Our society is heavily dependent on commodities, as water and electricity, supplied to final users by engineered systems, which are known as critical infrastructures. In such context, the understanding of how such systems handle damaging events is an important aspect and is a current concern of researchers, public agents, and society. How much of performance a system loses due to damages is related to its vulnerability, and the ability to absorb and recover successfully from damages is its resilience. In this study, approaches to assess the vulnerability and resilience of power distribution systems by evaluating dynamic features, as the processes of failure and repair, and system reconfiguration for vulnerability, and the effects of extreme weather scenarios for resilience together with the processes of failure of repair are presented. Such approaches were applied on systems previously presented in the literature, and also on a Brazilian power distribution system. A Monte Carlo simulation was applied to evaluate this systems, models for time-to-failure and time-to-repair under different circumstances were obtained from historical data, and a method to use the models of time-to-failure during the vulnerability analysis was introduced. In addition, an assessment of the impact of reconfiguration capability on vulnerability is also carried out, and a resilience assessment under different climate scenarios has been developed. The time-to-failure and repair models highlighted how external factors modifies the Brazilian system failure and repair dynamics, the use of time-to-failure models during vulnerability analysis showed that the consideration of the failure dynamic of the types of elements give different results, and the time domain allows new analysis\' perspectives. The investigation indicated that the vulnerability reduction due to reconfiguration is affected by the number of switches and also the maximum load capacity of the distribution system feeders. The resilience assessment showed that for structural connectivity, larger distribution networks are less resilient, while for electricity delivery, a set of features, related with the topological and electrical organization of such networks, seems to be associated with the network service resilience, such information is useful for system planning and management. The dynamics evaluated in this study are relevant to vulnerability and resilience of such systems, and also to other critical infrastructures. Moreover, the developed approaches can be applied to other systems, as transportation and water distribution. In future studies, other power distribution systems features, as distributed generation and energy storage, will be considered in both, vulnerability and resilience analysis. / Nossa sociedade é altamente dependente de commodities, como água e eletricidade, fornecidas para os usuários por sistemas de engenharia, conhecidos como infraestruturas críticas. A compreensão de como tais sistemas lidam com eventos prejudiciais é uma preocupação atual de pesquisadores, agentes públicos e sociedade. A perda de desempenho de um sistema devido a danos é relacionada à sua vulnerabilidade, e a capacidade de absorver e se recuperar dos danos é a resiliência. Neste estudo, são apresentadas abordagens para avaliar a vulnerabilidade e resiliência de sistemas de distribuição de energia considerando características dinâmicas, como os processos de falha e reconfiguração do sistema, para a vulnerabilidade, e os efeitos de climas extremos na resiliência com os processos de falha e reparo. Tais abordagens foram aplicadas em sistemas previamente apresentados na literatura, e também em um sistema brasileiro. Simulação de Monte Carlo foi utilizada para avaliar as dinâmicas de falha e reparo do sistema utilizando de modelos obtidos a partir de dados históricos, e um método para usar os modelos de tempo-até-falha durante a análise de vulnerabilidade também foi apresentado. Além disso, uma avaliação do impacto da dinâmica de reconfiguração na vulnerabilidade foi realizada e uma avaliação de resiliência sob diferentes cenários climáticos foi desenvolvida. Os modelos tempo-para-falha e reparo destacaram como fatores externos modificam as dinâmicas de falha e reparo do sistema brasileiro, o uso de modelos de confiabilidade na análise de vulnerabilidades mostrou que a consideração dos diferentes tipos de elementos geram resultados diferentes e o domínio de tempo permite novas perspectivas de análise. A investigação da reconfiguração indicou que a redução da vulnerabilidade devido à reconfiguração é afetada pelo número de chaves e também pela máxima capacidade de carga dos alimentadores do sistema de distribuição. A avaliação de resiliência mostrou que, para conectividade estrutural, redes de distribuição maiores são menos resilientes, enquanto que para fornecimento de energia, um conjunto de características, relacionados com a organização topológica e elétrica dessas redes parece ser associado à resiliência do serviço, informação útil para o planejamento. As dinâmicas avaliadas neste estudo são relevantes para a vulnerabilidade e resiliência de tais sistemas, e também para outras infraestruturas críticas. Além disso, essas abordagens podem ser aplicadas a outros sistemas, como transporte e distribuição de água. Em estudos futuros, outras características de sistemas de distribuição de energia, como geração distribuída e armazenamento de energia, serão consideradas nas análises de vulnerabilidade e resiliência.

