nÃo hà / A modernizaÃÃo de processos tem aumentado o emprego de cargas com caracterÃstica fortemente nÃo linear. Tal situaÃÃo està levando os engenheiros a uma revisÃo dos conceitos de eficiÃncia energÃtica e qualidade de energia, com o intuito de conciliar essas duas definiÃÃes. Surge, entÃo, o conceito de condicionamento de potÃncia intrÃnseco ao de qualidade de energia. Com este conceito sÃo desenvolvidas soluÃÃes que visam atender caracterÃsticas como compensaÃÃo de harmÃnicos e correÃÃo do fator de potÃncia, de maneira a garantir um sistema elÃtrico que proporcione condiÃÃes para a mÃxima eficiÃncia energÃtica de cargas conectadas à rede. Surgem, entÃo, os filtros passivos e ativos como as soluÃÃes mais comuns, tanto na prÃtica quanto na literatura tÃcnica e cientÃfica, apresentando entre si as suas vantagens e desvantagens. Buscando usufruir das vantagens de ambas as soluÃÃes, este trabalho propÃe o estudo e projeto de um filtro hÃbrido. A estrutura do filtro hÃbrido de dupla sintonia proposto permite ao mesmo a dissociaÃÃo da malha ativa de sua malha passiva, dando ao filtro maior autonomia e praticidade durante operaÃÃes de troca ou manutenÃÃo no estÃgio ativo. Este trabalho tambÃm apresenta uma metodologia para o projeto da malha passiva, bem como a modelagem e controle da malha ativa do filtro. Por se tratar de uma estrutura hÃbrida nova, sÃo realizados ensaios comparativos entre o filtro hÃbrido proposto e o filtro hÃbrido emph{shunt}, com conversor em sÃrie com o filtro passivo, a fim de validar o desempenho e a baixa potÃncia nominal da malha ativa em relaÃÃo à potÃncia do transformador ao qual serà conectado. AtravÃs da modelagem e dimensionamento do filtro hÃbrido proposto, foram obtidos, a partir de um estudo de caso, resultados satisfatÃrios quanto a correÃÃo do fator de potÃncia e minimizaÃÃo das distorÃÃes harmÃnicas de corrente e tensÃo frente as normas tÃcnicas vigentes. Tais resultados validaram o filtro hÃbrido como uma soluÃÃo tecnicamente viÃvel para a melhoria da qualidade de energia de um sistema de distribuiÃÃo em baixa tensÃo. / The modernization process has increased the use of loads with strongly non-linear characteristic. This situation is leading engineers to review the concepts of energy efficiency and power quality, in order to conciliate these two definitions. Then, the concept of power conditioning intrinsic to the power quality appears to be an interesting solution. With this concept, the solutions are designed to meet characteristics such as harmonics compensation and power factor correction, in order to ensure an electrical system that provides conditions for maximum energy efficiency of loads connected to the grid. Then arise passive filters and active as the most common solutions, both in practice and in the scientific and technical literature, with each other their advantages and disadvantages. Seeking to benefit from the advantages of both solutions, this work proposes the study and design of a hybrid filter. The proposed structure named dual tune hybrid filter allows the dissociation of the active stage from the passive stage, giving greater autonomy and practicality to the filter during replacement or maintenance operations in the active stage. This work also proposes a design methodology for the passive power stage, as well as the modeling and control of the active filter power stage. Because it is a new hybrid structure, it is made comparative analysis between the proposed hybrid power filter and shunt hybrid power filter, with the series converter with the passive filter, in order to validate the performance and its lower rated for the active stage with respect to the transformer in which it will be connected. Through modeling and design of the proposed hybrid filter, were obtained from a test case, satisfactory results as the correction of power factor and minimizing harmonic distortion voltage and current forward technical standards existing. These results validate the hybrid filter as an economically viable solution for improving the power quality of a distribution system at low voltage.

