A transmissão de grandes blocos de energia elétrica por longas distâncias é uma tecnologia cujo domínio é de bastante interesse para o Brasil, devido às suas características de grande dimensão territorial, com uma distância considerável entre geração e centros de carga, e com um grande potencial energético ainda não explorado. A solução mais utilizada na transmissão em corrente alternada convencional, que é a compensação, ao longo da linha, da reatância série e paralela, se torna dispendiosa quando aplicada em distâncias muito longas. Sabe-se que a transmissão em corrente continua é uma solução viável para este tipo de transmissão. Outra opção, que é objeto deste trabalho, é a transmissão em linhas de \"pouco mais de meio comprimento de onda\", cujo principal atrativo é o fato de as distâncias entre as gerações na Amazônia e os centros de carga no Sudeste brasileiro serem bastante próximas do meio comprimento de onda das tensões e correntes alternadas em 60 Hz. Neste trabalho, serão descritas etapas de definição de condutor economicamente mais adequado e projeto da geometria da torre. Com base nesses dados, serão avaliados algumas propriedades das linhas de meia onda, durante operação normal, curtos-circuitos e energização. Serão também analisadas as perdas resistivas. / Bulk power transmission over long distances is a technology of much interest to Brazil, due mainly to the large territory owned with considerable distances between generation and the load centers; to which, it can be added the large amount of energetic potential still unexplored. When conventional AC power transmission is used, usually it is necessary to provide series and shunt compensation, solution that becomes expensive when applied to very long distances. It is known, though, that DC power transmission is still a viable solution to this type of transmission. In this work, differently of the above alternatives, it will be addressed another type of transmission, the so-called half-wavelength transmission lines (HWLL). One interesting requirement of this technology is the fact that these lines should be about 2500 km long, which is approximately the same distance between the generation area (Amazon region) and the load centers located in the Southeast region of the country. In this work, it will be suggested some steps to define the most suitable conductor cross section resulting from the compromise between line components acquisition and installation costs as well as power loss costs. Subsequently, a suitable geometry for the tower that could be used will be selected. Some of the properties of HWLL will be assessed for normal operation, short circuits and line energization. Finally, Joule losses will also be examined.

A transmissão de grandes blocos de energia elétrica por longas distâncias é uma tecnologia cujo domínio é de bastante interesse para o Brasil, devido às suas características de grande dimensão territorial, com uma distância considerável entre geração e centros de carga, e com um grande potencial energético ainda não explorado. A solução mais utilizada na transmissão em corrente alternada convencional, que é a compensação, ao longo da linha, da reatância série e paralela, se torna dispendiosa quando aplicada em distâncias muito longas. Sabe-se que a transmissão em corrente continua é uma solução viável para este tipo de transmissão. Outra opção, que é objeto deste trabalho, é a transmissão em linhas de \"pouco mais de meio comprimento de onda\", cujo principal atrativo é o fato de as distâncias entre as gerações na Amazônia e os centros de carga no Sudeste brasileiro serem bastante próximas do meio comprimento de onda das tensões e correntes alternadas em 60 Hz. Neste trabalho, serão descritas etapas de definição de condutor economicamente mais adequado e projeto da geometria da torre. Com base nesses dados, serão avaliados algumas propriedades das linhas de meia onda, durante operação normal, curtos-circuitos e energização. Serão também analisadas as perdas resistivas. / Bulk power transmission over long distances is a technology of much interest to Brazil, due mainly to the large territory owned with considerable distances between generation and the load centers; to which, it can be added the large amount of energetic potential still unexplored. When conventional AC power transmission is used, usually it is necessary to provide series and shunt compensation, solution that becomes expensive when applied to very long distances. It is known, though, that DC power transmission is still a viable solution to this type of transmission. In this work, differently of the above alternatives, it will be addressed another type of transmission, the so-called half-wavelength transmission lines (HWLL). One interesting requirement of this technology is the fact that these lines should be about 2500 km long, which is approximately the same distance between the generation area (Amazon region) and the load centers located in the Southeast region of the country. In this work, it will be suggested some steps to define the most suitable conductor cross section resulting from the compromise between line components acquisition and installation costs as well as power loss costs. Subsequently, a suitable geometry for the tower that could be used will be selected. Some of the properties of HWLL will be assessed for normal operation, short circuits and line energization. Finally, Joule losses will also be examined.

