This thesis addresses the problem of reactive power scheduling in a power system with several areas controlled by independent transmission system operators (TSOs). To design a fair method for optimizing the control settings in the interconnected multi-TSO system, two types of schemes are developed.<br />First, a centralized multi-TSO optimization scheme is introduced, and it is shown that this scheme has some properties of fairness in the economic sense.<br />Second, the problem is addressed through a decentralized optimization scheme with no information exchange between the TSOs. In this framework, each TSO assumes an external network equivalent in place of its neighboring TSOs and optimizes the objective function corresponding to its own control area regardless of the impact that its choice may have on the other TSOs.<br />The thesis presents simulation results obtained with the IEEE 39 bus system and IEEE 118 bus systems partitioned between three TSOs. It also presents some results for a UCTE-like 4141 bus system with seven TSOs. The decentralized control scheme is applied to both time-invariant and time-varying power systems. Nearly optimal performance is obtained in those contexts.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-22T11:28:06Z No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-22T12:24:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:24:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7323423 bytes, checksum: 8e91605d60fbb16fc971b4b13d056055 (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nos horizontes de médio e longo prazo, o modelo computacional oficial, denominado NEWAVE, para o planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN) no Brasil é baseado na técnica de Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE) e em sistemas equivalentes de energia. Para se produzir estimativas individualizadas das usinas hidrelétricas, omodelooficialdoSIN,SUISHI-O,utilizaheurísticasoperativasbaseadasnabuscapelaoperação em paralelo por faixas dos reservatórios e consideração das não linearidades nas restrições operativas associadas ao problema. Ou seja, as decisões operativas geradas pela PDDE para os sistemasequivalentessãodesagregadasentreassuasusinashidrelétricas. OsdoismodeloscomputacionaisforamdesenvolvidospeloCentrodePesquisasdeEnergiaElétrica(CEPEL),sendo que o modelo NEWAVE produz Funções de Custo Futuro (FCFs) mensais através da técnica dePDDEeestasfunçõessãoutilizadaspelomodeloSUISHI-O,responsávelpeladesagregação das decisões associadas aos sistemas equivalentes entre as suas usinas hidrelétricas. Este trabalho propõe um Modelo Individualizado de Usinas Hidrelétricas (MIUH) baseado em programação não linear para o planejamento mensal da operação utilizando-se as FCFs produzidas pelo modelo NEWAVE ou outro modelo de decisão estratégica. O MIUH utiliza uma representação alternativa aos polinômios de quarto grau associados aospolinômioscota-vazãobaseadanafunçãologística,comoobjetivodeestabilizaroprocesso de convergência do modelo de otimização não-linear. Foi desenvolvida uma plataforma computacional robusta, capaz de utilizar o mesmo conjuntodedadosdosmodeloscomputacionaisoficiaisdoSIN,disponibilizadomensalmentepelo Operador Nacional do Sistema (ONS). Com isto, possibilitou-se a comparação dos resultados obtidospelomodeloSUISHI-OcomosobtidospeloMIUH.Paraisto,foramutilizadososdados referentes ao Programa Mensal de Operação de Janeiro de 2011. Esta plataforma está desenvolvida em C++/Java para os sistemas operacionais Windows e LINUX, sendo que utiliza o modelo LINGO para a solução dos problemas de otimização não linear. O MIUH é capaz de representar a maioria dos detalhes associados ao problema de planejamento da operação, como, por exemplo, a expansão dos parques térmicos e hidráulicos, o crescimentodomercado,asrestriçõesdevazãomínimaobrigatória,ovolumemínimoparavertimento nas usinas com reservatório, a geração de pequenas usinas, os limites de intercâmbio entre os subsistemas, os diversos patamares de déficit de energia, a evaporação e o enchimento do volume morto. / On the horizons of long term,the official computing model to the planning of the operation of the National Grid (NG) in Brazil is based in the technique of Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) and using equivalent systems of energy. In order to produce individual estimates of the hydro plants, NG’s official model uses operative heuristics which search for the operation in parallel of the reservoirs and consider the nonlinear and operative restrictions associated to the problem. In other words, the operative decisions generated by SDDP to the energy equivalent systems are disaggregated between its own hydro plants. Both computing models are developed by CEPEL. The model NEWAVE produces