O requisito de continuidade de fornecimento de energia elétrica tem sido crescente na medida em que a sociedade de modo geral e os processos industriais em particular apresentam forte dependência desse insumo que assegura a todos satisfação e conforto. O consumidor é um agente econômico e ele faz parte do sistema elétrico (carga). No âmbito da análise de sistemas de potência são abordados temas, desde modelos de representação da rede e da carga até conceitos de custo da continuidade e técnicas de otimização da aplicação de investimentos para priorizar aqueles que trazem maior benefício tanto para o consumidor como para o controlador da concessão. No entanto, as técnicas usuais e convencionais de Planejamento podem conduzir a soluções pouco econômicas, porquanto consideram apenas a otimização dos investimentos em obras, ou seja, reforços da rede para atender a condição normal e em emergência (critério n-1), respeitando, naturalmente, critérios técnicos (limites de tensão, sobrecargas etc). Não raro estas instalações recomendadas pela técnica convencional serem utilizadas apenas em algumas contingências, algumas com baixa probabilidade de ocorrência. Esta pesquisa desenvolve como alternativa às soluções convencionais, um modelo que considera a otimização dos investimentos, lançando mão de recursos operativos como: corte de carga, despacho ou modificações topológicas por meio de chaveamentos, quando operando em contingência. O modelo proposto prevê que a representação da geração inclua funções que relacionam a intensidade de despacho com seus custos, bem como funções que associam custo à intensidade e duração do corte de carga a cada barra do sistema. O modelo também permite a reconfiguração da rede quando operando em contingências, por meio de alterações do estado das chaves, mudando a topologia. As funções de custo do corte de carga também são modeladas neste trabalho, considerando métodos analíticos e agregados para o cálculo do prejuízo sócio-econômico resultante da interrupção. A busca da solução ótima, que pode envolver corte de carga, despachos de geração e reconfiguração da rede, substituindo reforços realizados por obra, é obtida por um algoritmo genético evolutivo. Os procedimentos do modelo proposto representam um avanço do processo de planejamento convencional, porquanto introduz a componente continuidade de serviço de forma quantitativa, caracterizando o atendimento dos requisitos de sensibilidade das cargas de cada barra do sistema, lançando mão de recursos operativos, através de possíveis despachos e alterações topológicas. Um estudo de caso ilustra a aplicação do modelo proposto. / The need for reliable electrical energy supply continuity, the industrial demand and its dependence has been growing worldwide. Besides, it also concerns society and assures satisfaction and comfort of consumers. The consumer is the economic agent since he takes part in the system. On analyzing an electrical system, models are needed to represent the network and the load and optimization frameworks in order to make better investments and prioritize those which can benefit the consumer and the concession holder. The usual Planning Models commonly provide us with uneconomical solutions since the optimization is carried out through active investments or network reinforcements to attend the normal and the emergency condition (n-1 criteria), based on technical criteria, like voltage and overload . Frequently, these techniques recommended by the conventional analysis can be applied only in some contingencies, some of them with a small probability of occurrence.. This research develops an alternative to the conventional solutions, considering the investment optimization and using operative resources, such as: load shedding, generation rescheduling or network change operation (circuit breaker, e.g.) when operating in contingency. In this model, the generation is represented by a function that relates the intensity rescheduling and its costs and functions that relates load shedding cost, the intensity and duration of curtailment on each system bus. The model sets a network contingency reconfiguration, changing the circuit break situation (open or closed) and altering the topology. The calculation of cost of load discontinuity or social cost functions (damage cost) is shown in this thesis, considering analytical and aggregating methods. The search for an optimized solution can involve load shedding, generation rescheduling and topology changes as substitutes for network reinforcements, and may be obtained by genetic- evolutive algorithm. The procedures of the proposed model represent an advancement over the conventional Planning Process as it introduces, quantitatively, the consumer service continuity, meeting the sensibility criteria of the load characterization of each consumer class connected to the system bus, through operative resources, rescheduling, load shedding and topology changes. A case study illustrates the application of the proposed model.

