Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-06-28T18:50:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoDimensionamentoMultiobjetivo.pdf: 10777391 bytes, checksum: 5b41e206afaf6ffce67b7e0a853e289b (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-07-19T12:45:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoDimensionamentoMultiobjetivo.pdf: 10777391 bytes, checksum: 5b41e206afaf6ffce67b7e0a853e289b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-19T12:45:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AlocacaoDimensionamentoMultiobjetivo.pdf: 10777391 bytes, checksum: 5b41e206afaf6ffce67b7e0a853e289b (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / As mudanças a que o setor elétrico tem sido submetido ao longo das últimas décadas vêm impondo às concessionárias e permissionárias novos desafios, os quais tem impulsionado pesquisas na busca de melhorias ao sistema de distribuição sem abrir mão do emprego ótimo de recursos. As adequações à normatização que regula o setor, a constante busca pela redução nas perdas, a crescente demanda e a inserção de novos paradigmas, como por exemplo, a geração distribuída, têm sido tópicos amplamente estudados. O uso de Bancos de Capacitores (BCs) devidamente alocados vem constituindo, por muito tempo, uma das principais estratégias utilizadas para manter variáveis elétricas tais como tensão, fator de potência e carregamento de alimentadores dentro dos níveis adequados. Por outro lado, a crescente presença de harmônicos na rede acrescenta limitações no uso dessa estratégia. Nesse contexto, este trabalho propõe o emprego do NSGA-II, uma metaheurística multiobjetivo, na solução do Problema de Alocação de Bancos de Capacitores (PABC) em redes de distribuição radiais trifásicas, considerando os fenômenos da ressonância harmônicas devidos a presença de cargas não-lineares. A abordagem multiobjetivo permite ao usuário escolher entre uma gama de soluções a que mais se adequa às suas necessidades. Os resultados evidenciaram grande relevância da análise da distorção harmônica e do índice de ressonância, em conjunto, para a obtenção de soluções otimizadas para o PABC, de forma a elevar a qualidade da energia entregue ao consumidor e a vida útil dos equipamentos que constituem a rede de distribuição. / The changes the electric sector has undergone over the last decades have imposed new challenges to the utility companies, which have driven researches for improvements in the distribution system without giving up the optimal use of resources. The adequacy to sector regulations, constant search for reduction in losses, increasing demand and the insertion of new paradigms, such as distributed generation, have been widely studied topics. The use of properly allocated Capacitor Banks has long been one of the main strategies used to maintain electrical variables such as voltage, power factor and feeder loading within the appropriate levels. On the other hand, the increasing presence of harmonics in the network adds limitations to this strategy. In this context, this work proposes the use of NSGA-II, a multiobjective metaheuristic, in solving the Problem of Capacitor Banks Allocation in three-phase radial distribution networks, considering harmonic resonance phenomena due to the presence of nonlinear loads. The multiobjective approach allows the user to choose from a range of solutions, one that best suits their needs. The results showed great relevance of harmonic distortion and resonance index analysis to obtain optimized solutions for the allocation problem, allowing increased quality of the energy delivered to the consumer and lifespan of the equipments that constitute the distribution network.

Esta pesquisa propõe uma metodologia de alocação otimizada de monitores da Qualidade da Energia Elétrica (QEE) em sistemas de distribuição, de modo que estes sejam sensíveis tanto às variações de tensão de curta duração, bem como às potenciais condições de ressonância harmônica. A metodologia de alocação dispõe da aplicação do Método de Posição de Faltas (MPF) e da Análise de Ressonância Harmônica Modal (ARHM) para a construção de uma matriz binária de cobertura. Esta matriz é então utilizada pelo processo de otimização para a determinação dos melhores locais de instalação dos monitores, garantindo assim o completo monitoramento dos distúrbios da QEE considerados. A partir do MPF, é estudado o comportamento das tensões nodais remanescentes do Sistema de Distribuição (SD) em análise frente a situações de curtos-circuitos que provocam afundamentos e /ou elevações de tensão. Pela ARHM, as impedâncias modais associadas ao modo crítico são calculadas para a identificação das respectivas frequências de ressonância harmônica do SD. Além disso, a partir dos autovetores críticos, associados ao modo crítico, também se obtém o grau de observabilidade das condições de ressonância para cada nó do SD. A otimização minimiza a quantidade necessária de monitores para a completa observação dos distúrbios de QEE considerados, e é formulada como um modelo de programação linear inteira com variáveis binárias. Para a resolução deste problema de otimização utilizou-se o algoritmo Branch and Bound. A metodologia foi testada para um SD de 15 nós, baseado em uma rede do CIGRÉ, e para um SD de 24 nós, baseado no SD de 34 nós do IEEE. Os resultados apontam a necessidade de instalação de 2 a 4 monitores para o SD de 15 nós, e de 2 a 9 monitores para o SD de 24 nós, para a completa observabilidade dos distúrbios de QEE considerados. A metodologia de alocação otimizada de monitores de QEE apresenta-se como uma ferramenta auxiliar para o planejamento de um sistema de monitoramento que promova meios para a melhoria dos índices de QEE. / This research proposes an optimized allocation methodology of Power Quality (PQ) meters in Distribution System (DS), considering short duration voltage variations and potential harmonic resonance conditions. The allocation methodology uses the Fault Position Method (FPM) and the Harmonic Resonance Modal Analysis (HRMA) in order to obtain a binary covering matrix, which is lately used by the optimization process. The optimization process determines the best installation nodes of the minimum number of PQ monitors that complete observe the considered PQ disturbances. From the FPM, the behavior of the remaining nodal voltages is studied for different short-circuit situations, which cause voltage sags and/ or swells. The HRMA is used to calculate the modal impedances related to the critical modes and identify the respective harmonic frequencies of the DS. Moreover, from the critical eigenvectors, associated with the critical mode, it is also obtained the observability level of the respective harmonic resonance frequencies. The allocation problem is modeled as an integer linear programming that minimizes the number of necessary PQ meters, ensuring the complete observation of the considered PQ disturbances. The optimization is performed using a Branch and Bound algorithm. The allocation methodology was tested for a 15 nodes DS based on a CIGRÉ network, and for 24 node DS derived from the IEEE 34 node test system. Results indicate that 2 to 4 PQ monitors are required for the 15 nodes DS, and 2 to 9 PQ monitors for the 34 DS in order to completely observe the considered PQ disturbances. The allocation methodology presentes itself as an auxiliary tool for the PQ monitoring planning, which may leads to the improvement of the PQ indices.