Este trabalho apresenta um modelo para alocação e dimensionamento ótimo da geração distribuída em sistemas elétricos de potência. Com o objetivo de minimizar o custo da concessionária devido as perdas ativas e desvios de tensão em regime permanente, ambos foram transformados em valores monetários utilizando a normativa existente no Brasil. O problema de otimização considera uma curva de carga de 24 níveis com o intuito de simular uma curva de carga diária em intervalos de uma hora. Foram considerados limites de tensão de cada barra e corrente máxima em cada trecho do alimentador. O fluxo de potência foi estimado através do algoritmo clássico de Newton Raphson. A alocação da geração distribuída, a qual é considerada em mais de um local do alimentador, é tratada como uma variável binária no modelo desenvolvido. O modelo de otimização não-linear inteira mista é escrita mediante um algoritmo em Matlab na linguagem GAMS e enviado para o servidor de otimização NEOS e solucionado pelo solver KNITRO. O resultado é a obtenção do valor dos custos evitados para a concessionária facilitando o diagnóstico para a tomada de decisões. Por fim para verificação do método, realiza-se um estudo de caso em um sistema de distribuição de 33 barras da IEEE, sendo os resultados analisados e discutidos. / This work presents a model for optimal distributed generation sizing and allocation in power systems. The main objectives are to reduce costs for the power distribution company by power losses and compensation for voltage levels violation, both are converted in monetary values based on the Brazilian normative. The optimization problem considers a load curve with 24 levels to simulate one day in intervals of one hour. Also the model considers voltage limits for each bus and maximum currents for every line in the feeder. The power flow was formulated by the classical Newton Raphson theory. The distribution generation allocation is modeled as binary variables and can be allocated in more than one bus in the feeder. The mixed integer nonlinear model is written by a Matlab algorithm in GAMS language and solved by KNITRO through NEOS solver for optimization. The model was tested using the IEEE 33 buses, and the results were evaluated and discussed. The model lets power distribution companies reduce operational cost and penalties with optimal placement and sizing of distributed generation.

Este trabalho apresenta uma metodologia para análise e monitoração da qualidade da energia elétrica, através da identificação e quantificação dos distúrbios eletromagnéticos. A metodologia utiliza técnicas de processamento digital de sinais, possibilitando a construção de filtros digitais, a detecção de eventos e a estimativa da freqüência dos sinais elétricos analisados. Os principais distúrbios da qualidade definidos pelas normas da ANEEL e do ONS são quantificados através do algoritmo proposto. O programa desenvolvido foi testado usando formas de ondas com distúrbios previamente conhecidos para sua validação. Analisando formas de onda obtidas de medições em campo verificou-se a robustez do algoritmo frente a ruídos e outros fenômenos vinculados à qualidade da energia presentes em medições reais. Esta pesquisa apresenta um programa eficaz e prático que pode ser utilizado no desenvolvimento de um novo equipamento de medição dos distúrbios da QEE. Os resultados obtidos através da análise de dados (sintetizados e medições de campo) validaram o programa proposto. / This dissertation presents a methodology for detection and quantification of power quality disturbances. Digital signal processing (DSP) is applied to simulated and measured disturbances. The use of DSP enables the construction of digital filters for the detection of events, and the estimation of the frequency of voltage and current signals. The disturbances set by ANEEL and ONS standards are quantified by the proposed algorithm. The program developed was tested using simulated disturbance for its validation. Field measurements were used to assess the robustness of the algorithm against signal noise and other disturbances. This research presents effective and practical software that can be used to develop a new device for measuring the disturbances of Power Quality. The results obtained through the analysis of data (simulated and field measurements) validated the proposed algorithm.

