Planejamento de reativos em sistemas de energia elétrica através de um algoritmo de Branch-and-Bound não linear

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle da injeção de potências ativa e reativa em inversor de Geração Distribuída conectado à rede de distribuição em corrente alternada em baixa tensão, empregando LMIs com realimentação de estados e critérios de D-estabilidade

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Otimização multiobjetivo da compensação de potência reativa em redes de distribuição considerando restrições de distorção harmônica

A localização de bancos de capacitores nas redes de distribuição de energia elétrica, corretamente dimensionados, busca compensar eventuais excessos de circulação de potência reativa pelas linhas, o que implica a redução de custos operacionais pela redução das perdas de energia e um aumento da capacidade de transmissão de potência ativa assegurando os níveis estabelecidos de tensão e fator de potência simultaneamente. A proliferação das cargas não lineares provocou uma mudança nos cenários de estudo dos sistemas elétricos de potência devido aos efeitos nocivos que os harmônicos gerados por elas ocasionam sobre a qualidade da energia elétrica. Considerando este novo cenário, esta tese tem como objetivo geral desenvolver uma ferramenta computacional utilizando técnicas de inteligência computacional apoiada em algoritmos genéticos (AG), para a otimização multiobjetivo da compensação da potência reativa em redes elétricas de distribuição capaz de localizar e dimensionar de forma ótima as unidades de compensação necessárias para obter os melhores benefícios econômicos e a manutenção dos índices de qualidade da energia estabelecidos pelas normas brasileiras. Como Inovação Tecnológica do trabalho a ferramenta computacional desenvolvida permite otimizar a compensação da potência reativa para melhorar do fator de potência em redes de distribuição contaminadas com harmônicos que, diferentemente de métodos anteriores, não só emprega bancos de capacitores, mas também filtros de harmônicos com esse objetivo. Utiliza-se o algoritmo NSGA-II, que determina as soluções ótimas de Pareto para o problema e permite ao especialista determinar as soluções mais efetivas. A proposta para a solução do problema apresenta várias inovações podendo-se destacar que a solução obtida permite determinar a compensação de potência reativa com capacitores em sistemas com certa penetração harmônica, atendendo a normas de qualidade de energia pertinentes, com relação aos níveis de distorção harmônica tolerados.

Fluxo de potência continuado baseado em equações de injeção de corrente expressas em coordenadas polares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Resolução do problema de fluxo de potência ótimo pela meta-heurística algoritmo dos fogos de artifício de busca dinâmica com mutação de covariância

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Funções penalidade para o tratamento das variáveis discretas do problema de fluxo de potência ótimo reativo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estimação de potência em tempo real utilizando a transformada wavelet

The goal of the power monitoring in electrical power systems is to promote the reliablility as well as the quality of electrical power.Therefore, this dissertation proposes a new theory of power based on wavelet transform for real-time estimation of RMS voltages and currents, and some power amounts, such as active power, reactive power, apparent power, and power factor. The appropriate estimation the of RMS and power values is important for many applications, such as: design and analysis of power systems, compensation devices for improving power quality, and instruments for energy measuring. Simulation and experimental results obtained through the proposed MaximalOverlap Discrete Wavelet Transform-based method were compared with the IEEE Standard 1459-2010 and the commercial oscilloscope, respectively, presenting equivalent results. The proposed method presented good performance for compact mother wavelet, which is in accordance with real-time applications.

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo enxame de partículas na determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

O objetivo desta dissertação é a determinação da máxima injeção nodal numa rede de energia elétrica, ou seja, qual o valor total máximo de potência ativa que é possível injetar e qual a sua distribuição pelos diversos nós da rede simultaneamente. Determinámos esta máxima injeção nodal em duas situações distintas: injeção não simultânea, injetando potência em um só nó de cada vez e injeção simultânea, injetando potência em todos os nós da rede simultaneamente. Sendo este um problema de natureza combinatória, utilizámos para esta determinação o algoritmo conhecido como nuvem ou enxame de partículas, adaptando-o ao nosso problema. Desenvolvemos o software na linguagem de programação Python utilizando o ambiente Eclipse. Para resolver o trânsito de energia utilizámos o programa PSSE University.Para os exemplos de aplicação utilizámos duas redes de energia elétrica, uma de 6 e outra de 14 barramentos. Estas redes foram baseadas nas redes IEEE 6 BUS e IEEE 14 BUS respetivamente. Concluímos que o algoritmo nuvem ou enxame de partículas cumpriu o objetivo traçado, obtendo as melhores soluções para cada um dos casos, máxima injeção nodal não simultânea e máxima injeção nodal simultânea. No contexto deste problema, o parâmetro chave do algoritmo, comprovado pelos ensaios feitos, é a velocidade máxima de deslocação das partículas, tomando valores típicos de 7 a 10 para a rede de 6 barramentos e de 20 a 25 para a de 14 barramentos.

