Esta tese propõe o desenvolvimento de um método de estimativa de capacitâncias e de potência consumida nos circuitos combinacionais CMOS, no nível de portas lógicas. O objetivo do método é fazer uma previsão do consumo de potência do circuito na fase de projeto lógico, o que permitirá a aplicação de técnicas de redução de potência ou até alteração do projeto antes da geração do seu leiaute. A potência dinâmica consumida por circuitos CMOS depende dos seguintes parâmetros: tensão de alimentação, freqüência de operação, capacitâncias parasitas e atividades de comutação em cada nodo do circuito. A análise desenvolvida na Tese, propõe que a potência seja dividida em duas componentes. A primeira componente está relacionada ao consumo de potência devido às capacitâncias intrínsecas dos transistores, que por sua vez estão relacionadas às dimensões dos transistores. Estas capacitâncias intrínsecas são concentradas nos nodos externos das portas e manifestam-se em função das combinações dos vetores de entrada. A segunda componente está relacionada às interconexões entre as células do circuito. Para esta etapa utiliza-se a estimativa do comprimento médio das interconexões e as dimensões tecnológicas para estimar o consumo de potência. Este comprimento médio é estimado em função do número de transistores e fanout das várias redes do circuito. Na análise que trata das capacitâncias intrínsecas dos transistores os erros encontrados na estimativa da potência dissipada estão no máximo em torno de 11% quando comparados ao SPICE. Já na estimativa das interconexões a comparação feita entre capacitâncias de interconexões estimadas no nível lógico e capacitâncias de interconexões extraídas do leiaute apresentou erros menores que 10%.

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T07:31:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marafao_JoannaAboinGomes_M.pdf: 4017536 bytes, checksum: aa7572f554b9302e8863296593adc0c1 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T21:24:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NunezZuniga_TeresaEsther_D.pdf: 7914978 bytes, checksum: 9337b0aa24f72bc30933d0b8a43928f8 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Esta tese apresenta métodos para a síntese de indutâncias negativas, bem como suas aplicações e estudos de estabilidade. Este comportamento não-natural é analisado com base em modelagem matemática, simulações e resultados experimentais. São apresentados métodos já descritos na literatura, como o VAPAR e o BVI, bem como uma metodologia alternativa, a SDR, que apresenta vantagens em aplicações em que a indutância negativa é inserida em série em um circuito elétrico. Todos os três métodos utilizam conversores CC-CA para realizar a síntese da tensão exigida. As aplicações estudadas são a correção do fator de potência, a regulação de tensão e a compensação de linhas de transmissão / Abstract: This doctorate dissertation presents methods for emulating negative inductance, as well as their applications and stability analysis. Such non-natural behavior is analyzed based on mathematical modeling, circuit simulations and experimental results. Previously presented synthesis methods, the VAPAR and the BVI are described, and a new strategy, called SDR is introduced. The SDR method is useful when the negative inductance is series connected to an electrical circuit. All the methods use a DC-AC converter for synthesizing the necessary voltage. The applications include power factor correction, voltage regulation and transmission line compensation / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Los sistemas de potencia eléctrica se encuentran entre los sistemas ingenieriles de mayor complejidad que existen en la actualidad. Por ende, los fenómenos dinámicos que éstos experimentan son también de naturaleza compleja y a veces no se cuenta con las herramientas apropiadas para su correcto análisis. Esto es debido a que muchos de estos fenómenos son de carácter no lineal, y en algunas ocasiones se maniestan como interacciones entre partes del sistema que a priori no poseen una relación evidente. Por otro lado, debido al incremento de la demanda y las restricciones económicas (entre otros factores), los sistemas de potencia se ven forzados a operar en cercanías de sus límites de estabilidad, quedando más vulnerables a perturbaciones en las condiciones de operación. Además, el desempeño del sistema en tales circunstancias muchas veces no es el adecuado, ya que las condiciones de operación distan de las que originalmente se propusieron en la etapa de diseño. Por todas estas razones resulta de interés estudiar el comportamiento del mismo ante variaciones en sus parámetros, como por ejemplo el consumo de una carga o la ganancia de un controlador, de manera de retratar los posibles escenarios dinámicos derivados de tales variaciones. La presente tesis aborda el estudio de la dinámica de los sistemas de potencia eléctrica utilizando la teoría de bifurcaciones. Para ello se analizan los distintos comportamientos dinámicos que exhibe el sistema ante variaciones cuasiestacionarias en los parámetros, estudiando los cambios cualitativos en la dinámica (i.e., bifurcaciones) originados por tales variaciones. En