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Previous issue date: 2013 / Devido ao auge do crescimento industrial na Região Norte e, em especial, o Pólo Industrial de
Manaus (PIM), são necessários obter ferramentas matemáticas que facilitem ao especialista
tomar decisões sobre a seleção e dimensionamento dos filtros harmônicos que proporcionam
neutralizar os efeitos prejudiciais dos harmônicos gerados pelas cargas não lineares da indústria e alcançar conformidade com os padrões das normas de qualidade de energia correspondentes. Além disso, como os filtros harmônicos passivos têm a capacidade de gerar potência reativa à rede, estes meios são eficazes compensadores de potência reativa e,
portanto, podem conseguir uma economia significativa no faturamento de energia elétrica
consumida por essas instalações industriais. Esta tese tem como objetivo geral desenvolver um método matemático e uma ferramenta computacional para a seleção da configuração e parâmetros do projeto de um conjunto de filtros harmônicos passivos para sistemas elétricos industriais. Nesta ótica, o problema de otimização da compensação de harmônicos por meio
de filtros passivos foi formulado como um problema multiobjetivo que considera tanto os
objetivos da redução da distorção harmônica como da efetividade econômica do projeto considerando as características das tarifas brasileiras. Todavia, a formulação apresentada considera as restrições relevantes impostas pelas normas brasileiras e estrangeiras. A solução computacional para este problema foi conseguida, usando o algoritmo genético NSGA-II que determina um conjunto de soluções ótimas de Pareto (Fronteira) que permitem ao projetista
escolher as soluções mais adequadas para o problema. Por conseguinte, a ferramenta computacional desenvolvida tem várias novidades como: não só calcula os parâmetros que caracterizam os filtros, como também seleciona o tipo de configuração e o número de ramos do filtro em cada barra candidata de acordo com um conjunto de configurações pré-estabelecidas;
têm implementada duas normas para a avaliação das restrições de qualidade de energia (Prodist-Módulo 8 e IEEE 519-92) que podem ser selecionadas pelo usuário;
determina soluções com bons indicadores de desempenho para vários cenários característicos
e não característicos do sistema que permitem a representação das as variações diárias da
carga; das variações dos parâmetros do sistema e dos filtros; avalia o custo das contas de
energia numa rede elétrica industrial que tem diferentes condições de operação (cenários
característicos); e avalia o efeito econômico de filtros de harmônicos como compensadores de
potência reativa. Para desenvolver a ferramenta computacional adequada desta tese, foi
empregado um modelo trifásico em coordenadas de fase para redes de energia elétrica industriais e de serviços onde foram feitos vários programas utilizando várias ferramentas computacionais adicionais. Estas ferramentas compreendem um programa de varredura de freqüência, um programa do fluxo de harmônicos por injeção de correntes e um programa de
fluxo de potência à freqüência fundamental. Os resultados positivos desta tese, a partir da
análise de vários exemplos práticos, mostram as vantagens do método desenvolvido. / Due to the importance of the industrial growth in the North and in particular the Industrial
Pole of Manaus (PIM), it is important to have mathematical tools that facilitate the expert
decisions on the selection and sizing of harmonic filters needed to neutralize the harmful
effects of harmonics generated by nonlinear loads of industry and achieve compliance with
the power quality standards. Moreover, as the passive harmonic filters have the capacity to
generate reactive power to the network, they are effective compensating reactive power means
and therefore can achieve significant savings in sales of electric energy consumed by these
industrial facilities. This thesis aims to develop a mathematical method and a computational
tool for the selection of the configuration and the design parameters of a set of passive
harmonic filters for industrial electrical systems. In this direction, the optimization problem of
compensation of harmonics through passive filters is formulated as a multi-objective problem
that considers both the goals of reducing harmonic distortion as the economic effectiveness of
the project considering the characteristics of the Brazilian system of tariffs. Moreover, the
presented formulation considers relevant restrictions imposed by the national and foreign
standards. A computational solution to this problem was achieved using the NSGA-II genetic
algorithm which determines a set of Pareto optimal solutions (Frontier) that enable the
designer to choose the most appropriate solutions to the problem. Furthermore, the
computational tool developed has several new features as: not only calculates the parameters
that characterize the filters, but also selects the type of configuration and the number of
branches of the filter in each candidate bus according to a set of predetermined settings; has
implemented two standards for assessing the constraints of power quality (Prodist Modulo-8
and IEEE 519-92) that can be selected by the user; determines solutions with good
performance indicators for various characteristic and non-characteristic scenarios of the
system that allow to represent: the daily variations of the load as well as the variations of
system parameters and filters; evaluates the cost of energy bills in a grid that has different
industrial operating conditions (characteristic scenarios) and assesses the economic effect of
harmonic filters as reactive power compensators. To develop the computational tool of this
thesis, it was used a phase-coordinates model for the electric power grids of industrial and
services installations to program additional computational tools. These tools comprise a
frequency scan program, a harmonic power flow program for the harmonic current injection
method and a fundamental frequency power flow program. The positive results of this thesis,
from the analysis of several practical examples show the advantages of the developed method.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/4599 |
| Date | 29 May 2013 |
| Creators | LEITE, Jandecy Cabral |
| Contributors | TOSTES, Maria Emília de Lima, BEZERRA, Ubiratan Holanda |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFPA, Brasil, Instituto de Tecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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