cost-togofunctionmonthlythroughSDDPtechniqueandthesefunctionsarealsousedbytheSUISHIO model (developed by CEPEL), responsible for the disaggregation of the decisions associated to the equivalent systems between its hydro plants. The aim of this thesis is to propose an Individualized Model of Hydro Plants (IMHP) based on nonlinear programming for the monthly planning of the operation using the cost-to-go functions produced by the NEWAVE model. IMHP uses an alternative representation of fourth degree polynomials associated to the outflow-level downstream relationship based on the logistic function in order to stabilize the convergence of the nonlinear optimization model. It has been developed a robust computing platform which is capable of using the same set of datas of the official computing models of NG, which is monthly available by the Independent System Operator (ISO). Consequently, it was possible to compare the results generated by SUISHI-O model with the ones generated by IMHP. In order to do that, the datas regarding the Monthly Program of Operation of January 2011 were used. This platform is developed in C++/Java to the operational systems Windows and LINUX, once that the model LINGO is used to solve problems of nonlinear optimization. IMHP is able to represent the majority of the details associated to the problem, such as, for example, the expansion of thermal and hydraulic parks, the market growth, and the minimum obligatory outflow restrictions, the minimum volume to be transfered in hydro plants with reservoirs, the generation of small hydro plants, the limits of exchange between equivalent systems of energy, various levels of deficit of energy, the evaporation and the act of filling the dead volume.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T11:43:47Z No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7331628 bytes, checksum: 1e84783a250c8c0407056e674872967a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T12:44:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7331628 bytes, checksum: 1e84783a250c8c0407056e674872967a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T12:44:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 7331628 bytes, checksum: 1e84783a250c8c0407056e674872967a (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nos horizontes de médio e longo prazo, o modelo computacional oficial, denominado NEWAVE, para o planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN) no Brasil é baseado na técnica de Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE) e em sistemas equivalentes de energia. Para se produzir estimativas individualizadas das usinas hidrelétricas, o modelo oficial do SIN, SUISHI-O, utiliza heurísticas operativas baseadas na busca pela operação em paralelo por faixas dos reservatórios e consideração das não linearidades nas restrições operativas associadas ao problema. Ou seja, as decisões operativas geradas pela PDDE para os sistemas equivalentes são desagregadas entre as suas usinas hidrelétricas. Os dois modelos computacionais foram desenvolvidos pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica(CEPEL),sendo que o modelo NEWAVE produz Funções de Custo Futuro (FCFs) mensais através da técnica de PDDE e estas funções são utilizadas pelo modelo SUISHI-O, responsável pela desagregação das decisões associadas aos sistemas equivalentes entre as suas usinas hidrelétricas. Este trabalho propõe um Modelo Individualizado de Usinas Hidrelétricas (MIUH) baseado em programação não linear para o planejamento mensal da operação utilizando-se as FCFs produzidas pelo modelo NEWAVE ou outro modelo de decisão estratégica. O MIUH utiliza uma representação alternativa aos polinômios de quarto grau associados aos polinômios cota-vazão baseada na função logística, com o objetivo de estabilizar o processo de convergência do modelo de otimização não-linear. Foi desenvolvida uma plataforma computacional robusta, capaz de utilizar o mesmo conjunto de dados dos modelos computacionais oficiais do SIN, disponibilizado mensalmente pelo Operador Nacional do Sistema (ONS). Com isto, possibilitou-se a comparação dos resultados obtidos pelo modelo SUISHI-O com os obtidos pelo MIUH. Para isto, foram utilizados os dados referentes ao Programa Mensal de Operação de Janeiro de 2011. Esta plataforma está desenvolvida em C++/Java para os sistemas operacionais Windows e LINUX, sendo que utiliza o modelo LINGO para a solução dos problemas de otimização não linear. O MIUH é capaz de representar a maioria dos detalhes associados ao problema de planejamento da operação, como, por exemplo, a expansão dos parques térmicos e hidráulicos, o crescimento do mercado, as restrições de vazão mínima obrigatória, o volume mínimo para vertimento nas usinas com reservatório, a geração de pequenas usinas, os