este sentido, en determinados casos es posible asociar el fenómeno de colapso de voltaje a la ocurrencia de una bifurcación silla-nodo. Como consecuencia de dicha singularidad, el punto de operación desaparece al aumentarse la potencia reactiva consumida por la carga y a raíz de ello las tensiones caen súbitamente, dando origen al colapso de voltaje. Otro fenómeno característico de índole no lineal son las oscilaciones sostenidas, que en muchas ocasiones pueden ser explicadas mediante el análisis de la bifurcación de Hopf. En esta singularidad el punto de equilibrio se vuelve inestable y el sistema experimenta una oscilación estable o ciclo límite. Nótese que esto implica que todas la variables del sistema de potencia oscilan de manera sostenida y, dependiendo de la amplitud, puede ser nocivo para la operación del mismo. Previo al estudio de los sistemas de potencia se analiza la dinámica de un circuito oscilador eléctrico que puede ser considerado como una plataforma de ensayos para profundizar los conocimientos e investigar acerca de interacciones entre modos oscilatorios y resonancias para luego trasladarlos a los sistemas de potencia. En particular se estudia la dinámica asociada a una bifurcación de Hopf doble (dos bifurcaciones de Hopf simultáneas). Se presentan varios diagramas de bifurcaciones generados a partir esta singularidad, así como algunos comportamientos dinámicos hallados en cercanías de una de resonancia 2:3 en la bifurcación de Hopf doble. Esta resonancia no ha sido estudiada en la literatura especializada. Además, se consideran singularidades de tipo fold-flip, donde interactúan bifurcaciones de silla-nodo de ciclos límites (fold ) y de doble período (flip). Esta singularidad ha sido reportada en una única ocasión en sistemas continuos y genera complejas interacciones entre ciclos límites. En esta tesis se estudian dos modelos de sistemas de potencia con estructuras muy diferentes. En primera instancia se analiza un modelo simplificado de 3 barras (4 variables de estado), donde el énfasis no es puesto en los detalles de modelado, sino en la comprensión de los fenómenos dinámicos que éste experimenta ante la variación de uno y dos parámetros. Posteriormente, se estudia la dinámica de un modelo multimáquina de 9 barras modelado en forma detallada (70 variables de estado), que toma en cuenta tanto la dinámica mecánica y la eléctrica de los generadores y de las cargas (incluyendo los lazos de control de tensión y frecuencia), así como la respuesta dinámica de las líneas de transmisión. Ante la variación de un parámetro, la dinámica es similar a la del modelo de 3 barras (ambos experimentan bifurcaciones de Hopf y silla-nodo), pero esto no es así cuando se consideran variaciones en dos parámetros. En el modelo simplicado el escenario dinámico está dominado por una singularidad de Bogdanov-Takens, que conjuga la dinámica generada por las bifurcaciones de Hopf y silla-nodo, y en esta tesis ha sido hallada por primera vez en una región de operación factible. Por otro lado, en el modelo de 9 barras se distinguen tres singularidades cuando se consideran variaciones de dos parámetros: dos bifurcaciones de Hopf dobles, en las cuales se combinan los efectos de dos bifurcaciones de Hopf, dando como resultado soluciones cuasiperiódicas (toros 2D y 3D) y una singularidad de Gavrilov-Guckenheimer, donde también interactúan la bifurcación de Hopf y la silla-nodo. La dinámica asociada a las singularidades de Hopf doble, así como su coexistencia con una bifurcación de Gavrilov-Guckenheimer, no ha sido estudiada con anterioridad en la literatura de los sistemas de potencia. Estas singularidades pueden ser consideradas como centros organizadores de la dinámica local del sistema, y mediante su estudio es posible inferir el comportamiento dinámico del sistema ante variaciones en los parámetros. A su vez, con el fin de ampliar el conocimiento del sistema se combinan los resultados del análisis de la dinámica con técnicas tradicionales, como por ejemplo, el cálculo de los factores de participación para identicar los modos responsables de oscilaciones producto de bifurcaciones de Hopf. Por último, como resultado de la combinación de estas técnicas, se analiza la inclusión de un estabilizador de sistemas de potencia para amortiguar un modo electromecánico problemático. La ubicación del estabilizador es determinada mediante el cálculo de los factores de participación, mientras que su efecto en la dinámica es mostrado en el nuevo diagrama de bifurcaciones mediante la ampliación de la región de operación posible del sistema. De esta forma también se pretende mostrar cómo el estudio de la dinámica de sistemas puede también auxiliar en la comprensión de los fenómenos observados en los sistemas de potencia eléctrica. / Power systems are currently among the most complex engineering systems. Hence, their dynamical phenomena are also intricate and sometimes there are no suitable tools available for their appropriate treatment. This is due to the nonlinear nature of these phenomena, which are usually manifested as interactions between parts of the system having, a priori, no clear relationship. On the other hand, due to the increasing demand of power