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Este trabalho trata de conceitos relacionados à qualidade da Energia Elétrica (EE) e, neste contexto, apresenta a proposta de técnicas para a compressão da representação de transitórios rápidos e da análise tempo-frequência de distúrbios elétricos em geral. A qualidade da Energia Elétrica é medida pelo coeficiente de desvios que os sinais de tensão e corrente apresentam em relação ao sinal senoidal ideal. Tais desvios são denominados de distúrbios, podendo ser classificados como quase estacionários (e.g. distorção de harmônicas) e eventos (e.g. transitórios rápidos). No contexto de EE, os transitórios rápidos possuem pequena duração (i.e. na ordem dos microssegundos), são detectados por altas taxas de amostragem (i.e. na ordem dos MHz) e possuem difícil parametrização. Portanto, as representações das formas de onda geralmente são armazenadas para auxiliar a avaliação subjetiva dos transitórios e dos parâmetros de interesse. Consequentemente, a compressão destas formas de onda torna-se de extrema importância para armazenar dados adquiridos por longos períodos de tempo, e estes modos de compressão são tratados nesta dissertação. Em virtude das altas taxas de amostragem utilizadas, uma técnica baseada em Análise de Componentes Principais (PCA – Principal Component Analysis) é proposta para esta representação mais compacta de transitórios. Resultados mostram que o desempenho em compressão versus qualidade de reconstrução é semelhante ao de trabalhos relacionados com a vantagem de atender aos requisitos de altas taxas de amostragem. A análise tempo-frequência é um mecanismo que auxilia na classificação e caracterização dos distúrbios elétricos. Neste trabalho, a Transformada de Hilbert-Huang é estudada e uma proposta de melhoria na Decomposição Empírica de Modos (EMD – Empirical Mode Decomposition) é apresentada. Nossos resultados mostram que a técnica proposta economiza o custo computacional se comparada com o estado da arte. Em virtude disso, a técnica proposta apresenta uma taxa de redução no tempo médio de execução de 99,76 % em relação à técnica do estado da arte. Além disso, uma verificação acerca do desempenho em eficiência de compressão versus qualidade de reconstrução de trabalhos anteriores é também desenvolvida nesta dissertação. Foi utilizada uma sistemática de avaliação experimental com base em amostras de sinais AC, de forma a avaliar as taxas de compressão atingidas pelas técnicas estudadas, como a Transformada Wavelet Discreta. Resultados mostram que a Transformada Wavelet falha para compressão de todo e qualquer tipo de distúrbio elétrico quando analisado o compromisso entre acuidade de reconstrução versus eficiência de compressão. / This work deals with concepts related to the AC Power Quality theoretical framework and, in this scope, proposes techniques for the representation of fast transient data compression and for the power line disturbances time-frequency analysis. The AC power quality is measured by the differences between actual and ideal sinusoidal voltage/current signals. These differences are known as electrical disturbances, which can be classified as quasi-stationary (e.g. harmonic distortion) or events (e.g. surge or fast transients) disturbances. In the AC Power Quality scope, the fast transients have short duration (i.e. typically on the order of microseconds), are detected by high sampling rates (i.e. typically on the order of MHz), and are hard to characterize and parameterize. Hence, the resultant representation of the waveforms is in general stored to help in the subjective evaluation of these fast transients and their parameters of interest. As a consequence the compression turns out to be of main concern, in order to store this information acquired over long periods of time (like weeks or months). In this work, a compression technique is proposed taking into account the high sampling rates. The proposed technique makes use of the Principal Component Analysis (PCA) for such compact representation of fast transients. The Compression efficiency versus reconstruction accuracy results show a similar performance for the proposed technique when compared to the related works. On the other hand, the proposed technique can handle the large amount of data provided by the high sampling rates. The time-frequency analysis helps in the classification and characterization of AC power quality disturbances. In this work, the Hilbert-Huang Transform is studied and a modification is proposed in order to improve the Empirical Mode Decomposition (EMD) performance. Our results show that the proposed modification can save computational cost when compared to the state-of-the-art. Therefore, the average execution time is reduced to 99.76 % in comparison with the state-of-the-art technique. Besides that, this work also revisits previous techniques based on the Discrete Wavelet Transform (DWT) in order to verify the trade-off between reconstruction accuracy versus compression efficiency under a more systematic experimental evaluation setup, considering samples of real AC signals. Results show that DWT fails as a general-purpose technique in AC Power Quality scope.