O crescente interesse por sistemas de transmissão do tipo VSC-based HVDC (VSCHVDC) como alternativa aos atuais tem levado à necessidade de estudos sobre o principal desafio associado à sua implantação, que é o desenvolvimento de um esquema de proteção que seja rápido e que identifique a zona de proteção na qual uma eventual falta tenha ocorrido, respeitando-se assim o princípio de seletividade. Para estudo de um sistema de proteção que atenda a estes requisitos, foi utilizada neste trabalho uma rede com quatro terminais e transmissão High-Voltage Direct Current (HVDC), implementada com conversores modulares multiníveis (Modular Multilevel Converter (MMC)) e simulada em situações de contingência. Grandezas medidas nos elos de Corrente Contínua (CC) ligados a um dos terminais foram utilizadas para identificar a ocorrência de uma contingência na rede e então para decidir se trata-se de uma falta interna à zona de proteção considerada na análise. Para classificar as faltas em interna ou externa, observaram-se os espectros dos sinais de tensão CC em um terminal, calculados sobre uma janela do sinal através de Fast Fourier Transform (FFT), para várias situações de falta. Destes espectros, notou-se que uma característica varia de acordo com a distância da falta até o terminal, com o fato de a falta ser interna ou externa e com a resistência de falta. Através desta característica, denominada aqui \"frequência de centro de massa\", foi possível distinguir as faltas internas com resistências de falta baixas do restante dos eventos testados. Considerando-se apenas este parâmetro, não foi possível classificar corretamente faltas internas com resistência de falta muito alta. / The growing interest in VSC-based HVDC (VSC-HVDC) transmission systems as an alternative to the current ones has required studies about the the main challenge associated with its application, which is the development of a protection scheme that is able to both fast and efficiently determine the protection zone where a fault may have happened so as to achieve selectivity. In order to study a protection system that complies with those requirements, a High-Voltage Direct Current (HVDC) transmission system with four terminals implemented with Modular Multilevel Converter (MMC) converters was simulated under contingency condition. Electrical quantities measured in one of the terminal\'s Direct Current (DC) links were used to determine the occurrence of a fault event in the system, as well as to decide whether that event belonged to the protection zone considered in the analysis. Spectra obtained via Fast Fourier Transform (FFT) over a window of the DC voltage measured in one of the terminals were observed in order to discriminate between internal and external fault events. From these observations, it was noticed that a certain characteristic, named here \"center of mass frequency\", varies according to the distance between the fault location and the terminal, fault resistance, as well as whether that the fault is either internal or external to the analysed protection zone. By using this characteristic, it was possible to tell internal faults with low resistance fault from other events. Considering this parameter only, it was not possible to correctly classify internal faults with high fault resistance.