limites de intercâmbio entre os subsistemas, os diversos patamares de déficit de energia, a evaporação e o enchimento do volume morto. / On the horizons of long term, the official computing model to the planning of the operation of the National Grid (NG) in Brazil is based in the technique of Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) and using equivalent systems of energy. In order to produce individual estimates of the hydro plants, NG’s official model uses operative heuristics which search for the operation in parallel of the reservoirs and consider the nonlinear and operative restrictions associated to the problem. In other words, the operative decisions generated by SDDP to the energy equivalent systems are disaggregated between its own hydro plants. Both computing models are developed by CEPEL. The model NEWAVE produces cost-to- go function monthly through SDDP technique and these functions are also used by the SUISHI- O model (developed by CEPEL), responsible for the disaggregation of the decisions associated to the equivalent systems between its hydro plants. The aim of this thesis is to propose an Individualized Model of Hydro Plants (IMHP) based on nonlinear programming for the monthly planning of the operation using the cost-to-go functions produced by the NEWAVE model. IMHP uses an alternative representation of fourth degree polynomials associated to the outflow-level downstream relationship based on the logistic function in order to stabilize the convergence of the nonlinear optimization model. It has been developed a robust computing platform which is capable of using the same set of datas of the official computing models of NG, which is monthly available by the Indepen- dent System Operator (ISO). Consequently, it was possible to compare the results generated by SUISHI-O model with the ones generated by IMHP. In order to do that, the datas regarding the Monthly Program of Operation of January 2011 were used. This platform is developed in C++/Java to the operational systems Windows and LINUX, once that the model LINGO is used to solve problems of nonlinear optimization. IMHP is able to represent the majority of the details associated to the problem, such as, for example, the expansion of thermal and hydraulic parks, the market growth, and the minimum obligatory outflow restrictions, the minimum volume to be transfered in hydro plants with reservoirs, the generation of small hydro plants, the limits of exchange between equivalent systems of energy, various levels of deficit of energy, the evaporation and the act of filling the dead volume.

Power systems have been historically designed at a time when the production was<p>centralized and the electricity had to be transmitted to the loads from the closest power<p>plant. Nowadays, there is an increasing integration of decentralized and intermittent pro-<p>duction. Moreover, the energy market coupling has enabled the transfer of electric power<p>for economical purposes. Also, former isolated power systems are now interconnected for<p>reliability and financial reasons.<p>All of these changes make difficult to predict the future behavior of the grid. Studies<p>are done in order to plan for the future needs of the system. However, building new in-<p>frastructures takes time and it is expected that these needs will not be completely fulfilled<p>in all the parts of the grid. Therefore, transmission of active power could be limited by<p>the existing infrastructure. For example, the presence of inter-area oscillations is often<p>the limiting factor when a high active power is transmitted on a long transmission line<p>between two groups of generators. Since higher levels of active power are exchanged on<p>longer distances, problems of inter-area oscillations may arise in power systems previously<p>not affected by this phenomenon.<p>In this work, a measurement-based approach, able to predict in the short-term the<p>future behavior of oscillations, is presented. This approach is complementary to the<p>long-term planning of the grid.<p>The mandatory first step towards a measurement-based approach is to have the ability<p>to extract useful information among a huge quantity of data. To face this issue, some<p>comparisons of data mining algorithms are performed. The proposed method combines<p>two decision tree algorithms to obtain both prediction accuracy and comprehensibility.<p>The second required step for building a measurement-based model is to take into<p>account the limitations of the measurements. Two types of wide area measurements are<p>used, synchronized measurements from PMUs and traditional unsynchronized data from<p>the SCADA/EMS system. Oscillation monitoring using PMUs is especially of interest<p>and an approach is presented to post-process damping estimates. This post-processing<p>method consists in a noise reduction technique followed by a damping change detection<p>algorithm.