[pt] A falta de recursos e a questão ecológica têm limitado a expansão do sistema de transmissão. Esta realidade, em conjunto com o crescimento da carga, faz com que os sistemas elétricos trabalhem bastante carregados. Esta nova condição pode levar a situações de colapso de tensão. Métodos para avaliação do carregamento da rede de transmissão tornaram-se necessários e imprescindíveis para que se possa entender o funcionamento do sistema nestas condições e possibilitar a sua operação de modo correto. Ferramentas analíticas têm sido usadas para reforço das condições de segurança de tensão do sistema em tempo real, se for avaliado que o sistema não é suficientemente seguro. Ações operativas de controle são determinadas, para mover o estado do sistema para um ponto de operação seguro. Entretanto, ferramentas de avaliação e reforço não são a única necessidade. As mesmas ações de controle, que podem afastar o sistema de uma situação de instabilidade de tensão, também podem ter efeito oposto ao esperado e contribuir para o problema, podendo até mesmo levar o sistema ao colapso. Portanto, é necessário o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para avaliar a adequação de ações de controle de tensão. Neste trabalho é proposta uma ferramenta computacional, desenvolvida com base no sistema linearizado das equações de fluxo de carga, incluindo equações de controle de tensão e limites, para a avaliação do efeito das ações de controle de tensão. São obtidos índices que permitem avaliar se a ação de controle é adequada ou não. Além disso, esses índices podem avaliar a interdependência entre os controles, porque além de indicarem o efeito do controle sobre a tensão da barra controlada, podem indicar também o efeito do controle sobre as outras barras de tensão controlada do sistema. Estes índices podem ser obtidos de forma extremamente rápida, e são adequados para uso em tempo-real. / [en] The lack of investments and the ecological matter have limited the expansion of the transmission system. This reality, together with the load growth, makes the electric systems to work heavy loaded. This new condition can lead to situations of voltage collapse. Methods for evaluation the transmission network loading became necessary and indispensable for understanding system performance under these conditions and for making possible secure operation. Analytic tools have been used to evaluate the voltage security of the system in real time. If it is evaluated that the system is not sufficiently secure in relation to voltage, control actions can be determined, in order to move the state of the system for a secure operation point. However, these tools are not the only need. The same control actions that can move away the system from a situation of voltage instability, can also have opposite effect and contribute for worsening the problem, perhaps leading to system collapse. Therefore, it is necessary the development of computational tools to evaluate the adequacy of these control actions. In this work it is proposed a computational tool, based on the linearized set of power flow equations, including equations for voltage control and limits, for the evaluation of the effect voltage control actions. Indexes that allow the evaluation whether the control action is adequate or not are obtained. The indexes can also evaluate the interdependence among the controls, because besides indicating the effect of the control action on the voltage of the controlled bus, they can also indicate the effect on the other voltage controlled buses. The indexes can be calculated in an extremely fast way, and are appropriate for use in real-time operation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2012-10-19T11:13:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224488.pdf: 1227214 bytes, checksum: c365ee18f449ba6661f9345fe2345a46 (MD5) / Medidas da tensão superficial de soluções de ácidos húmicos provenientes de diferentes ambientes (lacustre, estuarino e terrestre), com o objetivo de avaliar suas características anfifílicas em variadas condições de concentração, pH e força iônica. Avaliação da influência dos AH na solubilidade do pireno em solução aquosa.