and economic restrictions (among other factors), power systems are forced to operate near their stability limits, turning them more vulnerable to perturbations in the operating conditions. In addition, the performance of the system is, many times, not appropriate in such circumstances, since the operating conditions are far from those proposed in the design stage. For all these reasons, the study of the system behavior under parameter variations, such as a load demand or a controller gain, is of great interest in order to analyze possible dynamical scenarios due to such changes. This thesis addresses the study of power systems dynamics using the bifurcation theory. In order to achieve that, the different dynamical behaviors displayed by the system in response to quasistationary parameter variations are analyzed, studying the qualitative changes in the dynamics (i.e., bifurcations) originated by these variations. In this regard, sometimes it is possible to associate the voltage collapse phenomenon to the occurrence of a saddle-node bifurcation. As consequence of this singularity, the operating point vanishes when the reactive power consumed by the load is increased, hence the voltages drop suddenly originating the voltage collapse. Other nonlinear phenomena are the sustained oscillations, which in many occasions may be explained by analyzing a Hopf bifurcation. In this singularity, the equilibrium point becomes unstable and the system undergoes a stable oscillation or limit cycle. Notice that the later means that all variables experience a sustained oscillation and, depending on the amplitude this may be dangerous for the system. Previous to the study of power systems, the dynamics of an electric oscillator is analyzed. This circuit may be considered as a test platform to gain the prociency about the dynamics associated to modal interactions and resonances, and then translate these results to power systems. In particular, the dynamics of a double Hopf bifurcation (two simultaneous Hopf bifurcations) is studied. Several bifurcation diagrams generated by this singularity are presented, as well as some dynamical phenomena found in the vicinity of a 2:3 resonance of the double Hopf bifurcation are also included. This resonance has not been studied yet in the specialized literature. Furthermore, fold-flip singularities, where cyclic fold and period doubling (flip) bifurcations interact, are considered. This singularity has been reported only once in continuous time systems and generates complex interactions between limit cycles. Two power systems with very different structure are studied in this thesis. A simplied 3-bus model (4 state variables) is analyzed in first place, where the emphasis is not in the modeling detail, but in the comprehension of the dynamical phenomena experienced by the system due to variations in one and two parameters. Then, the dynamics of a detailed model of a 9-bus multimachine power system (70 state variables) is studied. This model accounts not only for the mechanical and electrical dynamics of the generators and the loads (including their voltage and frequency control loops), but also the response of the transmission lines. The dynamics of this system is similar to the 3-bus model for variations of a single parameter (both experience Hopf and saddle-node bifurcations), but this is not the case when variations of two parameters are considered. The dynamical scenario of the simplied model is dominated by a Bogdanov-Takens singularity, which conjugates the dynamics generated by the Hopf and saddle-node bifurcations, and in this thesis for the rst time, it has been found in a possible operating region. On the other hand, three singularities are recognized in the 9-bus system when two parameters are varied: two double Hopf bifurcations, where the eects of two Hopf bifurcations are combined, resulting in quasiperiodic oscillations (2D and 3D tori), and a Gavrilov-Guckenheimer singularity, where Hopf and saddle-node bifurcations interact. The dynamics associated to the double Hopf singularities, and their coexistence with a Gavrilov-Guckenheimer bifurcation, has not been previously studied in the power systems literature. These singularities may be considered as organizing centres of the local dynamics, and their study brings the possibility to determine the dynamical behavior of the system subjected to variations in the parameters. Moreover, in order to improve the knowledge of the system, the results obtained from the dynamical analysis are combined with traditional tools such as the calculation of the participation factors to identify the responsible modes for oscillations due to Hopf bifurcations. Finally, as a result of the combination of these techniques, the addition of a power system stabilizer to damp an electromechanical mode is analyzed. The location of the stabilizer is determined calculating the participation factors, while the eect on the dynamics is shown in the new bifurcation diagram, with an increment of the possible operating region. In this way this dissertation tries to show how the study of dynamical systems may also help with the comprehension of the complex phenomena of electric power systems.