<p>Finally, the method, combining these two steps, is implemented to analyze the Con-<p>tinental European grid. This implementation takes place in the context of the European<p>project Twenties. The results, using several months of measurements, are described in<p>detail before being discussed. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Atualmente, as concessionárias de energia enfrentam vários desafios na tentativa de fornecer energia com qualidade e confiabilidade, por exemplo, redes de distribuição com pouco monitoramento e controle, envelhecimento dos ativos, atender a crescente demanda dos consumidores e satisfazer padrões de qualidade, entre outros. No Brasil, para atingir os índices de qualidade no fornecimento de energia estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), tem-se como alternativa aumentar a inteligência da rede com sistemas de tecnologia de informação (TI), além de utilizar Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs), medidores inteligentes e sensores. Adicionalmente é necessário o emprego de uma infraestrutura de comunicação que forneça uma visibilidade abrangente das condições de carga e do estado do sistema de distribuição, permitindo fazer uso de técnicas de otimização e tomada de decisão para aumento da inteligência. O controle da tensão e o gerenciamento da potência reativa (Volt/VAr) são práticas de automação que podem ser empregadas nos sistemas de distribuição. Estas práticas ajudam a aumentar o benefício, a confiabilidade e a eficiência no fornecimento da qualidade do produto, minimizando os custos de operação e manutenção nas concessionárias. Na presente dissertação foi desenvolvida uma metodologia de controle Volt/VAr descentralizado (subestação), por meio da coordenação e controle dos transformadores com mudança de tap sob carga - LTC, dos bancos de capacitores localizados na subestação e ao longo dos alimentadores, bem como dos reguladores de tensão instalados ao longo dos alimentadores. Destaca-se a utilização da técnica de Estimação de Estados, a qual possibilita o uso da metodologia de controle Volt/VAr em tempo real. O algoritmo de otimização desenvolvido neste trabalho foi implementado através de simulações numa rede teste e numa rede real que permitem mostrar o potencial da formulação matemática desenvolvida. Os resultados da metodologia proposta comprovam a melhoria do perfil de tensão dos alimentadores da rede testada ao longo do dia, assim como uma diminuição das perdas técnicas, as quais chegaram a diminuir 7% em energia. Estes resultados foram alcançados sem ultrapassar a quantidade de operações definidas por dia nos diferentes dispositivos de controle. / Currently, power utilities face challenges in order to provide energy considering minimum requirements of power quality and reliability due to the absence of control and monitoring infrastructure, aging assets, growing demand, amongst others. In Brazil, the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) establishes specific power quality and reliability indices. Power utilities should attend the limits for those indices by improving intelligence of network using IT systems, installing Intelligent Electric Devices (IEDs), smart meters and sensors, amongst others. Additionally, communication infrastructure is needed to provide the monitoring of load conditions and distribution system state. Optimization and decision-making tools are important for developing smart grids. Voltage control and reactive power management (Volt/VAr) are automation techniques that can be used in distribution systems. These practices lead to benefits for the utilities such as improvement of reliability and efficiency of the system, minimization of operation and maintenance costs, amongst others. In the present dissertation a methodology for decentralized control (Volt/VAr) was developed, through the coordination and control of load tap changers (LTCs) in power transformers and capacitors banks located at the substation, as well as capacitor banks and voltage regulators scattered throughout the feeders. State Estimation was utilized, which allows the application of the Volt/VAr Control methodology in real time environment. The optimization algorithm developed in this work was implemented through simulations in a test network and in a real network which validated the proposed methodology showing the potentiality of the mathematical model. The results of the proposed method showed voltage profile improvement over the day for the network tested as well as a 7% decrease in power energy losses. These results were achieved without exceeding the number of operations per day defined for all control devices.

