O objetivo deste estudo foi a elaboração e testes simulados, com dados elétricos reais, de metodologia para a operação de geração distribuída (GD) fotovoltaica, em baixa tensão e com exportação de excedentes, em sistemas de distribuição reticulado. A metodologia superou as limitações impostas pelos equipamentos de proteção chamados Protetores de Rede, inerentes à topologia de distribuição do tipo reticulado. Tais equipamentos inviabilizam a geração distribuída, que exporta excedentes para a rede externa por desconectarem os transformadores de média para baixa tensão, causando o ilhamento da GD, sempre que existir um fluxo de potência reverso, ou seja, no sentido do cliente para a concessionária. O objetivo foi alcançado por meio da criação de um simulador de subestação de reticulado exclusivo (Spot) de três transformadores nos qual os comportamentos dos protetores de rede eram testados com dados de fluxo de potência reais aquisitados em subestações de reticulado em Brasília (concessionária CEB) e em subestação do Instituto de Energia e Ambiente (IEE), da Universidade de São Paulo, onde existe uma instalação geradora fotovoltaica de 12kWp. Novos comportamentos dos protetores de rede foram simulados para compatibilizar tal fluxo reverso de potência e parâmetros críticos foram levantados. Nas simulações, encontraram-se caminhos viáveis de promover estas conexões com segurança e simplicidade. Estes novos comportamentos podem ser implementados no firmware dos relés de protetores de redes microprocessados. / The aim of this study was to develop and test a methodology for operation of photovoltaic distributed generation (DG) on secondary side of the Spot and Grid Network types of electricity distribution systems, allowing for the export of excess energy. This methodology did overcome the limitations imposed by the protective equipment known as Network Protector (NP), a standard equipment on secondary network distribution topology. Such equipments make exporting energy from distributed generation systems to the grid unfeasible because of the operational aspects of Network Protectors. This devices will disconnect the transformers whenever there is a reverse power flow, i.e. towards the utility, causing the islanding of the DG. The objective was achieved through the conception of a simulator for a Spot Network substation with three transformers where the behaviors of network protectors could be tested. Those simulations were performed with actual power flow data from real network substations in Brasilia city (CEB utility area) and the substation at the Institute for Energy and Environment (IEE) at the University of Sao Paulo, where a photovoltaic generating facility of 12kWp exists. New behaviors were simulated in order to make the NPs to manage the expected reverse power flow successfully. The most important parameters for the model were explained. Viable ways to connect exporting photovoltaic DG to secondary networks safely and simply have been found by means of these simulations. These new behaviors could be embedded in the firmware of the NP´s microprocessor based relays.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2018-10-29T17:06:17Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - José Alberto Gobbes Cararo - 2018.pdf: 7377597 bytes, checksum: 1659af9cf040e52ce6bdb4b0e3c1d886 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-10-30T11:18:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - José Alberto Gobbes Cararo - 2018.pdf: 7377597 bytes, checksum: 1659af9cf040e52ce6bdb4b0e3c1d886 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-30T11:18:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - José Alberto Gobbes Cararo - 2018.pdf: 7377597 bytes, checksum: 1659af9cf040e52ce6bdb4b0e3c1d886 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-29 / This work presents methodology for voltage adequacy into electric power distribution network with the insertion of photovoltaic distributed generation. Deterministic, heuristic and hybrid optimization methods are used to find the variables: i) geographical siting, ii) supply power and iii) amount of photovoltaic distributed generation. The main characteristic of the methodology is the obtaining of the amount of photovoltaic distributed generation units necessary for the adequacy of electric network voltage, respecting the supply power of each generation unit. The results indicate improvement in voltage levels after insertion of photovoltaic distributed generation units with optimized parameters for different voltage transgression scenarios. The proposed methodology is efficient for voltage adequacy through the insertion of photovoltaic distributed generation. / Este trabalho apresenta metodologia para adequação de tensão na rede de distribuição de energia elétrica com a inserção de geração distribuída fotovoltaica. São utilizados métodos de otimização determinístico, heurístico e híbrido para encontrar as variáveis: i) posição geográfica, ii) potência de fornecimento e iii) quantidade de geração distribuída fotovoltaica. A principal característica da metodologia é a obtenção da quantidade de unidades de geração distribuída fotovoltaica necessárias para a adequação de tensão da rede elétrica, respeitando a potência de fornecimento de cada unidade de geração. Os resultados indicam melhoria nos níveis de tensão após inserções de unidades de geração distribuída fotovoltaica com parâmetros otimizados para diferentes cenários de transgressão de tensão. A metodologia proposta é eficiente para adequação de tensão através da inserção de geração distribuída fotovoltaica.