O planejamento e o funcionamento do sistema elétrico de potência se baseiam na correta parametrização e caracterização de seus elementos, pois a correta parametrização dos sistemas de proteção permite uma atuação confiável e segura. Ademais, a correta caracterização dos parâmetros de elementos como as linhas de transmissão permite calcular o carregamento ótimo para determinados trechos do sistema interconectado com relação ao fluxo de potência, permitindo um melhor planejamento para expansão e instalação de reforços, dentre outros. Desta forma, foram desenvolvidas metodologias para estimação de parâmetros de sistemas de transmissão, que se baseiam na adoção de um modelo para o sistema e utilização de um método de resolução para se obter uma resposta, ou função de transferência, para as entradas e saídas deste modelo. No entanto, a maioria dos métodos existentes na literatura técnica apresenta certas limitações com relação à presença de ruído nos sinais de medição, ou dificuldade na relação existente entre as correntes longitudinais e as medições terminais, ou imprecisão do método de resolução do sistema de equações para determinada situação. Neste trabalho, foram utilizadas técnicas diferentes para a estimação de parâmetros de uma linha diretamente das medições das correntes e tensões terminais da linha em regime, sendo possível reduzir bastante o erro de estimação, pois não é necessário nenhum método de eliminação dos ruídos das medições. Desta forma, a corrente longitudinal é considerada como equivalente à última componente de corrente terminal, e a metodologia adotada apresenta erros pequenos de estimação independente do modelo adotado. Assim, modelam-se linhas de transmissão em cascata de circuitos ?, obtendo-se as medições ruidosas oriundas desta. Por fim, utiliza-se a metodologia baseada na teoria do Filtro de Kalman Unscented para eliminação do ruído nas grandezas medidas e para estimação dos parâmetros série da linha de transmissão. Através da ferramenta computacional Simulation and model-based design (Simulink), realizam-se a obtenção das medições, inclusão de ruído aleatório a estas e cálculos computacionais para estimação dos estados e parâmetros do sistema em regime permanente. / The planning and operation of a power system are based on the correct parameterization and characterization of its elements. By a correct parameterization of protection systems, a reliable and safe operation is allowed. The correct characterization of the parameters of transmission lines allows calculating the optimum power flow for the interconnected power system, allowing a better planning for expansion and installation of reinforcements, among others. In this sense, methodologies were developed for the estimation of transmission system parameters, which are based on the adoption of a model for the system and usage of a resolution method to obtain a response, or transfer function, for the inputs and outputs of the model. However, the most of existing methods in the technical literature presents certain limitations regarding presence of noise in the measurement signals, or difficulty regarding the relationship between the longitudinal currents and the terminal measurement signals, or imprecision of the solving method for the equations system. In this work, different techniques were applied for the estimation of line parameters directly from the measurements of the terminal currents and terminal voltages of the steady state line, being possible to greatly reduce the estimation error, since no extra method of eliminating measurements noise is necessary. In this way the longitudinal current is considered as equivalent to the last terminal current component, and the adopted methodology presents small estimation errors regardless of the adopted model. Thus, transmission lines are modeled by a pi cascade and noisy measurements are obtained. Finally, the methodology is based on the Unscented Kalman Filter theory for noise elimination in the measurements and for estimation of the transmission line longitudinal parameters. By the computational tool Simulink, measurements are obtained, random noise is inserted and computational calculations for estimation of the states and parameters of the system in steady state are done.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-19Bitstream added on 2014-06-13T20:21:17Z : No. of bitstreams: 1 escobarzuluaga_ah_dr_ilha.pdf: 1508525 bytes, checksum: b6e7b58056f84298f2b063ead5371a59 (MD5) / Fundação de Ensino Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / O principal objetivo deste estudo é realizar uma análise de aspectos críticos que surgem na modelagem matemática do problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão a longo prazo, assim como o desenvolvimento de ferramentas computacionais para a prova de novos modelos e metodologias que possam contribuir na solução do problema de planejamento de sistemas de transmissão de energia elétrica considerando as condições dos sistemas modernos de energia elétrica. Com esta metodologia, busca-se obter uma rede de transmissão mais eficiente, e com o menor custo possível, que se adapte as novas exigências produzidas pela