Made available in DSpace on 2015-04-11T13:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arnilson Jorge da Silva Damasceno.pdf: 1628806 bytes, checksum: e8fe44ebcf973caa9e9d8207ca0acc1c (MD5) Previous issue date: 2012-04-17 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / This work aims a study of electricity supplied to residential customers of the city of Manaus, state of Amazonas. The paper deals with two topics in the field of electrical energy: energy conservation and power quality, aiming to estimate the power that can save after the identification of disorders that affect the quality of energy. For this case study, we selected three residential consumers with different load profiles from which data were collected regarding the quality of the energy used in those homes with the aid of a power quality analyzer. Based on the Procedures for Electric Energy Distribution of ANEEL, which sets minimum requirements for power quality (voltage and frequency) are compared the results of the evaluation in select consumers, where the point of view of the network voltage and frequency levels minimum set by ANEEL are met. However, they are observed significant levels of harmonic currents in the consumer study. Finally, it shows the impact of these distortions in increased consumption and the estimation of energy conservation in the residential sector extracting the losses by current harmonic distortion / Este trabalho tem como proposta um estudo da energia elétrica fornecida a consumidores residenciais da cidade de Manaus-AM. O trabalho trata de dois temas da área de energia elétrica: a conservação da energia e a qualidade da energia elétrica, tendo como objetivo estimar a energia elétrica que se pode economizar após a identificação dos distúrbios que afetam a qualidade da energia. Para este estudo de caso, foram selecionados três consumidores residenciais com perfis de cargas distintos de onde se coletaram dados referentes à qualidade da energia utilizada naquelas residências, com o auxílio de um analisador de qualidade de energia. Com base nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica da ANEEL, que prevê requisitos mínimos de qualidade da energia (tensão e frequência) são comparados os resultados da avaliação nos consumidores selecionados, onde, do ponto de vista da tensão e frequência da rede, os níveis mínimos previstos pela ANEEL são atendidos. Entretanto, são observados significativos níveis de distorção harmônica das correntes nos consumidores em estudo. Por fim, é mostrado o impacto causado por essas distorções na elevação do consumo e a estimativa de conservação de energia no setor residencial extraindo-se as perdas por distorção harmônica de corrente

O presente trabalho visa a utilização da transformada Wavelet no monitoramento do sistema elétrico no que diz respeito a problemas de qualidade da energia com o intuito de detectar, localizar e classificar os mesmos. A transformada Wavelet tem surgido na literatura como uma nova ferramenta para análise de sinais, utilizando funções chamadas Wavelet mãe para mapear sinais em seu domínio, fornecendo informações simultâneas nos domínios tempo e freqüência. A transformada Wavelet é realizada através de filtros decompondo-se um dado sinal em análise multiresolução. Por esta, obtém-se a detecção e a localização de distúrbios relacionados com a qualidade da energia decompondo-se o sinal em dois outros que representam uma versão de detalhes (correspondente as altas freqüências do sinal) e uma versão de aproximação (correspondente as baixas freqüências do sinal). A versão de aproximação é novamente decomposta obtendo-se novos sinais de detalhes e aproximações e assim sucessivamente. Sendo assim, os distúrbios podem ser detectados e localizados no tempo em função do seu conteúdo de freqüência. Estas informações fornecem também características únicas pertinentes a cada distúrbio, permitindo classificá-los. Desta forma, propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um algoritmo classificador automático de distúrbios relacionados com a qualidade da energia baseado unicamente nas decomposições obtidas da análise multiresolução. / The aim of the present dissertation is to apply the Wavelet transform to analyze power quality problems, detecting, localizing and classifying them. The topic Wavelet transform, has appeared in the literature as a new tool for the analysis of signals, using functions called mother Wavelet to map signals in its domain, supplying information in the time and frequency domain, simultaneously. Wavelet transform is accomplished through filters decomposing a provided signal in multiresolution analysis. The detection and localization of disturbances are obtained by decomposing a signal into two other signals that represent, a detailed version (high frequency signals) and a smoothed version (low frequency signals). The smoothed version is decomposed again, and new detailed and smoothed signals are obtained. This process is repeated as many times as necessary and the disturbances can be detected and localized in the time as a function of its level frequency. This information also supplies characteristics to each disturbance, allowing classifying them. Thus, this research presents a way to develop an automatic classifying algorithm of power quality disturbances, based only on multiresolution analysis.