O objetivo deste estudo foi a elaboração e testes simulados, com dados elétricos reais, de metodologia para a operação de geração distribuída (GD) fotovoltaica, em baixa tensão e com exportação de excedentes, em sistemas de distribuição reticulado. A metodologia superou as limitações impostas pelos equipamentos de proteção chamados Protetores de Rede, inerentes à topologia de distribuição do tipo reticulado. Tais equipamentos inviabilizam a geração distribuída, que exporta excedentes para a rede externa por desconectarem os transformadores de média para baixa tensão, causando o ilhamento da GD, sempre que existir um fluxo de potência reverso, ou seja, no sentido do cliente para a concessionária. O objetivo foi alcançado por meio da criação de um simulador de subestação de reticulado exclusivo (Spot) de três transformadores nos qual os comportamentos dos protetores de rede eram testados com dados de fluxo de potência reais aquisitados em subestações de reticulado em Brasília (concessionária CEB) e em subestação do Instituto de Energia e Ambiente (IEE), da Universidade de São Paulo, onde existe uma instalação geradora fotovoltaica de 12kWp. Novos comportamentos dos protetores de rede foram simulados para compatibilizar tal fluxo reverso de potência e parâmetros críticos foram levantados. Nas simulações, encontraram-se caminhos viáveis de promover estas conexões com segurança e simplicidade. Estes novos comportamentos podem ser implementados no firmware dos relés de protetores de redes microprocessados. / The aim of this study was to develop and test a methodology for operation of photovoltaic distributed generation (DG) on secondary side of the Spot and Grid Network types of electricity distribution systems, allowing for the export of excess energy. This methodology did overcome the limitations imposed by the protective equipment known as Network Protector (NP), a standard equipment on secondary network distribution topology. Such equipments make exporting energy from distributed generation systems to the grid unfeasible because of the operational aspects of Network Protectors. This devices will disconnect the transformers whenever there is a reverse power flow, i.e. towards the utility, causing the islanding of the DG. The objective was achieved through the conception of a simulator for a Spot Network substation with three transformers where the behaviors of network protectors could be tested. Those simulations were performed with actual power flow data from real network substations in Brasilia city (CEB utility area) and the substation at the Institute for Energy and Environment (IEE) at the University of Sao Paulo, where a photovoltaic generating facility of 12kWp exists. New behaviors were simulated in order to make the NPs to manage the expected reverse power flow successfully. The most important parameters for the model were explained. Viable ways to connect exporting photovoltaic DG to secondary networks safely and simply have been found by means of these simulations. These new behaviors could be embedded in the firmware of the NP´s microprocessor based relays.

Orientador: Júlio Borges de Souza / Resumo: Devido a um conjunto de questões econômicas e ambientais, a geração distribuída baseada em fontes renováveis tem sido incentivada por vários países. No Brasil, a conexão de unidades de geração distribuída fotovoltaica (GDFV) às redes de distribuição de baixa tensão, por meio de unidades residenciais e comerciais, tem apresentado uma rápida expansão. Diante deste cenário, é necessário investigar os possíveis impactos negativos que tal expansão pode resultar sobre os sistemas de distribuição. Neste trabalho, busca-se avaliar o impacto sobre a tensão em regime permanente. Para se alcançar tal objetivo, utiliza-se como modelo do sistema de distribuição a rede de teste IEEE 13 barras. Através do software de acesso livre OpenDss, o qual é devidamente apresentado, o comportamento da tensão ao longo desta rede, antes e depois da inserção da GDFV, é estudado por meio de simulações pontuais e diárias. Também é analisado neste trabalho de que forma o sistema de geração distribuída fotovoltaica, através do uso do controle voltvar, pode atenuar tal impacto. / Abstract: Due to a set of economic and environmental issues, distributed generation based on renewable sources has been encouraged by several countries. In Brazil, the connection of photovoltaic distributed generation units (PVDG) to low voltage distribution networks through residential and commercial units has shown a rapid expansion. Given this scenario, it is necessary to investigate the possible negative impacts that such expansion may result on distribution systems. This work aims to evaluate the impact on the steady state voltage. To achieve this goal, the IEEE 13 bus test network is used as a model of the distribution system. Through the open access software OpenDss, which is properly presented, the behavior of the voltage along this network, before and after the insertion of the PVDG, is studied through punctual and daily simulations. It is also analyzed in this work how the photovoltaic distributed generation system, by voltvar control, can mitigate such impact. / Mestre

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-04-17T13:14:17Z No. of bitstreams: 1 Elson Moreira.pdf: 7883984 bytes, checksum: cf59b3b0b24a249a7fd9e2390b7f16de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T13:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elson Moreira.pdf: 7883984 bytes, checksum: cf59b3b0b24a249a7fd9e2390b7f16de (MD5) Previous issue date: 2017-02-10 / CNPQ / A problem of electric power quality that always affects the consumers of the distribution network are the harmonic distortions. Harmonic distortions arise from the presence of socalled harmonic sources, which are nonlinear equipment, i.e., equipment in which the voltage waveform differs from the current. Such equipment injects harmonic currents in the network generating distortions in the voltage waveform. Nowadays, the number of these equipment in the electrical network has increased considerably. However, the increasing use of such equipment over the network makes systems more vulnerable and prone to quality problems in the supply of electricity to consumers. In addition, it is important to note that in the current scenario, the generation of electricity from renewable sources, connected in the secondary distribution network, is increasing rapidly. This is mainly due to shortage and high costs of fossil fuels. In this context, the Photovoltaic Distributed Generation (PVDG), that uses the sun as a primary source for electric energy generation, is the main technology of renewable generation installed in distribution network. However, the PVDG is a potential source of harmonics, because the interface of the PVDG with the CA network is carried out by a CC/CA inverter, that is a highly nonlinear equipment. Thus, the electrical power quality problems associated with harmonic distortion in distribution networks tend to increase and be very frequent. One of the main indicators of harmonic distortion is the total harmonic distortion of voltage ( ) used by distribution utilities to limit the levels of harmonic distortion present in the electrical network. In the literature there are several deterministic techniques to estimate . These techniques have the disadvantage of not considering the uncertainties present in the electric network, such as: change in the network configuration, load variation, intermittence of the power injected by renewable distributed generation. Therefore, in order to provide a more accurate assessment of the harmonic distortions, this dissertation has as main objective to develop a probabilistic methodology to estimate the level of in secondary distribution networks considering the uncertainties present in the network and PVDG connected along the network. The methodology proposed in this dissertation is based on the combination of the following techniques: three-phase harmonic power flow in phase coordinate via method sum of admittance, point estimate method and series expansion of Gram-Charlier. The validation of the methodology was performed using the Monte Carlo Simulation. The methodology was tested in European secondary distribution network with 906 nodes of 416 V. The results were obtained by performing two case studies: without the presence of PVDG and with the PVDG connection. For the case studies, the following statistics for nodal were estimated: mean value, standard deviation and the 95% percentile. The results showed that the probabilistic estimation of is more complete, since it shows the variation of due to the uncertainties associated with harmonic sources and electric network. In addition, they show that the connection of PV-DG in the electric network significantly affects the levels of of the electric network. / Um problema de qualidade de energia elétrica que afeta os consumidores da rede de distribuição secundária são as distorções harmônicas. As distorções harmônicas são provenientes da presença das chamadas fontes de harmônicas que são equipamentos de características não-lineares, ou seja, equipamentos em que a forma de onda da tensão difere da de corrente. Tais equipamentos injetam correntes harmônicas na rede produzindo, portanto distorções na forma de onda da tensão. Nos dias atuais, a quantidade desses equipamentos na rede elétrica tem aumentado consideravelmente. Porém, o uso crescente desse tipo de equipamento ao longo da rede torna os sistemas mais vulneráveis e propensos a apresentarem problemas de qualidade no fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Além disso, é importante destacar que no cenário atual, a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, conectada na rede de distribuição secundária, está aumentando rapidamente. Isso se deve principalmente devido a escassez e altos custos dos combustíveis fosseis. Neste contexto, a Geração Distribuída Fotovoltaica (GDFV), que utiliza o sol como fonte primária para geração de energia elétrica, é a principal tecnologia de geração renovável instalada na rede de distribuição no Brasil. Contudo, a GDFV é uma potencial fonte de harmônica, pois a interface da GDFV com a rede CA é realizada por um inversor CC/CA, que é um equipamento altamente não-linear. Desde modo, os problemas de qualidade de energia elétrica associados à distorção harmônica nas redes de distribuição tendem a aumentar e a serem bem frequentes nos consumidores da rede de distribuição secundárias. Um dos principais indicadores de distorção harmônica é a distorção harmônica total de tensão ( do inglês “Total Harmonic Distortion of Voltage”) utilizada pelas concessionárias de energia elétrica para quantificar os níveis de distorção harmônica presentes na rede elétrica. Na literatura técnica existem várias técnicas determinísticas para estimar a . Essas técnicas possuem a desvantagem de não considerar as incertezas presentes na rede elétrica, tais como: mudança na configuração da rede, variação de carga e intermitência da potência injetada pela geração distribuída renovável. Portanto, a fim de fornecer uma avaliação mais precisa das distorções harmônicas, este trabalho tem como principal objetivo desenvolver uma metodologia probabilística para estimar o nível de em redes de distribuição secundária considerando as incertezas presentes na rede e na GDFV conectada ao longo da rede. A metodologia proposta nesta dissertação se baseia na combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência harmônico trifásico em coordenadas de fase via método de soma de admitância, método de estimação por pontos e expansão em série de Gram-Charlier. Além disso, a validação da metodologia foi realizada utilizando a Simulação Monte Carlo. A metodologia desenvolvida foi testada na rede de distribuição secundária europeia com 906 nós de 416 V. Os resultados foram obtidos realizando dois casos de estudos: sem a presença de GDFV e com a conexão de GDFV. Para ambos os casos de estudo as seguintes estatísticas do nodal foram estimadas: valor médio, desvio padrão e o percentil de 95%. Os resultados demonstraram que a estimação probabilística da é mais completa, pois mostra a variação da devido às incertezas associadas com as fontes de harmônicas e as da rede elétrica. Os resultados também mostram que a conexão da GDFV afeta significativamente os níveis de da rede elétrica