Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T15:30:19Z No. of bitstreams: 1 rodrigoarrudafelicioferreira.pdf: 7303630 bytes, checksum: 971316c74f1313f54e1c09c837c93e74 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-26T12:05:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigoarrudafelicioferreira.pdf: 7303630 bytes, checksum: 971316c74f1313f54e1c09c837c93e74 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T12:05:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigoarrudafelicioferreira.pdf: 7303630 bytes, checksum: 971316c74f1313f54e1c09c837c93e74 (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo sobre alguns dos aspectos relacionados às microrredes em corrente contínua, uma alternativa para utilização de fontes renováveis de energia em sistemas de geração distribuída. Considerando que a manutenção da tensão no barramento principal das microrredes, no qual as fontes e as cargas são conectadas, é uma das questões mais importantes para a operação de modo satisfatório destes sistemas, um sistema de controle descentralizado de tensão integrando técnicas de controle por droop de tensão e de controle por modos deslizantes é proposto. Uma microrrede CC de 10 kW conectada à rede CA e composta por arranjos fotovoltaicos e bancos de baterias, dimensionada para atender uma parcela das cargas eletrônicas e de iluminação do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia – Campus Juiz de Fora, é modelada e simulada em tempo real utilizando o conceito de simulação CHIL. Resultados experimentais utilizando controladores externos como dispositivos em teste são utilizados para analisar o comportamento do sistema em diferentes condições e para validação da metodologia proposta. Além disso, é apresentado um estudo das técnicas de análise de estabilidade de tensão para sistemas em corrente contínua. Por fim, é apresentada uma metodologia baseada em síntese de elementos reativos utilizando conversores estáticos para estabilização ativa de sistemas CC simplificados, contendo uma fonte e uma carga do tipo potência constante. / This work presents aspects related to DC microgrids, an alternative way of using renewable energy sources in a decentralized fashion. Whereas the maintenance of the microgrid main bus voltage, in which the sources and loads are connected, is one of the most important issues for the satisfactory operation of these systems, a novel methodology for regulating DC bus voltage integrating voltage droop control and sliding mode control techniques is proposed. A grid-connected 10 kW DC microgrid containing photovoltaic arrays and a battery bank, sized to meet a portion of electronic and lighting loads of the Federal Institute of Education, Science and Technology - Campus Juiz de Fora, is modeled and simulated in real time using the concept of CHIL simulation. Experimental results using external controllers as hardware under test are used to analyze system behavior under different conditions and to validate the proposed methodology. Furthermore, a study regarding voltage stability analysis techniques applied to DC systems is presented. Finally, a methodology based on synthesis of reactive elements using static converters for active stabilization of simplified CC systems, containing one source and one constant power load, is presented.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T14:05:45Z No. of bitstreams: 1 franciscocarlosrodriguescoelho.pdf: 4772391 bytes, checksum: e11633134429c05832808dad96be9940 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-27T14:28:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 franciscocarlosrodriguescoelho.pdf: 4772391 bytes, checksum: e11633134429c05832808dad96be9940 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T14:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 franciscocarlosrodriguescoelho.pdf: 4772391 bytes, checksum: e11633134429c05832808dad96be9940 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / A alocação de Geração Distribuída (GD) em sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em determinar os barramentos para conexão destas unidades geradoras, e o montante de potência a ser injetado, visando um ou mais objetivos, que podem ser: redução das perdas de potência ativa, melhorias no perfil de tensão, minimização dos custos operacionais, maximização da geração de energia, ganhos ambientais, dentre outros. O principal objetivo considerado neste trabalho é a minimização das perdas de potência ativa, mantendo as tensões dos barramentos dentro de limites recomendados. Para alcançar este objetivo, uma metodologia de otimização é proposta, tratando separadamente os problemas de localização das unidades geradoras no sistema, e o dimensionamento destas unidades. A determinação das barras com conexão de GD é realizada através de uma nova técnica de otimização metaheurística, implementada no MATLAB, denominada Metaheurística Empírica Discreta (MED). Já o dimensionamento das unidades de GD é realizado de duas formas distintas, a depender do tipo de sistema de distribuição analisado. No caso dos sistemas cujos dados são equivalentes monofásicos, o montante de potencia é determinado por um Fluxo de Potência Ótimo implementado no software comercial LINGO. A segunda estratégia de determinação da