CARACTERIZAÇÃO DE ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO EM LAVOURAS DE ARROZ DO RIO GRANDE DO SUL

Resumo A importância da lavoura de arroz irrigado no contexto nacional e o elevado uso de água e energia motivaram este trabalho, que teve por objetivo caracterizar estações de bombeamento (EB) presentes nos sistemas de irrigação, na fronteira oeste do Rio Grande do Sul (RS). Foram avaliadas 160 EBs e obtidas as seguintes informações: área de cultivo; vazão; altura geométrica de sucção e de recalque; comprimento e diâmetro das tubulações de sucção e de recalque; identificação das peças especiais usadas nas tubulações; potência ativa e identificação da marca e do modelo de bomba e motor. Com estes dados, foram estimados a altura manométrica, o rendimento global e os índices de desempenho. Os resultados mostram médias de 13,2 m de altura manométrica, 57% de rendimento global, 532,0 L s-1 de vazão, 293,7 ha de área irrigada e 110,5 kW de potência ativa. As tubulações são confeccionadas em chapa de aço soldado, e os diâmetros de 0,48m e 0,64 m totalizam 60% das mesmas. Os índices de desempenho apresentaram as médias de 43,9 W ha-1 m-1, 443,79 W ha-1, 798,83 kWh ha-1 e 0,0644 kWh m-3. Os parâmetros avaliados indicam necessidade de estudos sobre aspectos técnicos que permitam o aumento da eficiência de uso de água e de energia.

Proposta para implantação de microcentrais hidrelétricas automatizadas com o emprego de geradores assíncronos

Este trabalho insere em seu conteúdo dois propósitos: o primeiro é o de apresentar uma microusina experimental, uma planta piloto de uma microcentral hidrelétrica automatizada, que foi montada para ser utilizada como laboratório de pesquisas do desempenho de máquinas assíncronas de até 5CV operando como geradores de energia elétrica. Para isso, apresentamos todos os equipamentos com as suas respectivas especificações, a descrição do funcionamento e documentos gerais do projeto. O segundo é fazer uma revisão do uso da máquina assíncrona, funcionando como gerador de energia elétrica ligada à rede de distribuição local. Estudamos e apresentamos algumas conclusões sobre o comportamento deste tipo de gerador, no contexto de uma microcentral hidrelétrica automatizada, em situações operacionais onde se pode contemplar máxima potência ou máximo fator de potência ou, então, máximo rendimento. Realizamos análises teóricas considerando o circuito equivalente do gerador instalado na microcentral; foram geradas curvas das grandezas envolvidas no processo de geração de energia elétrica, e estes resultados foram comparados com as medidas fornecidas pelas leituras dos instrumentos, enquanto a máquina no ambiente da microusina experimental, era submetida à situação de carga zero até a máxima. Com os resultados colhidos procuramos estabelecer uma relação entre a potência mecânica nominal de motores assíncronos com a potência ativa nominal deste tipo de máquina operando como gerador.

Estratégia de controle robusto para filtro ativo paralelo sem detecção de harmônicos de correntes

