This work aims to allocate, size and coordinate protective devices in electric power systems with directly coupled distributed generation and also to adequate protection systems to accommodate these sources. Currently, it is possible to observe distributed generation penetration growth in distribution systems, being encouraged by new laws and implementation costs reduction, the last one due to technological maturity. Dispersed generation brings several benefits in electric networks operation such as: reduction of technical losses, voltage profiles maintenance, increase in energy quality, etc. However, this rise in distributed generation penetration in traditional distribution systems also causes important issues that must be considered. Distribution systems candidate to receive distributed generation have their protection systems already sized and coordinated. Distributed generation contribution alters the devices sensibility, causing miscoordination and the need for new protection studies. These problems are separately treated by authors, however, they are connected. In this work, the objective is to determine protective devices allocation and develop a solution to accommodate distribution generation. Firstly, the allocation, sizing and coordination of protective device is carried out, aiming to reduce reliability indices. Else, it was developed a method to reduce recloser - fuse miscoordination in the presence of distributed generation. To solve the miscoordination problem, Fault Current Limiters are sized and placed. These are inert devices in normal operation, but insert a high impedance in series with a feeder in a short circuit situation, limiting distributed generation contribution for a fault. The protective devices allocation problem is treated using a multiobjective particle swarm algorithm, aiming to reduce reliability indices, which priority is defined by the weight associated with each index. With the optimal protective devices placement established, distributed generation penetration is considered. Then, fault current limiters allocation and sizing is carried out to the best solutions of the protective devices allocation problem. To determine fault current limiters placement, a multiobjective particle swarm algorithm is also applied, aiming to reduce current differences due to distributed generation penetration, maintaining fuse cutout selectivity and also minimize fault current limiter size. The proposed method was tested in two IEEE test systems, presenting quality solutions for protective devices placement and also in adequating these systems to receive distributed generation. / Este trabalho tem o intuito de alocar, dimensionar, coordenar e adequar o sistema de proteção em redes de distribuição de energia elétrica na presença de fontes de geração distribuída (GD) diretamente acopladas à rede. Atualmente, é possível observar o crescimento na inserção de fontes de GD em sistemas de distribuição, sendo isso incentivado por novas legislações e pela redução no custo de implantação dessas fontes, devido à crescente maturidade tecnológica alcançada. A geração dispersa de energia traz diversos benefícios na operação da rede elétrica, podendo-se citar a redução de perdas técnicas, manutenção de perfis de tensão, aumento da qualidade de energia, entre outros. Porém, esse incremento na penetração da GD nas redes elétricas tradicionais também traz problemas que devem ser considerados. Um sistema de distribuição passível à inserção de fontes de GD, possuí dispositivos de proteção já alocados e sua coordenação determinada. A contribuição das fontes de GD para a corrente de falta altera a sensibilidade desses dispositivos, provocando diversas descoordenações e a necessidade de novos estudos de proteção. Esses problemas são tratados separadamente por pesquisadores, porém, são relacionados. Neste trabalho, buscou-se realizar a alocação de dispositivos de proteção e desenvolver uma solução para acomodar as fontes de GD. Primeiramente, é realizada a alocação, dimensionamento e coordenação dos dispositivos de proteção, visando a redução dos indicadores de continuidade responsáveis por avaliar quantitativamente a qualidade do serviço de energia elétrica. Aliado à isto, foi desenvolvido um método para reduzir a descoordenação entre dispositivos religadores e elos fusíveis na presença de GD. Para isso, foi considerada a instalação de Limitadores de Corrente de Falta (LCF), que são dispositivos que não causam interferência no sistema quando em funcionamento normal, porém, na ocorrência de um curto-circuito, inserem uma impedância considerável, limitando assim a contribuição da GD para a corrente de falta. O problema de alocação de dispositivos de proteção foi tratado utilizando algoritmo de enxame de partículas multiobjetivo, visando minimizar os indicadores de continuidade com sua prioridade definida pelo peso que cada um desses recebe do operador na função objetivo. Com as soluções obtidas, é considerada a inserção de fontes de GD no sistema. Então a alocação e dimensionamento de LCF é realizada para as melhores soluções obtidas de alocação de dispositivos de proteção. Para determinar essa alocação, o algoritmo de enxame de partículas multiobjetivo também foi utilizado, com o intuito de reduzir a diferença entre as correntes de falta com e sem GD, garantindo a seletividade entre elos fusíveis e a coordenação religador – elo fusível, bem como reduzir a dimensão do LCF (minimização do custo). Complementando o método, a filosofia operacional dos religadores é verificada, buscando evitar a contribuição da GD para faltas durante a operação rápida deste. O método proposto foi testado em dois sistemas IEEE, apresentando soluções de qualidade tanto na alocação dos dispositivos de proteção quanto na eficiência operacional do sistema de proteção em redes de distribuição com geração distribuída.