As características estruturais do setor elétrico brasileiro são semelhantes às de outros setores produtivos clássicos. O segmento geração de energia elétrica ocupa um papel de destaque não só no aspecto estrutural, mas também na sua participação dentro da tarifa de fornecimento de energia elétrica, com participação da ordem de 30%. As questões comerciais que deveriam estar presentes de forma intensa durante todo o ciclo de vida do SEB, somente nas duas últimas décadas ganharam destaque e lhe foi dada a devida importância. Este trabalho procurou identificar como se processou as relações negociais, em particular as de cunho comercial, entre as empresas, supridoras e supridas, integrantes do setor elétrico brasileiro - SEB. O estudo foi segmentado em três períodos: 1990 a 1996 - \"Concepção da privatização\", 1997 a 2002 - \"Execução Operacional do Programa de Privatização\" e 2003 a 2006 - \"Modelo da Reestruturação\". Foram analisados os conceitos referentes a energia assegurada, mecanismo de realocação de energia e contratos iniciais.O texto expõe também a evolução histórica do SEB desde o final do século XIX, durante todo o século XX, e observou as externalidades que contribuíram para o posicionamento atual, como por exemplo, crise do México, Consenso de Washington e Racionamento de Energia Elétrica - 2001. Finalmente são apresentados os conceitos e o processo de cálculo do custo marginal de operação - CMO e do preço da liquidação das diferenças - PLD e do atual processo de comercialização de energia que compreende os ambientes de contratação regulada, com destaque para os leilões de energia, e o ambiente de contratação livre. / The characteristics of the Brazilian Electrical Sector, BES, are similar to those of other classic productive sectors. The electrical power generation segment plays an important role not only in the structural aspect, but also in the share of about 30% of the user\'s end tariff. The commercial issues, that should have been strongly emphasized in all BES life cycle, have only in the two last decades received the attention it deserved. This work aimed at identifying how business relations developed, particularly the commercial issues of the companies belonging to the BES system; that is, suppliers and supplied components of the said system. This project was divided into three parts: 1990 to 1996 - \"Conception of privatization\", 1997 to 2002 - \"Operational execution of privatization programs\" and 2003 to 2006 - \"Restructuring model\". Concepts related to assured power supply, electricity reallocation mechanism and initial contracts were analyzed. The text still describes BES historical evolution from the end of the nineteenth century through the twentieth century. The prevailing external scenarios that contributed to the present situation, e.g., Mexico Crises, Washington Consensus and 2001 Electricity Supply Restriction were also taken into account. Due consideration has also been given to: marginal operational cost calculation, settlement price for the differences (spot prices) and the existing process of power commercializing, which encompasses free and regulated contracting ambience. In the latter power auction plays the dominant role.