The new regulations in the electric sector utilities have have requested greater efficiency and quality both in terms of continuity and in conformity of the energy supplied. Electrical equipments quality, efficiency and useful life depend directly of the power quality supplied. In addition to operation of equipments, supply of energy within the limits must be appropriate for the economic development of regions attended. Considering these factors, to improve quality and ensure conformity of the voltage levels over the distribution networks, the companies are investing in improvements in the system, equipment, voltage regulators and exchange of the conductors and building of new feeders and / or substations. Nowadays due to availability of computational tools and algorithms that allow the estimation of state variables at each point of distribution feeders it is possible to evaluate and plan actions for improvement in the system with more correct. But the improvements planned for the primary network, aiming to reduce the voltage drop and make the system more robust, reflecting the voltage levels in the secondary network and therefore require simultaneous actions to enable the benefits of the study are obtained . In this context, this work objective is to develop a methodology that allows the definition of TAP's appropriate for each distribution transformer, grouping them in TAP zones, together with an algorithm that defines the settings of voltage regulators, taking into consideration not only the primary desired voltage, but also its impact on distribution transformers. This methodology can be used on power utilities for power assisting in the planning and operation of the system. The work is divided into 7 chapters dealing respectively: review, steady state voltage levels and means of control applied in distribution networks, defining the TAP zones of processors, defining the parameters of adjustment of voltage regulators, integrated assessment of the voltage regulators and TAP zones, the author's contributions and considerations on the methodology presented. / As novas regulamentações do setor elétrico têm solicitado das concessionárias uma maior eficiência e qualidade tanto em termos de continuidade como na conformidade da energia fornecida. A qualidade, eficiência e vida útil dos aparelhos elétricos dependem diretamente da qualidade da energia fornecida. Além do funcionamento dos equipamentos, o fornecimento da energia dentro dos limites adequados é necessário para o desenvolvimento econômico das regiões atendidas. Diante desses fatores, a fim de melhorar a qualidade e garantir a conformidade dos níveis de tensão ao longo das redes de distribuição, as empresas distribuidoras investem em melhorias no sistema, equipamentos reguladores de tensão, recondutoramento, construção de novos alimentadores e/ou subestações. Atualmente graças a disponibilidade de ferramentas computacionais e algoritmos que permitem estimar as variáveis de estado em cada ponto dos alimentadores de distribuição torna-se possível avaliar e planejar ações de melhorias no sistema com maior assertividade. Porém as melhorias planejadas para a rede primária, com o objetivo de reduzir a queda de tensão e tornar o sistema mais robusto, refletem nos níveis de tensão da rede secundária e por isso necessitam de ações simultâneas para possibilitar que os benefícios do estudo realizado sejam obtidos. Nesse contexto, o presente trabalho tem a proposta de desenvolver uma metodologia que permita a definição dos TAP s adequados para cada transformador de distribuição, agrupando-os em zonas de TAP, juntamente com um algoritmo que defina os ajustes dos reguladores de tensão levando em consideração não somente a tensão primária desejada, mas também seu impacto nos transformadores de distribuição. Esta metodologia poderá ser aplicada nas empresas distribuidoras de energia elétrica auxiliando nas áreas de planejamento e operação do sistema. O trabalho está divido em 7 capítulos tratando respectivamente de: revisão bibliográfica; níveis de tensão e meios de controle aplicados nas redes de distribuição; definição das zonas de TAP dos transformadores; definição dos parâmetros de ajuste dos reguladores de tensão; avaliação integrada dos reguladores de tensão e zonas de TAP; contribuições e considerações do autor a respeito da metodologia apresentada.