Ingeniero Civil Eléctrico / El constante aumento de la demanda de energía eléctrica ha supuesto un gran desafío para los operadores de sistemas eléctricos, puesto que deben proveer energía a través del sistema de forma económica y confiable. Por suministro confiable se entenderá que éste sea continuo, independiente de si el sistema se encuentra en su estado intacto (planificado) o con fallas. Actualmente existen dos grandes criterios de seguridad para operar sistemas eléctricos, el criterio probabilístico y el determinístico. El criterio probabilístico minimiza costos de operación, de acciones de control y de demanda no suministrada en base a todos los estados posibles del sistema. El criterio determinístico por otro lado, define un conjunto de fallas creíbles que no afectan al sistema (no generan demanda no suministrada) para luego operar bajo este paradigma. Ninguno de estos modelos incorpora una medida de riesgo para la operación, existiendo por ende una incertidumbre respecto a la vulnerabilidad que presentaría el sistema frente a posibles fallas, razón por la cual se propone abordar esta deficiencia. Una métrica comúnmente usada como medida de riesgo es el Valor en Riesgo Condicional. Esta medida considera eventos en la cola de la curva de probabilidad, es decir, aquellos eventos que tienen una muy baja probabilidad de ocurrencia pero alto impacto. Esta memoria examina los modelos determinísticos y probabilísticos clásicos, para luego proponer un modelo que considera la energía no suministrada como índice de riesgo mediante un Valor en Riesgo Condicional. El Valor en Riesgo Condicional considera eventos en la cola de la curva de probabilidad, que si bien tienen una baja probabilidad de ocurrencia, pueden tener un alto impacto en la operación del sistema. Con esto se le exige un mínimo de confiabilidad a la operación, limitando el riesgo asociado a los eventos catastróficos (i.e. de baja probabilidad y alto impacto). Se evaluará la confiabilidad que aportan las restricciones de límites de riesgo a nivel sistémico (disminuir el riesgo de demanda no suministrada del sistema como conjunto) y límite de riesgo a nivel nodal (disminuir el riesgo de demanda no suministrada por nodo). Los resultados confirman que la integración de estas restricciones permite operar el sistema de una manera más segura y confiable. El modelo propuesto disminuye sustancialmente el efecto de los eventos catastróficos. La versión de limitaciones de riesgo nodal, muestra que el corte de demanda equitativo (corte que se realiza nodo a nodo en proporción a la demanda conectada) se puede lograr en base a una correcta administración post-falla. Asimismo, los tiempos de cómputo son extremadamente bajos por lo que el modelo puede ser aplicado en sistemas complejos.

Orientador: Francisca Aparecida de Camargo Pires / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T06:28:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MangiliJunior_JoseFernando_M.pdf: 3069778 bytes, checksum: db500fec2fcb422fa1dd81d23d86e649 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O presente trabalho é uma contribuição ao estudo de harmônicas em sistemas de potência especificamente no que tange às interpretações de potência. Pretende-se, assim, colaborar à nível didático preenchendo uma lacuna na formação de engenheiros eletricistas, já que o trabalho reapresenta os tradicionais conceitos de potência ativa e reativa na presença de harmônicas, além de discutir a "potência de distorção" com a qual uma representação geométrica não é cabível. As situações assumidas para o desenvolvimento do trabalho abordam: a-) tensões e correntes senoidais (conceitos tradicionais) onde a compensação de potência é, quase sempre,realizada através de capacitores. b-) tensões e correntes distorcidas periódicas onde a compensação de potência reativa e da "potência de distorção" pode ser realizada através de filtros sintonizados. Desta forma, tenta-se obter um avanço na compreensão do comportamento das potências envolvidas nos sistemas energéticos e circuitos elétricos em geral / Abstract: This work is a contribution to the study of harmonics in power systems, in which power interpretations is enphasized. The goal is to improve an existing gap in the electrical engineers education, since this work rethink the traditional concepts of active and reactive power in the presence ofharmonics. Also, the concept of"distortion power" is discussed. The statments assumed for the development of this work envolve: a-) sinusoidal voltage and current (traditional concepts) where the power compensation is performed, as usually, by capacitors. b-) periodically but not sinusoidal voltages and currents where the compensation of reactive and "distortion power" is performed through sintonized filters. It's expected that the conclusionsof this work can provide a better understanding of the power behavior involved in power systems and electrical circuits in general / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