potência despachada é empregada no caso dos testes realizados com sistemas trifásicos desbalanceados, cujo dimensionamento é feito pelo método do gradiente descendente e o cálculo do fluxo de potência é realizado pelo software OpenDSS. Os três sistemas equivalentes monofásicos utilizados são compostos por 33, 69 e 476 barras, enquanto os dois trifásicos desequilibrados possuem 34 e 123 barras. A qualidade da metodologia proposta na resolução do problema de alocação de geração distribuída é avaliada através de comparações com a literatura especializada, comparações com outras metaheurísticas e testes de robustez. Os resultados provenientes de simulações com alocação de três e quatro unidades de GD em sistemas de distribuição de energia elétrica mostram que a metodologia proposta é eficiente, sendo capaz de produzir resultados com significativas reduções nas perdas de potência ativa e perfis de tensão adequados. / The optimal Distributed Generation (DG) allocation problem consists in choosing the best locations of those distributed power plants at the distribution system, and to define its amount of power injection. The approach can be either single or multiobjective. The main objectives are: minimization of total power loss, voltage profile improvement, operational cost minimization, maximization of distributed generation capacity, environmental gains, among others. In this work, the main goal pursued is the total power loss minimization of the distribution system, keeping the buses voltages within the predetermined limits. To achieve this goal, an optimization methodology is proposed. This approach treats separately the location problem and the power dispatched by the generation units. The busbars connected to distributed generation are determined through a new metaheuristic algorithm, implemented in MATLAB, named Empirical Discrete Metaheuristic (EDM). The amount of power injection is solved by an Optimum Power Flow implemented in the commercial software LINGO, or by the Steepest Descent Method in the MATLAB environment. The first strategy to determine the DG dispatch is used on simulations with single phase equivalents systems. The second one is employed in the amount of power determination in unbalanced three phase systems, which the power flow is carried out by the open source software OpenDSS. The three single phase equivalent test systems analyzed are composed by 33, 69 and 476 buses, while the two systems with three phases have 34 and 123 buses, each. To evaluate the proposed methodology quality, comparisons to published works in the specialized literature are made. Also, robustness tests and comparisons to other well succeed metaheuristics are carried out. The results were obtained from simulations with three and four DG units in electric power distribution systems. These results consistently show that the proposed methodology is efficient, providing DGs configurations that significantly reduces the active power losses and keep the voltages at adequate levels.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T15:05:33Z No. of bitstreams: 1 dalmocardosodasilvajunior.pdf: 7879052 bytes, checksum: 389a4104e77ceeccf54e988e08d73109 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-27T17:57:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dalmocardosodasilvajunior.pdf: 7879052 bytes, checksum: 389a4104e77ceeccf54e988e08d73109 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T17:57:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dalmocardosodasilvajunior.pdf: 7879052 bytes, checksum: 389a4104e77ceeccf54e988e08d73109 (MD5) Previous issue date: 2017-12-11 / As tecnologias de Geração Distribuída (GD), geralmente, consistem em geradores modulares (em grande maioria renováveis) que oferecem uma série de benefícios poten-ciais, além de estarem mais próximos dos consumidores finais. Embora a GD possa ter colaborações como comentado, a inserção de energias renováveis na rede elétrica pode afetar a proteção e também a estabilidade da mesma, implicando em desvios na tensão e na frequência do sistema. Um dos principais problemas enfrentados é a falta de inér-cia das energias renováveis e também o aparecimento de correntes harmônicas devido às cargas não lineares. Baseado nesse cenário, e como forma de solução dos problemas comentados, surge a pesquisa de inversores multifuncionais, capazes de não só conectar tais energias renováveis à rede elétrica, mas também oferecer suporte a ela. Os serviços ancilares incluem auxílio à estabilidade de tensão e frequência, mitigação de conteúdo harmônico, equilíbrio de geração e demanda de energia, entre outros aspectos. Dessa forma, metodologias baseadas nas implementações alternativas de controle, tais como a Máquina Síncrona Virtual e o Filtro Ativo de Potência (FAP) podem ser adotadas como soluções para esses problemas. Nessa vertente, simulações em tempo real com Hardware In the Loop (HIL) no simulador digital de tempo real (Real Time Digital Simulator) (RTDS) e processamento digital de sinal e engenharia de controle (digi-tal Signal Processing and Control Engineering) (dSPACE), são ferramentas poderosas que podem auxiliar o processo de simulação das funções ancilares analisadas. Assim, nesse trabalho, simulou-se o inversor multifuncional como forma