Electrical energy is one of the most common forms of energy these days. Consequently, electric power system is an indispensable part of any society. However, due to the deregulation of electricity markets and the growth in the share of power generation by uncontrollable renewable energies such as wind and solar, power system simulations are more challenging than earlier. Thus, new techniques for simplifying these simulations are needed. One important example of such simplification techniques is the power system reduction. Power system reduction can be used at least for four different purposes: a) Simplifying the power system simulations, b) Reducing the computational complexity, c) Compensating the data unavailability, and d) Reducing the existing uncertainty. Due to such reasons, power system reduction is an important and necessary subject, but a challenging task to do. Power system reduction is even more essential when system operators are facing very large-scale power systems and when the renewable energy resources like hydro, wind, and solar have a high share in power generation. This thesis focuses on the topic of large-scale power system reduction with high penetration of renewable energy resources and tries to pursue the following goals: • The thesis first reviews the different methods which can be used for simplifying the power system studies, including the power system reduction. A comparison among three important simplification techniques is also performed to reveal which simplification results in less error and more simulation time decrement. • Secondly, different steps and methods for power system reduction, including network aggregation and generation aggregation, are introduced, described and discussed. • Some improvements regarding the subject of power system reduction, i.e. on both network aggregation and generation aggregation, are developed. • Finally, power system reduction is applied to some power system problems and the results of these applications are evaluated. A general conclusion is that using power system simplification techniques and specially the system reduction can provides many important advantages in studying large-scale power systems with high share of renewable energy generations. In most of applications, not only the power system reduction highly reduces the complexity of the power system study under consideration, but it also results in small errors. Therefore, it can be used as an efficient method for dealing with current bulk power systems with huge amounts of renewable and distributed generations. / <p>The Doctoral Degrees issued upon completion of the programme are issued by Comillas Pontifical University, Delft University of Technology and KTH Royal Institute of Technology. The invested degrees are official in Spain, the Netherlands and Sweden, respectively. QC 20150116</p>

As características estruturais do setor elétrico brasileiro são semelhantes às de outros setores produtivos clássicos. O segmento geração de energia elétrica ocupa um papel de destaque não só no aspecto estrutural, mas também na sua participação dentro da tarifa de fornecimento de energia elétrica, com participação da ordem de 30%. As questões comerciais que deveriam estar presentes de forma intensa durante todo o ciclo de vida do SEB, somente nas duas últimas décadas ganharam destaque e lhe foi dada a devida importância. Este trabalho procurou identificar como se processou as relações negociais, em particular as de cunho comercial, entre as empresas, supridoras e supridas, integrantes do setor elétrico brasileiro - SEB. O estudo foi segmentado em três períodos: 1990 a 1996 - \"Concepção da privatização\", 1997 a 2002 - \"Execução Operacional do Programa de Privatização\" e 2003 a 2006 - \"Modelo da Reestruturação\". Foram analisados os conceitos referentes a energia assegurada, mecanismo de realocação de energia e contratos iniciais.O texto expõe também a evolução histórica do SEB desde o final do século XIX, durante todo o século XX, e observou as externalidades que contribuíram para o posicionamento atual, como por exemplo, crise do México, Consenso de Washington e Racionamento de Energia Elétrica - 2001. Finalmente são apresentados os conceitos e o processo de cálculo do custo marginal de operação - CMO e do preço da liquidação das diferenças - PLD e do atual processo de comercialização de energia que compreende os ambientes de contratação regulada, com destaque para os leilões de energia, e o ambiente de contratação livre. / The characteristics of the Brazilian Electrical Sector, BES, are similar to those of other classic productive sectors. The electrical power generation segment plays an important role not only in the structural aspect, but also in the share of about 30% of the user\'s end tariff. The commercial issues, that should have been strongly emphasized in all BES life cycle, have only in the two last decades received the attention it deserved. This work aimed at identifying how business relations developed, particularly the commercial issues of the companies belonging to the BES system; that is, suppliers and supplied components of the said system. This project was divided into three parts: 1990 to 1996 - \"Conception of privatization\", 1997 to 2002 - \"Operational execution of privatization programs\" and 2003 to 2006 - \"Restructuring model\". Concepts related to assured power supply, electricity reallocation mechanism and initial contracts were analyzed. The text still describes BES historical evolution from the end of the nineteenth century through the twentieth century. The prevailing external scenarios that contributed to the present situation, e.g., Mexico Crises, Washington Consensus and 2001 Electricity Supply Restriction were also taken into account. Due consideration has also been given to: marginal operational cost calculation, settlement price for the differences (spot prices) and the existing process of power commercializing, which encompasses free and regulated contracting ambience. In the latter power auction plays the dominant role.