[pt] O crescente aumento da complexidade dos sistemas elétricos de potência gera a necessidade de desenvolvimento de ferramentas que melhorem as condições de análise. O objetivo deste trabalho é aprimorar a ferramenta computacional de avaliação das condições de segurança (ou estabilidade) de tensão. No que diz respeito às barras associadas ao controle remoto de tensão por geração de potência reativa, são propostos novos modelos que representam mais adequadamente as condições operativas no momento do cálculo dos índices de segurança de tensão. Em relação à barra associada ao controle local de tensão por geração de potência reativa é proposta nova modelagem, aplicável tanto no problema de fluxo de potência, utilizando o método de Newton- Raphson, quanto no cálculo dos índices de segurança de tensão. Este modelo,mais robusto e flexível, inclui o controle de tensão local da barra no problema geral de fluxo de potência, formando um sistema de equações de ordem (2*número de barras+número de barras controladas localmente). Para o tratamento de múltiplas barras swing, é proposto um novo modelo, de novo para representar mais adequadamente as condições operativas. É aplicável tanto no problema básico de fluxo de potência, como no cálculo dos índices de segurança de tensão. O modelo proposto considera que apenas o ângulo de uma barra swing é especificado, com os ângulos das demais barras swing livres para variar. Testes numéricos com sistemas-teste (5 e 6 barras) comprovam a aplicabilidade e adequação dos modelos propostos comparando-os aos modelos usados atualmente. / [en] The crescent increase of the complexity of the electric power systems generates the need of development of tools to improve the analysis conditions. The objective of this work is to improve the computational tool of voltage security (stability) conditions assessment. As regards to the buses associated to remote voltage control by reactive power generation, new models that represent more appropriately the operatives conditions at the moment of the calculations of the voltage security indexes, are proposed. As regards to the bus associated to local voltage control by reactive power generation, it is proposed a new modeling, applicable as much in the power flow problem, using the Newton-Raphson method, as in the calculation of the voltage security indexes. This model, more robust and flexible, includes the local voltage control of the bus in the general power flow problem, constituting an equations system of order (2*number of system buses + number of buses with local voltage control). As regard to the multiples swing buses, it is proposed a new model, again to represents more appropriately the operatives conditions. It is applicable as much in the basic power flow problem, as in the calculation of the voltage security indexes. The proposed model considers that just one swing bus has your voltage angle specified and the others swing buses of the power system have your voltage angles free to vary.

[pt] Com o uso extremo das linhas de transmissão surgiram os problemas de estabilidade, ou mais apropriadamente, de segurança de tensão. A avaliação das condições de segurança de tensão é realizada pelo programa computacional ESTABTEN. Como os índices calculados são baseados em um ponto de operação do sistema e em um modelo linearizado das equações de fluxo de carga, assim como a função Fluxo de Carga do pacote computacional ANAREDE também o é, é importante que os modelos matemáticos do sistema, de equipamentos, de controles e de limites sejam compatíveis nos dois programas. Assim como o programa de fluxo de carga é continuamente estendido, o programa ESTABTEN deve continuar a ter sua capacidade estendida para atender as necessidades dos estudos.Estuda-se neste trabalho a modelagem em regime permanente de alguns equipamentos especiais da rede de transmissão e sua incorporação à função de avaliação da segurança de tensão. Os equipamentos contemplados foram: elos de corrente contínua (elo CC), compensadores estáticos de potência reativa (CER), esquemas de HVDC/CCC e linhas com compensação série controlada a tiristores (CSC). São mostrados exemplos numéricos que ilustram a necessidade de uma modelagem realista, na medida do possível. / [en] With the extreme use of the transmission lines, the voltage stability problem, or more properly, the voltage security problem has appeared. The voltage security condition assessment is achieved using the computational program ESTABTEN. The calculated indexes are based on a system operation point and on a linear model of load flow equations, likewise the ANAREDE load flow function. It is important that the mathematical models of systems, equipments, control devices and limits are compatible in both programs. As the load flow program is continually extended, the ESTABTEN program is to have its capability enhanced in order to attend the study requirements. This work is concerned with the steady-state modelling of some special equipments of the transmission network and its incorporation to the voltage security assessment function. The equipments considered were: direct current link (DC link), static VAR compensators (SVC), HVDC/CCC and lines with series controlled compensation (TSSC).Numerical examples are presented to illustrate the necessity of realistic modelling.

