Influências de famílias wavelets e suas ordens no desempenho de um localizador de faltas em linhas aéreas de transmissão de energia elétrica

Essa dissertação tem por objetivo analisar a influência de famílias wavelets e suas ordens no desempenho de um algoritmo de localização de faltas a partir das ondas viajantes de dois terminais de uma linha de transmissão aérea. Tornou-se objetivo secundário a modelagem de um sistema elétrico de potência (SEP) para obtenção de um universo de faltas que validassem o localizador. Para isso, parte de um SEP da Eletrobrás-Eletronorte em 500/230 kV foi modelado no Alternative Transient Program (ATP) utilizando-se parâmetros reais. A Transformada Wavelet, via análise multiresolução (AMR), é empregada valendo-se de sua característica de localização temporal, permitindo caracterizações precisas de instantes de transitórios eletromagnéticos ocasionados por faltas, as quais geram ondas que ao se propagarem em direção aos terminais da linha contêm os tempos de propagação destas do local do defeito a tais terminais e podem ser convenientemente extraídos por tal transformada. Pela metodologia adotada no algoritmo, a diferença entre esses tempos determina com boa exatidão o local de ocorrência da falta sobre a linha. Entretanto, um dos agentes variantes do erro nessa estimação é a escolha da Wavelet usada na AMR dos sinais, sendo, portanto, a avaliação dessa escolha sobre o erro, objetivo principal do trabalho, justificada pela ainda inexistente fundamentação científica que garanta a escolha de uma wavelet ótima a uma certa aplicação. Dentre um leque de Wavelets discretas, obtiveram-se resultados adequados para 16 delas, havendo erros máximos inferiores aos 250 metros estipulados para a precisão. Duas Wavelets, a Db15 e a Sym17, sobressaíram-se ao errarem, respectivamente, 3,5 e 1,1 vezes menos que as demais. A metodologia empregada consta da: exportação dos dados das faltas do ATP para o MATLAB®; aplicação da transformação modal de Clarke; decomposição dos modos alfa e síntese dos níveis 1 de detalhes via AMR; cálculo de suas máximas magnitudes e determinação dos índices temporais; e por fim, a teoria das ondas viajantes equaciona e estima o local do defeito sobre a LT, sendo tudo isso programado no MATLAB e os erros de localização analisados estatisticamente no Microsoft Excell®. Ao final elaborou-se ainda uma GUI (Guide User Interface) para a Interface Homem-Máquina (IHM) do localizador, servindo também para análises gráficas de qualquer das contingências aplicadas ao SEP. Os resultados alcançados demonstram uma otimização de performance em razão da escolha da wavelet mais adequada ao algoritmo e norteiam para uma aplicação prática do localizador.

Uso de árvore de decisão para avaliação da segurança estática em tempo real de sistemas elétricos de potência

As técnicas utilizadas para avaliação da segurança estática em sistemas elétricos de potência dependem da execução de grande número de casos de fluxo de carga para diversas topologias e condições operacionais do sistema. Em ambientes de operação de tempo real, esta prática é de difícil realização, principalmente em sistemas de grande porte onde a execução de todos os casos de fluxo de carga que são necessários, exige elevado tempo e esforço computacional mesmo para os recursos atuais disponíveis. Técnicas de mineração de dados como árvore de decisão estão sendo utilizadas nos últimos anos e tem alcançado bons resultados nas aplicações de avaliação da segurança estática e dinâmica de sistemas elétricos de potência. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da segurança estática em tempo real de sistemas elétricos de potência utilizando árvore de decisão, onde a partir de simulações off-line de fluxo de carga, executadas via software Anarede (CEPEL), foi gerada uma extensa base de dados rotulada relacionada ao estado do sistema, para diversas condições operacionais. Esta base de dados foi utilizada para indução das árvores de decisão, fornecendo um modelo de predição rápida e precisa que classifica o estado do sistema (seguro ou inseguro) para aplicação em tempo real. Esta metodologia reduz o uso de computadores no ambiente on-line, uma vez que o processamento das árvores de decisão exigem apenas a verificação de algumas instruções lógicas do tipo if-then, de um número reduzido de testes numéricos nos nós binários para definição do valor do atributo que satisfaz as regras, pois estes testes são realizados em quantidade igual ao número de níveis hierárquicos da árvore de decisão, o que normalmente é reduzido. Com este processamento computacional simples, a tarefa de avaliação da segurança estática poderá ser executada em uma fração do tempo necessário para a realização pelos métodos tradicionais mais rápidos. Para validação da metodologia, foi realizado um estudo de caso baseado em um sistema elétrico real, onde para cada contingência classificada como inseguro, uma ação de controle corretivo é executada, a partir da informação da árvore de decisão sobre o atributo crítico que mais afeta a segurança. Os resultados mostraram ser a metodologia uma importante ferramenta para avaliação da segurança estática em tempo real para uso em um centro de operação do sistema.

Comparação de métodos baseados em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência

Essa dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo entre três metodologias baseadas em algoritmos genéticos para ajuste coordenado de estabilizadores de sistemas de potência (ESP). Os procedimentos de ajuste do ESP são formulados como um problema de otimização, a fim de: 1) maximizar o coeficiente de amortecimento mínimo do sistema em malha fechada; 2) maximizar o somatório de todos os coeficientes de amortecimento do sistema em malha fechada; e 3) deslocar os modos eletromecânicos poucos amortecidos ou mal amortecidos para uma zona pré-escrita no plano s. As três metodologias consideram um conjunto de condições de operacionais pré-especificadas. O sistema elétrico foi representado por equações no espaço de estado e as matrizes associadas com a modelagem foram obtidas por meio da versão acadêmica do programa PacDyn. As simulações foram realizadas usando o MATLAB. As metodologias foram aplicadas no conhecido sistema teste New England.

Metodologia de controle preventivo baseado em árvore de decisão para a melhoria da segurança estática e dinâmica de sistemas elétricos de potência

A presente dissertação visa apresentar um conjunto de desenvolvimentos, aplicativos e serviços para suporte à operação em tempo real e ao controle preventivo visando garantir à segurança estática e dinâmica de sistemas elétricos de potência. A técnica de mineração de dados conhecida como árvore de decisão foi utilizada tanto para classificar o estado operacional do sistema, bem como para fornecer diretrizes à tomada de ações de controle, necessárias para evitar a degradação da tensão operativa e a instabilidade transitória. Testes preliminares foram realizados utilizando o histórico operacional do SCADA/SAGE do Centro de Operação Regional do Pará da Eletrobrás Eletronorte. Os resultados obtidos validaram completamente o conjunto (protótipo) de aplicativos e serviços, e indicam um grande potencial para a aplicação no ambiente de operação em tempo real.

A Multi-Stage Stochastic Non-Linear Model for Reactive Power Planning Under Contingencies

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

The dynamic behavior of a cantilever beam coupled to a non-ideal unbalanced motor through numerical and experimental analysis

An excitation force that is not influenced by the system state is said to be an ideal energy source. In real situations, a direct and feedback coupling between the excitation source and the system must always exist at a certain level. This manifestation of the law of conservation of energy is known as the Sommerfeld effect. In the case of obtaining a mathematical model for such a system, additional equations are usually necessary to describe the vibration sources with limited power and its coupling with the mechanical system. In this work, a cantilever beam and a non-ideal DC motor fixed to its free end are analyzed. The motor has an unbalanced mass that provides excitation to the system which is proportional to the current applied to the motor. During the coast up operation of the motor, if the drive power is increased slowly, making the excitation frequency pass through the first natural frequency of the beam, the DC motor speed will remain the same until it suddenly jumps to a much higher value (simultaneously its amplitude jumps to a much lower value) upon exceeding a critical input power. It was found that the Sommerfeld effect depends on some system parameters and the motor operational procedures. These parameters are explored to avoid the resonance capture in the Sommerfeld effect. Numerical simulations and experimental tests are used to help gather insight of this dynamic behavior. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Análise de desempenho de lâmpadas LEDs e LFCs como alternativas em iluminação residencial em função da implementação da portaria ministerial n° 1007 que limita o uso de lâmpadas incandescentes no Brasil

With the imposition of the suspension of production and subsequent banning of incandescent light bulbs will be necessary to replace it by other more energy-efficient. Although the main alternative is the compact fluorescent lamp, the environmental impact caused by it due to incorrect disposal and the amount of harmonics included in the network resulting in losses related to the quality of electric power system makes them sought new alternatives for lighting systems that are efficient and have low environmental impact. In this context, the LED (Lighting Emitting Diode), based on solid-state components, is presented as an option for new projects and replacement of existing lighting. In this work we studied aspects of energy, environmental and economic impacts of a possible replacement of conventional lighting systems for new technology. From laboratory tests and surveys of the costs of different types of lamps used for residential lighting, we performed a comparative analysis considering energy and economic aspects which showed that the LED technology, but has a high initial investment, it is best when power quality and environmental preservation are relevant factors in decision making for the choice of technology to be used in the lighting system