O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a priorização de obras do sistema de distribuição de média tensão - até 36 kV - voltada ao cumprimento do índice de continuidade DEC e FEC imposto pela ANEEL, visando reduzir a quantidade de conjuntos que estão fora dos limites e que geram multas para a empresa frente ao órgão regulador e aos consumidores. Inicialmente, os diversos tipos de obras têm seu benefício calculado com o uso do Método do Payoff Simplificado, baseado no Método do Payoff COPEL, que consiste na extração somente da parcela relativa a interrupção, no DEC ou FEC, que determinada obra trará ao sistema. De posse deste benefício estimado, as obras foram analisadas de duas maneiras: geral e por conjunto. A análise Geral consiste em observar as obras propostas de maneira independente, preocupando-se com o benefício que elas trarão para a empresa como um todo. Na análise por conjunto, as obras são agrupadas por conjunto ANEEL, e o objetivo é a colocação da maior quantidade de conjuntos dentro dos limites de continuidade impostos pelo órgão regulador. A definição do objetivo apropriado é que irá orientar todo o processo de seleção das obras. Para isso são propostos modelos matemáticos, e para trabalhar com eles, foi utilizada como ferramenta a programação matemática. Foram realizadas simulações divididas em dois grupos: no primeiro, análise geral, a otimização é executada diretamente. Já no segundo, na análise por conjunto, é aplicada a programação multi-nível, mais especificamente, a programação em dois níveis (\"Bilevel Programming Problem\"), utilizando a programação inteira ou por metas (\"goal programming\"). Os resultados das simulações mostraram que o objetivo principal, que é tirar a maior quantidade de conjuntos da transgressão, foi atingido com menor orçamento com o uso da metodologia e dos modelos matemáticos empregados neste trabalho. A metodologia proposta pretende ser uma ferramenta adicional para as concessionárias de distribuição de energia elétrica que normalmente elaboram programas de obras específicos para redução de índices de continuidade ou quando pressionados pelo órgão regulador elaboram programas alternativos que competem pelo mesmo orçamento frente aos programas de obras tradicionais. / The purpose of this paper is to propose a methodology to prioritize planned works in the medium-voltage distribution system - up to 36 kV - aiming to adequate the DEC and FEC continuity index to the limits defined by the Brazilian regulatory agency (ANEEL) through the reduction of the number of sets out of target and consequently the reduction of monetary penalties to the utility imposed by the regulatory agency and consumers. At first every planned work has its benefit calculated by the Simplified Payoff Method which is based on COPEL Payoff Method and which consists in extracting just the interruption event from the DEC or FEC which a given work will bring to the system. Once you have got the estimated benefit, the planned works are analyzed in two different ways - general analysis and set analysis. General analysis consists in checking up proposed works independently, focusing on the benefit they will bring to the company as a whole. In the set analysis, works are grouped by \"ANEEL sets\" and the main aim is to gather the greatest number of sets into the continuity limits defined by the regulatory agency. The aims definition will lead the whole work selection process. To achieve that mathematical models are proposed and mathematical programming tools are used. Two groups of simulations were done - in the first one which is also called general analysis, optimization is executed directly. The second one called set analysis, is applied the bilevel programming using the integer programming or goal programming. The simulation results showed that the main aim which was to eliminate the greatest number of sets from the transgression was reached with a lower budget using the methodology and mathematical models. The proposed methodology intends to be an additional tool to the electricity distribution companies (utilities). These companies usually plan specific works to reduce the continuity index or when they are pressed by regulatory agencies, they plan alternative programs which compete by the same budget facing traditional work programs.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

Este trabalho tem o objetivo de utilizar métodos de otimização não linear a fim de desenvolver uma metodologia eficiente para alocação de bancos de capacitores visando a eliminar violações de tensão em redes de distribuição. A aplicação de capacitores em paralelo a sistemas elétricos de potência é comumente empregada com o intuito de se obter melhor controle do fluxo de potência, gerenciamento do perfil de tensão, correção do fator de potência e minimização de perdas. Tendo em vista estes benefícios, a metodologia deste trabalho se dará por meio da resolução de um problema de programação não linear associada com a aproximação linear da relação potência reativa versus tensão para determinar o número, a localização e o dimensionamento dos bancos capacitores ao longo das linhas de distribuição. Desta forma, pretende-se minimizar a injeção de reativos e reduzir as perdas ativas totais de modo que todas as restrições de operação e de carga sejam atendidas. Os resultados são avaliados pelo programa GAMS (General Algebraic Modeling System), pelo MATLAB TM (Matrix Laboratory) e por um programa elaborado em Fortran, sendo possível analisar e descrever as contribuições alcançadas pelo presente trabalho, considerando que este é um tema de grande relevância para a operação e planejamento da expansão dos sistemas elétricos de potência. / This work aims to use nonlinear optimization methods to develop an efficient methodology for capacitor banks allocation to eliminate voltage violations in distribution networks. The application of capacitors in parallel to the electric power systems are commonly employed in order to have better control of power flow, voltage profile management, power factor correction and loss minimization. To achieve these benefits, the methodology of this work will be done through the resolution of a nonlinear programming problem associated with the linear approach of Voltage Variations versus Reactive Power Variation, calculating the number, location and optimal design of capacitor banks along distribution lines. Thus, it looks forward to minimize reactive power injection and reduce losses subject to meeting the operating and the loading constraints. The results are evaluated by the program GAMS TM (General Algebraic Modeling System), by Matlab TM (Matrix Laboratory) and by a program written in FORTRAN TM, being able to analyze and describe the contributions achieved by this work, considering it is a topic of great relevance to the operation and expansion planning of electric power systems.