introdução da desregulação nos sistemas elétricos. Para isto combinam-se três aspectos: rede futura livre de congestionamento, desplanificação e incerteza na geração e na demanda futura, os quais são manipuladas desde a perspectiva mono-objetivo e multiobjetivo. A possibilidade de eliminar completamente o congestionamento na rede de transmissão é analisada através da inclusão no modelo de todos os cenários de geração factíveis futuros, e não somente alguns cenários como outros estudos. Considerar uma operação sem congestionamento para o futuro está associado a grandes custos de investimento. Para atenuar este grande custo uma opção é incluir a possibilidade de desplanificação e a inclusão dos efeitos das incertezas presentes na geração e na demanda futura no problema de planejamento. O problema de planejamento de sistemas de transmissão é um problema de programação não linear inteira mista (PNLIM) quando é usado o modelo DC. Praticamente todos os algoritmos usados para resolver este problema utilizam uma sub-rotina de programação linear (PL) para resolver problemas de PL resultantes do algoritmo de solucão do problema de planejamento, os quais são denominados... / The main goal for this study is to do an analysis of the critical issues that appear in the mathematical modeling of the transmission system expansion planning problem, when long term is considered. A methodology was developed and a computational tool, to solve the transmission expansion planning in modern electrical systems. With this methodology more efficient electrical networks are obtained, at low investment costs. This is accomplished taking into account three important aspects: open access, or congestion-free planning, uncertainty in demand and generation, and de-planning. The problem is solved using mono-objective and multi-objective methodologies. For this investigation, congestion-free transmission networks should consider all the future and feasible scenarios of generation, unlike some papers, where only a few scenarios are taken in to account. This feature is associated to high investment costs. Lower costs are often obtained by the inclusion of uncertainty in future demand and future generation. The transmission system expansion planning problem is a no-linear integer-mixed programming problem (PNLIM) when the DC model is used. Practically, all the algorithms used in the solution process, for this problem, use one subroutine of linear programming (PL) for solved the PL problems that result during the solution process, in the denominated operative problem. The solution of the PL’s is the part of the problem that requires the biggest computational effort, because during the solution process is necessary to solved thousands or millions of PL’s, for high size problems. the PNLIM problem is solved through the combination of a meta-heuristic method and a linear programming method. The meta-heuristic method solves the denominated investment problem and the PL the denominated operational problem. The transmission planning problem considering multiples generation scenarios... (Complete abstract click electronic access below)

Este trabalho apresenta proposta de modelo matemático para o problema de expansão do sistema de transmissão baseado no fluxo de carga CC considerando a utilização de links CC e FACTS resolvido através de metodologia de solução que considera a primeira e a segunda lei de Kirchhoff em processo enumerativo de branch-and-bound adaptado. A abordagem possui dois pontos em destaque: i) apresenta uma proposta de modelo matemático com possibilidade da utilização direta em problemas de expansão de linhas de transmissão que possuem tanto linhas de transmissão CA, transformadores, links CC e dispositivos FACTS e ii) é um método exato de solução do problema que garante a otimalidade da resposta e traz uma contribuição ao tradicional método branch-and-bound por incluir relaxações adicionais. O método aplicado aos sistemas de 6 barras de Garver e sistema Sul sudeste Brasileiro de 46 barras apresenta respostas adequadas e o modelo matemático testado em um sistema Garver modificado apresenta novas configurações possíveis com redução do custo total do investimento. / This work proposes a mathematical model to the transmission expansion system problem based on the DC power flow model considering the use of DC links and FACTS that is solved using a solution method considering the first and second Kirchhoff’s Law in an enumerative adapted branch-and-bound process. It is possible to highlight two key aspects of the proposed approach: i) presents a mathematical model that can be directly used on expansion transmission systems problems that have AC transmission lines, transformers, DC links and FACTS and ii) is an exact solution method that guarantees the optimum problems’s solutions and contributes to the traditional branch-and-bound method bringing additional relaxations. The solution method applied to Garver’s six-bus network and southeast Brazilian 46 bus network provides correct answers and the mathematical model tested on a modified Garver’s six-bus network presents new possible configurations that enables overall cost reduction to the problem.