Submitted by WALDEMAR PEREIRA MATHIAS NETO null (waldemarmathias@gmail.com) on 2016-10-04T02:26:06Z No. of bitstreams: 1 MATHIAS-NETO-TESE-2016.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / Os modernos sistemas aéreos de distribuição de energia elétrica são projetados para operar com altos índices de confiabilidade. Todavia, interrupções de fornecimento podem ocorrer a qualquer momento e causadas pelos mais diversos fatores, tais como, vendavais, árvores, ou ainda, colisão de veículos com a rede. Portanto, para garantir o mínimo impacto destas interrupções nos índices de confiabilidade da rede, áreas sem fornecimento devem ser reenergizadas tão rá- pido quanto possível. Este processo de reenergização do sistema é comumente denominado restauração. O principal objetivo do processo de restauração é restabelecer o maior número de cargas, no menor intervalo de tempo possível, por meio de uma sequência de aberturas e fechamentos de chaves de manobras. A existência de um conjunto de chaves seccionadoras estrategicamente posicionadas na rede permite que a estrutura malhada dos sistemas de distribuição opere com topologias radiais. Portanto, a execução de uma sequência de manobras é capaz de alterar a topologia radial da rede e restabelecer as cargas previamente sem fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova metodologia para solução do problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica baseado no uso conjunto da meta-heurística de busca tabu, a representação nó-profundidade (RNP) e seus operadores PAO e CAO. Os operadores da RNP são empregados para originar a vizinhança da meta-heurística de busca tabu. Um novo operador foi introduzido e alterações nos demais operadores foram realizadas para possibilitar soluções factíveis em sistemas com alto carregamento. O problema é formulado através de um modelo não linear inteiro misto e considera a minimização dos custo da interrupção não programada como objetivo do problema. Os limites operacionais da rede são avaliados durante o intervalo previsto para a rede permanecer no estado restaurativo. Estes limites caracterizam as restrições do problema. Ao modelo matemático foi incluído a geração distribuída e cargas remotamente controladas como ferramentas de apoio à restauração. Os geradores distribuídos são modelados através de curvas horárias de geração, em função de sua tecnologia, e as cargas são modeladas através de curvas que consideram o perfil de consumo. Adicionalmente, cargas controladas termostaticamente também foram incluídas ao modelo. Por fim, a técnica de solução proposta é avaliada através de um sistema teste baseado no sistema de distribuição IEEE de 37 barras em oito diferentes cenários. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da metodologia para a solução do problema de restauração de sistemas de distribui- ção. / The modern overhead power distribution systems are designed to operate with high reliability indices. However, power outages may occur at any time and caused by several factors, such aswindstorms, trees or vehicle collision with the network. Therefore, to ensure minimal impact of these interruptions in network reliability indices, out-of-service areas, which are not affected by the permanent fault, should be re-energized as fast as possible. The process of system reenergizing is called restoration. The main purpose of restoration process is to restore the largest amount of load, as fast as possible, through a sequence of switching actions. The existence of several switchgears, strategically allocated in the network, allows the meshed distribution systems work with radial topologies. Therefore, performing a sequence of maneuvers, automatically or manually, may change the radial grid topology and restore the loads previously without a power supply. This work proposes a new methodology to solve the distribution system restoration problem based on the joint use of tabu search meta-heuristic, the node-depth encoding (NDE) and its operators (PAO and CAO). The NDE operators are used to buid the neighborhood of tabu search meta-heuristic. A new operator was introduced and changes in other operators were carried out to allow feasible solutions in systems with heavy loading. The proposed mathematical model minimize the cost of unscheduled outage aim of the problem. The problem of restrictions are characterized by the operating limits of the network and evaluated periodically while the network remains in the restorative state. Additionally, the use of distributed generation and controlled remotely loads are considered to support the restoration tools. The problem is formulated as a nonlinear mixed-integer model. The main goal is minimize the cost of unscheduled interruption. The operating limits of the network are evaluated while it remains in the restorative state.. These limits characterize the constraints of the problem. At the mathematical model was included distributed generation and loads remotely controlled as support tools. The distributed generators are modeled by its hourly curves and the loads are modeled through curves with their consumption profile. Additionally, controlled thermostatically loads were also included into the mathematical model. Finally, the proposed solution is evaluated through a modified test system based on the IEEE 37-bus feeder test system. Eight different scenarios was evaluated. The results indicate the feasibility of the methodology to solve the distribution systems restoration problem. / FEPISA: 011/2011