A presente dissertação apresenta e propõe um modelo para o monitoramento e avaliação de um sistema de distribuição de energia utilizando a técnica de manutenção com base nas condições de uso aplicada aos transformadores de potência e distribuição. O monitoramento dos transformadores baseado nas suas condições de uso permite inferir a taxa de degradação deste equipamento, de modo que a sua manutenção seja realizada de forma preventiva e não corretiva. A eficiência deste método de monitoramento é analisada em um sistema de distribuição de energia elétrica por meio do emprego do modelo de Markov. / This work presents and proposes a model to supervise and evaluate an electrical energy distribution system by applying the usage conditions based maintenance technique on the power and distribution transformers. Monitoring the distribution system transformers with the usage conditions technique allows the system administrator to perform a preventive maintenance instead of a corrective maintenance. The efficiency of this technique is evaluated on an electrical energy distribution system through the employment of the Markov model.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para obtenção de configurações para sistemas de distribuição de energia elétrica com o intuito de minimizar o valor de perdas ativas sem violar as restrições operacionais. Para isso, considera-se que os sistemas de distribuição estão operando em regime permanente e que suas fases estão equilibradas e simétricas, podendo o sistema ser representado por um diagrama unifilar. A reconfiguração é feita de forma a redistribuir os fluxos de corrente nas linhas, transferindo cargas entre os alimentadores e melhorando o perfil de tensão ao longo do sistema. O problema de reconfiguração do sistema pode ser formulado como um problema de programação não-linear inteiro misto. Devido à explosão combinatorial inerente a este tipo de problema, a resolução do mesmo por técnicas de otimização clássicas torna-se pouco atraente, dando espaço para técnicas heurísticas e metaheurísticas. Essas outras, mesmo não garantindo o ótimo global, são capazes de encontrar boas soluções em um espaço de tempo relativamente curto. Para a resolução do problema de reconfiguração, utilizou-se uma nova metodologia baseada no comportamento de colônias de formigas em busca de alimento na natureza. Nesta, formigas artificiais (agentes) exploram o meio ambiente (sistema de distribuição) e trocam informações para tentar encontrar a topologia que apresente os menores valores de perdas ativas. Para o cálculo das perdas, este trabalho também apresenta uma nova abordagem para resolução do problema de fluxo de potência (FP) em sistemas de distribuição radial. O fluxo de potência é uma ferramenta básica utilizada pelos centros de controle para determinar os estados e condições operacionais desses sistemas de potência. Basicamente, as metodologias empregadas para o cálculo do fluxo de potência são baseadas nos métodos clássicos de Newton ou Gauss. Mas em sistemas de distribuição de energia, devido a particularidades inerentes a estes, como a alta relação entre resistência e reatância das linhas (r/x) e a operação radial, estes métodos apresentam problemas de convergência e se tornam ineficientes na maioria das vezes. A abordagem consiste na associação dos métodos da função penalidade e de Newton. O mal-condicionamento da matriz Jacobiana de Newton é resolvido pela associação com o método da função penalidade. São apresentados testes realizados em sistemas de 5 barras, 16 barras, 33 barras, 69 barras e 136 barras para avaliar a potencialidade das técnicas propostas. Os resultados são considerados bons ou muito bons quando comparado com as técnicas existentes atualmente. / The objective of this work is to present a novel methodology for obtaining new configurations of the distribution system in order to minimize the active power losses without violating operational constraints. For this, it is considered that any distribution system is operating in a steady state and that it is balanced, therefore it can be represented by a one-line diagram. The reconfiguration is done in order to redistribute de current flows on the distribution power lines, transferring loads among the feeders and improving the voltage profile along the system. Such problem can be formulated as a mixed integer nonlinear programming problem. Due to its inherent combinatorial characteristic and since its solution by classic optimization techniques is not appealing, heuristic and metaheuristic techniques are thus better suited for its solution. Although these latter do not guarantee a global optimum, they are able to find good solutions in a relatively short time. The solution of the reconfiguration problem in this approach makes use of a novel methodology based on ant colony behavior, when these search for victuals in nature. In this technique, the artificial ants (agents) explore the environment (distribution system) and exchange information among them in order to find the topology that provides the smallest active losses. For the active losses calculation, this work also presents a novel approach for the solution of the power flow problem for radial distribution systems. The solution of the power flow problem is used by system operators in order to determine the state and operational conditions of power systems. Basically, the most common techniques used in the power flow solution are based on either Newton\'s or Gauss\' approaches. However, due to particular characteristics of distribution systems such as the high ratio of r/x and the radial topology, these methods present convergence problems and are not efficient in most of the cases. Thus, this novel technique consists in associating Newton\'s and the penalty function approaches. The matter of the ill-conditioned Jacobian matrix in Newton\'s method is overcome with the penalty function method. Some tests performed in different systems are then presented in order to assess the effectiveness of both proposed techniques.

Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento, e implantação em computador, de uma metodologia para tratamento do problema de restabelecimento de energia em sistemas de distribuição de grande porte (com milhares de linhas, barras de carga e chaves seccionadoras), que permita a obtenção de Planos de Restabelecimento de Energia (PREs) adequados considerando a existência de reguladores de tensão, bancos de capacitores e de diferentes tipos de chaves seccionadoras. A metodologia proposta deverá considerar as características de operação de diferentes tipos de chaves seccionadoras (existência de telecomando, possibilidade de abertura com carga e/ou em curto circuito, etc.) para obtenção de PREs. Vale lembrar que usualmente as metodologias desenvolvidas para obtenção de PREs consideram a existência apenas de chaves automáticas e não automáticas, não considerando outras características de funcionamento das chaves seccionadoras. Tendo em vista que o problema a ser tratado é combinatório, com múltiplos objetivos e restrições, a metodologia proposta será baseada em Algoritmos Evolutivos, em técnicas de otimização multi-objetivo e na estrutura de dados denominada Representação Nó-Profundidade (RNP). A RNP será utilizada para representar computacionalmente, de forma eficiente, a topologia elétrica dos sistemas de distribuição. Para validar a metodologia proposta serão realizadas simulações computacionais com sistemas de distribuição reais de grande porte. / This dissertation aims to develop a methodology to provide adequate Energy Restoration Plans (ERPs) in contingency situations to large-scale distribution systems (with thousands of lines, load buses and sectionalizing switches), considering the existence of voltage regulators, capacitors banks and different types of sectionalizing switches. The proposed methodology considers the operational characteristics of different types of sectionalizing switches (existence of remote control, possibility of open-load and/or short-circuit, etc.) for the purpose of obtaining ERPs. Usually the developed methodologies consider only the existence of remotely controlled and manually controlled switches, excluding other operational characteristics of the sectionalizing switches. As the service restoration problem is combinatory with multiple objectives and constraints, the proposed methodology is based on Evolutionary Algorithms, multiobjective optimization techniques and on the data structure named Node-Depth Encoding. The Node-Depth Encoding is used to computationally represent, in an efficient way, the topology of the distribution systems. The proposed methodology is validated through computational simulations performed in real large-scale distribution systems.

