Orientador: Dilson Amancio Alves / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Francisco Carlos Vieira Malange / Banca: Luiz Carlos Pereira da Silva / Banca: Madson Cortes de Almeida / Resumo: Este trabalho analisa a utilização de técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado. Essas técnicas são consideradas inadequadas para a obtenção da margem de carregamento de sistemas com problemas de estabilidade de tensão com características fortemente locais. Isto se deve ao fato de que no ponto de máximo carregamento a singularidade da matriz Jacobiana do método de parametrização global coincide com a da matriz Jacobiana do fluxo de carga. Nesses casos, a parametrização local é considerada como a única forma de se eliminar a singularidade. Entretanto, este trabalho mostra que a singularidade também pode ser eficientemente eliminada não só para estes sistemas, mas para qualquer outro, através de uma nova técnica de parametrização (global). A técnica utiliza a equação de uma reta que passa por um ponto no plano determinado pelas variáveis fator de carregamento e a somatória das magnitudes, ou dos ângulos, das tensões nodais de todas as barras do sistema, que são as variáveis comumente usadas pelas técnicas de parametrização global. Os resultados obtidos para diversos sistemas confirmam o aumento da eficiência dos métodos propostos e mostram sua viabilidade para aplicações no planejamento da operação nos atuais sistemas de gerenciamento de energia / Abstract: This work presents an analysis of the use of global parameterization techniques to the continuation power flow. Those techniques are considered inadequate for computation of the loading margin of power systems characterized by strong local static voltage stability. In such systems, at maximum loading point, the singularity of the Jacobian matrices of global parameterization techniques coincide with the one of the power flow Jacobian matrix. In those cases, the local parameterization is considered as the only way to overcome the singularity. However, this paper shows that this kind of singularity can be efficiently eliminated not only for these systems, but also for all others, by a new parameterization technique (global). This technique uses the addition of a line equation, which passes through a point in the plane determined by the sum of all the bus voltage magnitudes, or angles, and loading factor variables, that are variables commonly used by global parameterization techniques. The obtained results for several systems confirm the efficiency increased of the proposed methods and show its viability for applications in the operating planning in a modern energy management system / Doutor

Neste trabalho é proposta a determinação do ponto de Máximo Carregamento (PMC) em sistemas elétricos de potência por meio do método da Função Lagrangiana Barreira Modificada (FLBM), uma variante do método de Pontos Interiores (PI). Também por meio do método da FLBM, busca-se determinar qual é a barra, para cada sistema, que apresenta a maior sensibilidade em relação ao fator de carregamento, ou seja, qual seria a primeira barra que deveria sofrer corte de carga a fim de aumentar a margem de carregamento do sistema e, assim, evitar o colapso de tensão. Para comprovação dos resultados obtidos por meio do método da FLBM utiliza-se a técnica de Análise de Sensibilidade (AS). A formulação do problema tem como restrições de igualdade as equações de balanço de potência do sistema elétrico e como restrições de desigualdade os limites de tensões nas barras, assim como os limites de geração de potência reativa nas barras com controle da referida potência. Estudos de casos foram realizados em um sistema de 3 barras e nos sistemas IEEE 14, 57, 118 e 300 barras; tais estudos demonstraram a robustez e a eficiência dos algoritmos propostos. / This work proposes the determination of the Maximum Loading Point (MLP) in electric power system via Lagrangian Modified Barrier Function (LMBF) method, a variant of Interior Point (IP). The LMBF method is also used to determine which bus, for each system, has the highest sensitivity of load factor, i.e., which bus would be the first to have load shedding in order to increase the loading margin system and thus prevent voltage collapse. To validate this approach, the Sensitivity Analysis (SA) technique was used for the confirmation of the results obtained by the LMBF method. The formulation of the problem considered the equations of power balance of the electrical system equality constraints, and the buses voltage magnitude limits, as well as the limits of reactive power control at the buses of that power inequality constraints. Case studies were conducted in a system of 3 buses and IEEE systems 14, 57, 118 and 300 buses, demonstrating the robustness and efficiency of the proposed algorithms.