Submitted by MARCEL CHUMA CERBANTES null (marcel.chuma@gmail.com) on 2017-04-16T19:19:19Z No. of bitstreams: 1 phd_dissertation_marcel_chuma_cerbantes.pdf: 2683152 bytes, checksum: bb2fddaeed33cb6c6ee2f902e3624178 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-18T17:43:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 chumacerbantes_m_dr_ilha.pdf: 2683152 bytes, checksum: bb2fddaeed33cb6c6ee2f902e3624178 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T17:43:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 chumacerbantes_m_dr_ilha.pdf: 2683152 bytes, checksum: bb2fddaeed33cb6c6ee2f902e3624178 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para o planejamento da operação de curto prazo de sistemas de distribuição com geração distribuída (GD) considerando uma abordagem probabilística. Uma modelagem sequencial formulada com base na perspectiva das companhias de distribuição (DisCos) é proposta. As decisões operacionais da DisCo são inicialmente otimizadas no estágio de operação day-ahead (DA) e, então, na operação real-time (RT). A operação DA visa maximizar a diferença entre a energia vendida aos consumidores e as compras realizadas no mercado de eletricidade atacadista e da GD, ou seja, os lucros. No estágio RT, busca-se a minimização dos ajustes necessários para acomodar os desvios das quantidades previstas no planejamento DA. Modelos de cargas dependentes de tensão e restrições relacionadas à demanda são explicitamente formulados. A rede é representada através de equações de fluxo de potência AC completo. Propõe-se ainda a incorporação de um mecanismo para precificação nodal de potência reativa. Os modelos resultantes são caracterizados como programas de otimização matemática multiperíodo de grande porte não lineares e não convexos com variáveis contínuas e discretas. Um algoritmo pseudodinâmico baseado na meta-heurística Busca Tabu (BT) é proposto para solução do problema resultante de maneira eficaz, sem linearizações. Os resultados obtidos para alimentadores de distribuição de 69 e 135 barras ilustram a eficiência da metodologia proposta. / In this work, we propose a solution solution procedure for the short-term operation planning of distribution systems with distributed generation (DG) considering a probabilistic approach. A sequential formulation based on the distribution company's (DisCo's) perspective is presented. The DisCo’s operational decisions are optimized first in a day-ahead (DA) operation stage, and then in real-time (RT). The DA operation maximizes the difference between the energy sold to customers and the purchases from the wholesale electricity market and distributed generators. In RT, the objective is to minimize the adjustments that are required to accommodate deviations from forecasted quantities. The voltage-sensitiveness of power load injections and demand related constraints are explicitly formulated. The network is modeled using full ac power flow equations. In addition, a nodal-based reactive power pricing mechanism is proposed to be incorporated in the formulation. The resulting models are characterized as large-scale non-linear non-convex mathematical programs with continuous and discrete variables. A pseudo-dynamic Tabu Search (TS)-based solution algorithm is used to tackle the problem in an effective manner, without linearizations. Numerical results from the 69-bus and 135-bus distribution test feeders illustrate the performance of the proposed approach. / FAPESP: 2013/13070-7 / FAPESP: 2014/22314-0

Submitted by MARCOS GUTIERREZ ALVES null (mmarkos.alves@gmail.com) on 2017-10-18T17:25:15Z No. of bitstreams: 1 Marcos Gutierrez Alves - Tese.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-23T18:18:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_mg_dr_ilha.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-23T18:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_mg_dr_ilha.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) Previous issue date: 2017-08-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa importante ferramenta acadêmica de aprendizagem. Adicionalmente, a planta de GD é monitorada por meio de um programa de aquisição de dados do fluxo de energia elétrica que flui entre a GD e a RDEE, armazenando os dados relevantes em um banco de dados de informações para análises em longo prazo. É apresentada uma revisão bibliográfica para o cenário energético mundial e no Brasil, além das configurações de micro-rede com GD mais utilizadas no setor atualmente. O diagrama geral da micro-rede com GD é exposto, com descrição de cada equipamento e dimensionamento das fontes de energia solar. Finalmente, resultados experimentais e estruturas dos códigos são apresentados e discutidos. / Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wide control over the available energy and provide a significant academic studying platform. In addition, the energy flow between the DG and the utility grid is monitored through a power quality monitoring device, which is capable to send daily reports by email. In this way, a program was developed to store and recover all the relevant data in a database for the long-term analysis, compiling the results for easy interpretation. A literature review is presented for the world energy scenario, with more focus in Brazil, besides the micro-grid configurations with DG most used in the sector currently. This work also shows the general diagram of the micro-grid with DG describing the equipment and dimensioning the solar energy sources. Finally, it demonstrates and discusses experimental results and code structures.