[EN] This thesis will focus on the description of the formulation of the unbalance powers steady linear-phase three wire systems, given the imbalanced sinusoidal electric network flows, based on the Unified Theory of the Power (UPM, Unified Power Measurement) and the IEEE Std. 1459-2010. From these theories, a series of imbalanced parameters allow a formulation and analysis of a complex unbalance powers system, as well as the obtaining of these at any point in the network are defined, checking at all times the total apparent power to an unbalanced system (S1) expressed by Buchholz, the UPM and the IEEE Std. 1459-2010. Using the definition of the electrics instantaneous three-phase power, this thesis provides the description of a series of imbalance parameters of the loads due to resistive components (A, B) and reactive (C, D) using the positive sequence voltage and the active and reactive currents determined by characteristics of the loads and electrical networks. These parameters allow the determination of system inefficiencies due to imbalances in permanent regime, giving rise to new complex expressions of unbalance powers in the unbalanced electrical networks, as much totals (Du) due to the asymmetry of the currents (Dui) and/or voltages (Duv). Total apparent power of an unbalanced system (S1) is reformulated in order to correctly see the equivalence of the unbalanced powers of a star-delta transformation done by the Kennelly (Rosen) theorem. Starting from unbalanced load systems and balanced voltages systems, the imbalance parameters are formulated. These parameters check the Unified Theory of the Power (UPM). After, we analyze unbalanced systems in voltages and currents, and the complex unbalance powers are formulated separately when a system undergoes with both imbalance indicators. The analysis of the power flows in unbalanced networks, to obtain the nodal voltages and currents circulating into lines, is performed using the software RDAP (Radial Distribution Analysis Package) and in certain cases PsPICE, Matpower (MatLab) and PowerWorld. A series of practical cases designed for different network configurations and conditions of the supply voltage loads, which allow contribution findings of this thesis, are consistent with the UPM theory and IEE Std. 1459-2010. / [ES] La presente tesis doctoral se centra en la descripción de la formulación de las potencias de desequilibrio en régimen permanente de los sistemas trifásicos lineales a tres hilos dados los flujos de potencia desequilibrados en las redes eléctricas sinusoidales. Para ello, se basa en la Teoría Unificada de las Potencias (UPM, Unified Power Measurement) y en la IEEE Std. 1459-2010. A partir de dichas teorías, se definen una serie de parámetros de desequilibrio que permiten la formulación y el análisis de las potencias complejas de desequilibrio del sistema, así como la obtención de éstas en cualquier punto de la red, verificando en todo momento la potencia aparente total para un sistema desequilibrado (S1) expresada por Buchholz, la UPM y por la IEEE Std 1459-2010. A partir del uso de la definición de la potencia eléctrica instantánea trifásica, la tesis aporta la descripción de una serie de parámetros de desequilibrio debidos a las componentes resistivas (A, B) y reactivas (C, D) de las cargas, empleando la tensión de secuencia positiva y las intensidades activas y reactivas determinadas por las características de las cargas y de las redes eléctricas. Estos parámetros permiten la determinación de las ineficiencias del sistema debidas a los desequilibrios en régimen permanente, dando lugar a nuevas expresiones fasoriales de las potencias de desequilibrio en las redes eléctricas desequilibradas, tanto totales (Du) como las debidas a la asimetría de las intensidades (Dui), y/o de las tensiones (Duv). La potencia aparente total de un sistema desequilibrado (S1) es reformulada a fin de contemplar de forma correcta la equivalencia de las potencias de desequilibrio de una transformación estrella - triángulo efectuada mediante el teorema de Kennelly (Rosen). Partiendo de sistemas desequilibrados en cargas y equilibrados en tensiones se formulan los parámetros de desequilibrio los cuales verifican la Teoría Unificada de las Potencias (UPM), para posteriormente considerando tensiones y corrientes desbalanceadas, formular de forma separada las potencias de desequilibrio complejas que un sistema experimenta ante un desequilibrio de ambas magnitudes. El análisis de los flujos de potencia en las redes desequilibradas, para la obtención de las tensiones nodales y de las corrientes circulantes por las líneas, se realiza mediante el uso del software RDAP (Radial Distribution Analysis Package), así como en determinados casos PsPICE, Matpower (MatLab) y PowerWorld. Se presentan una serie de supuestos prácticos diseñados para las distintas configuraciones de las redes y condiciones de las tensiones de alimentación de las cargas, los cuales permiten constatar que las aportaciones de la presente tesis son acordes con la Teoría UPM y la IEEE Std. 1459-2010. / [CA] La present tesi doctoral se centra en la descripció de la formulació de les potències de desequilibri en règim permanent dels sistemes trifàsics linials a tres fils donats els fluxos de potència desequilibrats a les xarxes elèctriques sinusoïdals. Per a això, es basa en la Teoria Unificada de les Potències (UPM, Unified Power Measurement) i en la IEEE Std. 1459-2010. A partir d'aquestes teories,es defineixen una sèrie de paràmetres de desequilibri que permeten la formulació i l'anàlisi de les potències complexes de desequilibri del sistema, així com l'obtenció d'aquestes en qualsevol punt de la xarxa, verificant a tot moment la potència aparent total per a un sistema desequilibrat (S1) expressada per Buchholz, la UPM i la IEEE Std. 1459-2010. A partir de l'ús de la definició de la potència eléctrica instània trifásica, la tesi aporta la descripció d'una sèrie de paràmetres de desequilibri deguts a les components resistives (A, B) i reactivez (C, D) de les càrregues, emprant la tensió de seqüència positiva i les intensitats actives i reactives determinades per les característiques de les càrregues i de les xarxes elèctriques. Aquests paràmetres permeten la determinació de les ineficiències del sistema degudes als desequilibris en règim permanent, donant lloc a noves expressions fasorials de les potències de desequilibri a les xarxes elèctriques desequilibrades, tant totals (Du) com les degudes a l'asimetria de les intensitats (Dui) i/o de les tensions (Duv). La potència aparent total d'un sistema desequilibrat (S1) és reformulada a fi de contemplar de forma