O requisito de continuidade de fornecimento de energia elétrica tem sido crescente na medida em que a sociedade de modo geral e os processos industriais em particular apresentam forte dependência desse insumo que assegura a todos satisfação e conforto. O consumidor é um agente econômico e ele faz parte do sistema elétrico (carga). No âmbito da análise de sistemas de potência são abordados temas, desde modelos de representação da rede e da carga até conceitos de custo da continuidade e técnicas de otimização da aplicação de investimentos para priorizar aqueles que trazem maior benefício tanto para o consumidor como para o controlador da concessão. No entanto, as técnicas usuais e convencionais de Planejamento podem conduzir a soluções pouco econômicas, porquanto consideram apenas a otimização dos investimentos em obras, ou seja, reforços da rede para atender a condição normal e em emergência (critério n-1), respeitando, naturalmente, critérios técnicos (limites de tensão, sobrecargas etc). Não raro estas instalações recomendadas pela técnica convencional serem utilizadas apenas em algumas contingências, algumas com baixa probabilidade de ocorrência. Esta pesquisa desenvolve como alternativa às soluções convencionais, um modelo que considera a otimização dos investimentos, lançando mão de recursos operativos como: corte de carga, despacho ou modificações topológicas por meio de chaveamentos, quando operando em contingência. O modelo proposto prevê que a representação da geração inclua funções que relacionam a intensidade de despacho com seus custos, bem como funções que associam custo à intensidade e duração do corte de carga a cada barra do sistema. O modelo também permite a reconfiguração da rede quando operando em contingências, por meio de alterações do estado das chaves, mudando a topologia. As funções de custo do corte de carga também são modeladas neste trabalho, considerando métodos analíticos e agregados para o cálculo do prejuízo sócio-econômico resultante da interrupção. A busca da solução ótima, que pode envolver corte de carga, despachos de geração e reconfiguração da rede, substituindo reforços realizados por obra, é obtida por um algoritmo genético evolutivo. Os procedimentos do modelo proposto representam um avanço do processo de planejamento convencional, porquanto introduz a componente continuidade de serviço de forma quantitativa, caracterizando o atendimento dos requisitos de sensibilidade das cargas de cada barra do sistema, lançando mão de recursos operativos, através de possíveis despachos e alterações topológicas. Um estudo de caso ilustra a aplicação do modelo proposto. / The need for reliable electrical energy supply continuity, the industrial demand and its dependence has been growing worldwide. Besides, it also concerns society and assures satisfaction and comfort of consumers. The consumer is the economic agent since he takes part in the system. On analyzing an electrical system, models are needed to represent the network and the load and optimization frameworks in order to make better investments and prioritize those which can benefit the consumer and the concession holder. The usual Planning Models commonly provide us with uneconomical solutions since the optimization is carried out through active investments or network reinforcements to attend the normal and the emergency condition (n-1 criteria), based on technical criteria, like voltage and overload . Frequently, these techniques recommended by the conventional analysis can be applied only in some contingencies, some of them with a small probability of occurrence.. This research develops an alternative to the conventional solutions, considering the investment optimization and using operative resources, such as: load shedding, generation rescheduling or network change operation (circuit breaker, e.g.) when operating in contingency. In this model, the generation is represented by a function that relates the intensity rescheduling and its costs and functions that relates load shedding cost, the intensity and duration of curtailment on each system bus. The model sets a network contingency reconfiguration, changing the circuit break situation (open or closed) and altering the topology. The calculation of cost of load discontinuity or social cost functions (damage cost) is shown in this thesis, considering analytical and aggregating methods. The search for an optimized solution can involve load shedding, generation rescheduling and topology changes as substitutes for network reinforcements, and may be obtained by genetic- evolutive algorithm. The procedures of the proposed model represent an advancement over the conventional Planning Process as it introduces, quantitatively, the consumer service continuity, meeting the sensibility criteria of the load characterization of each consumer class connected to the system bus, through operative resources, rescheduling, load shedding and topology changes. A case study illustrates the application of the proposed model.

[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.