As Faltas de Alta Impedância (FAI) causadas pelo rompimento de um condutor da rede primária podem trazer risco à segurança pessoal e ao patrimônio. A detecção deste defeito se faz, portanto, necessária. Não há na literatura um método que estabeleça a solução definitiva para este problema. Ainda, os estudos, quando não baseados em sinais reais, utilizam, por vezes, modelos determinísticos ou que não representam por completo as características geradas pelo defeito. Por este motivo, este trabalho propõe um modelo de falta de alta impedância que visa representar, com elevado detalhamento, a natureza do evento. O modelo desenvolvido é parametrizável para que possa representar as características dos sinais de falta e suas variações, inclusive as não determinísticas, as quais se referenciam na literatura, reproduzindo o comportamento típico de uma falta de alta impedância. O programa de simulação computacional empregado para este fim foi o ATPDraw. Para a validação do sinal gerado pelo modelo, além da comparação visual com sinais de falta reais, foi elaborado um algoritmo de detecção de FAI, o qual busca por características do fenômeno já conceituadas na literatura, com o propósito de analisar o sinal da corrente de falta gerado pelo modelo quando inserido em um sistema de distribuição de energia elétrica. Foi observada a progressão temporal do fenômeno, desde o rompimento do condutor até a formação dos arcos voltaicos. Do sinal de falta, em síntese, foram observadas características como: assimetria, variação de assimetria, ocorrência de buildup, presença e variação dos componentes harmônicos e inter-harmônicos. A observação dessa variedade de características é necessária na detecção de FAI e é coerente com o modelo proposto, já que este é o único presente na literatura capaz de reproduzi-las simultaneamente. Dos casos de falta simulados, todos foram detectados pelo algoritmo de detecção, indicando que os sinais de falta de alta impedância produzidos pelo modelo possuem as características que ele foi projetado para gerar. / High Impedance Faults (HIF) caused by primary conductor rupture can pose personal safety risk and danger to property. Detection of this event is, therefore, required. There is no proposed method in the literature that establishes a decisive solution to this problem. Studies, when not based on real signals, sometimes use deterministic models or models that do not entirely represent the event\'s characteristics. For this reason, this research proposes a high impedance fault model that intend to represent, with high level of details, the nature of this event. The developed model is parametrizable so it can represent fault signal characteristic and its variations, reproducing the typical high impedance fault behavior. The software ATPDraw was used for this purpose. For model\'s behavior and signal validation, in addition to visual comparison with real HIF signals, a detection algorithm was developed, which searches for HIF characteristics presented on literature, with the intent of analyzing the fault current signal generated by the model when inserted on an electrical distribution system. The temporal progression of the event was observed from the conductor rupture until electric arc ignition. From the fault current, characteristics such as: asymmetry, asymmetry variation, buildup, presence and variation of harmonic and inter-harmonic frequencies were analyzed. The evaluation of this variety of characteristics is needed for HIF detection and it only makes sense because the proposed model is the only one presented in literature capable of reproducing of all them simultaneously. All detection tests resulted in positive identification, confirming that the proposed HIF model possesses the intended characteristics.

Os Sistemas de Armazenamento a Baterias (SAEB) têm demonstrado uma grande flexibilidade de aplicações em melhorias e resoluções de problemas em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEEs). Grandes variações no valor de tensão dentro de um período, seja diário ou semanal, são observados devido à predominante topologia radial dos SDEEs e o constante aumento da utilização de Geradores Distribuídos (GDs). Pelas características de operar como carga ou geração, os SAEBs podem ser utilizados para melhorar o perfil de tensão. No entanto, as restrições de operação desses dispositivos tornam dificultoso identificar bons momentos de atuação e barramentos de alocação para este propósito. Geralmente, essa atuação é tratada de uma forma dependente dos GDs, porém essa abordagem não permite que os SAEBs possam operar em momentos independentes a fim de melhorar o perfil de tensão do SDEE. Desta forma, neste trabalho é desenvolvida uma abordagem para o planejamento da alocação e atuação do SAEB, utilizando uma modificação no algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) de forma que o SAEB possa atuar independente dos GDs e ser alocado em outras barras, com o objetivo de melhorar o perfil de tensão. As soluções são analisadas através de simulações de Monte Carlo para investigar o comportamento em diversas situações de curva de carga. Os resultados demonstram que a abordagem proposta busca encontrar boas alocações e atuações e que os parâmetros técnicos dos SAEBs, como capacidade de energia armazenada e potência nominal do inversor, influenciam diretamente nos resultados. / Battery Energy Storage Systems (BESS) have demonstrated great flexibility of applications in improvements and problem-solving in Electrical Distribution Systems (DSs). Significant variations in the nominal voltage value within a period, either daily or weekly, are observed due to the predominant radial topology of the DSs and the constant increase of the use of Distributed Generators (DGs). By the characteristics of operating as load or generation, SAEBs can be used to improve the voltage profile. However, the restrictions of these devices make it difficult to identify good operating moments and allocation buses for this purpose. Generally, this operation is treated in a way dependent on the DGs, but this strategy does not allow the BESS to operate at independent moments to improve the voltage profile of the SDEE. Thus, in this work an approach is developed for SAEBs allocation and operation planning, using a modification in the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm so that the SAEB can operate independently of the GDs and be allocated in other bars, with the objective to improve the voltage profile. The solutions are analyzed through Monte Carlo simulations to investigate the behavior in various load curve situations. The results demonstrate that the proposed approach seeks to find proper allocations and actions and that the technical parameters of SAEBs directly influence the results.