correcta l'equivalència de les potències de desequilibri d'una transformació estrela - triangle efectuada mitjançant el teorema de Kenelly (Rosen). Partint de sistemes desequilibrats en càrregues i equilibrats en tensions es formulen els paràmetres de desequilibri els quals verifiquen la Teoria Unificada de les Potències (UPM), per posteriorment considerant tensions i corrents desbalancejades, formular de forma separada les potències de desequilibri complexes que un sistema experimenta davant d'un desequilibri de totes dues magnituds. L'anàlisi dels fluxos de potència a les xarxes desequilibrades, per a l'obtenció de les tensions nodals i dels corrents circulants per les línies, es realitza mitjançant l'ús del software RDAP (Radial Distribution Analysis Package), així com en determinats casos PsPICE, Matpower (MatLab) i PowerWorld. Es presenten una sèrie de supòsits pràctics disenyats per a les diferents configuracions de les xarxes i condicions de tensions d'alimentació de les càrregues, els quals permeten constatar que les aportacions de la present tesi són concordes amb la Teoría UPM i la IEEE Std. 1459-2010. / Blasco Espinosa, PA. (2015). FORMULACIÓN DE LA POTENCIA DE DESEQUILIBRIO. APLICACIÓN A REDES ELÉCTRICAS DESEQUILIBRADAS SINUSOIDALES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/55846

Tesis por compendio / [ES] El campo de la ciencia donde se encuadra la presente tesis doctoral, es un campo muy antiguo y muy estudiado. La primera experiencia conocida en transmisión de energía eléctrica es atribuida a H. Fontaine en 1873 en la Exposición de Viena. Desde entonces se han desarrollado multitud de teorías sobre la potencia eléctrica, y aunque parezca poco creíble, hoy en día todavía no se ha establecido una teoría consensuada por toda la comunidad científica. No obstante, sí que hay una norma establecida que permite la construcción de los aparatos de medida bajo unos mínimos consensuados. Esta norma es la IEEE Std. 1459-2010. En el año 2015, el Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, presentó su tesis doctoral cuyo título es: "Formulación de la potencia de desequilibrio. Aplicación a redes eléctricas desequilibradas sinusoidales", en la cual se formulaba fasorialmente la potencia de desequilibrio, y conjuntamente con la potencia aparente de secuencia positiva, obtenía la potencia total suministrada por la red en un punto de la misma. Esta potencia coincidía con la obtenida con la norma reseñada y con la teoría de Buchholz (1922). No obstante, dejaba fuera la potencia de distorsión. Esta tesis tiene dos objetivos diferenciados y complementarios entre sí. El primer objetivo de esta tesis es el extender el fasor del Dr. Blasco, a la formulación fasorial de la potencia de distorsión. De esta forma se obtiene un procedimiento distinto y complementario al indicado en la norma reseñada, pero sin la intención de sustituirla, para la obtención de la potencia aparente total suministrada por la red en un punto de la misma. Ello ha dado lugar al primer artículo publicado del compendio de la presente tesis titulado "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", en la revista "Energies", indexada en JCR y publicado con fecha de julio de 2018. El segundo objetivo se centra en las potencias de desequilibrio, más concretamente en la modelización de circuitos compensadores pasivos constituidos por elementos reactivos, eliminando dichas potencias ineficientes de tal forma que no las tenga que entregar la red o el generador. La metodología de compensación que se describe en esta tesis, para sistemas a tres y cuatro hilos, no ocasiona un consumo energético adicional y es integrable en filtros híbridos, confiriéndole versatilidad y bajo coste económico. Dadas las características y particularidades de los sistemas eléctricos a tres y cuatro hilos, especialmente en las redes de baja tensión, hace que estos deban ser estudiados de forma separada. Ello dio como resultado la publicación de dos nuevos artículos en la revista "Applied Sciences" indexada en JCR. El primer artículo titulado "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", con fecha de publicación diciembre de 2019, se centra en la compensación de redes trifásicas a tres hilos en una red de potencia de cortocircuito infinita, y en él se describe la metodología de compensación de las corrientes de secuencia negativa e imaginaría de secuencia positiva, las cuales son responsables de las ineficiencias debidas a las potencias de desequilibrio y de desfase o reactiva, poniendo de manifiesto la forma en la cual interactúan entre sí los diferentes dispositivos de compensación cuando el sistema de tensiones es desequilibrado. Este artículo es el segundo del compendio de la presente tesis. El otro artículo, publicado en marzo de 2020 y titulado "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three¿Phase Four¿Wire Sinusoidal Power Systems", se centra en la compensación de las ineficiencias ocasionadas en las redes eléctricas a 4 hilos por las corrientes de secuencia homopolar, las corrientes de secuencia negativa y la corriente positiva reactiva. Este artículo es el tercero y último del compendio de artículo / [CA] El camp de la ciència on s'enquadra la present tesi doctoral, és un camp molt antic i molt estudiat. La primera experiència coneguda en transmissió d'energia elèctrica és atribuïda a H. Fontaine en 1873 en l'Exposició de Viena. Des de llavors s'han desenrotllat multitud de teories sobre la potència elèctrica, i encara que parega poc creïble, hui en dia encara no s'ha establit una teoria consensuada per tota la comunitat científica. No obstant això, sí que hi ha una norma establida que permet la construcció dels aparells de mesura davall uns mínims consensuats. Esta norma és la IEEE Std. 1459-2010. L'any 2015, el Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, va