Atualmente, as concessionárias de energia enfrentam vários desafios na tentativa de fornecer energia com qualidade e confiabilidade, por exemplo, redes de distribuição com pouco monitoramento e controle, envelhecimento dos ativos, atender a crescente demanda dos consumidores e satisfazer padrões de qualidade, entre outros. No Brasil, para atingir os índices de qualidade no fornecimento de energia estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), tem-se como alternativa aumentar a inteligência da rede com sistemas de tecnologia de informação (TI), além de utilizar Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs), medidores inteligentes e sensores. Adicionalmente é necessário o emprego de uma infraestrutura de comunicação que forneça uma visibilidade abrangente das condições de carga e do estado do sistema de distribuição, permitindo fazer uso de técnicas de otimização e tomada de decisão para aumento da inteligência. O controle da tensão e o gerenciamento da potência reativa (Volt/VAr) são práticas de automação que podem ser empregadas nos sistemas de distribuição. Estas práticas ajudam a aumentar o benefício, a confiabilidade e a eficiência no fornecimento da qualidade do produto, minimizando os custos de operação e manutenção nas concessionárias. Na presente dissertação foi desenvolvida uma metodologia de controle Volt/VAr descentralizado (subestação), por meio da coordenação e controle dos transformadores com mudança de tap sob carga - LTC, dos bancos de capacitores localizados na subestação e ao longo dos alimentadores, bem como dos reguladores de tensão instalados ao longo dos alimentadores. Destaca-se a utilização da técnica de Estimação de Estados, a qual possibilita o uso da metodologia de controle Volt/VAr em tempo real. O algoritmo de otimização desenvolvido neste trabalho foi implementado através de simulações numa rede teste e numa rede real que permitem mostrar o potencial da formulação matemática desenvolvida. Os resultados da metodologia proposta comprovam a melhoria do perfil de tensão dos alimentadores da rede testada ao longo do dia, assim como uma diminuição das perdas técnicas, as quais chegaram a diminuir 7% em energia. Estes resultados foram alcançados sem ultrapassar a quantidade de operações definidas por dia nos diferentes dispositivos de controle. / Currently, power utilities face challenges in order to provide energy considering minimum requirements of power quality and reliability due to the absence of control and monitoring infrastructure, aging assets, growing demand, amongst others. In Brazil, the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) establishes specific power quality and reliability indices. Power utilities should attend the limits for those indices by improving intelligence of network using IT systems, installing Intelligent Electric Devices (IEDs), smart meters and sensors, amongst others. Additionally, communication infrastructure is needed to provide the monitoring of load conditions and distribution system state. Optimization and decision-making tools are important for developing smart grids. Voltage control and reactive power management (Volt/VAr) are automation techniques that can be used in distribution systems. These practices lead to benefits for the utilities such as improvement of reliability and efficiency of the system, minimization of operation and maintenance costs, amongst others. In the present dissertation a methodology for decentralized control (Volt/VAr) was developed, through the coordination and control of load tap changers (LTCs) in power transformers and capacitors banks located at the substation, as well as capacitor banks and voltage regulators scattered throughout the feeders. State Estimation was utilized, which allows the application of the Volt/VAr Control methodology in real time environment. The optimization algorithm developed in this work was implemented through simulations in a test network and in a real network which validated the proposed methodology showing the potentiality of the mathematical model. The results of the proposed method showed voltage profile improvement over the day for the network tested as well as a 7% decrease in power energy losses. These results were achieved without exceeding the number of operations per day defined for all control devices.