de mostrar a efetiva regulação de tensão, frequência e diminuição do conteúdo harmônico em sistemas de potência, especialmente em microrredes de corrente alternada (CA). Por fim, os resul-tados demonstram o funcionamento do sistema e podem ser usados como validação das estratégias de controle propostas. / Distributed Generation technologies generally consist of modular (mostly renewa-ble) generators that offer a number of potential benefits, while being closer to the end consumers. Although the DG present features as commented, the insertion of renewa-ble energies in the electrical network can affect the protection and also the stability of the network, implying in voltage and frequency deviations. One of the main problems faced is the lack of inertia of renewable energies and also the appearance of harmonic currents due to non-linear loads. Based on this scenario, and as a way of solving these problems, the research of smart inverters, capable of not only connecting such renewable energies to the electric grid but also supporting it, emerges. Some ancillary services as voltage and frequency stability, mitigation of harmonic content, balance of generation and energy demand, among other aspects, can be fullfilled. Thus, methodologies based on sophisticated control implementations such as the Virtual Synchronous Machine and the Active Power Filter, can be adopted as solutions to these problems. In this aspect, real-time simulations with Control Hardware In The Loop HIL in Real Time Digital Simulator RTDS and dSPACE, are a powerfulls tool can aid the simulation process of the analyzed ancillary functions. Thus, in this work, the multifunctional inverter was simulated as a way to show the effective regulation of voltage, frequency, and harmonic content mitigation in power systems, especially in AC microgrids. Finally, the results demonstrate the operation of the system and can be used as validation of the proposed control strategies.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-05-15T18:53:08Z No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-05-22T14:44:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T14:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) Previous issue date: 2018-03-26 / Este trabalho apresenta um estudo sobre a integração de uma fonte despachável, baseada em um grupo motor gerador diesel, em uma microrrede em corrente alternada através de um conversor de dois estágios, formado por dois conversores fonte de tensão em conexão back-to-back. A microrrede pode operar conectada à rede secundária de distribuição, injetando a potência ativa proveniente da fonte despachável, ou de modo isolado. Para este segundo caso, duas estratégias de funcionamento são propostas. A primeira interliga diretamente o grupo motor gerador ao barramento de cargas, enquanto o conversor de dois estágios funciona como filtro ativo de potência. A outra opção consiste em utilizar o conversor de dois estágios no modo formador de rede, alimentando o barramento de cargas. Como cada uma das unidades que compõem o conversor de dois estágios tem uma finalidade, os controladores utilizados de cada um dos lados possuem particularidades. O conversor conectado aos terminais do grupo motor gerador é responsável por drenar correntes senoidais e regular a tensão do barramento de corrente contínua. Para este conversor é utilizado um controlador proporcional—integral, projetado no sistema de coordenadas síncrono. Uma estratégia de compensação dos parâmetros do tempo morto dos interruptores semicondutores foi implementada para reduzir a geração de harmônicos não característicos. Do outro lado, no conversor de saída, responsável pela integração com a rede secundária, foi utilizado um controlador proporcional—integral, projetado no sistema de coordenadas síncrono, com múltiplos integradores, adicionados para compensar correntes harmônicas. De acordo com o modo de funcionamento do sistema é utilizado um método para obtenção das correntes de referência. Quatro modos de funcionamento podem ser aplicados neste sistema: (i) alimentador de rede, (ii) formador de rede, (iii) auxiliador de rede e (iv) condicionador de rede. Para o modo Formador de Rede faz-se necessário a inclusão de uma malha de controle externa projetado para regular a tensão CA no barramento de cargas. Resultados experimentais são apresentados para validar os modelos matemáticos e as estratégias de controle usadas neste trabalho. Todo o algoritmo de controle é implementado em um controlador digital de sinais TMS320F28335 fabricado pela Texas Instruments. / This document presents a study on dispatchable source based on Diesel Gen-set connected to AC microgrid. The Diesel generator is connected to network grid through two-stage converter composed of two Voltage-sourced converters in back-to-back (B2B-VSC) connection. The AC microgrid can operate in a grid-connected mode, injecting active power from the dispatchable source, or in an isolated mode. In the second case, two operating conditions are proposed, in which the first option interconnects Diesel gen-set direct to load bus and B2B-VSC works as Active Power Filter. Another option is to operate the B2B-VSC as grid—former. Due the fact that each converter of B2B-VSC has a specific goal, different control