[pt] O problema de estabilidade de tensão está intimamente ligado à falta de recursos e questões ambientais que limitam a expansão do sistema de transmissão. Esta realidade em conjunto com o crescimento da carga submete os sistemas elétricos a carregamentos pesados, podendo levar a situações de colapso de tensão. O desenvolvimento de métodos para avaliação do carregamento da rede de transmissão tornou-se necessário e imprescindível para que se possa entender o funcionamento do sistema nestas condições e possibilitar a sua operação de modo correto. Em relatório de força-tarefa internacional está explicitada a necessidade de uma ferramenta computacional capaz de verificar a eficácia das ações de controle de tensão na operação do sistema elétrico em tempo-real. Com esse objetivo, foi desenvolvida uma ferramenta computacional com base no sistema linearizado das equações de fluxo de carga, e de todas as outras equações de controles e limites, julgadas pertinentes, para avaliação do efeito das ações de controle de tensão. Determinase uma matriz de sensibilidade [VCS], voltage control sensitivity matrix, através da qual se pode estabelecer a relação existente entre as tensões controladas e as grandezas controladoras. Os elementos diagonais relacionam a grandeza controladora de cada equipamento com a respectiva tensão controlada. A análise do sinal desses elementos estabelece se uma determinada ação de controle será adequada ou não, isto é, se terá efeito esperado ou oposto. Os elementos fora da diagonal representam a interdependência existente entre os equipamentos controladores de tensão. A matriz de sensibilidade também permite que ações de controle de tensão sejam calculadas com o objetivo de mover um ponto de operação inadequado, ou que esteja suscetível à inadequacidade do controle de tensão, colocando-os em um ponto de operação seguro, onde ações operativas de controle de tensão tenham o efeito esperado. Os resultados da avaliação do método desenvolvido e aplicado a sistemas-teste e reais foram qualitativamente coerentes com aqueles obtidos pela resolução (analítica, iterativa por Newton ou iterativa continuada) das equações de fluxo de carga, validando a proposta. A dimensão da matriz [VCS] é proporcional ao número de barras com tensão controlada em análise. Esta matriz não é esparsa e então, quando utilizada para representar o controle de tensão realizado por um número elevado de equipamentos controladores, sua análise direta pode se tornar complexa. Portanto, uma análise baseada nos autovalores e autovetores associados à matriz [VCS] é aplicada objetivando identificar barras de tensão controlada com efeito reverso, ocorrendo de modo contrário ao esperado, e a existência de controles conflitantes. Buscam-se autovalores negativos, nulos ou próximos de zero. A localização das barras com problemas se dá através do exame dos autovetores e fatores de participação associados a esses autovalores. O cálculo e a análise da matriz de sensibilidade dos controles de tensão são executados de forma extremamente rápida e, portanto, o esforço computacional não impede que a ferramenta desenvolvida possa ser usada durante a operação em tempo-real. / [en] The voltage stability problem has been associated with environment questions and lack of financial resources for transmission system expansion. This reality together with the load growth makes the electrical system to be subject of heavy loadings, what can lead to situations of voltage collapse. The development of methods for evaluation of transmission network loading became necessary and indispensable in order to correct operation of the system under heavy loading conditions. In an international force-task report it is stated the need for analytical tools capable of verifying the voltage control action adequacy in the real-time operation. This work reports the development of a computation tool able to evaluate the effect of voltage control actions on the voltage itself. It is based the linearized load flow equations, including control and limit equations judged pertinent. The tool establishes a sensitive matrix, named [VCS] for voltage control sensitivity matrix, that relates the controlling variables and the controlled voltages. Through the analysis of the sign of each diagonal element, it is possible to know whether a specific control action is adequate or not. Moreover, the off-diagonal elements represent the interdependence among the voltage controller devices of the power system under analysis. The sensitivity matrix also allows the calculation of control actions necessary to move the operating point from an unstable area, or near by, to a secure operating region where all voltage control actions would have the expected effect. The results obtained with the voltage control sensitivity matrix applied on real and test-systems was qualitatively coherent with those calculated by analytical, iteractive by Newton-Raphson and/or continuationiteractive solution of power flow equations, validating the proposed method. The [VCS] dimension is proportional to the number of buses with controlled voltage in the system area under analysis. The matrix is not sparse and when there are a large number of voltage control equipments, its immediate analysis may be complex. Therefore, an analysis based on eigenvalues and eigenvectors associated with [VCS] matrix is used in order to identify voltage control action with opposite effect. In this case, the analysis is focused on negative eigenvalues. The identification of conflicting controls existence of any system area under analysis is a by-product. The voltage control sensitivity matrix computation and analysis are performed extremely fast. Therefore, the computational effort does not constrain its use in real-time operation.