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:07:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Dirceu Soares Junior Parte 1.pdf: 2325132 bytes, checksum: 944653981d05fdcc1c69ff97b342de4f (MD5) Previous issue date: 2011-09-22 / Uma planta siderúrgica caracteriza-se pela existência em seu processo produtivo de cargas não lineares de elevada potência. Dentre estas cargas, as siderúrgicas do tipo mini-mill possuem normalmente Forno Elétrico a Arco (FEA) na sua fase inicial de produção do aço, que ocorre a partir da fusão de sucatas metálicas como principal matéria-prima utilizada. Os fornos elétricos absorvem uma corrente distorcida da rede elétrica, causando assim uma distorção de tensão no ponto de acoplamento comum (PAC) e inúmeros problemas de qualidade de energia elétrica. Uma solução muito utilizada para a mitigação harmônica neste tipo de carga elétrica é obtida através do uso de filtros passivos, com vários estágios de filtragem. Porém esta é uma solução que pode levar ao efeito da ressonância harmônica, elevando com isto a distorção harmônica no sistema elétrico e causando sobrecarga no sistema de filtragem. Neste trabalho é apresentado um estudo de caso em uma siderúrgica não integrada (siderúrgica que possui sucata metálica e ferro gusa como matérias-primas principais na fabricação do aço), localizada na região da Grande Vitória. Por meio de medições na subestação principal da usina, são apresentadas as principais formas de onda das correntes e tensões, em conjunto com seus espectros harmônicos, que comprovam a existência de distorções harmônicas, sobretudo provenientes da corrente do forno elétrico a arco. As medições consideradas no trabalho, para simulação dos modelos contendo os filtros híbridos, foram aquelas originadas da condição operacional mais crítica do processo, sob o ponto de vista de momento onde o comportamento da carga acarreta o maior desvio quanto à qualidade de energia nas variáveis elétricas medidas. O modelo utilizado para o sistema em questão apresenta forte grau de correlação com o sistema real, retratado através das medições elétricas efetuadas. De posse do modelo é realizada uma análise comparativa por meio de simulação entre duas topologias de filtragem híbrida, o filtro híbrido série e o filtro híbrido paralelo, para a compensação harmônica e amortecimento da ressonância. Os resultados das simulações e das análises das ressonâncias mostraram que o filtro híbrido paralelo é a topologia que permite a maior redução das distorções harmônicas de corrente e de tensão no PAC, utilizando-se um filtro ativo com a menor potência nominal. Contudo, a filtragem híbrida paralela não provê a eliminação por completo da ressonância paralela. E, quanto à ressonância série, o filtro utilizado não possui a capacidade de interferir na condição de amplificação harmônica existente no sistema elétrico. Finalmente, o estudo propõe que a definição da melhor alternativa de filtragem leve em consideração a escolha do ganho do filtro ativo e, consequentemente, a sua potência, de forma bem alinhada aos objetivos de melhoria na qualidade de energia elétrica que são esperados para o sistema em questão / A steelmaking plant is characterized for having in its productive process non linear loads of high power. For these loads, the steelmaking industries called mini-mill normally have Electric Arc Furnace (EAF) in its initial steel production phase that happen with metallic scrap melting being the principal raw material used. The EAF absorb a distorted current from the electric main, causing voltage distortion in its point of common coupling (PCC) and many problems with respects the electric power quality. A standard solution used for the harmonic mitigation in this application is obtained through the use of composite passive filter. However this is a solution that can cause harmonic resonance, increasing the harmonic distortion in the electrical system and causing overload in the filtering system. In this work, a case in a non integrated steel industry, located at Grande Vitoria region, is presented. Through measurements in the main substation of the plant, the main current and voltage waveforms are presented, along with its harmonic spectrum, that confirm the existence of harmonic resonance phenomenon, mainly from Electric Arc Furnace current. The measurement considered in this work to simulate the hybrid filters models, was that originated from operational condition with higher process criticism, under viewpoint of the moment where the behavior of the load brings to a major deviation regarding the power quality at the measured variables. The model used for the system under study shows strong correlation with the real system portrayed through the electrical measurements done. Using the model, a comparative simulation analysis is done, between two hybrid topologies, the series hybrid filter and the parallel hybrid filter, with the objective of harmonic compensation and resonance damping. The results of simulations and resonance analysis showed that the parallel hybrid filter is the topology that allows the greatest reduction in harmonic distortion of current and voltage in the PCC (Point of Common Coupling), using an active filter with the lowest nominal power rating. However, the parallel hybrid filtering does not provide the complete elimination of parallel resonance, and for the series resonance, the filter used does not have the ability to interfere in the harmonic amplification condition existing in the electrical system. Finally, the study proposes that the best filtering alternative takes into account the choice of the active filter gain and consequently its power, so well aligned with the objectives of improving the power quality that are expected for the system under analysis