strategies are used for each one. The VSC connected to Diesel generator terminals is responsible to drain sinusoidal currents and to regulate the DC voltage. In the this converter, PI—SRF Controller is applied in a inner current control loop together with a dead-time compensation strategy. In the other side of B2B-VSC, responsible of multi-task control, is applied a control strategy modelled in a synchronous coordinate system with multiple integrators to mitigate the harmonic currents. According to the operation mode is used a different current reference is given. Four operation modes can be used in this microgrid: (i) grid-feeding, (ii) grid-forming, (iii) grid-supporting and (iv) grid-conditioning. In grid—forming mode an outer loop is added to regulate the AC load bus voltage. Experimental results are presented to validate the mathematical modelling and controller strategies. Finally, suggestions to continue this research are proposed. The control algorithm is implemented in a digital signal processor TMS320F28335 made by Texas Instruments.

Submitted by Michel Bucci Peroni (peronimichel@gmail.com) on 2018-06-15T11:34:42Z No. of bitstreams: 1 Trabalho Aplicado_Michel Bucci Peroni_15_06.pdf: 5531820 bytes, checksum: 8ac0893b9df6f4ac5552a41b8dae5f4b (MD5) / Approved for entry into archive by Simone de Andrade Lopes Pires (simone.lopes@fgv.br) on 2018-06-15T17:16:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Trabalho Aplicado_Michel Bucci Peroni_15_06.pdf: 5531820 bytes, checksum: 8ac0893b9df6f4ac5552a41b8dae5f4b (MD5) / Approved for entry into archive by Isabele Garcia (isabele.garcia@fgv.br) on 2018-06-15T20:44:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Trabalho Aplicado_Michel Bucci Peroni_15_06.pdf: 5531820 bytes, checksum: 8ac0893b9df6f4ac5552a41b8dae5f4b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-15T20:44:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trabalho Aplicado_Michel Bucci Peroni_15_06.pdf: 5531820 bytes, checksum: 8ac0893b9df6f4ac5552a41b8dae5f4b (MD5) Previous issue date: 2018 / O presente trabalho tem como objetivo avaliar os elementos-chave que contribuem para a viabilidade econômico-financeira e identificar as principais barreiras para implantação de um sistema de geração distribuída de energia solar fotovoltaica no setor comercial. Trata-se de um estudo de caso com triangulação de dados a partir de dois supermercados localizados no interior de Minas Gerais. Foram realizadas entrevistas com diferentes stakeholders com objetivo de ampliar a visão acerca das barreiras existentes no setor de energia solar fotovoltaica. Os resultados demonstram, a partir dos estudos de casos, que o investimento é viável e um dos fatores que mais contribui para a viabilidade econômico-financeira é o preço da tarifa de energia elétrica. Conclui-se que a geração de energia solar fotovoltaica tem se tornado cada vez mais competitiva, em parte pela redução nos custos dos módulos fotovoltaicos e pelo preço da tarifa de energia praticadas pelas concessionárias. Aliada ao grande potencial solar existente no Brasil e considerando que, para o setor varejista, a energia elétrica é a segunda maior despesa, subindo quase 40% desde 2014, além das expectativas de retomada do crescimento econômico do País, a geração distribuída de energia solar fotovoltaica é uma alternativa que pode contribuir para mitigar problemas ambientais, reduzindo a emissão dos gases de efeito estufa e também o impacto nas mudanças climáticas. / This study aims to evaluate the key elements that contribute to economic-financial viability and to identify the main barriers to implement a system of distributed generation of photovoltaic solar energy in the commercial sector. It is a case study with triangulation of data from two supermarkets located in the interior of Minas Gerais State, in Brazil. Interviews have been conducted with different stakeholders aiming to broaden the comprehension of the existing barriers in photovoltaic solar energy sector. Results from the case studies show that investment is viable and one of the factors that contributes most to the economic-financial viability is the price of electricity rate. The conclusion is that generation of photovoltaic solar energy has become increasingly competitive, partially due to reduction in costs of photovoltaic modules and price of energy rate charged by concessionaires. Combined with the great solar potential in Brazil and considering that, for the retail sector, electricity is the second largest expenditure, rising almost 40% since 2014, in addition to the expectations of a resumption of the country's economic growth, distributed generation of photovoltaic solar energy is an alternative that can contribute to mitigate environmental problems, reducing both emission of greenhouse gases and impact on climate change.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In many hydroelectric power plants, while the water inflows are greater than demand, part of this water that could be used to generate energy is spilled by the dam gates and literally wasted. This dissertation discusses the use of this wasted hydroelectric potential for hydrogen (H2) generation through water electrolysis. The usage of this hydrogen can happen not only in vehicle engines or industrial applications, but in energy generation through fuel cells and behaving as an energy vector. The H2 production by electrolysis requires an energy source for its processing. This dissertation aims at to mitigate this issue by the use of the secondary energy. Besides the H2 generation aspects, it is presented the complete mathematic model of alkaline electrolyzers. With respect to the wasted hydroelectric potential approach it must be taken into account that alternative sources of energy are settled onto three bases: the energy source itself, the distribution grid and the interconnection energy source-to-grid (or source-to-load). Looking at this fact, the source connection and disconnection from the grid is a challenge for systems engineering. For this dissertation the simulation of Voltage Source Inverters (VSI) was selected to represent the islanded and grid tied conditions. For that, it is proposed an anti-islanding algorithm used to protect the system against faults that may occur in the grid. A reconnection algorithm is also included to obtain the synchronism of the alternative source with the electric grid. To control these inverters, two control techniques are presented along this text: DQ-frame and the proportional and resonant (P+Resonant) control. These control techniques are simulated to evaluate the application efficiency of such controllers. Additionally a smart control in perspectives of the smart grid was also developed and it is proposed in this dissertation. A smart grid integrated to the distribution system allows aggregation of efficient actions of all agents related to electricity services and so strategically making available the electricity goods and services. In this context, based on real-time spot pricing of the electricity obtained from the utility using an advanced metering device, the inverter control algorithm determines the optimal operating mode. This algorithm enables the inverter to: a) schedule local loads; b) determine either to local storage or selling of energy to the grid. Finally, it is shown that on-line fault detection in the system can also make possible a fast restoration of most contingence situations. / Em muitas Usinas Hidrelétricas, quando as afluências de água são maiores que a demanda, uma parcela desta água que ainda poderia ser utilizada para gerar energia é desviada para o vertedouro e literalmente desperdiçada. Esta energia recebe a denominação de Energia Vertida Turbinável (EVT). Essa dissertação discute o aproveitamento da EVT para produção de hidrogênio através da eletrólise da água. O uso desse hidrogênio pode ocorrer não apenas em motores de veículos ou aplicações industriais, mas na própria geração de energia elétrica em células a combustível, agindo como vetor energético. A produção de H2 por eletrólise da água convencionalmente necessita de uma fonte de energia para o processo. Essa dissertação sugere a mitigação deste problema pela utilização de energia secundária. Além de aspectos para produção de H2, é apresentada uma modelagem matemática completa de todo este processo envolvendo os eletrolisadores alcalinos. Na abordagem da EVT há que se levar em conta que as fontes alternativas em geral estão assentadas em três fundamentos: a fonte de energia, a rede de distribuição e a interconexão fonte de energia-rede (ou fonte-carga). Com vistas a este fato, a desconexão e re-conexão entre a fonte e a rede pode ser um problema desafiador para a engenharia de sistemas. Para esta dissertação, selecionou-se a simulação dos Inversores VSI (Voltage Source Inverters) como resposta para as condições de ilhamento e conexão à rede elétrica. Para isto, propõe-se um algoritmo anti-ilhamento que visa a proteção contra as faltas que possam ocorrer na rede e um algoritmo de re-conexão à rede, incluindo o meio de sincronismo da fonte alternativa com a rede. Para controlar tais inversores, duas técnicas são apresentadas ao longo deste texto: utilizando as transformações DQ e controle proporcional e ressonante (P+Resonant). Essas duas técnicas de controle são simuladas para se avaliar a eficiência da aplicação de tais controladores. Em adicional, foi desenvolvido um controle inteligente diferenciado com perspectivas ao Smart Grid. O Smart Grid integrado aos sistemas de distribuição permite agregar de forma eficiente as ações de todos os agentes ligados a ele para que, de forma estratégica, sejam disponibilizados bens e serviços de eletricidade. Neste contexto, o controle inteligente proposto para inversores de conexão com rede a utiliza técnicas de gerenciamento pelo lado da demanda e ainda determina automaticamente o ponto ótimo de operação do inversor, possibilitando assim o planejamento e arranjo de cargas locais e a determinação de quando deve ser armazenada energia ou vendida para a rede. Mostra-se finalmente que a detecção das falhas no sistema também poderá ser praticada de forma a se poder atuar rapidamente no restabelecimento das situações de contingência.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nowadays, the Brazilian electric systems need the development of new researches and tools, in order to obtain a logic solution to maintain and improve the reliability and the quality of the power delivered to customers. Therefore, the study of the appropriate connection of distributed generation sources is an essential topic to be analyzed, since this process may provide positive impacts along the feeders. An appropriate DG site is an important aspect mentioned in the PRODIST (Proceedings of Electric Energy Distribution on Electrical National System), inside section 3. For now, the PRODIST is just an orientating tool established by the ANEEL - National Regulatory Agency of Electric Energy. It is important to observe that after the approval of PRODIST, this tool will be the standard for several processes considering planning and operation of distribution systems in Brazil. During the development of this work the main types of distributed energy sources were presented in order to observe their characteristics and their applications on distributions networks. Besides, the main effects of the DG operation inside three distribution system models were analyzed through the software DigSilent®, considering power losses and voltage levels. Moreover, this study intends to perform a multi-objective analysis defining some quantitative and qualitative parameters evaluated by specific softwares, according to the types of parameters. It is important to emphasize that the appropriate choice of these parameters is essential to support the final results, since a wrong choice or a lacking of an import parameter may provide undesirable outputs. These parameters were applied on the Bellman-Zadeh algorithm and the membership fuzzy functions, in order to find the appropriate DG site inside a distribution system model. These two methods are described separately. However, the methods are applied on a practical example together. Therefore it is possible to analyze the main characteristics of each method, emphasizing its applications on the multi-objective analysis. The developed methodology intends to provide positive effects in distribution networks and also work towards the planning of distribution systems. It is important to observe that the methodology presented in this study may be applied to distribution system feeders to find in which feeder will be the most appropriate DG location, and to any node inside a determined feeder providing a specific place for the appropriate DG site. / Avaliando o momento atual do setor elétrico brasileiro, percebe-se a crescente necessidade de se encontrar novos caminhos para o avanço dos setores de distribuição de energia elétrica. Desta forma a inserção de fontes de geração distribuída (GD) apresenta-se como uma alternativa estratégica para o desenvolvimento do sistema energético brasileiro. A adequada localização das fontes de GD é um importante aspecto citado nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) Módulo 3, sendo este um instrumento orientativo criado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Durante o desenvolvimento deste trabalho foram pesquisados os principais tipos de fontes de geração distribuída com o objetivo de avaliar as características e aplicações das mesmas. Além disso, foram observadas as principais conseqüências da conexão de fontes de GD em três protótipos de sistemas de distribuição, considerando perdas de potência e níveis de tensão, simulados através do software DigSilent®. Com base em uma análise multicriterial foram definidos parâmetros quantitativos e qualitativos, avaliados previamente através de softwares específicos para cada tipo de parâmetro. Deve-se observar a importância da correta escolha destes parâmetros, pois a ausência de um único parâmetro, que possua uma elevada importância para o sistema em questão, pode comprometer a validade dos resultados obtidos. Estes parâmetros foram aplicados em uma metodologia utilizando o algoritmo de Bellman-Zadeh e os conjuntos fuzzy, com o objetivo de encontrar a localização mais adequada de uma fonte de geração distribuída em um sistema de distribuição. Estes dois métodos serão descritos separadamente e avaliados de forma conjunta, visando estabelecer suas principais características a suas diferentes aplicações em análises multicriteriais. A metodologia desenvolvida neste estudo visa o correto desenvolvimento dos sistemas de distribuição de média tensão, contribuindo para futuros planejamentos deste sistema. Outro importante fato a ser observado é que a metodologia proposta neste estudo pode ser aplicada tanto na análise de um sistema de distribuição com intuito de determinar qual é o alimentador mais adequado a se instalar a fonte de GD, quanto na análise de determinados alimentadores buscando especificamente qual é o local dentro de cada alimentador onde deve ser instalada a fonte de GD.