[pt] Após a incidência de alguns colapsos de tensão em sistemas de transmissão de energia a nível mundial, a segurança de tensão tornou-se um assunto de muito interesse nos últimos anos devido à importância do seu impacto. O fenômeno de estabilidade de tensão deve-se a fluxos de potência ativa e reativa excessivos na rede de transmissão e está associado às restrições ambientais e econômicas que impedem a expansão da rede. Atualmente, sabese da existência de uma máxima carga que pode ser alimentada pela rede e é a manifestação mais conhecida do fenômeno mas, também, é possível que o problema manifeste-se pela existência de uma máxima injeção de potência ativa e reativa na rede por geradores e compensadores síncronos. E mais, em situações de carregamento elevado da rede, é possível que ações de controle de tensão tenham efeito oposto ao usual. É apresentado um método seqüencial iterativo de avaliação e reforço para as condições de carregamento da rede em barras de tensão controlada, embora na literatura somente as barras de carga são analisadas. A verificação do comportamento do gerador e compensador síncrono como dispositivo de controle torna-se necessária já que, se funcionar de forma inversa, poderá levar o sistema ao colapso por problemas de tensão. Uma vez que a avaliação do carregamento da rede de transmissão detectou uma barra de geração crítica em um determinado ponto de operação, o reforço consiste do cálculo de ações de controle para aumentar a distância ou margem de potência entre a geração daquela barra e o novo máximo permitido. Muitas vezes isso pode ser conseguido através da alteração do perfil de tensão com a conseqüente redução nas perdas. Muitas outras vezes, o redespacho de potência ativa torna-se necessário. As etapas do método são: identificar a barra crítica, identificar a sub-rede utilizada para transmitir potência ativa dessa barra para as cargas, nessa sub-rede determinar o caminho e ramo mais carregados e, desviar o fluxo de potência do ramo mais carregado para outros. A seqüência é repetida até que as novas margens de potência sejam consideradas aceitáveis. Exemplos numéricos ilustrativos reais com o sistema brasileiro são apresentados. É verificado que o método proposto realmente produz os resultados desejados. / [en] After the incidence of some voltage collapses in the energy transmission systems in the world, the voltage security became an issue of great interest in the last years due to the importance of its impact. The phenomenon of voltage stability is due to the excessive active and reactive power flow in the electrical transmission network and has been associated with environment questions and lack of financial resources for transmission system expansion. Nowadays, it is well-known that there is a maximum power that the network can transmit to a load bus and is the best known manifestation of the phenomenon, but, is not familiar to many that there is a maximum power that can be injected by generators and synchronous compensators into the network. Moreover, in heavy loading conditions is possible that voltage control actions would have the inverse effect. It is shown a sequential iterative method for assessment and voltage security reinforcement in voltage-controlled buses, although the literature only the load buses are analyzed. The verification of the behaviour of the generator and synchronous compensator as control device becomes necessary since, if it works in an inverse way, it can take the system to the voltage collapse. Once the assessment is performed and is detected one generation critical bus in some operating point, the objective of the reinforcement function is to calculate adequate control actions in order to increase the distance or power margin between the actual generation and the new maximum power flow. Several times this may be achieved by voltage profile changes and consequent loss reduction. Sometimes that procedure is not enough and active generation rescheduling is recommended. The stages of the method are: identify the critical bus, identify the sub-network used to transmit active power flow from this bus to load buses, in this sub-network the critical transmission path and critical branch are determined and redirect the power flow from the branch more loaded to others. The sequence is repeated until resultant power margins are judged suitable. Illustrative real life numerical examples with the Brazilian system are provided. It is verified that the proposed method really produces the desired results.

