Retificador trifásico controlado com fator de potência quase unitário

Dissertação de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo Automação e Eletrónica Industrial

Compensação da energia reactiva com minimização de perturbações sobre a rede eléctrica

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção de grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Dimensionamento de Sistemas de Compensação do Fator de Potência com Filtragem Passiva de Harmónicos

A eficiência energética tem um papel de importância crescente devido a questões ambientais e ao aumento dos custos energéticos. Recentemente foram tomadas medidas para regular o consumo e o fornecimento de energia reativa em Portugal, que tornaram mais rigorosas as condições de faturação. O custo crescente da energia e a implementação das smart grids apontam para um futuro de maior rigor sobre a utilização da energia reativa. Não será de estranhar que as regras de faturação sejam mais severas daqui a uns anos. O desenvolvimento tecnológico nas áreas da análise da energia e nas formas de controlo da compensação de energia reativa permitem resultados muito mais eficazes que aqueles apresentados pelos vulgares sistemas a contactores que constituem a maioria dos cenários. Apesar de terem um custo inicial superior, os sistemas de compensação do fator de potência com filtragem passiva de harmónicos, desde que projetados corretamente, trazem vantagens evidentes na sua exploração a longo prazo. Com este trabalho pretende-se promover a sensibilização para o uso de sistemas mais eficientes na compensação de energia reativa e para que estes sejam projetados mais à medida das necessidades de cada local. Também se demonstra a extrema importância da adequação destes sistemas à qualidade de energia do local, principalmente em termos de conteúdo harmónico. Desta forma, os sistemas serão mais flexíveis em termos de utilização e possibilitam a sua adaptação às necessidades mesmo que as regras de faturação de energia reativa se tornem mais rigorosas.

Fluxo de potência ótimo reativo via método da função lagrangiana barreira modificada

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Esquemas alternativos para o passo de parametrização do método da continuação baseados em parâmetros físicos

O método de fluxo de carga convencional é considerado inadequado para se obter o ponto de máximo carregamento (PMC) de sistemas de potência, devido à singularidade da matriz Jacobiana neste ponto. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, visto que técnicas de parametrização podem ser utilizadas para evitar a singularidade da matriz Jacobiana. Neste trabalho, novas opções para a etapa de parametrização do método da continuação são apresentadas. Mostra-se que variáveis com claro significado físico podem ser utilizadas na etapa de parametrização. As seguintes variáveis foram testadas: perda total de potência ativa e reativa, potência ativa e reativa na barra de referência, potência reativa das barras de geração, e as perdas de potência ativa e reativa nas linhas de transmissão (LT). Além de facilitar a implementação computacional do método de continuação, as técnicas de parametrização apresentadas simplificam a definição matemática e o entendimento do método por parte de engenheiros de potência, visto que os métodos de continuação existentes na literatura sempre utilizam técnicas de parametrização complexas, e de interpretação puramente geométrica. Resultados obtidos com a nova metodologia para os sistemas testes do IEEE (14, 30, 57 e 118 barras) mostram que as características de convergência do método de fluxo de carga convencional são melhoradas na região do PMC. Além disso, durante o traçado das curvas PV, as diversas técnicas de parametrização podem ser comutadas entre si possibilitando o cálculo de todos os pontos da curva com um número reduzido de iterações. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho dos esquemas de parametrização propostos.

Determinação do ponto de máximo carregamento de sistemas de potência utilizando o fluxo de carga desacoplado rápido parametrizado

Os métodos de fluxo de carga por Newton-Raphson e fluxo de carga desacoplado rápido convencionais são considerados inadequados para a obtenção do ponto de máximo carregamento de sistemas de potência, devido à problemas de mal-condicionamento neste ponto crítico e na sua vizinhança. Neste ponto a matriz Jacobiana do método de Newton-Raphson torna-se singular e considera-se que não são mais válidas as hipóteses de desacoplamento P-V e Q-teta utilizadas para a formulação do método fluxo de carga desacoplado rápido. No entanto, mostra-se neste trabalho, que com pequenas modificações, as versões XB e BX do fluxo de carga desacoplado rápido tornam-se adequadas para a obtenção do ponto de máximo carregamento. Estas novas versões modificadas são comparadas entre si com o intuito de explicitar suas características, assim como da influência da atuação dos limites de geração de potência reativa e de tap's de transformadores. Os resultados obtidos para os sistemas testes do IEEE (14, 30, 57 e 118 barras) mostram que as características de convergência das versões originais são preservadas. Além disso, durante o traçado das curvas PV, os diversos métodos podem ser comutados entre si possibilitando o cálculo de todos os pontos da curva com um número reduzido de iterações.

Efficient method for AC transmission network expansion planning

A combinatorial mathematical model in tandem with a metaheuristic technique for solving transmission network expansion planning (TNEP) using an AC model associated with reactive power planning (RPP) is presented in this paper. AC-TNEP is handled through a prior DC model while additional lines as well as VAr-plants are used as reinforcements to cope with real network requirements. The solution of the reinforcement stage can be obtained by assuming all reactive demands are supplied locally to achieve a solution for AC-TNEP and by neglecting the local reactive sources, a reactive power planning (RPP) will be managed to find the minimum required reactive power sources. Binary GA as well as a real genetic algorithm (RCA) are employed as metaheuristic optimization techniques for solving this combinatorial TNEP as well as the RPP problem. High quality results related with lower investment costs through case studies on test systems show the usefulness of the proposal when working directly with the AC model in transmission network expansion planning, instead of relaxed models. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Artificial neural networks for load flow and external equivalents studies

In this paper an artificial neural network (ANN) based methodology is proposed for (a) solving the basic load flow, (b) solving the load flow considering the reactive power limits of generation (PV) buses, (c) determining a good quality load flow starting point for ill-conditioned systems, and (d) computing static external equivalent circuits. An analysis of the input data required as well as the ANN architecture is presented. A multilayer perceptron trained with the Levenberg-Marquardt second order method is used. The proposed methodology was tested with the IEEE 30- and 57-bus, and an ill-conditioned 11-bus system. Normal operating conditions (base case) and several contingency situations including different load and generation scenarios have been considered. Simulation results show the excellent performance of the ANN for solving problems (a)-(d). (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

An overview on network cost allocation methods

This work is devoted to Study and discuss the main methods to solve the network cost allocation problem both for generators and demands. From the presented, compared and discussed methods, the first one is based on power injections, the second deals with proportional sharing factors, the third is based upon Equivalent Bilateral Exchanges, the fourth analyzes the power How sensitivity in relation to the power injected, and the last one is based on Z(bus) network matrix. All the methods are initially illustrated using a 4-bus system. In addition, the IEEE 24-bus RTS system is presented for further comparisons and analysis. Appropriate conclusions are finally drawn. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

VAr planning using genetic algorithm and linear programming

A combined methodology consisting of successive linear programming (SLP) and a simple genetic algorithm (SGA) solves the reactive planning problem. The problem is divided into operating and planning subproblems; the operating subproblem, which is a nonlinear, ill-conditioned and nonconvex problem, consists of determining the voltage control and the adjustment of reactive sources. The planning subproblem consists of obtaining the optimal reactive source expansion considering operational, economical and physical characteristics of the system. SLP solves the optimal reactive dispatch problem related to real variables, while SGA is used to determine the necessary adjustments of both the binary and discrete variables existing in the modelling problem. Once the set of candidate busbars has been defined, the program implemented gives the location and size of the reactive sources needed, if any, to maintain the operating and security constraints.

Planejamento de Fontes Reativas em Sistemas de Energia Elétrica utilizando a técnica de Decomposição de Benders e o algoritmo de Branch-and-Bound

This paper presents the Benders decomposition technique and Branch and Bound algorithm used in the reactive power planning in electric energy systems. The Benders decomposition separates the planning problem into two subproblems: an investment subproblem (master) and the operation subproblem (slave), which are solved alternately. The operation subproblem is solved using a successive linear programming (SLP) algorithm while the investment subproblem, which is an integer linear programming (ILP) problem with discrete variables, is resolved using a Branch and Bound algorithm especially developed to resolve this type of problem.

Alternative continuation method for loading margin improvement and transmission losses reduction

This paper presents an alternative methodology for loading margin improvement and total real power losses reduction by using a continuation method. In order to attain this goal, a parameterizing equation based on the total real power losses and the equations of the reactive power at the slack and generation buses are added to the conventional power flow equations. The voltages at these buses are considered as control variables and a new parameter is chosen to reduce the real power losses in the transmission lines. The results show that this procedure leads to maximum loading point increase and consequently, in static voltage stability margin improvement. Besides, this procedure also takes to a reduction in the operational costs and, simultaneously, to voltage profile improvement. Another important result of this methodology is that the resulting operating points are close to that provided by an optimal power flow program. © 2004 IEEE.

A specialized genetic algorithm to solve the short term transmission network expansion planning

In this paper, the short term transmission network expansion planning (STTNEP) is solved through a specialized genetic algorithm (SGA). A complete AC model of the transmission network is used, which permits the formulation of an integrated power system transmission network expansion planning problem (real and reactive power planning). The characteristics of the proposed SGA to solve the STTNEP problem are detailed and an interior point method is employed to solve nonlinear programming problems during the solution steps of the SGA. Results of tests carried out with two electrical energy systems show the capabilities of the SGA and also the viability of using the AC model to solve the STTNEP problem. © 2009 IEEE.

Accountability and revenue metering in smart micro-grids

Smart micro-grids offer a new challenging domain for power theories and metering techniques, because they include a variety of intermittent power sources which positively impact on power flow and distribution losses, but may cause voltage asymmetry and frequency variation. Due to the limited power capability of smart micro-grids, the voltage distortion can also get worse (in case of supplying non-linear loads), affecting measurement accuracy and possibly causing tripping of protections. In such a context, a reconsideration of power theories is required, since they form the basis for supply and load characterization. A revision of revenue metering techniques is also needed, to ensure a correct penalization of the loads for their responsibility in generating reactive power, voltage unbalance and distortion. This paper shows that the Conservative Power Theory (CPT) provides a suitable background to cope with smart grids characterization and metering needs. Experimental results validate the proposed approach. © 2010 IEEE.

Multi-area decentralized optimal VAr planning using the Dantzig-Wolfe decomposition principle

This paper presents a new methodology for solving the optimal VAr planning problem in multi-area electric power systems, using the Dantzig-Wolfe decomposition. The original multi-area problem is decomposed into subproblems (one for each area) and a master problem (coordinator). The solution of the VAr planning problem in each area is based on the application of successive linear programming, and the coordination scheme is based on the reactive power marginal costs in the border bus. The aim of the model is to provide coordinated mechanisms to carry out the VAr planning studies maximizing autonomy and confidentiality for each area, assuring global economy to the whole system. Using the mathematical model and computational implementation of the proposed methodology, numerical results are presented for two interconnected systems, each of them composed of three equal subsystems formed by IEEE30 and IEEE118 test systems. © 2011 IEEE.