Este trabalho apresenta proposta de modelo matemático para o problema de expansão do sistema de transmissão baseado no fluxo de carga CC considerando a utilização de links CC e FACTS resolvido através de metodologia de solução que considera a primeira e a segunda lei de Kirchhoff em processo enumerativo de branch-and-bound adaptado. A abordagem possui dois pontos em destaque: i) apresenta uma proposta de modelo matemático com possibilidade da utilização direta em problemas de expansão de linhas de transmissão que possuem tanto linhas de transmissão CA, transformadores, links CC e dispositivos FACTS e ii) é um método exato de solução do problema que garante a otimalidade da resposta e traz uma contribuição ao tradicional método branch-and-bound por incluir relaxações adicionais. O método aplicado aos sistemas de 6 barras de Garver e sistema Sul sudeste Brasileiro de 46 barras apresenta respostas adequadas e o modelo matemático testado em um sistema Garver modificado apresenta novas configurações possíveis com redução do custo total do investimento. / This work proposes a mathematical model to the transmission expansion system problem based on the DC power flow model considering the use of DC links and FACTS that is solved using a solution method considering the first and second Kirchhoff’s Law in an enumerative adapted branch-and-bound process. It is possible to highlight two key aspects of the proposed approach: i) presents a mathematical model that can be directly used on expansion transmission systems problems that have AC transmission lines, transformers, DC links and FACTS and ii) is an exact solution method that guarantees the optimum problems’s solutions and contributes to the traditional branch-and-bound method bringing additional relaxations. The solution method applied to Garver’s six-bus network and southeast Brazilian 46 bus network provides correct answers and the mathematical model tested on a modified Garver’s six-bus network presents new possible configurations that enables overall cost reduction to the problem.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-09Bitstream added on 2014-06-13T19:08:07Z : No. of bitstreams: 1 yamanaka_fnr_me_ilha.pdf: 596127 bytes, checksum: 6456b9483b4e3ac56e9f1fded745845f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão bifásica diretamente no domínio do tempo, que leve em consideração o efeito da freqüência sobre seus parâmetros longitudinais, utilizando os conceitos de variáveis de estado. Os parâmetros longitudinais, variáveis em relação à freqüência, serão aproximados por funções racionais, cujos pólos e resíduos deverão ser determinados por meio do algoritmo vector fitting. Em seguida, as funções racionais que descrevem o comportamento dos parâmetros longitudinais serão associadas com um circuito elétrico equivalente, que será inserido em cada um dos circuitos π, constituindo uma grande quantidade de cascata de circuitos π. O modelo será utilizado para a realização de simulações de transitórios resultantes das operações de manobras e chaveamentos que ocorrem em uma linha bifásica com plano de simetria vertical. Os resultados serão comparados com os resultados obtidos com programas computacionais do tipo EMTP (cascata de circuitos π inserida no EMTP). Ao término do projeto teremos a nossa disposição um modelo de linha de transmissão que não necessita do uso de simuladores do tipo EMTP. / The objective of this work is to implement a computational model of two-phase transmission line in time domain taking into account its frequency dependent longitudinal parameters. The line is represented through a cascade of π circuits and the frequency dependence of the longitudinal parameters is approximated by a rational functions that can be associated with an equivalent circuit representation and this equivalent circuit is inserted in each π circuit. After that the cascade is described through state equations. Validating the model, a frequency dependent two-phase line is represented by a cascade of π circuits. The model will be use for typical switching transients in a two-phase transmission line with a vertical symmetrical plan. The simulations were carried out using state space techniques and an EMTP program (in this case, the cascade was inserted in the EMTP program). It is observed that the simulation results obtained with state space representation are in agreement with those results obtained with EMTP.