[pt] Casos reais de blecaute, caracterizados por afundamento de tensão, indicam que os procedimentos normais para o controle automático de tensão podem agravar o nível de tensão. Isto ocorre porque, em situações especiais, as ações de controle têm o efeito oposto ao esperado da sua lógica de projeto. Essas situações especiais podem ser identificadas através de ferramenta computacional que, baseada no sistema linearizado das equações de fluxo de carga e de todas as outras equações de controle consideradas pertinentes, determina uma matriz de sensibilidade dos controles através da qual se pode estabelecer a relação existente entre as tensões controladas e as grandezas controladoras dos dispositivos de controle de tensão. O controle de tensão em geradores síncronos é realizado por reguladores automáticos de tensão (RAT) que, na prática, não têm lógica de controle para diferenciar relação direta e inversa entre a tensão controlada e a tensão de excitação do gerador. Assim, se a relação é inversa, o resultado da ação do RAT é inadequado (oposto ao desejado) e pode levar o sistema ao colapso por baixa tensão, por exemplo. Visto isso, esse trabalho apresenta um método que, através de mudanças adequadas nas grandezas dos geradores determinadas pela análise da matriz de sensibilidade dos controles, permite alcançar um novo perfil de tensão partindo de pontos de operação com problema de adequação das ações de controle por geradores. / [en] Actual recent blackouts which were charactherized by voltage sags suggest that normal process for the voltage control can aggravate the voltage level. It happens because, in special situations, the automatic voltage control has the opposite effect of its logic of conception. In order to identify situations like those, we developed a computational tool to evaluate the effect of voltage control based on the linearized system of power flow equations and selected control equations. The tool calculates the voltage control sensitivity matrix which relates the controlling variables and the controlled voltages of voltage control equipments. The voltage control on synchronous generators is performed by automatic voltage regulators (AVR) that, in practice, have no control logic to differentiate direct and inverse relation between the controlling variable and the excitation voltage of generator. Therefore, if the relation is inverse, the result of the action of the AVR is inadequate (opposite to desired) and may lead the system to collapse due to low voltage, for example. Hence, this paper presents a process to achieve the new voltage profile, starting from operating points with adequacy problems of voltage control actions, through appropriate changes in variables of generators determined by analysis in voltage control sensitivity matrix.

[pt] Esta pesquisa está relacionada à avaliação das condições de estabilidade de tensão em pontos de operação do sistema elétrico. A modelagem de geradores / compensadores síncronos e compensadores estáticos são analisadas. Estabeleceram-se os melhores modelos com controle de tensão ativo e com perda do controle. A questão da adequação do controle de tensão foi tratada através da análise dos elementos da matriz de sensibilidade entre as grandezas controladoras e as tensões controladas. Os índices de estabilidade de tensão foram calculados. Em todos os casos, a perda de controle de tensão tem impacto negativo sobre as condições de estabilidade de tensão. Nos casos com ação de controle inadequada, independe da relação inversa entre grandeza controladora e tensão controlada, um aumento da tensão na barra controlada teve um impacto positivo sobre as condições de estabilidade de tensão, e uma diminuição da tensão na barra controlada teve impacto negativo sobre as condições de estabilidade de tensão. Esse é o resultado esperado também quando a ação de controle é adequada. / [en] This research is related to the evaluation of voltage stability conditions of operating points of the power system. It has been studied the modelling of synchronous generators/synchronous compensators and static var compensators. The best models were established with active voltage control and with loss of control. The issue of voltage control was treated through analysis of the matrix sensitivity elements between the controlling variables and voltages at controlled buses. The voltage stability indexes were evaluated. In all cases, control loss proved to have a negative impact on voltage stability conditions. In cases with inadequate control action, results are non-dependent of the opposed relation between the controlling variable and voltage at controlling bus, an increase on voltage at controlled busbar proved to have a positive impact on voltage stability conditions, and a decrease on voltage at controlled busbar proved to have a negative impact on voltage stability conditions. This is also expected when the control action is appropriate.

[pt] A crescente demanda de energia elétrica, associada a limitações na expansão do sistema de transmissão, resulta na operação dos sistemas elétricos cada vez mais próxima de seus limites, tornando-os vulneráveis a problemas de estabilidade de tensão. Neste contexto, o desenvolvimento de métodos para avaliação do carregamento da rede de transmissão tornou-se fundamental para que se possa compreender o funcionamento do sistema nestas condições, bem como possibilitar sua operação com maior confiabilidade e segurança. No presente trabalho é apresentada a formulação não-clássica para o controle de tensão local, remoto e coordenado, utilizada na solução do problema do fluxo de potência. A partir desta formulação, foi realizado o estudo da teoria associada à avaliação do carregamento da rede de transmissão considerando não só barras de carga e barras de tensão controlada localmente, mas também barras controladoras e de tensão controlada em sistemas com controle de tensão remoto e coordenado. Para essas barras, foram deduzidos índices de avaliação das condições de estabilidade de tensão, os quais indicam a região de operação de cada barra na curva para phi constante no plano SV, a margem em MVA para o máximo carregamento e a importância relativa entre as barras. Exemplos numéricos são apresentados demonstrando a aplicabilidade dos índices propostos. / [en] The growing demand for electricity, coupled with the limitations on the transmission system’s expansion, results in the operation of power systems ever closer to their limits, making them vulnerable to voltage stability problems. In this context, the development of methods to evaluate the loading of the transmission system became essential so that you can understand the operation of the system under these conditions, and to enable its operation with greater reliability and security. This work presents the formulation for the non-classical local, remote and coordinated voltage control, used in solving the problem of load flow. From this formulation, the study of the theory associated with the assessment of the loading of the transmission system was conducted considering not only load buses and locally voltage controlled buses, but also voltage controlling and controlled buses in systems with remote and coordinated voltage control. For these buses were deducted evaluation indexes of voltage stability conditions, which indicate the operating region of each bus in the S-V curve, the margin in MVA for maximum loading and the relative importance between the buses. Numerical examples are presented demonstrating the applicability of the proposed indexes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:22:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 223534.pdf: 2200971 bytes, checksum: 802fb74e3902b39479c0eb412c3ef3ed (MD5) / No presente trabalho a tensão superficial (TS) de soluções de SH de origem diversas, foi observada sob variadas condições de concentração, pH e força iônica, e em presença/ausência de HPAs. Em geral, a TS das soluções diminui com o aumento da concentração de AH. A TS também diminui com o aumento da acidez, com um mínimo sendo atingido entre pH 3 e 5 para a maioria das amostras. A adição de pireno (0,1 mol L-1) modifica os perfis de TS vs. concentração e vs. pH, sendo que neste caso, não ocorre migração das SH para a superfície em nenhum valor de pH. Nas soluções de AF, perfis de pH não são modificados com adição de pireno. Os AH parecem aglomerar-se em domínios similares a micelas em solução aquosa, sob condições específicas de pH e força iônica. Pela análise por fluorescência, observou-se uma diminuição da razão I1/I3 do pireno em soluções de AH, mostrando que em valores de pH abaixo de 9 as moléculas sentem um ambiente mais hidrofóbico, sendo este efeito mais pronunciado em torno de pH 6 e 7. Estes dados acompanham um significante aumento da fluorescência dos excímeros de pireno ( exc/ emi=334 nm/450 nm), caracterizando a aproximação das moléculas de pireno dentro dos domínios hidrofóbicos gerados pelas moléculas húmicas. Para os AF o decréscimo da razão I1/I3 é menos significante e não há formação de excímeros. Avaliando o papel das SH na solubilidade do pireno em meio aquoso, os resultados mostraram que a solubilidade do HPA é aumentada pela presença de SH, e que esta depende dos fatores como o pH e a concentração de AH. Em pHs ácidos e em concentrações mais altas de SH, aumenta a interação com o pireno, diminuindo a disponibilidade deste no meio.