Neste trabalho é proposta a determinação do ponto de Máximo Carregamento (PMC) em sistemas elétricos de potência por meio do método da Função Lagrangiana Barreira Modificada (FLBM), uma variante do método de Pontos Interiores (PI). Também por meio do método da FLBM, busca-se determinar qual é a barra, para cada sistema, que apresenta a maior sensibilidade em relação ao fator de carregamento, ou seja, qual seria a primeira barra que deveria sofrer corte de carga a fim de aumentar a margem de carregamento do sistema e, assim, evitar o colapso de tensão. Para comprovação dos resultados obtidos por meio do método da FLBM utiliza-se a técnica de Análise de Sensibilidade (AS). A formulação do problema tem como restrições de igualdade as equações de balanço de potência do sistema elétrico e como restrições de desigualdade os limites de tensões nas barras, assim como os limites de geração de potência reativa nas barras com controle da referida potência. Estudos de casos foram realizados em um sistema de 3 barras e nos sistemas IEEE 14, 57, 118 e 300 barras; tais estudos demonstraram a robustez e a eficiência dos algoritmos propostos. / This work proposes the determination of the Maximum Loading Point (MLP) in electric power system via Lagrangian Modified Barrier Function (LMBF) method, a variant of Interior Point (IP). The LMBF method is also used to determine which bus, for each system, has the highest sensitivity of load factor, i.e., which bus would be the first to have load shedding in order to increase the loading margin system and thus prevent voltage collapse. To validate this approach, the Sensitivity Analysis (SA) technique was used for the confirmation of the results obtained by the LMBF method. The formulation of the problem considered the equations of power balance of the electrical system equality constraints, and the buses voltage magnitude limits, as well as the limits of reactive power control at the buses of that power inequality constraints. Case studies were conducted in a system of 3 buses and IEEE systems 14, 57, 118 and 300 buses, demonstrating the robustness and efficiency of the proposed algorithms.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-03Bitstream added on 2014-06-13T19:25:56Z : No. of bitstreams: 1 boninineto_a_dr_ilha.pdf: 824701 bytes, checksum: 6658988060f97f3bc85ad52076cad0b2 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho analisa a utilização de técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado. Essas técnicas são consideradas inadequadas para a obtenção da margem de carregamento de sistemas com problemas de estabilidade de tensão com características fortemente locais. Isto se deve ao fato de que no ponto de máximo carregamento a singularidade da matriz Jacobiana do método de parametrização global coincide com a da matriz Jacobiana do fluxo de carga. Nesses casos, a parametrização local é considerada como a única forma de se eliminar a singularidade. Entretanto, este trabalho mostra que a singularidade também pode ser eficientemente eliminada não só para estes sistemas, mas para qualquer outro, através de uma nova técnica de parametrização (global). A técnica utiliza a equação de uma reta que passa por um ponto no plano determinado pelas variáveis fator de carregamento e a somatória das magnitudes, ou dos ângulos, das tensões nodais de todas as barras do sistema, que são as variáveis comumente usadas pelas técnicas de parametrização global. Os resultados obtidos para diversos sistemas confirmam o aumento da eficiência dos métodos propostos e mostram sua viabilidade para aplicações no planejamento da operação nos atuais sistemas de gerenciamento de energia / This work presents an analysis of the use of global parameterization techniques to the continuation power flow. Those techniques are considered inadequate for computation of the loading margin of power systems characterized by strong local static voltage stability. In such systems, at maximum loading point, the singularity of the Jacobian matrices of global parameterization techniques coincide with the one of the power flow Jacobian matrix. In those cases, the local parameterization is considered as the only way to overcome the singularity. However, this paper shows that this kind of singularity can be efficiently eliminated not only for these systems, but also for all others, by a new parameterization technique (global). This technique uses the addition of a line equation, which passes through a point in the plane determined by the sum of all the bus voltage magnitudes, or angles, and loading factor variables, that are variables commonly used by global parameterization techniques. The obtained results for several systems confirm the efficiency increased of the proposed methods and show its viability for applications in the operating planning in a modern energy management system

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-18Bitstream added on 2014-06-13T20:07:53Z : No. of bitstreams: 1 matarucco_rr_dr_ilha.pdf: 2669428 bytes, checksum: c42a359efd2169b25baa0b6c3a967339 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta dois métodos para a análise estática de contingências em Sistemas Elétricos de Potência utilizando o Método da Continuação. No primeiro método a margem de carregamento pós-contingência é obtida a partir do ponto de máximo carregamento do caso base. A magnitude de tensão de uma barra qualquer é usada como parâmetro na etapa de parametrização do fluxo de carga continuado. O ramo selecionado para avaliação da contingência é parametrizado por um fator de escalonamento que possibilita a remoção gradual do ramo e assegura a convergência nos casos em que o método diverge para a retirada total da linha de transmissão. Em geral, para a maioria das contingências analisadas são necessárias poucas iterações para a determinação do ponto de máximo carregamento pós-contingência. Mostra-se que o método pode ser usado como uma técnica alternativa para a averiguação e até mesmo para a obtenção da lista de contingências críticas fornecida pela função de análise de segurança de sistemas elétricos. No outro método, o qual obtém o ponto de máximo carregamento de pós-contingência a partir do caso base, as variáveis ângulo de fase e magnitude de tensão de uma barra k qualquer, e a perda total de potência ativa, são propostas como parâmetros para a etapa de parametrização do fluxo de carga continuado utilizado na averiguação da lista de contingências críticas fornecida pela função de análise de segurança de sistemas elétricos. Nos casos em que há divergência do fluxo de carga, o método proposto possibilita confirmar se esta ocorre devido à deficiência numérica do método em si ou a inexistência de um ponto de operação factível de pós-contingência. O uso da perda total de potência ativa como parâmetro traz como vantagem a possibilidade da determinação de pontos além do ponto de singularidade sem a necessidade... / This work presents two methods for static contingency analysis of electric power systems by using Continuation Methods. In the first the post-contingency loading margin is obtained from the base case maximum loading point. The voltage magnitude of any bus can be used as a parameter in the parameterization step of the proposed continuation power flow. The branch selected for contingency evaluation is parameterized by a scaling factor which allows its the gradual removal and assures the continuation power flow convergence for the cases where the method would diverge for the complete transmission line removal. In general, for most of the analyzed contingencies little iterations are necessary for the determination of the post-contingency maximum loading point. It is shown that the method can be used as an alternative technique to verify and even to obtain the list of critical contingencies supplied by the electric power systems security analysis function. In the other method, which obtains the maximum loading point from the base case, new parameters, namely the voltage magnitudes, phase angles and the total power losses, for evaluating the effects of branch outages. The approach can be used as a verification tool after a list of critical contingencies had been ranked according to their severities by the contingency selection functions. It is then possible to find whether the non-convergence of a power flow is due to a numerical problem or to an infeasible operating situation. The mains advantage of using the total real power losses as a parameter is that it is not necessary to change parameters during the solutions tracing until beyond the simple limit point, where the original Jacobian is singular. The proposed methods facilitate the development and the implementation of continuation methods for contingencies analysis

Orientador: Dílson Amâncio Alves / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Vivaldo Fernando da Costa / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O fluxo de carga convencional é considerado inadequado para a obtenção do ponto de máximo carregamento devido a singularidade da matriz Jacobiana. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, e diferentes parametrizações são utilizadas para evitar a singularidade da matriz. Neste trabalho apresentase uma técnica de parametrização geométrica que possibilita o traçado completo das curvas PV sem os problemas de mal condicionamento. A técnica proposta associa a robustez com a simplicidade e a facilidade de compreensão. A singularidade da matriz Jacobiana é eliminada pela adição da equação de uma reta que passa por um ponto no plano formado pelas variáveis perdas de potência ativa totais e o fator de carregamento, dois parâmetros físicos de fácil compreensão. A técnica, aplicada aos sistemas do IEEE (14, 30, 57, 118 e 300 barras) e ao sistema brasileiro sul-sudeste (638 e 787 barras), mostra que as características do fluxo de carga não só são preservadas, mas também melhoradas. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho do esquema de parametrização proposto para o método do fluxo de carga continuado. / Abstract: The conventional Newton's method has been considered inadequate to obtain the maximum loading point of power systems due to the Jacobian matrix singularity. Continuation methods are efficient tools for solving this kind of problem, and different parameterizations are used to avoid the matrix singularity. This paper presents a new geometric parameterization scheme that allows the complete tracing of the PV curves without ill-conditioning problems. The proposed technique associates the robustness to the simplicity and easy understanding. The Jacobian matrix singularity is overcome by the addition of a line equation, which passes through a point in the plane, determined by the real power losses and loading factor variables, two parameters with clear physical meaning. The application of this new technique to the IEEE systems (14, 30, 57, 118 and 300 buses) and to the Brazilian systems south-southeast (638 and 787 buses) shows that the characteristics of the conventional Newton's method are not only preserved but also improved. Several tests are carried out to compare the performance of the proposed parameterization scheme for the continuation power flow method. / Doutor

Orientadores: Carlos Alberto de Castro Junior, Alexandre de Assis Mota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AriaArias_David_M.pdf: 982619 bytes, checksum: 902edfe03a42ce4e64a22f698a4267cf (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho apresenta um modelo para o planejamento da operação de sistemas de potência visando maximizar a margem de estabilidade de tensão ao mesmo tempo em que minimizam-se os custos da produção da energia (despacho econômico). O objetivo é obter uma solução para o planejamento da operação da rede que leve em conta não só aspectos técnicos, mas também econômicos. Para que esse objetivo possa ser atingido, esse problema é formulado como um problema da programação bilevel (BLPP) ou em dois níveis. O modelo bilevel permite definir funções objetivo distintas para maximizar a margem da estabilidade de tensão e, ao mesmo tempo, conseguir um despacho econômico ótimo, permitindo a imposição de diferentes restrições para as variáveis internas e externas do problema. Uma vez que o BLPP apresenta-se como um problema matemático complexo, ele é reduzido a um problema de otimização de um só nível (single-level), substituindo-se o problema de otimização interno pelas condições de ótimalidade de Karush-Kuhn-Tucker (KKT). Foram realizados testes e simulações em diferentes sistemas elétricos, sendo que os resultados obtidos atestam a validade da metodologia proposta. Além disso, a formulação e o método de solução do BLPP apresentados neste trabalho são mais simples que outros encontrados na literatura, tornando essa metodologia bastante flexível para a utilização e investigação de outras funções objetivo, variáveis e parâmetros de controle. / Abstract: This work presents a model for power systems operation planning that aims to maximize the voltage stability margin and also the economic dispatch. The objective is to obtain a solution for the network operation planning that takes into account both technical and economical aspects. In order to reach this goal, this problem is formulated as a bilevel programming problem (BLPP). The bilevel model allows to define distinct objective functions for maximizing the voltage stability margin looking, simultaneously, for an optimum economic dispatch, and permitting the imposition of different constraints to the variables of the inner and outer problems. Since the BLPP is a complex mathematical problem, it is reduced to a single-level optimization problem by replacing the inner optimization problem by its Karush-Kuhn-Tucker optimality conditions. Simulations and tests were carried out for different electric networks, and the results show that the proposed methodology is valid. Moreover, the BLPP formulation and its solution method are simpler than other formulations found in the literature, making the methodology very flexible to accommodate other objective functions, variables and control parameters. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta um estudo sobre o método da continuação aplicado ao problema de fluxo de potência. Definições e conceitos de estabilidade de tensão são descritos de forma a explicitar as diferenças e semelhanças existentes com relação ao estudo de máximo carregamento em sistemas de energia elétrica. Uma síntese da teoria da bifurcação aborda sua importância em estudos de colapso de tensão. É proposta uma técnica de controle do tamanho do passo para o método da continuação com o objetivo de determinar o ponto de máximo carregamento (PMC) sem a necessidade de especificar, por meio do usuário, um valor para o tamanho inicial do passo. Os resultados dos estudos realizados em sistemas testes do IEEE (14, 30, 57 e 118 barras) mostram a aplicação do método da continuação convencional e de sua associação à técnica de controle do tamanho do passo. / This work presents a research about the continuation method applied to the power flow problem. Voltage stability definitions and concepts are described in a way to highlight and point out the differences and the similarities among several methods used to determine the maximum loading of electrical power systems. A short description of the bifurcation theory is also presented in order to show its importance to the voltage collapse studies. A technique based on automatically controlling the step size is proposed as an innovation of the continuation method. The objective of this technique is to determine the maximum loading point without the traditional need of asking the user for the initial step size. The results compare the performance between the conventional and the new method. These methods are analyzed using IEEE test systems (14, 30, 57 and 118-bus).

Orientador: Dilson Amancio Alves / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Geraldo Roberto Martins da Costa / Banca: Luiz Carlos Pereira da Silva / Resumo: Este trabalho apresenta dois métodos para a análise estática de contingências em Sistemas Elétricos de Potência utilizando o Método da Continuação. No primeiro método a margem de carregamento pós-contingência é obtida a partir do ponto de máximo carregamento do caso base. A magnitude de tensão de uma barra qualquer é usada como parâmetro na etapa de parametrização do fluxo de carga continuado. O ramo selecionado para avaliação da contingência é parametrizado por um fator de escalonamento que possibilita a remoção gradual do ramo e assegura a convergência nos casos em que o método diverge para a retirada total da linha de transmissão. Em geral, para a maioria das contingências analisadas são necessárias poucas iterações para a determinação do ponto de máximo carregamento pós-contingência. Mostra-se que o método pode ser usado como uma técnica alternativa para a averiguação e até mesmo para a obtenção da lista de contingências críticas fornecida pela função de análise de segurança de sistemas elétricos. No outro método, o qual obtém o ponto de máximo carregamento de pós-contingência a partir do caso base, as variáveis ângulo de fase e magnitude de tensão de uma barra k qualquer, e a perda total de potência ativa, são propostas como parâmetros para a etapa de parametrização do fluxo de carga continuado utilizado na averiguação da lista de contingências críticas fornecida pela função de análise de segurança de sistemas elétricos. Nos casos em que há divergência do fluxo de carga, o método proposto possibilita confirmar se esta ocorre devido à deficiência numérica do método em si ou a inexistência de um ponto de operação factível de pós-contingência. O uso da perda total de potência ativa como parâmetro traz como vantagem a possibilidade da determinação de pontos além do ponto de singularidade sem a necessidade...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents two methods for static contingency analysis of electric power systems by using Continuation Methods. In the first the post-contingency loading margin is obtained from the base case maximum loading point. The voltage magnitude of any bus can be used as a parameter in the parameterization step of the proposed continuation power flow. The branch selected for contingency evaluation is parameterized by a scaling factor which allows its the gradual removal and assures the continuation power flow convergence for the cases where the method would diverge for the complete transmission line removal. In general, for most of the analyzed contingencies little iterations are necessary for the determination of the post-contingency maximum loading point. It is shown that the method can be used as an alternative technique to verify and even to obtain the list of critical contingencies supplied by the electric power systems security analysis function. In the other method, which obtains the maximum loading point from the base case, new parameters, namely the voltage magnitudes, phase angles and the total power losses, for evaluating the effects of branch outages. The approach can be used as a verification tool after a list of critical contingencies had been ranked according to their severities by the contingency selection functions. It is then possible to find whether the non-convergence of a power flow is due to a numerical problem or to an infeasible operating situation. The mains advantage of using the total real power losses as a parameter is that it is not necessary to change parameters during the solutions tracing until beyond the simple limit point, where the original Jacobian is singular. The proposed methods facilitate the development and the implementation of continuation methods for contingencies analysis / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-06Bitstream added on 2014-06-13T19:00:48Z : No. of bitstreams: 1 garbelini_e_dr_ilha.pdf: 758680 bytes, checksum: 9f08146d542679d2c1da479912ffd576 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O fluxo de carga convencional é considerado inadequado para a obtenção do ponto de máximo carregamento devido a singularidade da matriz Jacobiana. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, e diferentes parametrizações são utilizadas para evitar a singularidade da matriz. Neste trabalho apresentase uma técnica de parametrização geométrica que possibilita o traçado completo das curvas PV sem os problemas de mal condicionamento. A técnica proposta associa a robustez com a simplicidade e a facilidade de compreensão. A singularidade da matriz Jacobiana é eliminada pela adição da equação de uma reta que passa por um ponto no plano formado pelas variáveis perdas de potência ativa totais e o fator de carregamento, dois parâmetros físicos de fácil compreensão. A técnica, aplicada aos sistemas do IEEE (14, 30, 57, 118 e 300 barras) e ao sistema brasileiro sul-sudeste (638 e 787 barras), mostra que as características do fluxo de carga não só são preservadas, mas também melhoradas. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho do esquema de parametrização proposto para o método do fluxo de carga continuado. / The conventional Newton’s method has been considered inadequate to obtain the maximum loading point of power systems due to the Jacobian matrix singularity. Continuation methods are efficient tools for solving this kind of problem, and different parameterizations are used to avoid the matrix singularity. This paper presents a new geometric parameterization scheme that allows the complete tracing of the PV curves without ill-conditioning problems. The proposed technique associates the robustness to the simplicity and easy understanding. The Jacobian matrix singularity is overcome by the addition of a line equation, which passes through a point in the plane, determined by the real power losses and loading factor variables, two parameters with clear physical meaning. The application of this new technique to the IEEE systems (14, 30, 57, 118 and 300 buses) and to the Brazilian systems south-southeast (638 and 787 buses) shows that the characteristics of the conventional Newton’s method are not only preserved but also improved. Several tests are carried out to compare the performance of the proposed parameterization scheme for the continuation power flow method.