Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T06:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calsan_Marcelo_M.pdf: 3838681 bytes, checksum: 90e2461469f022ac1f0a18f89b60e6e9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação de Mestrado, apresenta-se um estudo detalhado sobre o desempenho dinâmico de sistemas de excitação para geradores síncronos em plantas de geração distribuída. Fora concebida uma planta e esta conectada a uma rede de distribuição com características de geração descentralizada ou distribuída. São utilizados aqui os modelos matemáticos da Norma IEEE 421.5 - IEEE DC1A, AC1A, ST1A e ST2A - e diversos estudos de estabilidade são realizados no intuito de se acompanhar o desempenho destes sistemas de excitação frente a alguns fatores como: Potência Crítica, Tempo Crítico de eliminação de Falta, níveis de curto-circuito no ponto de conexão entre as redes de distribuição e subtransmissão, relação X/R da rede e, por fim, a verificação de perfil de tensão em tomadas de carga dinâmica leve e pesada foi considerada, nas situações de operação em paralelo com a rede e operação isolada. Dados atualizados sobre os custos das diversas configurações são apresentados e em conjunto com os resultados dos estudos realizados, propõe-se qual (is) configuração (ões) pode(m) ser a(s) mais adequada(s) para plantas com esta característica de geração descentralizada / Abstract: In this dissertation, a detailed dynamic performance study on excitation systems for synchronous generators in plants of Embedded Generation is presented. It's been conceived a plant and this interconnected to a distribution grid with embedded or distributed generation characteristics. IEEE 421.5 Std. mathematical models are used here: IEEE DC1A, AC1A, ST1A and ST2A compound - and diverse stability studies are carried through with intention of following these systems performance front to some factors as: critical power, critical fault-clearing time, short-circuit levels at distribution net and transmission net interconnection, grid X/R relation. Finally terminal voltage profile during load disturbances is taken in consideration for parallel with grid and island mode. Up-to-date cost data are presented and added to the technical performance in order to indicate the better configuration for plants with this characteristic of decentralized generation / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

This work presents the development of a methodology to service replacement and management loads in islanded smart grid by load shedding, supported by Distributed Generation, to avoid or reduce violations of continuity indicators, subject to penalties for infringement, established in Module 8 of PRODIST, ANEEL (2015a). To adjust the power demanded by the load to the power generated during the islanding of microrrede specifies to the best loads to be rejected by Multicriteria Methodology Analytic Hierarchy Process - AHP. In applying of methodology it was considered as criteria the continuity indicators that generate compensation to consumers for violation, and also it was considered the priority of continuity of supply to loads. Thus, for the formation of the island, is obtained as a preliminary result, a classification of loads in order of need for service. The best loads classified will be reconnected to microrrede until that GD units do not support new loads or that they violate any of the restrictions, being the remaining loads rejected. In continuously, they was made a reassessment in every pre-set period of time in order to identify new possible loads shedding to be made. This revaluation occurs in two distinct scenarios, both for typical day as for critical day. Any Violations of system constraints are checked by software of load flow calculation. Thus, obtained as final result a whole of loads to be served during replacement or continuity of the service. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para reposição de serviço e gestão de cargas em microrrede inteligente ilhada, suportada por unidades de Geração Distribuída, a fim de evitar ou atenuar violações dos indicadores de continuidade, passíveis de penalidades por violação, estabelecidos no Módulo 8 dos Procedimentos de Rede da Agência Nacional de Energia Elétrica PRODIST, ANEEL (2015a). Para adequar a potência demandada pelas cargas à potência gerada, durante o ilhamento da microrrede, definem-se as melhores cargas a serem rejeitadas, por meio da Metodologia Multicritério Analytic Hierarchy Process AHP. Na aplicação da metodologia foram considerados como critérios os indicadores de continuidade passíveis de compensações aos consumidores por violação, e também, foi considerada a prioridade de continuidade do fornecimento às cargas. Assim, para a formação da ilha, obtém-se como resultado preliminar, uma classificação das cargas em ordem de necessidade de atendimento. As cargas melhores classificadas são reconectadas à microrrede até que as unidades de GD não suportem novas cargas ou que ocorra a violação de alguma das restrições, sendo as demais cargas rejeitadas. De forma contínua, são feitas reavaliações a cada período de tempo pré-definido de forma a identificar novas possíveis rejeições ou reconexões de carga a serem realizados durante o ilhamento. Esta reavaliação ocorre em dois cenários distintos, tanto para dia típico como para dia crítico. Eventuais violações das restrições do sistema são verificadas por meio de software para cálculo de fluxo de carga. Desta forma, obtém-se como resultado final um conjunto de cargas a serem atendidas durante a reposição ou continuidade do serviço.

The implementation of distributed generation (DG) offers many benefits to the society, the electrical sector where they operate, and the consumers connected to the network especially due to their electricity self-production. For this case, proponents normally fight against costs estimation problems in projects of DG. In this way, low-cost and quality pre-feasibility studies are crucial when choosing the best financial and economical option. This Master thesis works on a specific methodology, with the software HOMER®, to the economic and financial (as well technical) prefeasibility study of projects with several small DG sources connected to middle voltages. A case study is also implemented with input data collected in the region of the Federal University of Santa Maria (UFSM). Therefore, it is developed a structure enclosing the general and interdisciplinary context of the projects. It helps the decision making process concerning the best-cost criterion option to advance to a more detailed viability study. As a result, this analysis of small DG systems proved to be very insightful, aligning its general objectives with the preciseness of pointing out promising technologies (wind turbines and microturbines fuelled by biogas) for further detailed studies. / O incremento de geração distribuída (GD) oferece uma série de benefícios para a sociedade, ao setor elétrico no qual estão inseridas e aos consumidores conectados a rede - em especial através da auto-produção de energia. Sobretudo para esta última situação, proponentes buscam solucionar problemas de estimação de custos em projetos de GD realizando estudos de pré-viabilidade de qualidade. Estes são de baixo custo e críticos para auxiliar a descartar projetos que não fazem sentido financeiro e econômico. Esta dissertação de mestrado aborda uma análise, através de metodologia específica, utilizando o software HOMER®, para o estudo de pré-viabilidade econômica e financeira (assim como técnica) de projetos envolvendo uma ampla gama de fontes distribuídas de pequeno porte conectadas à média tensão, com estudo de caso envolvendo a Universidade Federal de Santa Maria RS (UFSM). Assim, desenvolve-se uma estrutura contemplando o contexto geral e interdisciplinar de projetos, para auxiliar a tomada de decisões referentes à melhor opção em custos para prosseguir a um estudo mais detalhado de viabilidade. Como resultado, a proposta para análises de sistemas com GD de pequeno porte provou uma robustez interessante, aliando os objetivos gerais da abordagem desenvolvida com a precisão de apontar indícios tangíveis de viabilidade de tecnologias (turbinas eólicas e microturbinas a biogás) para estudos futuros mais detalhados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master s Dissertation presents the development of a methodology that analyzes the impact of the White Tariff considering the distributed generation to low voltage residential consumers. The White Tariff has the aim of encouraging the reduction of energy consumption during the time of highest system load by consumers. Besides the low-voltage distributed generation aims the energy efficiency, the use of distributed generation and energy management by consumer. Considering this, the proposed methodology considers electricity tariffs, typical load curves ranged by consumption levels, natural resources and different of technologies for distributed generation. This database, combined with the software Hybrid Optimization Model for Electric Renewables (HOMER), presents as the main result the technical and economic feasibility for the use of distributed generation together with the white tariff, without changing the spending habits of consumers. The use of distributed generation is prioritized during the peak time, shifting the consumption from the electric power network to off-peak periods, where the white electricity tariff is shiper. The current costs of installation and operation of the distributed generation are high, but there is a tendency to their reduction due to an increase of its application and providers. It is emphasized that these analyzes, never seen before aim more efficient energy use of energy by both the application of white tariff and the encouragement to use of distributed generation. / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para analisar o impacto da Tarifa Branca considerando a inserção de geração distribuída (GD) nos consumidores residenciais de baixa tensão. A Tarifa Branca visa incentivar os consumidores de baixa tensão a reduzirem o consumo de energia elétrica no horário de maior carregamento do sistema. A geração distribuída permite o gerenciamento da energia por parte do consumidor. Neste sentido, a metodologia proposta considera tarifas de energia, curvas de carga típicas por faixa de consumo, recursos naturais e tipos de tecnologias para geração distribuída. Esta base de dados, aliada ao software Hybrid Optimization Model for Eletric Renewables (HOMER), tem como principal resultado a viabilidade técnica e econômica quanto à utilização da geração distribuída explorando a Tarifa Branca, sem que haja mudança nos hábitos de consumo dos consumidores. A utilização da geração distribuída é priorizada para o horário de ponta, de modo que a utilização da rede de energia elétrica se concentre nos horários fora-ponta, onde o preço da Tarifa Branca é menor. Os custos atuais de instalação e operação das GD são elevados, porém a tendência é a redução dos preços em função de um aumento no seu uso e na quantidade de fornecedores. Ressalta-se que tais análises são inéditas e visam o uso mais eficiente de energia tanto pelo emprego da Tarifa Branca como pelo incentivo para uso da geração distribuída.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Distribution systems have not been designed to receive distributed generation (DG) units. The electric energy injection in these systems is safe and reliable if the characteristics regarding of DG interconnection in distribution power systems are considered: (i) Protection; (ii) Stability; (iii) Electric energy market; (iv) Quality of energy. In this work, aspects regarding of quality of energy and protection are studied. In the quality of energy aspect, converters with legs in parallel are approached. To demonstrate the power capability increase with converters with legs in parallel, the capabilities power curves of the converter are derived. Furthermore, a procedure to design an inductive filter from the distortion factor and limits of current harmonics is described. It is shown that converters with legs in parallel can be used to decrease the current harmonic content in the output of the DG and to increase the power curve capability of the converter. In the protection aspect, the stability analysis of an islanding detection method (IDM) based in positive feedback that has not Non-Detection-Zone (NDZ) is shown. A complete and a reduced dynamic model are derived. The results demonstrated that the reduced dynamic model is valid for the proposed analysis. Furthermore, a stable operation of an islanded utility section is demonstrated. However, if the IDM is added in the DG control system, it is possible a stable operation when the main utility is connected and an unstable operation when the DG unity is operating in islanding condition. Besides, the addition of a limiter in the output of the MDI can represent a limit cycle that induces a voltage oscillation in the islanded section that can be useful to under/over voltage relays coordination. Finally, a three phase converter with two legs per phase in parallel is used to validate the analyses. / Sistemas de distribuição não foram projetados para receber unidades de Geração Distribuída (GD). Para que a inserção de energia elétrica nesses sistemas ocorra de forma segura e com qualidade, as seguintes características relacionadas à conexão de GD a redes de distribuição devem ser consideradas: (i) Proteção; (ii) Estabilidade; (iii) Mercado de Energia; e (iv) Qualidade de Energia. Neste trabalho são estudados aspectos referentes à qualidade de energia e à proteção. No aspecto qualidade de energia, conversores com pernas em paralelo são abordados. Para demonstrar o aumento da capacidade de processamento de potência com conversores com pernas em paralelo, curvas de capabilidade de conversores são derivadas. Além disso, o procedimento de projeto de filtro indutivo a partir do fator de distorção e limites máximos de harmônicos de corrente é elaborado. Demonstra-se que essa abordagem de conversores permite a minimização do conteúdo harmônicos das correntes de saída da GD e a maximização das curvas de capabilidade do conversor. No aspecto proteção, é abordada a análise de estabilidade de método de detecção de ilhamento (MDI) local ativo, baseado na técnica com malha de realimentação positiva que não possui Zona de Não Detecção (ZND). Um modelo dinâmico completo e outro reduzido são derivados. Durante a análise, é demonstrado que o modelo dinâmico reduzido é válido para a análise do MDI. Além disso, é mostrado que uma operação estável é possível mesmo que a rede principal esteja desconectada. No entanto, ao adicionar o MDI, é possível ter uma operação estável quando a rede principal está presente e uma operação instável quando a unidade de GD está operando em condição ilhada. Ainda, a inserção da não-linearidade do limitador no MDI pode representar um ciclo limite, que induz uma oscilação na tensão no sistema ilhado que pode ser útil para a coordenação dos relés de sub/sobre tensão que detectam a ultrapassagem dos limites de tensões induzidas pelo MDI. Finalmente, um conversor trifásico com duas pernas por fase em paralelo é utilizado para validar as análises realizadas.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:01:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LeonardoRuffeilde_M.pdf: 3470428 bytes, checksum: 7972e30772adc6b114e71c8f464265b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a construção de um conversor eletrônico de potência monofá-sico completo para conexão à rede elétrica de distribuição de baixa tensão alimentado por painel fotovoltaico Painéis fotovoltaicos comerciais geram uma tensão contínua que varia entre 20 e 50V, dependendo do tipo de painel e da ocorrência ou não de conexão entre os mesmos; sendo necessário, portanto, a adequação dos níveis de tensão gerados pelo painel com o nível de tensão da rede elétrica de distribuição, na qual ele será conectado. O conversor eletrônico de potência utilizado neste trabalho é constituído de dois estágios sendo o primeiro CC ¿ CC e o segundo, um inversor, CC ¿ CA. Ele será controlado de duas maneiras: a primeira será responsável pelo con-trole da tensão de entrada do conversor CC - CC e pela injeção de potência no conversor CC - CA o qual, além de ser o responsável pela transformação da tensão contínua em alternada também é responsável pelo sincronismo do conversor CC - CA com a rede elétrica. São apresentados resultados de simulação do funcionamento do conversor para geração fotovoltaica de energia elétrica, sua malha de controle e o funcionamento do sistema elétrico completo. O projeto com-pleto dos conversores e dos circuitos auxiliares bem como os resultados experimentais obtidos em laboratório são apresentados / Abstract: The objective of this work is the construction of a complete single-phase power electronic converter for grid connection of low voltage distribution powered by photovoltaic panels. Photo-voltaic panels generates a DC voltage that varies between 20 and 50V, depending on the type of panel and presence or absence of connection between them, it is necessary, therefore, the ade-quacy of voltage levels generated by the panel with the voltage level of the electrical distribution network, in which it is connected. The power electronic converter used in this study consists of two stages with the first is a dc ¿ dc converter and the second is a dc-ac converter, frequency inverter. It will be controlled in two ways: the first is responsible for controlling the input voltage of the dc-dc converter and the power injection in the ac-dc converter which, besides being res-ponsible for the transformation into alternating voltage is also responsible by the synchronism of the converter dc-ac with the utility grid. Simulation results of the converter operation connected to the utility grid are presented, its network control and operation of the complete electrical sys-tem. The complete design of converters and auxiliary circuits and the experimental results obtai-ned in the laboratory are presented / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

A abordagem principal desse trabalho é o estudo de técnicas anti-ilhamento ativas com realimentação positiva em um sistema de Geração Distribuída (GD) composto por um Inversor Fonte de Tensão (VSI,do inglês Voltage Source Inverter) e com cargas locais conectadas em paralelo. Na literatura são encontrados dois grupos de técnicas empregadas como proteção anti-ilhamento: as ativas e as passivas. Os métodos de detecção de ilhamento ativos são utilizados, pois possuem menores zonas de não detecção em comparação às técnicas passivas, porém injetam distúrbios contínuos no sistema de GD. Esses distúrbios degradam a qualidade de energia elétrica fornecida pelo conversor eletrônico. Nesse contexto, como escopo dessa dissertação, é realizado o estudo da estrutura de controle empregada no sistema de GD conectado com a rede de distribuição, com o intuito de avaliar o funcionamento do gerenciamento de tensão e de potência ativa e reativa. E em seguida, são discutidas técnicas de detecção de ilhamento ativas em frequência e tensão, ambas, com realimentação positiva e ganho fixo com o objetivo de investigar o desempenho das mesmas em relação ao tempo de detecção e a injeção de distúrbios no sistema de controle da GD. A partir dessa análise, são desenvolvidas técnicas anti-ilhamento com intuito de reduzir a injeção de distúrbios em diferentes pontos de operação da GD e garantir uma eficiência semelhante aos métodos tradicionais em casos de difícil detecção. Essas técnicas são baseadas na implementação do cálculo de um ganho com realimentação positiva variável inversamente proporcional a variação de potência ativa ou reativa entregue a rede. Para validação das propostas presentes nesta dissertação, são obtidos resultados em simulações computacionais e, posteriormente são adquiridos resultados práticos através de uma bancada experimental compatível com o sistema de GD simulado. / The main approach of this thesis is the study of active anti-islanding techniques with positive feedback in a Distributed Generation (DG) system composed by a Voltage Source Inverter (VSI) and local loads. In literature two groups of techniques are used as anti-island protection: the active and the passive techniques. The active islanding detection methods are preferably used because of the smaller non-detection zones compared to passive techniques, however they inject continuous disturbances in the DG system, reducing the power quality provided by the VSI. In this context, as the scope of this dissertation, it is firstly carried out the study of control structures employed in grid-tied distribution system, to evaluate the operation of the voltage control loops, and the active-and reactive power managements. Additionally, we discuss active islanding detection techniques in frequency and voltage with positive feedback and constant gain, based on the classical, with the objective of investigating their performance in relation to the detection time and the injection of disturbances in the DG system. From this analysis, antiislanding techniques are developed to guarantee efficiency similar to the traditional methods in cases of small-power flow through the grid and minimize disturbances. These techniques are based on the calculation of the positive feedback variable gain inversely proportional to the deviation of active or reactive power delivered or absorbed from the grid. To validate this proposal, the results are obtained through computational simulations and experimental analysis, as well.

Orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Resumo: Resumo / Doutor

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

In the context of static Voltage Stability Assessment (VSA), as the power system load grows, bus voltages tend to drop. This reduction may lead to generator or load disconnections caused by undervoltage protection schemes. These events comprise sudden parametric variations that affect the equilibrium diagram and the Voltage Stability Margin (VSM) of power systems. Practical examples of such sudden load changes are caused by the mandatory disconnection of Distributed Generation (DG) units and Undervoltage Load Shedding (ULS). There are no thorough studies in the literature concerning these load parametric variations and the discontinuities that they cause in power system equilibria. This dissertation describes a predictor/corrector scheme specifically designed to handle these discontinuities, so it is possible to evaluate their effect on the VSM of power systems. This method successively calculates the load discontinuities that exist in the equilibrium locus of the system under analysis. It results in the sequence of sudden load variations that happens and their overall impact on the system. When applied to quantify the effect of DG mandatory disconnections and ULS, the proposed predictor/corrector scheme yielded better results than the traditional Continuation Power Flow (CPFLOW), which experienced convergence problems caused by the discontinuities under analysis. However, due to its design, the applicability of the proposed method should be restricted to power systems that go through several successive sudden load changes. In this sense, it should not be regarded as a replacement for the CPFLOW, but rather as a technique that could award this traditional VSA tool with new features to enhance its performance. / No contexto de análise estática de estabilidade de tensão, conforme a carga de um sistema de potência cresce, as tensões nas suas barras tendem a cair. Essa redução pode causar a desconexão de geradores e cargas devido a atuação de proteções de subtensão. Esses eventos representam variações abruptas de demanda que alteram o diagrama de equilíbrio de um sistema e sua Margem de Estabilidade de Tensão (MET). Exemplos práticos dessas variações são causados pelo desligamento mandatório de unidades de Geração Distribuída (GD) e pelo Corte de Carga por Subtensão (CCS). Não há estudos detalhados na literatura que trabalham especificamente com essas variações nos parâmetros da carga, nem com as descontinuidades que elas causam no diagrama de equilíbrio de sistemas de potência. Essa dissertação descreve um procedimento especificamente projetado para lidar com essas descontinuidades, de modo que seja possível avaliar seu efeito na MET de sistemas elétricos. Esse método calcula sucessivamente as descontinuidades de carga que existem no diagrama de equilíbrio do sistema em análise. Ele resulta na sequência de variações súbitas de carga que ocorre e no seu impacto no sistema. Quando o método foi aplicado para quantificar o efeito do desligamento mandatório de GD e do CCS, ele apresentou resultados melhores do que o tradicional Fluxo de Carga Continuado (CPFLOW), o qual sofreu problemas de convergência causados pelas descontinuidades em questão. Entretanto, devido ao seu projeto, o método proposto só deve ser utilizado para sistemas de potência que estão sujeitos a várias sucessivas variações abruptas de carga. Por essa razão, esse método não pode ser considerado um substituto do CPFLOW, mas sim como uma técnica capaz de agregar novas funcionalidades a essa ferramenta tradicional, amentando assim seu horizonte de aplicações.