira. Dentre os parâmetros analisados destacam-se o tempo de coerência, banda de coerência, espalhamento do atraso, comprimento da resposta ao impulso do canal e capacidade do canal, quando se considera as bandas de frequências de 1,7 a 30 MHz, 1,7 a 50 MHz e 1,7 a 100 MHz. As análises estatísticas evidenciam o potencial da rede de energia elétrica como meio de comunicação e discute os limites dessa potencialidade. Além disso, são propostos modelos de densidade espectral de potência dos ruídos, caracterização esparsa de canais PLC e proposto um modelo para geração de canais PLC variantes no tempo, cujo tempo de coerência entre as realizações dos canais é controlado. A estimação de canais PLC é apresentada como uma oportunidade de aplicação das técnicas de amostragem compressiva. Os resultados relacionados com as modelagens propostas constituem um ferramental de grande utilidade para projetar e analisar o desempenho de sistemas PLC. / This dissertation aims at discussing the measurement and characterization of outdoor electric power grid of low voltage as communication medium (power line communication - PLC). Statistical analyses carried out on several parameters such as average channel gain, coherence time, coherence bandwidth, delay spread, length of the channel impulse response, and channel capacity, when it is considered the frequency bands from 1.7 to 30 MHz, from 1.7 up to 50 MHz, and from 1.7 up to 100 MHz, are presented. These analyses reveal the circumstances in which outdoor and low-voltage electric power grids can be advantageous to support a reliable and efficient PLC system operation. Moreover, power spectral density models of additive noise and sparse representation of PLC channels are proposed. Also, a PLC time-varying channels model generator that makes use of coherence time is introduced. The proposed model generator, which is validated with measured PLC channels, is an effective tool to carry out performance analysis of PLC systems. Finally, PLC channel estimation is highlighted as an opportunity for the application of compressive sampling-based techniques. The use of traditional OFDM - based channel estimation techniques and the ones based on compressive sensing gives some directions for advancing channel estimation techniques for PLC channels.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:49:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meira_PauloCesarMagalhaes_D.pdf: 11828003 bytes, checksum: 693bdd2a6d139783c1aa0f2a05a3d6de (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A estratégia de eliminação de defeitos (faltas) empregada pela concessionária de distribuição de energia elétrica tem grande impacto na confiabilidade e na qualidade de energia do sistema. Por exemplo, a política de empregar religadores automáticos tipicamente tem um impacto benéfico nos índices de confiabilidade baseados na frequência e duração das interrupções sustentadas mas, por outro lado, tem um impacto negativo nos índices de qualidade de energia baseados na frequência de interrupções temporárias. Isto pode ser comprovado pelo número de concessionárias ao redor do mundo que estão revendo suas estratégias de empregar religadores automáticos de forma generalizada conforme cresce a preocupação do consumidor com a qualidade de energia. Somado a isso, tem-se o fato de o sistema estar sendo modernizado com o uso de mais equipamentos de monitoração e automação, como chaves seccionadoras automáticas, relés digitais, etc., dentro do contexto que se convencionou chamar redes inteligentes (smart grids). Portanto, atualmente, as estratégias de eliminação de faltas e de melhoria dos índices de confiabilidade e de qualidade de energia em sistemas de distribuição estão passando por modificações e têm atraído o interesse da comunidade científica e tecnológica. Este trabalho tem como objetivo desenvolver métodos para auxiliar na tomada de decisão sobre a estratégia de eliminação de defeitos em sistemas de distribuição via avaliação integrada dos índices de confiabilidade e qualidade de energia. Os métodos empregados são baseados no uso de registros históricos e de medições da concessionária, no cálculo de índices de confiabilidade e de qualidade de energia e em técnicas de otimização e de tratamentos estatísticos. Para permitir o emprego dos métodos a sistemas reais, algoritmos clássicos para análise de confiabilidade e qualidade de energia são revisitados e reformulados de forma a permitir sua aplicação a sistemas de grande porte em tempo de execução factível. São investigadas também formas de permitir a execução paralela e distribuída dos principais algoritmos empregados nos métodos propostos / Abstract: The fault elimination policy used by an electric energy distribution utility has great impact on the reliability and in the power quality of the system. For example, the policy of using automatic reclosers typically has a positive impact in the reliability indices based on frequency and duration of sustained interruptions but, on the other hand, has a negative impact on the power quality indices based on the frequency of temporary interruptions. This can be verified by the number of utilities around the world that are reevaluating their policies in using automatic reclosers in a generalized fashion as the customers demand better power quality. At the same time, the systems are being modernized, including the usage of more monitoring and automation equipment, such as automatic sectionalizing switches, digital relays, etc., in a context that is usually called smart grids. Therefore, currently, the policies regarding fault elimination and improvement of the reliability and power quality indices in distribution system are being reformulated and have attracted the interest of the academic and technology communities. The objective of this thesis is to develop methods to assist in the decision-making process on the fault elimination policies in distribution systems using the integrated evaluation of reliability and power quality indices. The methods are based on the use of historical records and utility measurements, in the computation of reliability and power quality indices, in optimization techniques and statistical analysis. To achieve the implementation of the methods in actual systems, the classic algorithms used to analyze the reliability and power quality are revisited and reformulated in order to allow their application to large-scale systems in feasible running time. Alternatives to allow the parallel and distributed execution of the main algorithms of the proposed methods are also explored / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica