Algoritmos recursivos e não-recursivos aplicados à estimação fasorial em sistemas elétricos de potência

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator).

Experiências do desenvolvimento de transformador para alta temperatura baseado em isolação semi-híbrida e óleo vegetal isolante.

O transformador de potência é um importante equipamento utilizado no sistema elétrico de potência, responsável por transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro e transformar tensões e correntes de um circuito elétrico. O transformador de potência tem ampla aplicação, podendo ser utilizado em subestações de usinas de geração, transmissão e distribuição. Neste sentido, mudanças recentes ocorridas no sistema elétrico brasileiro, causadas principalmente pelo aumento considerável de carga e pelo desenvolvimento tecnológico tem proporcionado a fabricação de um transformador com a aplicação de alta tecnologia, aumentando a confiabilidade deste equipamento e, em paralelo, a redução do seu custo global. Tradicionalmente, os transformadores são fabricados com um sistema de isolação que associa isolantes sólidos e celulose, ambos, imersos em óleo mineral isolante, constituição esta que define um limite à temperatura operacional contínua. No entanto, ao se substituir este sistema de isolação formado por papel celulose e óleo mineral isolante por um sistema de isolação semi- híbrida - aplicação de papel NOMEX e óleo vegetal isolante, a capacidade de carga do transformador pode ser aumentada por suportar maiores temperaturas. Desta forma, o envelhecimento do sistema de isolação poderá ser em longo prazo, significativamente reduzido. Esta técnica de aumentar os limites térmicos do transformador pode eliminar, essencialmente, as restrições térmicas associadas à isolação celulósica, provendo uma solução econômica para aperfeiçoar o uso de transformadores de potência, aumentando a sua confiabilidade operacional. Adicionalmente, à aplicação de sensores de fibra óptica, em substituição aos sensores de imagem térmica no monitoramento das temperaturas internas do transformador, se apresentam como importante opção na definição do equacionamento do comportamento do transformador sob o ponto de vista térmico.

Fault location in power distribution networks with distributed generation.

This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB.

Sistema especialista para análise pós-evento da proteção em subestações distribuidoras.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz.

Particle Swarm Optimization Based Reactive Power Dispatch for Power Networks with Distributed Generation

Reactive power is critical to the operation of the power networks on both safety aspects and economic aspects. Unreasonable distribution of the reactive power would severely affect the power quality of the power networks and increases the transmission loss. Currently, the most economical and practical approach to minimizing the real power loss remains using reactive power dispatch method. Reactive power dispatch problem is nonlinear and has both equality constraints and inequality constraints. In this thesis, PSO algorithm and MATPOWER 5.1 toolbox are applied to solve the reactive power dispatch problem. PSO is a global optimization technique that is equipped with excellent searching capability. The biggest advantage of PSO is that the efficiency of PSO is less sensitive to the complexity of the objective function. MATPOWER 5.1 is an open source MATLAB toolbox focusing on solving the power flow problems. The benefit of MATPOWER is that its code can be easily used and modified. The proposed method in this thesis minimizes the real power loss in a practical power system and determines the optimal placement of a new installed DG. IEEE 14 bus system is used to evaluate the performance. Test results show the effectiveness of the proposed method.

Investigation of Performance Enhancements for a Liquid-Desiccant Solar Air-Conditioner

Thermally driven liquid-desiccant air-conditioners (LDAC) are a proven but still developing technology. LDACs can use a solar thermal system to reduce the operational cost and environmental impact of the system by reducing the amount of fuel (e.g. natural gas, propane, etc.) used to drive the system. LDACs also have a key benefit of being able to store energy in the form of concentrated desiccant storage. TRNSYS simulations were used to evaluate several different methods of improving the thermal and electrical coefficients of performance (COPt and COPe) and the solar fraction (SF) of a LDAC. The study analyzed a typical June to August cooling season in Toronto, Ontario. Utilizing properly sized, high-efficiency pumps increased the COPe to 3.67, an improvement of 55%. A new design, featuring a heat recovery ventilator on the scavenging-airstream and an energy recovery ventilator on the process-airstream, increased the COPt to 0.58, an improvement of 32%. This also improved the SF slightly to 54%, an increase of 8%. A new TRNSYS TYPE was created to model a stratified desiccant storage tank. Different volumes of desiccant were tested with a range of solar array system sizes. The largest storage tank coupled with the largest solar thermal array showed improvements of 64% in SF, increasing the value to 82%. The COPe was also improved by 17% and the COPt by 9%. When combining the heat recovery systems and the desiccant storage systems, the simulation results showed a 78% increase in COPe and 30% increase in COPt. A 77% improvement in SF and a 17% increase in total cooling rate were also predicted by the simulation. The total thermal energy consumed was 10% lower and the electrical consumption was 34% lower. The amount of non-renewable energy needed from the natural gas boiler was 77% lower. Comparisons were also made between LDACs and vapour-compression (VC) systems. Dependent on set-up, LDACs provided higher latent cooling rates and reduced electrical power consumption. Negatively, a thermal input was required for the LDAC systems but not for the VC systems.

Energy Transition in Europe’s Power House. Alleingang, avant-garde or blackout? IES Policy Brief Issue 2012/03/October 2012

Summary. The transformation of Germany’s energy sector will further exacerbate current network fluctuations and intensify the need for modifications in Europe’s power system. Cross-border power transfers will have to increase in order to overcome national limitations for absorbing large volumes of intermittent renewables like wind and solar power. In order to establish such an infrastructure on a European scale, the energy transition needs to be guided by an economic approach designed to prevent further fractures in the Internal Electricity Market. Moreover, constructive negotiations with neighbouring countries on market designs and price signals will be important preconditions for a successful energy transition in Europe.

System Costs of Variable Renewable Energy in the European Union. Bruges European Economic Policy (BEEP) Briefings 37/2015

To shift to a low-carbon economy, the EU has been encouraging the deployment of variable renewable energy sources (VRE). However, VRE lack of competitiveness and their technical specificities have substantially raised the cost of the transition. Economic evaluations show that VRE life-cycle costs of electricity generation are still today higher than those of conventional thermal power plants. Member States have consequently adopted dedicated policies to support them. In addition, Ueckerdt et al. (2013) show that when integrated to the power system, VRE induce supplementary not-accounted-for costs. This paper first exposes the rationale of EU renewables goals, the EU targets and current deployment. It then explains why the LCOE metric is not appropriate to compute VRE costs by describing integration costs, their magnitude and their implications. Finally, it analyses the consequences for the power system and policy options. The paper shows that the EU has greatly underestimated VRE direct and indirect costs and that policymakers have failed to take into account the burden caused by renewable energy and the return of State support policies. Indeed, induced market distortions have been shattering the whole power system and have undermined competition in the Internal Energy Market. EU policymakers can nonetheless take full account of this negative trend and reverse it by relying on competition rules, setting-up a framework to collect robust EU-wide data, redesigning the architecture of the electricity system and relying on EU regulators.

NHTSA's Heavy Duty Vehicle Brake Research Program - report Number 10: evaluation of trailer antilock braking systems electrical powering. Interim final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Dynamics of loads on power systems using field measurements /

"May 1984."

Fourth report on survey of electric utility applications of digital computers.

"S-109-B."

Application of program packages EMTDC and matlab in the analysis of impact of neutral point operating regime on the magnitude of touch Voltage

This paper introduces a method for power system modeling during the earth fault. The possibility of using this method for selection and adjustment of earth fault protection is pointed out. The paper also contains the comparison of results achieved by simulation with the experimental measurements.

Eigenvalue sensitivity analysis for probabilistic small signal stability assessment

This paper presents a method to analyze the first order eigenvalue sensitivity with respect to the operating parameters of a power system. The method is based on explicitly expressing the system state matrix into sub-matrices. The eigenvalue sensitivity is calculated based on the explicitly formed system state matrix. The 4th order generator model and 4th order exciter system model are used to form the system state matrix. A case study using New England 10-machine 39-bus system is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method. This method can be applied into large scale power system eigenvalue sensitivity with respect to operating parameters.

Differential evolution based total transfer capability assessment with optimal dispatch

In this paper, a new differential evolution (DE) based power system optimal available transfer capability (ATC) assessment is presented. Power system total transfer capability (TTC) is traditionally solved by the repeated power flow (RPF) method and the continuation power flow (CPF) method. These methods are based on the assumption that the productions of the source area generators are increased in identical proportion to balance the load increment in the sink area. A new approach based on DE algorithm to generate optimal dispatch both in source area generators and sink area loads is proposed in this paper. This new method can compute ATC between two areas with significant improvement in accuracy compared with the traditional RPF and CPF based methods. A case study using a 30 bus system is given to verify the efficiency and effectiveness of this new DE based ATC optimization approach.

A novel grid computing approach for probabilistic small signal analysis

Grid computing is an advanced technique for collaboratively solving complicated scientific problems using geographically and organisational dispersed computational, data storage and other recourses. Application of grid computing could provide significant benefits to all aspects of power system that involves using computers. Based on our previous research, this paper presents a novel grid computing approach for probabilistic small signal stability (PSSS) analysis in electric power systems with uncertainties. A prototype computing grid is successfully implemented in our research lab to carry out PSSS analysis on two benchmark systems. Comparing to traditional computing techniques, the gird computing has given better performances for PSSS analysis in terms of computing capacity, speed, accuracy and stability. In addition, a computing grid framework for power system analysis has been proposed based on the recent study.