CAPES / As variações de tensão de curta duração são perturbações típicas nos sistemas de distribuição de energia elétrica que afetam de forma significativa a qualidade da energia. Os equipamentos típicos para a regulação de tensão dispostos nas redes de distribuição em geral não são capazes de mitigar variações de tensão de curta duração. Entretanto, as unidades de geração distribuída conectadas aos sistemas de distribuição, considerando estratégias de controle adequadas, podem ser capazes de mitigar variações de tensão de curta duração nas proximidades do ponto de conexão. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a mitigação de variações de tensão de curta duração a partir da utilização de unidades eólicas de geração baseadas em gerador síncrono de imã permanente (GSIP) conectado a rede por um conversor estático de potência. A mitigação das variações de tensão é feita por meio de uma malha de controle suplementar proposta aplicada ao controle tradicional do conversor do lado da rede. A estratégia de controle proposta explora a capacidade de operação em sobrecarga de corrente da unidade eólica e é capaz de mitigar variações de tensão de curta duração em sistemas de distribuição. A malha de controle suplementar proposta limita a geração de potência reativa na capacidade máxima de sobrecarga da unidade geradora, respeitando o limite térmico do conversor estático de energia. Além da malha de controle suplementar, uma metodologia baseada em estudos estáticos de fluxo de potência é proposta com o objetivo de avaliar a capacidade de regulação de tensão da geração eólica associada à malha de controle proposta. A capacidade da malha de controle proposta em mitigar as variações de tensão de curta duração é avaliada por meio de simulações não lineares no domínio do tempo envolvendo uma rede de distribuição com cargas concentradas. Diferentes níveis de inserção da geração eólica na rede de distribuição e outros fatores que impactam diretamente na regulação de tensão são considerados nos testes realizados. Os estudos realizados demonstram que utilização da estratégia de controle proposta aplicada a unidades eólicas de geração pode contribuir significativamente para a manutenção do perfil de tensão durante ocorrências de variações de tensão de curta duração. / The short duration voltage variations are typical disturbances that significantly affect the power quality in distribution systems. The typical devices for voltage support and regulation, distributed along the distribution networks, are generally not capable of mitigating short duration voltage variations. However, distributed generation units connected to the distribution system, when associated with suitable control strategies, can be able to mitigate short duration voltage variations. In this context, this paper proposes the mitigation of short duration voltage variations by using wind power generating units based on permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the network by static power converter. The voltage variation mitigation is performed by means of a supplementary control loop added to the traditional control of the grid-side converter. The proposed control strategy takes advantage of the overload capability of the wind generation unit and it is able to mitigate short duration voltage variations in distribution systems. The proposed supplementary control loop limits the generated reactive power based on the overload capability of the generation unit, avoiding that the power electronic converter exceeds its thermal limit. Besides the proposed supplementary control loop, a methodology based on power flow studies is proposed in order to evaluate the voltage regulation capability of the wind generation associated with the proposed control loop. The performance and effectiveness of the control strategy proposed to mitigate short duration voltage variations is evaluated by means of time-domain non-linear simulations regarding a distribution network with lumped load. Different levels of integration of wind generation on the distribution network and other factors that directly impact on voltage regulation are considered in the tests. The performed evaluations have demonstrated that the proposed control strategy, applied to wind generation units, can significantly contribute to the maintenance of the voltage profile of distribution systems during the occurrence of short duration voltage variations.

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Resumo: Os modernos sistemas aéreos de distribuição de energia elétrica são projetados para operar com altos índices de confiabilidade. Todavia, interrupções de fornecimento podem ocorrer a qualquer momento e causadas pelos mais diversos fatores, tais como, vendavais, árvores, ou ainda, colisão de veículos com a rede. Portanto, para garantir o mínimo impacto destas interrupções nos índices de confiabilidade da rede, áreas sem fornecimento devem ser reenergizadas tão rá- pido quanto possível. Este processo de reenergização do sistema é comumente denominado restauração. O principal objetivo do processo de restauração é restabelecer o maior número de cargas, no menor intervalo de tempo possível, por meio de uma sequência de aberturas e fechamentos de chaves de manobras. A existência de um conjunto de chaves seccionadoras estrategicamente posicionadas na rede permite que a estrutura malhada dos sistemas de distribuição opere com topologias radiais. Portanto, a execução de uma sequência de manobras é capaz de alterar a topologia radial da rede e restabelecer as cargas previamente sem fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova metodologia para solução do problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica baseado no uso conjunto da meta-heurística de busca tabu, a representação nó-profundidade (RNP) e seus operadores PAO e CAO. Os operadores da RNP são empregados para originar a vizinhança da meta-heurística de busca tabu. Um novo operador foi introduzido e ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Com novas normas, incentivos governamentais e preocupação com questões ambientais, é esperado um crescimento no número de unidades de geradoras conectadas a rede a partir dos consumidores. Algumas questões técnicas relacionadas à elevada penetração de geração distribuída nos alimentadores de distribuição preocupam as concessionárias de energia, as quais buscam meios de prevenir possíveis efeitos indesejados no sistema elétrico. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um relé digital aplicado à proteção da conexão de geração distribuída na rede elétrica, com foco em microgeração e minigeração proveniente de geradores síncronos, assíncronos e inversores. O relé digital contempla as principais funções de proteção exigidas pelos procedimentos e normas de acesso nacionais, incluindo algoritmos anti-ilhamento. O seu funcionamento se dá pela medição das grandezas elétricas no ponto de conexão entre a geração distribuída e a rede elétrica, filtragem digital dos sinais e processamento dos algoritmos das funções de proteção. Como num relé digital convencional, as funções de proteção podem ser configuradas individualmente, permitindo construção de expressões lógicas e de bloqueio. O protótipo pode ser monitorado e controlado localmente, através de uma aplicação instalada em um computador e utilizando a rede Ethernet. O protótipo permite controle remoto pela concessionária através de uma rede de telecomunicação em malha instalada no sistema elétrico de distribuição, utilizando protocolo ZigBee. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre os efeitos e os problemas da geração distribuída no sistema elétrico, contextualizando o futuro das nossas redes de distribuição em relação a situação de países mais desenvolvidos nesse tema. Em seguida, são apresentadas as principais técnicas de processamento digital de sinais para relés digitais e o funcionamento das funções de proteção. Os detalhes do desenvolvimento do hardware, estratégias para filtragem digital e implementação dos algoritmos de proteção são apresentados. Algumas técnicas no algoritmo de filtragem e nas funções de proteção, como a medição de frequência trifásica utilizando a transformada de Clarke, são discutidas e avaliadas. Os resultados dos testes de funcionamento do protótipo, realizados em laboratório, são apresentados. Concluiu-se que o relé digital contempla um conjunto de proteções que abrange as principais normas para o acesso de geração distribuída no Brasil, pode ser utilizado como proteção de retaguarda para sistemas já dotados de proteções internas, como inversores, além de possibilitar o controle remoto de geração distribuída através da rede de telecomunicação em malha com protocolo ZigBee. / With new standards, government incentives and concerns about environmental questions, is expected the growth of the number of generating units connected to the grid from consumers. Some technical issues related to the high penetration of distributed generation on distribution feeders concerns the power utilities, which look for solutions to prevent possible unwanted effects on the electrical system. This research presents the development of a digital relay applied to protect the interconnection of distributed generation in the grid, focusing on micro and mini electricity generation plants from synchronous and asynchronous generators, and inverters. The digital relay contains the main protection functions required by PRODIST and utilities standards, including anti-islanding algorithms. Its operation is given by the measurement of electrical parameters at the point between the distributed generation and grid, followed by digital signal filtering and protection algorithms processing. Like a conventional digital relay, the protection functions