Despacho ótimo de potências ativa e reativa de sistema elétricos multi-áreas considerando restrições físicas, econômicas e ambientais =: Envronmentally constrained active-reactive optimal power flow-a compromising strategy for economic-emission dispatch and a multi-area paradigm

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Reactive power planning under conditional-value-at-risk assessment using chance-constrained optimisation

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

Developing an optimization tool for evaluating the transmission system expansion

The transmission system is responsible for connecting the power generators to consumers safely and reliably, its constant expansion is necessary to transport increasing amounts of electricity. In order to help the power systems engineers, an optimization tool for optimize the expansion of the transmission system was developed using the modeling method of the linearized load flow and genetic. This tool was designed to simulate the impact of different scenarios on the cost of transmission expansion. The proposed tool was used to simulate the effects of the presence of distributed generation in the expansion of a fictitious transmission system, where it was found a clear downward trend in investment required for the expansion of the transmission system taking account of increasing levels of distributed generation.

Efficient Placement of Fault Indicators in an Actual Distribution System Using Evolutionary Computing

This paper proposes an evolutionary computing strategy to solve the problem of fault indicator (FI) placement in primary distribution feeders. More specifically, a genetic algorithm (GA) is employed to search for an efficient configuration of FIs, located at the best positions on the main feeder of a real-life distribution system. Thus, the problem is modeled as one of optimization, aimed at improving the distribution reliability indices, while, at the same time, finding the least expensive solution. Based on actual data, the results confirm the efficiency of the GA approach to the FI placement problem.

A Model-Based Approach for Small-Signal Stability Assessment of Unbalanced Power Systems

In this paper, a modeling technique for small-signal stability assessment of unbalanced power systems is presented. Since power distribution systems are inherently unbalanced, due to its lines and loads characteristics, and the penetration of distributed generation into these systems is increasing nowadays, such a tool is needed in order to ensure a secure and reliable operation of these systems. The main contribution of this paper is the development of a phasor-based model for the study of dynamic phenomena in unbalanced power systems. Using an assumption on the net torque of the generator, it is possible to precisely define an equilibrium point for the phasor model of the system, thus enabling its linearization around this point, and, consequently, its eigenvalue/eigenvector analysis for small-signal stability assessment. The modeling technique presented here was compared to the dynamic behavior observed in ATP simulations and the results show that, for the generator and controller models used, the proposed modeling approach is adequate and yields reliable and precise results.

New approach for power transformer protection based on intelligent hybrid systems

A power transformer needs continuous monitoring and fast protection as it is a very expensive piece of equipment and an essential element in an electrical power system. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can mislead the conventional protection affecting the power system stability negatively. This study proposes the development of a new algorithm to improve the protection performance by using fuzzy logic, artificial neural networks and genetic algorithms. An electrical power system was modelled using Alternative Transients Program software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed, as well as a commercial differential relay. Results show improved reliability, as well as a fast response of the proposed technique when compared with conventional ones.

A novel method for power quality multiple disturbance decomposition based on Independent Component Analysis

In this paper, a novel method for power quality signal decomposition is proposed based on Independent Component Analysis (ICA). This method aims to decompose the power system signal (voltage or current) into components that can provide more specific information about the different disturbances which are occurring simultaneously during a multiple disturbance situation. The ICA is originally a multichannel technique. However, the method proposes its use to blindly separate out disturbances existing in a single measured signal (single channel). Therefore, a preprocessing step for the ICA is proposed using a filter bank. The proposed method was applied to synthetic data, simulated data, as well as actual power system signals, showing a very good performance. A comparison with the decomposition provided by the Discrete Wavelet Transform shows that the proposed method presented better decoupling for the analyzed data. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Investigation of the Impacts of Large-Scale Wind Power Penetration on the Angle and Voltage Stability of Power Systems

The complexity of power systems has increased in recent years due to the operation of existing transmission lines closer to their limits, using flexible AC transmission system (FACTS) devices, and also due to the increased penetration of new types of generators that have more intermittent characteristics and lower inertial response, such as wind generators. This changing nature of a power system has considerable effect on its dynamic behaviors resulting in power swings, dynamic interactions between different power system devices, and less synchronized coupling. This paper presents some analyses of this changing nature of power systems and their dynamic behaviors to identify critical issues that limit the large-scale integration of wind generators and FACTS devices. In addition, this paper addresses some general concerns toward high compensations in different grid topologies. The studies in this paper are conducted on the New England and New York power system model under both small and large disturbances. From the analyses, it can be concluded that high compensation can reduce the security limits under certain operating conditions, and the modes related to operating slip and shaft stiffness are critical as they may limit the large-scale integration of wind generation.