presentar la seua tesi doctoral el títol de la qual és: "Formulación de la potencia de desequilibrio. Aplicación a redes eléctricas desequilibradas sinusoidales", en la qual es formulava fasorialment la potència de desequilibri, i conjuntament amb la potència aparent de seqüència positiva, obtenia la potència total subministrada per la xarxa en un punt de la mateixa. Esta potència coincidia amb l'obtinguda amb la norma ressenyada i amb la teoria de Buchholz (1922). No obstant això, deixava fora la potència de distorsió. Esta tesi té dos objectius diferenciats i complementaris entre si. El primer objectiu d'esta tesi és l'estendre el fasor del Dr. Blasco, a la formulació fasorial de la potència de distorsió. D'esta manera s'obté un procediment distint i complementari a l'indicat en la norma ressenyada, però sense la intenció de substituir-la, per a l'obtenció de la potència aparent total subministrada per la xarxa en un punt de la mateixa. Això ha donat lloc al primer article publicat del compendi de la present tesi titulat: "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", en la revista "Energies", indexada en JCR i publicat amb data juliol de 2018. El segon objectiu se centra en les potències de desequilibri, més concretament en la modelització de circuits compensadors passius constituïts per elements reactius, eliminant les dites potències ineficients de tal forma que no les haja d'entregar la xarxa o el generador. La metodologia de compensació que es descriu en esta tesi, per a sistemes a tres i quatre fils, no ocasiona un consum energètic addicional i és integrable en filtres híbrids, conferint-li versatilitat i baix cost econòmic. Donades les característiques i particularitats dels sistemes elèctrics a tres i quatre fils, especialment en les xarxes de baixa tensió, fa que estos hagen de ser estudiats de forma separada. Això va donar com resultat la publicació de dos nous articles en la revista "Applied Sciences" indexada en JCR. El primer article titulat "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", amb data publicació desembre de 2019, se centra en la compensació de xarxes trifàsiques a tres fils en una xarxa de potència de curtcircuit infinita, i en ell es descriu la metodologia de compensació dels corrents de seqüència negativa i imaginaria de seqüència positiva, les quals són responsables de les ineficiències degudes a les potències de desequilibri i de desfasament o reactiva, posant de manifest la forma en la qual interactuen entre si els diferents dispositius de compensació quan el sistema de tensions és desequilibrat. Este article és el segon del compendi de la present tesi. L'altre article, publicat al març de 2020 i titulat "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three-Phase Four-Wire Sinusoidal Power Systems", se centra en la compensació de les ineficiències ocasionades en les xarxes elèctriques a 4 fils pels corrents de seqüència homopolar, els corrents de seqüència negativa i la corrent positiva reactiva. Este article és el tercer i últim del compendi d'articles de la present tesi. / [EN] The area of science in which this doctoral thesis is framed is a very old and highly studied area. The first known experience in electric power transmission is attributed to H. Fontaine in 1873 at the Vienna Exposition. Since then, a multitude of theories on electrical power have been developed, and although it may seem unbelievable, today a theory agreed by the entire scientific community has not yet been established. However, there is an established standard that allows the construction of measuring devices under agreed minimums. This standard is IEEE Std. 1459-2010. In 2015, Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, presented his doctoral thesis whose title is: "Formulation of the power of imbalance. Application to sinusoidal unbalanced electrical networks", in which the unbalance power was phasorly formulated, and together with the apparent power of positive sequence, it obtained the total power supplied by the network at one point of it. This power coincided with that obtained with the mentioned norm and with the theory of Buchholz (1922). However, it left out the distortion power. This thesis has two different and complementary objectives. The first objective of this thesis is to extend Dr. Blasco's phasor to the phasor formulation of distortion power. In this way, a different and complementary procedure to that indicated in the aforementioned standard is obtained, but without the intention of replacing it, to obtain the total apparent power supplied by the network at a point in it. This has led to the first published article in the compendium of this thesis entitled "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", in the journal "Energies", indexed in JCR and published with dated July 2018. The second objective focuses on the unbalance powers, more specifically on the modelling of passive compensating circuits made up of reactive elements, eliminating these inefficient powers in such a way that they do not have to be delivered by the network or the generator. The compensation methodology described in this thesis, for three and four-wire systems, does not cause additional energy consumption and is easy to implement in hybrid filters, giving it versatility and low economic cost. Given the characteristics and peculiarities of three and four wire electrical systems, especially in low voltage networks, it means that these must be studied separately. This resulted in the publication of two new articles in the journal "Applied Sciences" indexed in JCR. The first article entitled "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", published in December 2019, focuses on the compensation of three-wire three-phase networks with power of infinite short circuit, and it describes the compensation methodology of negative sequence current and positive reactive current, which are responsible for the inefficiencies due to the imbalance and phase shift or reactive powers, showing how which the different compensation devices interact with each other when the voltage system is unbalanced. This article is the second in the compendium of this thesis. The other article, published in March 2020 and titled "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three-Phase Four-Wire Sinusoidal Power Systems", focuses on compensating for inefficiencies caused in 4-wire electrical networks by zero-sequence current, negative-sequence current and reactive positive-sequence current. This article is the third and last of the compendium of articles in this thesis. / Montoya Mira, R. (2020). Investigación para la extensión del Fasor de la potencia aparente de desequilibrio a la potencia aparente de distorsión. Nuevo método para la compensación de la potencia reactiva y potencias de desequilibrio en sistemas trifásicos sinusoidales desequilibrados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147111 / Compendio

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En la última década se ha visto un importante aumento de la participación de las energías renovables no convencionales a nivel mundial, llegando a superar la capacidad instalada de 2.000 GW, donde la generación fotovoltaica (PV) tiene una gran participación. En Chile, se tiene un gran potencial solar, en especial en el desierto de Atacama, por lo cual la generación PV ha tenido un crecimiento considerable desde el año 2011, llegando a alcanzar una capacidad instalada total de 2,1 GW en el presente año. Sin embargo, los parques PV también generan desafíos operacionales en particular en el marco de la regulación y estabilidad de frecuencia de los sistemas eléctricos de potencia. Por un lado, la naturaleza variable e incierta del recurso solar puede tener efectos negativos en la regulación de frecuencia. Por otro lado, una alta participación fotovoltaica provoca una disminución de la inercia del sistema debido a la falta de respuesta inercial de centrales PV, generando un efecto negativo en la estabilidad de frecuencia de los sistemas eléctricos durante grandes desbalances entre generación y demanda. En este contexto, los parques PV pueden entregar respuesta inercial mediante la incorporación de un lazo de control adicional y la operación fuera del punto de máxima potencia (MPPT en inglés). Sin embargo, dado que esto implica en un costo adicional para la operación del sistema, es importante realizar un análisis técnico económico antes de imponer requerimientos de este tipo en parques PV. El objetivo de este trabajo de tesis es proponer un modelo de optimización que permita identificar y cuantificar los beneficios técnicos y económicos de permitir que los parques PV aporten con respuesta rápida de frecuencia durante grandes desbalances de carga y generación.

Ingeniero Civil Electricista / Los sistemas eléctricos de potencia (SEP) cada día se encuentran más exigidos, en tanto el crecimiento de la demanda últimamente aumenta a mayor tasa que las inversiones en el rubro. Esto ha obligado a que la operación de estos sea cada vez más cerca de sus límites de estabilidad. Verificar la respuesta en el tiempo de un sistema dinámico tan grande, a la vez para miles de perturbaciones posible resulta una tarea titánica, por lo cual el análisis transitorio de estabilidad se reserva solo para contingencias críticas. En cambio, para las contingencias de menor importancia y que pueden calificar dentro de la categoría de perturbación, basta con un análisis de estabilidad de pequeña señal. Los estudios de pequeña señal permiten identificar los modos de oscilación para todo un conjunto de perturbaciones pequeñas, con un menor esfuerzo computacional, aunque a costa de una menor precisión. Reconocer los modos de oscilación de un sistema permite identificar aquellos inestables o de bajo amortiguamiento, para así tomar decisiones de inversión en transmisión que mejoren esta situación, pero incluso, últimamente se está utilizando el reconocimiento modal para la ejecución de acciones en tiempo real que permitan controlar las oscilaciones, por lo que el estudio de pequeña señal aún resulta ser un campo con aplicaciones industriales relevantes, sobre todo ahora que los sistemas de comunicaciones permiten recopilar la información de toda la red de manera rápida y confiable. En este trabajo se busca en primer lugar, validar la utilización de los modelos de pequeña señal, comparando la respuesta transitoria de sistemas de prueba contra la linealización del mismo. Luego, se procede a identificar las variables más relevantes y que aportan en mayor medida a las oscilaciones e inestabilidades del sistema, para finalmente aplicar un estudio de análisis modal a un caso real, mediante el modelamiento simplificado del Sistema Interconectado Central chileno. En este contexto, se analiza el escenario presente, y un escenario con nuevas inversiones en transmisión, para verificar si existe algún impacto en los modos de oscilación naturales del sistema. Además se estudia el efecto de la variación en el escenario de generación, incrementando la diferencia angular entre barras del sistema. Por último, se incluye un análisis de sensibilidad para todos los casos estudiados, determinando la ubicación del valor propio de menor amortiguación en el plano complejo, frente a contingencias e inversiones en elementos serie de la red de trasmisión. Los resultados concluyen que el efecto de la red de transmisión es acotado en mejorar la estabilidad, impactando solo de manera puntual a algunos valores propios, pudiendo una misma acción (inversión o contingencia) empeorar o mejorar el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas.