Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementação, em uma rotina computacional, de um algoritmo para localização de faltas em linhas de transmissão com compensação série baseado em método heurístico. O algoritmo de localização de faltas proposto neste trabalho é capaz de identificar o ponto de ocorrência da falta utilizando informações sobre os parâmetros da linha de transmissão, os sinais de tensões e correntes registrados nos terminais dessa linha, bem como as características das unidades de compensação série empregadas. O algoritmo desenvolvido no âmbito desta pesquisa foi codificado no ambiente Matrix Laboratory (MATLAB), bem como o método heurístico escolhido (pattern search) e a sua validação foi conduzida a partir de simulações computacionais utilizando modelos de rede implementados no Alternate Transient Program (ATP). / This work aims to describe the development and implementation in a computational routine, an algorithm to locate faults in series-compensated transmission lines based on an heuristic method. The fault location algorithm proposed in this work is capable of identifying the fault point using information about the parameters of the transmission line, voltages and currents signals recorded at the line terminals, as well as the characteristics of the series compensation units. The optimization method used for objective functions was pattern search. The algorithm developed during this research was coded using MATLAB, as well as the heuristic method chosen (pattern search) and its validation was based on computer simulations using network models implemented in ATP.

A busca de uma melhor qualidade da energia passa necessariamente por um melhor entendimento dos fenômenos relacionados às descargas atmosféricas. No caso de redes de distribuição com tensões nominais inferiores a 69 kV, uma parcela significativa das interrupções se deve às sobretensões induzidas por descargas próximas às linhas. Este trabalho teve por objetivo desenvolver e implantar um sistema para estudo de tensões induzidas em linhas de distribuição devido a descargas atmosféricas indiretas através da obtenção simultânea das formas de onda de tensões induzidas em duas linhas com diferentes configurações. Além das linhas, equipadas com divisores de tensão especialmente projetados para medições de tensões impulsivas, também fazem parte do sistema uma torre metálica para captação de descargas, construída nas proximidades das linhas, o sistema de medição instalado em sua base para registro de correntes de descargas que eventualmente incidam em sua estrutura e o programa computacional que gerencia os processos de aquisição e armazenamento de dados. A metodologia adotada no estudo é pioneira no que se refere a descargas naturais, pois somente em pesquisa desenvolvida pelo Grupo de Alta Tensão e Descargas Atmosféricas (GATDA/USP) através de modelo em escala reduzida foram obtidos registros simultâneos de tensões induzidas pelas mesmas descargas em linhas de distribuição com e sem proteção. O presente estudo representa uma extensão da pesquisa realizada com modelo reduzido, sendo a metodologia anteriormente desenvolvida transportada para um sistema em escala real. O sistema entrou em operação no final de fevereiro de 2002, tendo sido registradas várias formas de onda de tensões induzidas, comprovando o seu desempenho satisfatório. Este trabalho descreve os principais componentes do sistema e apresenta alguns dos resultados preliminares obtidos. / For improving the energy quality it is essential to understand the phenomena related to the lightning discharges. In the case of distribution networks with rated voltages lesser than 69 kV, there is a significant number of interruptions caused by overvoltages induced by lightning discharges near to the lines. The aim of this work was to develop and to implement a system to study lightning induced voltages on distribution lines through simultaneous acquisition of induced voltages waveforms on two lines with different configurations. Besides the lines, equipped with voltage dividers specially designed to measure impulsive voltages, also belong to the system a metallic tower built in the vicinity of the lines, the measuring system installed at its base to register lightning currents that eventually hit it and the computer programme that manages the acquisition and data storage process. The methodology adopted in the study is pioneer concerning natural lightning, since records of voltages induced simultaneously on unprotected and protected distribution lines by the same lightning event were obtained only in a previous research developed by the High Voltage / Lightning Research Group (GATDA/USP), by means of a scale model. The present study represents an extension of that research, so that the same methodology previously developed has been transferred to a real scale system. The system started to operate in the end of February 2002 and several induced voltages waveforms have been registered, confirming its satisfactory performance. This Dissertation describes the system and its main components and shows some of the preliminary results obtained so far.

Nos dias atuais, há muitos casos em que sistemas de potência estão operando perto dos seus limites de estabilidade devido a restrições econômicas e leis ambientais. A estabilidade de tensão é uma matéria de muita pesquisa e interesse devido a que é considerado como uma das maiores ameaças na segurança dos sistemas. Uma prevenção exitosa de colapso do sistema baseia-se na precisão do método, a simplicidade dos índices, e muito baixo tempo de computação. Este trabalho apresenta uma rede Perceptron Multicamada (PMC) como proposta para monitoramento em tempo real da estabilidade de tensão de sistemas de potência usando como principais dados de entrada medidas obtidas do sistema SCADA. Os dados de treinamento são obtidos com cálculos de fluxo de potência continuado. A rede Perceptron Multicamadas é apresentada como um aproximador universal de funções, que diminui o tempo computacional dos métodos convencionais como o fluxo de potência continuado. Por fim, a topologia da rede PMC proposta é avaliada com o sistema de 30 barras do IEEE, e os resultados em relação ao tempo de computação e precisão são comparados com o método de fluxo de potência continuado. / Nowadays, many power systems are operating near their limits of stability due to economic restrictions and environmental laws. Voltage stability is a subject of great interest because it is considered one of the greatest threats for power systems security. The keys to preventing blackouts are the accuracy of the method, speed indication, and low computation time. This work presents a Multi-layer Perceptron (PMC) network as a proposal for real-time monitoring of voltage stability in power systems using input data obtained from the SCADA system. The training data are obtained by running Continuation Power Flow (CPF) routine. The multi-layer Perceptron network is presented as a universal approximator, reducing the computation time of conventional methods such as the Finally, the proposed PMC network is evaluated in the IEEE 30-bus system. Computation time and accuracy are compared with the continuation power flow method.

Neste trabalho foi desenvolvido um método de localização de faltas em linhas de transmissão constituídas de circuito simples e continuamente transpostas com derivações. Este método utiliza fasores de tensão e corrente pré-falta e pós-falta medidos apenas nos terminais local e remoto, para determinar as informações da falta, as quais são: local, distância, resistência e tipo. O método de localização de faltas proposto neste trabalho é composto pelo processo de obtenção dos fasores, pelo algoritmo de determinação do tipo de falta, pelos algoritmos de estimativa de cargas e de localização de faltas, onde o algoritmo de localização de faltas foi proposto neste trabalho. A principal característica deste novo método é a de não haver necessidade de reduzir a linha para uma linha equivalente de dois terminais para aplicação do método de localização de faltas usando dados de um ou dois terminais para determinar o possível ou os possíveis locais de ocorrência da falta, uma vez que o algoritmo de localização de faltas proposto neste trabalho possui uma função objetivo que determina de forma direta o trecho de ocorrência da falta. Com o objetivo de avaliar a eficiência do método de localização de faltas proposto, este foi submetido a simulações de variação de distância de falta, de resistência de falta, de tipo de falta e simulações de erros nos fasores e nos parâmetros da linha de transmissão. / In this work was developed a fault location method on single circuit continuously transposed transmission lines with derivations. This method uses pre-fault and post-fault voltage and current phasors, measured at local and remote terminals only, to determine the information about the fault, which are: location, distance, resistance and type. The fault location method proposed in this work is composed by the phasor obtaining process, the fault type determination algorithm, the load estimation algorithm and the fault location algorithm, where the fault location algorithm has been proposed in this work. The main characteristic of this new method is no need to reduce the line to two terminals equivalent line to application of the one or two terminal fault location method which determine the possible fault location occurrence, since the fault location algorithm proposed in this work has an objective function that determines by direct way the exact path of fault occurrence. In order to evaluate the efficiency of the proposed fault location method, it was subjected to fault distance, fault resistance and fault type variation simulations and phasors and transmission lines parameters errors simulations.

O presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para avaliar o impacto das diversas técnicas de repotenciação no desempenho de linhas de transmissão em regime permanente, visto que na atual literatura não existe uma análise abrangente que possa ser aplicada em qualquer linha de transmissão carente de repotenciação. A metodologia busca fornecer subsídios para escolha da técnica mais vantajosa para repotenciar uma linha, utilizando de forma extensiva, os fatores de desempenho, e de forma sintetizada, os índices de mérito agregado, que, avaliados individualmente e/ou em conjunto, propiciam informações qualificadas para as conclusões técnicas. Destaca-se que a proposição dos fatores de desempenho e dos índices de mérito são as principais contribuições deste trabalho. Para complementar a metodologia, uma análise de curtos-circuitos foi proposta. Os resultados da utilização da metodologia foram positivos, possibilitando verificar os ganhos de potência na transmissão de energia. Vale destacar a eficiência dos índices de mérito agregado, que identificaram a melhor técnica de repotenciação de forma sintetizada, resguardando a qualidade e enquadramento dos resultados nas normas regulamentadoras. / This work aims at proposing a methodology to assessing the impact of power upgrade techniques on the steady-state performance of transmission lines, since there is not anything similar to this in the technical literature. The proposed methodology aims at providing technical information to subside the choice of the best power line upgrade technique, by the extensive application of the performance factors and of the aggregate merit indices. It must be pointed out that the proposition of the performance factors and of the aggregate merit indices are the main contributions of this work. Additionally, a short circuit analysis was also proposed to assess the power upgrade techniques. The results after the method application were satisfactory and allowed verifying the surplus of power related to each upgrade technique. The contribution of the aggregate merit indices was very important to identifying the most favorable upgrade technique in a simple way, so that all statutory technical limits were not violated.

O grau de integração entre as áreas de planejamento da expansão e de planejamento da operação de concessionárias de distribuição de energia elétrica ainda é insuficiente, pelo menos no caso brasileiro. Isso significa que a área de planejamento da operação não pode explorar plenamente e implementar os resultados e as recomendações trazidas pela área de planejamento da expansão em seus estudos de planejamento da operação. Como consequência, uma quantidade considerável de trabalho torna-se redundante, a eficiência é reduzida e há perda de qualidade. Além disso, uma concessionária de distribuição de energia elétrica geralmente possui vários sistemas independentes para a análise de redes elétricas de acordo com seu tipo (equilibrado ou desequilibrado), nível de tensão (subtransmissão, distribuição primária ou distribuição secundária) e sua topologia (radial ou malha). Obviamente, essa falta de integração também implica grandes dificuldades na realização de estudos de planejamento e de operação, ainda mais com a disponibilidade dos dados hoje difundida. Este trabalho tem como objetivo melhorar essa integração por meio de uma nova metodologia e de um sistema computacional de apoio. Uma das características mais interessantes da ferramenta é precisamente a sua capacidade de analisar qualquer tipo de rede elétrica, independentemente dos parâmetros. Por meio de alguns estudos de casos, demonstra-se como uma melhor integração entre as duas áreas dentro de um banco de dados significa redução de tempo na execução de atividades de ambas as áreas, eliminação de retrabalho e melhor qualidade dos resultados, que são posteriormente enviados para o operador nacional do sistema (ONS). / The degree of integration between the expansion planning and the operational planning areas in electricity distribution utilities is still insufficient, at least in the Brazilian case. This means that the latter cannot fully exploit and implement results and recommendations brought about by the former in its planning studies. As a consequence, a considerable amount of work becomes redundant, with reduced efficiency and loss of quality. In addition, an electricity distribution utility usually possesses various independent systems for analyzing electrical networks according to their type (balanced or unbalanced), their rated voltage (subtransmission, primary feeder or low-voltage circuit) and their topology (radial or meshed). Obviously, this lack of integration also implies considerable difficulties when carrying out planning and operational studies, even more with today´s widespread data availability. This work focuses on improving such integration through a new methodology and a supporting computational system. One of the most interesting features of the software is precisely its ability to analyze any type of electrical network, regardless of the above parameters. Through some study cases, it is shown how a better integration between the two areas within a utility means reduced overall time, elimination of redundant work and better quality of results, which are later sent to the independent system operator (ISO).

O objetivo deste trabalho é estudar a identificação, classificação, localização e setorização de faltas em redes de distribuição radiais, verificar a maneira de aplicar e integrar diversas ferramentas numéricas convencionais, assim como ferramentas de sistemas inteligentes, visando identificar a ocorrência de uma falta, classificar as fases envolvidas com a mesma, e aplicar as diversas ferramentas existentes a fim de localizar em tempo real o eventual local onde houve a ocorrência da falta, permitindo que a mesma possa ser setorizada dentro do sistema da concessionária e informada ao centro de operações, usando uma nova abordagem inteligente baseada em análise espectral de sinais. / The aim of this work is study the identification, classification, location and sectorization of a fault in distribution radial networks, check how to implement and integrate various conventional numerical tools, as well as intelligent systems based tools, to identify the occurrence of a fault, classify the phases involved with it, and apply the various tools available to locate the place where a fault was occurred in real time, enabling it to be sectorized into the utility system and informed to operational center using a new intelligent approach based on spectral signals analysis.

Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

A proposta deste trabalho é apresentar algumas potenciais aplicações do software LabVIEW da National Instruments, associado a um hardware de aquisição de dados, aplicado em experiências ligadas à área de sistemas de energia elétrica como ferramenta de apoio ao ensino presencial. Esta dissertação mostra o desenvolvimento de uma experiência em um laboratório de sistemas de energia elétrica que utilizam sensores Hall de tensão e corrente, uma placa A/ D e o software LabVIEW para monitorar variáveis elétricas, calcular e analisar potência, energia e fator de potência de um minissistema de energia em baixa tensão, que contém geradores síncronos trifásicos de 2kVA-220 V, um modelo de uma linha de transmissão com reatores e capacitores, e uma caixa de resistência para representar uma carga passiva. Uma placa A/ D permite saídas digitais, que por sua vez podem controlar contatores que ligam ou desligam elementos do circuito em análise. Um programa foi desenvolvido para servir como ferramenta de apoio no processo ensino-aprendizagem. Este programa possibilita monitorar e atuar na montagem experimental, disponibilizando três instrumentos virtuais básicos para o desenvolvimento da experiência. Estes três instrumentos são: uma primeira tela que mostra o diagrama dos fasores de todos os sinais de tensão e corrente simultaneamente; uma segunda tela, que mostra a forma de onda dos sinais de tensão e corrente no minissistema com as suas respectivas defasagens; e a terceira e última tela que fornece um sincronoscópio virtual possibilitando analisar os ajustes de tensão e freqüência necessários na operação de paralelismo do minissistema com a concessionária de energia. Este programa possibilita o acesso à montagem experimental do minissistema de energia pelo computador instalado na bancada do laboratório, permitindo também aos alunos, o monitoramento e controle do experimento a partir de seus próprios computadores, visualizando e reforçando no laboratório, os conceitos vistos na teoria. / The proposal of this work is to present some potential applications of the software LabVIEW, from National Instruments, associated with data acquisition hardware, applied to experiments in the Electric Energy Systems area as a tool to support the presential education. This dissertation shows the developing of an experience in a electric energy system laboratory, which use Hall Effect sensors, A/D data acquisition board, connected to a PC, and the software LabVIEW (National Instruments) in order to monitor electrical parameters, calculate and analyze power, energy and power factor in a low-voltage power system, which contains synchronous three-phase generators of 2 kVA-220V, with a transmission line model provided with reactors and capacitors, and a resistance box representing a passive load. The A/D board allows controlling digital outputs that can control counters that switch on or off the circuit elements in the analysis. A program was developed in order to act a tool to support the process teaching-learning. This program allows to monitor and to act in the experimental assembly providing three basic virtual tools for the experiment development. These three tools are: one screen that simultaneously shows the phasor diagram with current and voltage; a second screen that shows voltage and current waveform of the mini-system with its respective imbalances; and the third and last screen, that provides a virtual synchronoscope which makes possible the analysis of the necessary adjustments of voltage and frequency in the operation of parallelism between the mini-system and the energy power supplier. This program allows the access to the experimental assembly of the energy mini-system through a computer installed in a bench of the laboratory. As a result, the students can also monitor and control the experiments through their own computers, allowing them to visualize and to reinforce in the laboratory, the concepts taught in theory.

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