[pt] Na medida em que as redes de transmissão de energia elétrica ficaram mais malhadas, os limites térmicos de linhas e transformadores passaram a restringir menos a transmissão de potência. Similarmente, o uso de sistemas estáticos de compensação de potência reativa e estabilizadores na excitação dos geradores aumentou a capacidade de transmissão de potência nos sistemas antes limitados por problemas de estabilidade angular. Hoje as linhas de transmissão estão mais carregadas e isto deu origem ao problema da instabilidade de tensão.Neste trabalho, as condições de estabilidade de tensão são avaliadas por condições nodais associadas ao máximo fluxo de potência ativa e reativa que pode ser transmitida dos geradores para as cargas. Estas condições nodais são avaliadas por uma ferramenta analítica com base em modelo matemático, simples mas poderoso, de uma direta interpretação física do fenômeno.Índices abrangentes e significativos são obtidos a partir da matriz Jacobiano do sistema. Eles indicam a região de operação na curva V x P, Q , a margem em MVA para o máximo carregamento, a importância relativa entre as barras, uma medida de dificuldade de transmissão, e o índice de influência que relaciona as margens de potência entre dois pontos de operação, o que caracteriza a eficácia ou não, por exemplo, de uma ação de controle. O método proposto nesta tese para reforçar as condições de estabilidade de tensão consiste de três etapas seqüenciais. Primeiramente, avalia-se as condições de estabilidade de tensão determinando-se a barra crítica da rede através do cálculo da margem de potência. Determinase o caminho de transmissão crítico, conceito novo usado neste trabalho, entre os vários existentes para transportar potência de geradores para aquela barra crítica. Determina-se então o ramo crítico deste caminho, conceito introduzido neste trabalho. Um programa de fluxo de potência ótimo é usado para aliviar o carregamento desse ramo crítico. A seqüência começa novamente com a avaliação das condições no novo ponto de operação. Todas as etapas são repetidas até que as margens resultantes sejam julgadas adequadas.Barras de carga, de geração e de tensão controlada por compensadores de potência reativa em paralelo com a rede podem ser eleitas como a barra crítica. Somente o método de avaliação nodal usado é capaz de lidar com qualquer tipo de barra. Da mesma forma, o procedimento proposto para reforçar as condições de estabilidade de tensão é adequado para qualquer tipo de barra.São mostrados inúmeros testes, tanto ilustrativos como com sistemas reais, em pontos de operação também reais, inclusive na situação de iminente colapso de tensão. Verifica-se que o método proposto realmente produz os resultados desejados. / [en] As the electric power transmission networks became more interconnected, the thermal limits of lines and transformers restrict less the power transmission. Similarly, the use of static systems of reactive power compensation increases the power transmission capacity in systems whereas before they were limited by problems of angular stability. Actually, transmission lines are more loaded and create the voltage stability problem. In this work, voltage stability conditions are assessment by nodal conditions associated to the maximum active and reactive power flow that can be transmitted from generators to loads.These nodal conditions are assessment using an analytical tool, based on a simple but sound mathematical background, modelling a straightforward physical haracterisation of the phenomena. Comprehensive and meaningful indices are obtained from system Jacobean matrix. They indices indicate the operating region in V x P,Q curve, the MVA margin to the maximum load, the relative importance among buses, the buses loading ranking, a measure of difficult for power transmission, and the influence indices that relates power margins between two operating points, which characterises efficiency or not, for example, of a control action.In order to reinforce voltage stability condition, the thesis proposes a method consisting of three sequential stages. Firstly, voltage stability is analysed, deciding network critical bus using the power margin calculation. Next, the critical transmission path is decided, which is a new concept used in this work, in between several existing used to transport generators power for that critical bus. Then, critical branch is obtained through this path, concept introduced in this work. An optimal power flow program is used to alleviate load flow in the critical branch. The sequence starts again with the stability condition assessment in the new operating point. All stages are repeated until resultant margins are judged suitable. Load, generation and voltage-controlled bus by shunt reactive power compensators could be considered critical bus. The nodal method used is the only one capable of handling any bus type.Several cases are shown, illustrative as well as real systems using real operating points,including imminent voltage collapse situations. It is verified that the proposed method really produces the desired results.