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:26:19Z : No. of bitstreams: 1 wedy_gf_me_ilha.pdf: 790523 bytes, checksum: 8836dfe828e124530d6a988987704e3f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão bifásica diretamente no domínio do tempo, que leve em consideração o efeito corona e o efeito da freqüência sobre seus parâmetros longitudinais, utilizando os conceitos de variáveis de estado. Os parâmetros longitudinais de uma linha de transmissão dependentes da freqüência serão sintetizados por meio de funções racionais pelo método do Vector Fitting. Em seguida, as funções racionais que descrevem o comportamento dos parâmetros longitudinais serão associadas com um circuito elétrico equivalente, que será inserido em cada um dos circuitos . Para a validação do modelo desenvolvido levando em consideração o efeito da freqüência o mesmo foi comparado com o programa de estudo de transitórios eletromagnético Micotran do tipo EMTP. Utilizando o modelo matemático desenvolvido foi possível inserir através das equações de Gary e de Skilling-Umoto, o efeito corona nas simulações de transitórios eletromagnético. Ao termino do projeto, apresenta-se um modelo matemático de uma linha de transmissão que leva em conta o efeito da freqüência e o efeito corona. Tal modelo não necessita dos programas do tipo EMTP para simulação de transitórios em linhas de transmissão. / The objective of this work is to implement a computational model of two-phase transmission line directly in the time domain, which takes into account the corona effect and the effect of frequency on its longitudinal parameters, using the concepts of state variables. The longitudinal parameters of a frequency dependent transmission line are synthesized by rational functions using the Vector Fitting method. Then, the rational functions that describe the behavior of the longitudinal parameters will be associated with an equivalent electrical circuit, which is inserted in very circuit . Validating the model developed taking into account the effect of frequency, this model was compared to the Micotran program, a EMTP (Electromagnetic Transient Program) type program that is used for transient analyses in electrical networks. Through the developed mathematical model, it enter, through the equations of Gary and Skilling-Umoto, the corona effect in simulations of electromagnetic transients. At the end of the project, it is obtained a mathematical model of a transmission line that takes into account the effect of frequency and the corona effect. This model does not need the EMTP type programs for transient simulations in transmission lines.

Os backbones IP utilizam protocolos de roteamento do tipo estado do enlace para definir as rotas corretamente. Em situações de mudança na topologia, como uma falha, esses protocolos necessitam de um tempo para reagir e encontrar novas rotas. Durante esse tempo, as rotas ficam instáveis com alta taxa de pacotes perdidos e queda na confiabilidade do backbone. Esse trabalho propõe uma abordagem pró-ativa denominada Esquema de Caminhos Emergenciais Rápidos para auxiliar o protocolo de roteamento OSPF a reduzir a taxa de pacotes perdidos durante esse período. Essa abordagem realiza cálculos reutilizando a base de informações de roteamento do OSPF para gerar esses caminhos emergenciais, que são representados na tabela de encaminhamento através de marcas. Essas marcas são utilizadas então para guiar corretamente os pacotes no contorno de uma falha. Essa abordagem é avaliada em representações de topologias artificiais e reais, e também em simulação para analisar qual o ganho obtido na redução de pacotes perdidos em relação ao OSPF original. A abordagem desenvolvida demonstra resultados bastante satisfatórios em termos de extensão dos caminhos de recuperação utilizados e quantidade de informações extras adicionadas na tabela de encaminhamento em relação à abordagem concorrente. / IP network backbones use link state routing protocols to find correct routes. In face of a topology change, e.g. a failure, these protocols need some time to react to it in order to find new routes. During this time, the routes become unstable, causing high packet loss rate and depreciation of backbone reliability. This work presents a proactive approach named Fast Emergency Paths Schema to help the OSPF routing protocol during the convergence period in order to reduce packet loss rate. The approach conducts calculations reusing the routing information base of the OSPF in order to generate these emergency paths, which are represented in the forwarding table as marks. These are then used to guide the packets to correctly bypass a failure. The approach is evaluated by using various artificial and real topologies, and a simulation is also implemented in order to analyze the packet loss rate reduction in relation to the original OSPF. The analysis yielded satisfactory results in terms of the extension of the recovery paths used and of the amount of extra information added to the forwarding table in relation to the concurrent approach.