A qualidade da energia elétrica tem sido objeto constante de estudos, pois problemas inerentes a ela podem trazer grandes prejuízos econômicos, principalmente em processos industriais. Dentre os vários fatores que afetam a qualidade da energia elétrica, destacamos aqueles relacionados com os transitórios, originados pelo chaveamento de banco de capacitares nas redes elétricas de distribuição primária. Neste trabalho, além das características dos transitórios provenientes da energização de bancos de capacitares da concessionária, são analisados fatores que influenciam em suas intensidades. As condições sob as quais estes transitórios são atenuados foram investigadas. Além disto, é feita uma análise espectral das ondas de corrente e tensão, permitindo que sejam revelados os componentes harmônicos que podem afetar o funcionamento de equipamentos de controle, proteção e cargas sensíveis da indústria. Um circuito que representa um sistema real de distribuição, 13,8 kV, da concessionária CPFL (Cia Paulista de Força e Luz) foi simulado através do ATP (Alternative Transients Program). / The quality of electric power has been a constant topic of study, because inherent problems to it can bring great economic losses, mainly in industrial processes. Among the several factors that atfect power quality, those related to the transients originated by capacitar bank switching in the primary distribution systems must be highlighted. In this work, the characteristics of the transients resulting from the switching of the utility capacitor banks are analyzed, as well as factors that influence their intensities. The conditions under which these effects are mitigated was investigated. In addition, a spectral analysis of the current and voltage waves is made. This procedure can reveal the harmonic components that can affect the operation of control and protection equipment, as well as sensitive Ioads of the industry. A circuit that represents a real distribution system, 13.8 kV, from CPFL (Cia Paulista de Força e Luz) utility, was simulated through the software ATP (Alternative Transients Program).

The increasing penetration of distributed energy resources, in particular Photovoltaic (PV) production units, and the ever-growing use of power electronics-based equipment has led to specific concern about Power Quality (PQ) in the Low-Voltage (LV) grid. These include high- and low-order current harmonics as well as voltage distortion at the point of common coupling. Solutions to overcome these issues, meeting international grid codes, are being proposed in the context of smart energy management schemes.This work proposes a novel three-phase topology for a PV system with enhanced PQ mitigation functionality, tackling the corresponding control challenges.First, a single-stage current-source inverter PV system with active filtering capability is preferred to the more common two-stage voltage-source inverter topology with additional voltage-step-up converter. The system also guarantees a nearly unitary displacement power factor in the connection to the grid and allows for Maximum Power Point Tracking (MPPT) with direct control of the PV array power. The grid-synchronised dq-axis grid current references are generated for the mitigation of nonlinear load low-order current harmonics, without the need for additional measurements. Active damping is used to minimise grid-side filter losses and reduce high-order harmonics resulting from the converter switching.Results on a 500W laboratory prototype confirm that active damping reduces the switching harmonics in the grid currents and active filtering properly mitigates the low-order current harmonics. The MPPT algorithm works effectively for various irradiance variations. Second, a PV system with a novel Indirect Matrix Converter (IMC)-based unified power quality conditioner topology is developed for enhanced current and voltage compensation capability, with compactness and reliability advantages. PQ issues such as current harmonics, and voltage sags, swells, undervoltage and overvoltage are mitigated by the shunt and series converters, respectively.The more common Space Vector Modulation (SVM) method used in IMCs is developed for this specific topology. In particular, a new shunt converter modulation method is proposed to additionally control the PV array current with zero switching vectors, resulting in a specific switching sequence.A direct sliding mode control method is also studied separately for the shunt and series converters, so that the zero-vector modulation method of the shunt converter can be used, with no sensitive synchronisation of the switching signals; this contrasts with the SVM method. A new dc link voltage modulation method with 12 voltage zones, instead of 6, is proposed to help overcome the limitation in the choice of shunt converter switching vectors due to the positive dc link voltage constraint.Results are obtained for the direct method on a 1 kW laboratory prototype with optimised IMC dc link connection and alternative shunt converter switching transitions to guarantee a positive dc link voltage. Current and voltage compensation capabilities are confirmed by tests in various operating conditions. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thesis deals with the design of intelligent electrical socket. At the beginning of the thesis, there are described the characteristics of the distribution network in the Czech Republic and the ways of measuring these properties. The selected integrated circuit that realizes the measurement is described in detail. The third chapter deals with the current possibilities of power management, especially from the perspective of the distribution company and the concept of smart networks. The fourth chapter deals with the selection of communication interface suitable for smart socket as an element of smart home. The selected IEEE 802.15.4 standard and the microcontroller implementing the communication itself are described in more detail. The following part of the work is about design of the intelligent socket development board, on which the concept is tested and the design of the final hardware is described in this chapter. The last chapter describes the measurement results realized by the created device.