Conventional control strategies used in shunt active power filters (SAPF) employs real-time instantaneous harmonic detection schemes which is usually implements with digital filters. This increase the number of current sensors on the filter structure which results in high costs. Furthermore, these detection schemes introduce time delays which can deteriorate the harmonic compensation performance. Differently from the conventional control schemes, this paper proposes a non-standard control strategy which indirectly regulates the phase currents of the power mains. The reference currents of system are generated by the dc-link voltage controller and is based on the active power balance of SAPF system. The reference currents are aligned to the phase angle of the power mains voltage vector which is obtained by using a dq phase locked loop (PLL) system. The current control strategy is implemented by an adaptive pole placement control strategy integrated to a variable structure control scheme (VS¡APPC). In the VS¡APPC, the internal model principle (IMP) of reference currents is used for achieving the zero steady state tracking error of the power system currents. This forces the phase current of the system mains to be sinusoidal with low harmonics content. Moreover, the current controllers are implemented on the stationary reference frame to avoid transformations to the mains voltage vector reference coordinates. This proposed current control strategy enhance the performance of SAPF with fast transient response and robustness to parametric uncertainties. Experimental results are showing for determining the effectiveness of SAPF proposed control system

Maximização da penetração da geração distribuída através do algoritmo de otimização nuvem de partículas

This work develops a methodology for defining the maximum active power being injected into predefined nodes in the studied distribution networks, considering the possibility of multiple accesses of generating units. The definition of these maximum values is obtained from an optimization study, in which further losses should not exceed those of the base case, i.e., without the presence of distributed generation. The restrictions on the loading of the branches and voltages of the system are respected. To face the problem it is proposed an algorithm, which is based on the numerical method called particle swarm optimization, applied to the study of AC conventional load flow and optimal load flow for maximizing the penetration of distributed generation. Alternatively, the Newton-Raphson method was incorporated to resolution of the load flow. The computer program is performed with the SCILAB software. The proposed algorithm is tested with the data from the IEEE network with 14 nodes and from another network, this one from the Rio Grande do Norte State, at a high voltage (69 kV), with 25 nodes. The algorithm defines allowed values of nominal active power of distributed generation, in percentage terms relative to the demand of the network, from reference values

Estratégia de controle robusto para interconexão de sistemas PV trifásicos à rede elétrica

Atualmente há uma grande preocupação em relação a substituição das fontes não renováveis pelas fontes renováveis na geração de energia elétrica. Isto ocorre devido a limitação do modelo tradicional e da crescente demanda. Com o desenvolvimento dos conversores de potência e a eficácia dos esquemas de controle, as fontes renováveis têm sido interligadas na rede elétrica, em um modelo de geração distribuída. Neste sentido, este trabalho apresenta uma estratégia de controle não convencional, com a utilização de um controlador robusto, para a interconexão de sistemas fotovoltaicos com à rede elétrica trifásica. A compensação da qualidade de energia no ponto de acoplamento comum (PAC) é realizada pela estratégia proposta. As técnicas tradicionais utilizam detecção de harmônicos, já neste trabalho o controle das correntes é feita de uma forma indireta sem a necessidade desta detecção. Na estratégia indireta é de grande importância que o controle da tensão do barramento CC seja efetuado de uma forma que não haja grandes flutuações, e que a banda passante do controlador em regime permanente seja baixa para que as correntes da rede não tenham um alto THD. Por este motivo é utilizado um controlador em modo dual DSM-PI, que durante o transitório se comporta como um controlador em modo deslizante SM-PI, e em regime se comporta como um PI convencional. A corrente é alinhada ao ângulo de fase do vetor tensão da rede elétrica, obtido a partir do uso de um PLL. Esta aproximação permite regular o fluxo de potência ativa, juntamente com a compensação dos harmônicos e também promover a correção do fator de potência no ponto de acoplamento comum. Para o controle das correntes é usado um controlador dupla sequencia, que utiliza o princípio do modelo interno. Resultados de simulação são apresentados para demonstrar a eficácia do sistema de controle proposto

Estratégia de conversor para interligação de sistemas de geração eólica à rede elétrica

Currently, there are several power converter topologies applied to wind power generation. The converters allow the use of wind turbines operating at variable speed, enabling better use of wind forces. The high performance of the converters is being increasingly demanded, mainly because of the increase in the power generation capacity by wind turbines, which gave rise to various converter topologies, such as parallel or multilevel converters. The use of converters allow effective control of the power injected into the grid, either partially, for the case using partial converter, or total control for the case of using full converter. The back-to-back converter is one of the most used topologies in the market today, due to its simple structure, with few components, contributing to robust and reliable performance. In this work, is presented the implementation of a wind cogeneration system using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) associated with a back-to-back power converter is proposed, in order to inject active power in an electric power system. The control strategy of the active power delivered to the grid by cogeneration is based on the philosophy of indirect control