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:26:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_D.pdf: 8861113 bytes, checksum: 46fbfc4ed40c793e3b012449f77b88ab (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Recentemente, o ilhamento intencional, ou seja, a operação isolada de uma parte do sistema elétrico de potência que pode ser alimentada localmente por geradores distribuídos, tem representado um grande interesse para as empresas concessionárias de energia elétrica. Tamanho interesse deve-se à capacidade destes geradores em assegurar a redução do tempo de indisponibilidade do fornecimento de energia elétrica, aumentando a confiabilidade das cargas pertencentes ao sistema ilhado. O sucesso da prática do ilhamento intencional é o conhecimento prévio de todas as contingências possíveis que podem resultar em operação ilhada, quer sejam situações de manutenções programadas ou mesmo a perda de subestações de distribuição ou linhas de transmissão de alta tensão. Neste cenário, uma prática comum é utilizar o(s) gerador(es) síncrono(s) distribuído(s) para alimentar o sistema ilhado e garantir a regulação da frequência e da magnitude da tensão, com a atuação do regulador de velocidade e do regulador de tensão, respectivamente. Um dos aspectos mais importantes que deve ser considerado no planejamento do sistema elétrico de potência é o desempenho do sistema de proteção, uma vez que os ajustes dos dispositivos de proteção não são flexíveis o suficiente para acomodar a operação antes e depois de detectado o ilhamento. Neste contexto, esta tese de doutorado apresenta duas contribuições principais: (1) apresentar um estudo detalhado de viabilidade técnica para a realização do ilhamento intencional ¿ dado que o autor deste trabalho é um engenheiro experiente em uma das mais bem conceituadas concessionárias brasileiras, entende-se que o detalhamento destes estudos é de extrema importância para a academia; (2) desenvolver modelos de modernos relés digitais de proteção nos ambientes MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM e utilizar estes modelos em esquemas de proteção suficientemente flexíveis para permitir a viabilidade do ilhamento intencional de geradores síncronos distribuídos. Na avaliação do desempenho de dispositivos de proteção para a formação do ilhamento, são utilizados modelos de relés digitais de proteção desenvolvidos durante o mestrado do autor, bem como novos modelos de relés. Os novos modelos de relés foram desenvolvidos para serem usados em ambientes de análise de transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, como o MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM, constituindo uma poderosa ferramenta de análise e simulação, pois permitem que as interações entre o sistema de proteção e a dinâmica do sistema sejam visualizadas no domínio do tempo. Palavras-chave: Geração distribuída, ilhamento intencional, proteção / Abstract: Nowadays, the utilities have strong interest in practicing the intentional islanding, i.e., the islanded operation of part of the electrical power system fed by distributed generators. This interest is resulted by the capacity of distributed generators to decrease outages and, therefore, to increase system reliability. The success of intentional islanding practice relies on the previous knowledge of all the possible contingencies which may result in islanded operation. These contingencies may be scheduled maintenances or even the loss of distribution substations or transmission lines. Under these circumstances, a common practice is to use the distributed synchronous generators to feed the islanded system and to assure the voltage frequency and magnitude control with the speed governor and voltage regulator actuation, respectively. One of the most important aspects that must be considered in electric power systems planning is the performance of protection system, since the relay settings are not flexible enough to assure the suitable operation before and after the islanding occurrence. In this context, this work has two main contributions: (1) to present a detailed study of intentional islanding technical feasibility ¿ the author is a senior engineer at one of the most important Brazilian utilities, as a result the presentation of how to perform these studies in detail is extremely important for Academy; (2) to develop modern digital relays models using time domain simulation tools such as MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM and to use these models in sufficiently flexible protection schemes to achieve successful intentional islanding operations with synchronous generators. The evaluation of protection systems performance for the intentional islanding practice explore the implemented digital relays models in time domain simulations performed using MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM. This option is an important analysis tool that allows the evaluation of the interaction between protection system and system dynamics during the time. Key-words: Distributed generation, intentional islanding, protection / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Esta dissertação apresenta uma contribuição aos estudos de planejamento do sistema elétrico do Estado de São Paulo, ressaltando os benefícios que se obteria, com uma maior integração das fontes renováveis à matriz elétrica desse estado (notadamente as fontes de energia solar fotovoltaica, eólica, aproveitamento dos resíduos sólidos urbano RSU e vinhaça), visando o aumento da segurança e independência energética, redução de perdas, e benefícios ambientais. Para tanto, apresenta-se o conceito das usinas virtuais, cujo propósito é obter um melhor e maior aproveitamento dos recursos energéticos normalmente dispersos espacialmente - incluindo nesse rol a microgeração distribuída, a autoprodução e cogeração, e mesmo as fontes não renováveis que se encontram perto dos centros de consumo - com o objetivo de coordenar o seu funcionamento conjunto para satisfazer os requisitos da demanda de energia, por meio do uso da Tecnologia da Informação e Telecomunicações ou das Redes Inteligentes (Smart Grid), e, além disso, configurando a usina virtual de maneira que ela atue , no que diz respeito ao sistema interconectado de energia elétrica, rede de transmissão ou distribuição, como se fosse uma planta de geração de grande porte. Apresenta-se uma análise e projeções da operação e do suprimento do subsistema Sudeste/Centro Oeste (SE/CO), com foco especial no Sistema Elétrico do Estado de São Paulo, com suas interações com o SIN. / This Thesis presents contributions for the planning of the electrical system of São Paulo State Brazil, emphasizing benefits obtained with a better integration of renewables (mainly solar photovoltaics, wind energy, from municipal solid waste and sugarcane vinasse) aiming energy security and independence, loss reduction and environmental benefits. For this, the concept of VPP Virtual Power Plant is introduced, in which a better and broader use of energetic resources, geographically dispersed, including distributed microgeneration, autoproduction, cogeneration, and even nonrenewable sources, is facilitated. Those disperse energy resources, in general located near the consumer, are grouped and jointly managed, in order of to satisfy the demand requirements, using Smart Grid and Information and Telecommunication Technologies, and making the VPP to act, for the transmission or distribution system point of view, as a conventional large electrical power plant. An analysis and forecasts of the operation of the Brazilian Southeast/Center West (SE/CO) subsystem, with special focus on São Paulo State electrical system, and its interactions with the Brazilian Interconnected Electrical System (SIN), is presented.

O ilhamento em sistemas elétricos contendo geração distribuída ocorre quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado por geradores distribuídos. É importante detectar essa condição, que pode, por exemplo, levar a problemas como alteração da qualidade da energia elétrica e religamento automático fora de sincronismo, causando danos irreversíveis aos equipamentos da rede elétrica. Uma forma de detecção do ilhamento é o uso de funções de proteção de frequência e suas variações, tais como a função de taxa de variação de frequência e a função de deslocamento de fase (ou salto de vetor). Neste contexto, é importante que se tenham modelos computacionais e analíticos confiáveis dessas funções de proteção para que sejam executadas simulações, permitindo validar ajustes e verificar condições anormais de operação. O objetivo desta dissertação é desenvolver e validar modelos computacionais e analíticos das funções de proteção de sub/sobre frequência, taxa de variação de frequência e deslocamento de fase, empregados na detecção de ilhamento de geradores distribuídos. Os modelos computacionais são desenvolvidos em uma plataforma que permite realizar simulações dinâmicas em tempo real. A validação dos modelos é efetuada utilizando funções de proteção existentes em relés comerciais. A avaliação de desempenho dos modelos em relação à proteção anti-ilhamento é realizada utilizando o conceito das curvas de desempenho, as quais foram obtidas a partir de simulações computacionais em tempo real e em malha fechada pelo uso de um simulador digital em tempo real. Os resultados permitem comprovar a efetividade dos modelos para representar as funções de proteção dos relés comerciais ensaiados, com erros abaixo de 3% para uma ampla faixa de pontos de operação do sistema elétrico e do gerador distribuído. / Islanding in power distribution systems with distributed generators occurs when part of the electrical network becomes isolated from the electrical company and the isolated area is still energized by distributed generation. It is important to detect this condition which can lead to problems such as low power quality levels and out of step reclosing, causing severe equipment damages. One of the island detection methods is the use of frequency protection functions and their variations, such as the rate of change of frequency relay and phase shift relay (or vector surge relay). In this context, it is important to obtain reliable relay computational and analytical models to execute simulations that allow verifying and validating settings, and investigating abnormal operation conditions. This dissertation aims to develop and validate computational and analytical models of under and over frequency, rate of change of frequency and phase shift protection functions applied to distributed generation islanding detection. The computational model development is performed on a real time dynamic simulation platform. The model validations are performed using protection functions of commercial relays. The models performance evaluation and validation were carried out by using the performance curves, which are obtained through real time closed loop simulations using a real time digital simulator. The results prove the model effectiveness to represent commercial protection functions, with errors below 3% for a wide range of distribution system and distributed generator operating conditions.