can be individually configured, it’s possible to build logical and blocking expressions with them. The prototype can be monitored and controlled by a personal computer connected in the same local network. The computer must run an interface program. The prototype allow remote control by the utilities, this communication is done by a mesh network installed along the electric distribution system, using the ZigBee protocol. It’s presented a review about the effects and problems caused in the electrical power system by the distributed generation, giving the context of the future Brazilian distribution network in relation to the actual situation of more experienced countries on distributed generation. Following, it’s presented the main technics of digital signal processing applied to digital relays and operation of the protection functions. So then, the details of the hardware development, digital filtering strategies and the implementation of the protection algorithms are presented. Some technics applied to the filtering algorithms and protection function, as the three-phase frequency measurement using Clarke’s transformation, are discussed and evaluated. The test results of the prototype operation are presented, the tests were done in laboratory. The digital relay contain a set of protection functions that covers the main standards of distributed generation access in Brazil, it’s possible to use as a backup protection for systems with protections embedded, as grid tie inverters, and the possibility of remote control of distributed generation through the mesh network with ZigBee protocol.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to analyze the dynamic performance of a synchronous generator and its controls in a distributed generation system, as well as evaluate the impacts of its operation when connected to the distribution grid, using for this task the ATPDraw interface/tool of software ATP. Within this context, it is firstly necessary to obtain suitable models to represent the synchronous machine control systems (voltage regulator, speed governor and stabilizer system) in ATPDraw. Furthermore, for stability analysis, it is developed a mathematical technique to calculate the machine power angle which is represented in ATPDraw by a device (icon). The adjustments of voltage and speed control system parameters are performed by some adopted procedures which are verified using two electric systems: the first one with a synchronous generator connected to the distribution grid; and the second with three distinct generators forming a multimachine system. In these systems some disturbances are applied such as load shedding and short-circuit to accomplish the studies. Finally, with the previous results, it is carried out some dynamic performance studies of a synchronous generator of an independent producer connected to a distribution grid so as to assess aspects of power quality (voltage magnitude), stability and to evaluate the influence of machine controls during the system response for a given load shedding. / Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho dinâmico de um gerador síncrono e seus controles, num sistema de geração distribuída, assim como avaliar os impactos causados por este quando da sua operação conectado às redes de distribuição, utilizando a interface ATPDraw do software ATP. Neste contexto, é primeiramente necessário obter modelos adequados para representar os sistemas de controle da máquina síncrona (regulador de tensão e regulador de velocidade e estabilizador do sistema) no ATPDraw. Além disso, para análise de estabilidade é desenvolvido uma técnica matemática para o cálculo do ângulo de potência da máquina a qual é representada no ATPDraw por um dispositivo (ícone). Para ajustar os parâmetros dos sistemas de controle de tensão e de velocidade são apresentados alguns procedimentos adotados, sendo estes verificados por meio de dois sistemas elétricos: o primeiro com um gerador síncrono conectado a uma rede de distribuição; e o segundo composto por três geradores distintos formando um sistema multimáquinas. Nesses sistemas são aplicados distúrbios do tipo rejeição de carga e curto-circuito para realização dos estudos. Finalmente, com os resultados obtidos anteriormente, são realizados estudos do desempenho dinâmico de um gerador síncrono de um produtor independente, conectado a rede de distribuição, para avaliar aspectos de qualidade de energia (magnitude de tensão), de estabilidade e verificar as influências dos controles da máquina durante a resposta do sistema para uma dada rejeição de carga. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increased demand for energy, the possibility of reducing the supply of conventional fuels and growing concerns about the preservation of the environment have led to several researches and development of alternative energy sources which are clean, renewable and with minor environmental impact. Among the various alternative energy sources, PV solar has been considered an excellent option as it is free, abundant, clean and distributed through all places. Solar energy incident on Earth\'s surface is estimated at about ten thousand times the total energy consumed in the world. Even with all the advantages offered by the generation of energy through the use of photovoltaic panels, the initial cost of deployment is high and the efficiency of energy conversion is currently still low. Thus, it is essential to use techniques to extract the maximum power from these panels to increase the system operation efficiency. This work aims to present studies of a complete photovoltaic solar system, connected to low voltage power grid including the solar panel, a step-up voltage converter, its corresponding Maximum Power Point Tracking (MPPT) control, the voltage inverter with its control, the phase locked loop, and by means of an inductive coupling, the connection of the whole system to the grid. For modeling and simulations of the solar photovoltaic system, it was used the Alternative Transients Program - ATP. Initially it is presented simulation results with parts that comprises the PV array, and only at the end, it is performed a case study with the complete PV system developed in this work. / O aumento da demanda de energia, a possibilidade de redução do suprimento de combustíveis convencionais e a crescente preocupação com a preservação do meio ambiente têm levado a várias pesquisas e desenvolvimento de fontes alternativas de energia que sejam limpas, renováveis e com menor impacto ambiental. Dentre as diversas fontes alternativas de energia, a solar fotovoltaica tem sido considerada uma excelente opção já que é livre, abundante, limpa e distribuída. A energia solar incidente na superfície da Terra é estimada em cerca de dez mil vezes a energia total consumida no mundo. Mesmo com todas as vantagens apresentadas pela geração de energia por meio do uso de painéis fotovoltaicos, a eficiência da conversão de energia é atualmente ainda baixa e com custo inicial de implantação elevado. Assim, é imprescindível o uso de técnicas para extração da máxima potência destes painéis para aumentar a eficiência de operação do sistema. Este trabalho visa apresentar estudos de um sistema fotovoltaico completo conectado à rede elétrica de baixa tensão, compreendendo o painel solar, um conversor elevador de tensão, seu correspondente controle de rastreamento de máxima potência, o inversor de tensão com seu controle, a malha de captura de fase e, por meio de um indutor de acoplamento, a conexão de todo este sistema à rede elétrica. Para a modelagem e simulações do sistema solar fotovoltaico foi utilizado o Alternative Transients Program - ATP. Inicialmente são apresentados resultados de simulação de partes constituintes do arranjo fotovoltaico e somente ao final, é realizado um estudo de caso com o sistema completo desenvolvido neste trabalho. / Mestre em Ciências

Este trabalho apresenta uma estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal de um grupo moto gerador (GMG) para uso em um sistema de geração distribuída (GD). A partir da construção de uma superfície fuzzy, baseada no comportamento do erro e da derivada do erro de uma malha de controle, foi realizada a sintonia de controladores fuzzy PD+I para potências ativa e reativa e tensão terminal. O controlador coordenado fuzzy PD+I ajusta automaticamente a tensão nos terminais da máquina e a potência reativa fornecidas à rede de distribuição. A estratégia coordenada é dada através de um parâmetro que regula a malha de potência reativa a partir do erro de tensão terminal, priorizando o ajuste da tensão e ponderando a malha de controle de potência reativa. Para avaliar o desempenho do sistema de controle, a GD é conectada a uma rede de distribuição e submetida a eventos como entrada e saída de cargas locais. O conjunto de cargas locais é composto por um motor de indução, uma carga RLC e um retificador trifásico não controlado. Sete cenários foram simulados para avaliar a estratégia de controle em diferentes regimes de operação do GMG. Resultados para tensão terminal, fator de potência e fluxo de potências entre o sistema, as cargas e a rede, ilustram a eficiência da estratégia de controle apresentada. A estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal se mostrou capaz de melhorar os índices de fator de potência controlando o fluxo de potência do barramento em que a GD estava conectada, sem prejudicar a tensão terminal do gerador, mantendo a GD em limites seguros de operação. / This work presents a coordinated control strategy to terminal voltage and reactive power for a diesel generation set used as a distributed gerenation system (DG). From desired control actions, a fuzzy surface was designed for fuzzy PD+I controllers. Fuzzy PD+I controllers automatically adjust the terminal voltage and the reactive power delivered to the grid. The coordinated control strategy weighs the control action for the reactive power through a variable parameter, prioritizing the terminal voltage adjustment. To illustrate the system control performance, the DG is connected to a grid dynamic model and the system is subjected to connection and disconnection of loads at the local bus. The local loads set was composed of an induction machine, a RLC load and an uncontrolled three-phase rectifier. Seven scenarios were simulated to evaluate the control strategy in different DG regime of operation. Results for terminal voltage, power factor and reactive power among the DG, the local loads and the grid, illustrates the control strategy efficiency improved the power factor by regulating the reactive power injected at the bus, maintaining the DG terminal voltage in safe operation limits.