Development of a simplified transmission line model directly in the phase domain

A transmission line digital model is developed direct in the phase and time domains. The successive modal transformations considered in the three-phase representation are simplified and then the proposed model can be easily applied to several operation condition based only on the previous knowing of the line parameters, without a thorough theoretical knowledge of modal analysis. The proposed model is also developed based on lumped elements, providing a complete current and voltage profile at any point of the transmission system. This model makes possible the modeling of non-linear power devices and electromagnetic phenomena along the transmission line using simple electric circuit components, representing a great advantage when compared to several models based on distributed parameters and inverse transforms. In addition, an efficient integration method is proposed to solve the system of differential equations resulted from the line modeling by lumped elements, thereby making possible simulations of transient and steady state using a wide and constant integration step. © 2012 IEEE.

Distributed generators as providers of reactive power support - A market approach

Traditionally, ancillary services are supplied by large conventional generators. However, with the huge penetration of distributed generators (DGs) as a result of the growing interest in satisfying energy requirements, and considering the benefits that they can bring along to the electrical system and to the environment, it appears reasonable to assume that ancillary services could also be provided by DGs in an economical and efficient way. In this paper, a settlement procedure for a reactive power market for DGs in distribution systems is proposed. Attention is directed to wind turbines connected to the network through synchronous generators with permanent magnets and doubly-fed induction generators. The generation uncertainty of this kind of DG is reduced by running a multi-objective optimization algorithm in multiple probabilistic scenarios through the Monte Carlo method and by representing the active power generated by the DGs through Markov models. The objectives to be minimized are the payments of the distribution system operator to the DGs for reactive power, the curtailment of transactions committed in an active power market previously settled, the losses in the lines of the network, and a voltage profile index. The proposed methodology was tested using a modified IEEE 37-bus distribution test system. © 1969-2012 IEEE.

Aplicação da análise modal estática no estudo de estabilidade de tensão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Alocação otimizada de bancos de capacitores em sistemas de distribuição de energia elétrica através de metaheurísticas multiobjetivo

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

Metaheurística particle swarm utilizada para alocação ótima de bancos de capacitores em sistemas de distribuição radial

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análises e estudos para alocação e ajustes de dispositivos de proteção em redes de média tensão de energia elétrica com geração distribuída

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um programa interativo para estudos de fluxo de potência

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Proposta de parametrização para o fluxo de carga continuado visando redução de perdas na transmissão e o aumento da margem estática de estabilidade de tensão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia de planejamento para inserção de geradores fotovoltaicos em redes elétricas isoladas e supridas por geradores a diesel

Fontes renováveis de energia baseadas na geração fotovoltaica (GFV) são alternativas energéticas promissoras para a complementação da geração elétrica convencional e centralizada, como usinas térmicas a diesel que suprem potência para redes elétricas isoladas em cidades e localidades remotas na Amazônia. A alocação e o dimensionamento de geradores para aplicação como geração distribuída (GD) é um problema desafiador, com implicações técnicas e econômicas, relacionadas ao planejamento, projeto e operação da rede e, particularmente, a GFV em função das condições ambientais, principalmente radiação solar e temperatura ambiente. Esta tese apresenta uma metodologia analítica para alocar e dimensionar a potência ativa de unidades de geração fotovoltaica, composta pelo gerador FV integrado ao inversor CC/CA (GDFV) para integração, de forma concentrada ou dispersa em redes isoladas de média tensão, e contempla o atendimento de múltiplos objetivos, melhoria do perfil de tensão da rede, redução das perdas ativas e redução da participação da geração a diesel, proporcionando redução no consumo de óleo diesel e, consequentemente, redução da poluição ambiental. A solução global do método proposto constitui um compromisso em relação a esses objetivos, apresentando ponderações diferenciadas para os mesmos, de acordo com prioridades estabelecidas no planejamento do sistema elétrico sob estudo. Para validação da metodologia proposta, foram modeladas e simuladas as redes de 33 e 69 barras do IEEE e um sistema elétrico isolado, cuja usina térmica a diesel supre alimentação para a cidade de Aveiro-PA, Região Amazônica, obtendo-se como resultados dessas simulações melhoria significativa no perfil de tensão, redução nas perdas ativas e na potência de geração a diesel, de acordo com indicadores técnicos que permitem a avaliação quantitativa da integração da GDFV na rede elétrica.

Alocação de bancos de capacitores em sistemas de distribuição radiais usando busca dispersa

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Otimização da operação de sistemas de distribuição radiais usando um algoritmo genético especializado

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Simulação em tempo real de sistemas de distribuição de energia elétrica utilizando-se estruturas com descrição de hardware em software

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Técnicas de parametrização para o fluxo de carga continuado desenvolvidas a partir da análise das trajetórias de soluções do fluxo de carga

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Aplicações híbridas entre sistemas multiagentes e técnicas de inteligência artificial para redes inteligentes de distribuição de energia elétrica

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas.

Collimation of deuterium / 3-helium fusion products for advanced spacecraft propulsion and power

Current space exploration has transpired through the use of chemical rockets, and they have served us well, but they have their limitations. Exploration of the outer solar system, Jupiter and beyond will most likely require a new generation of propulsion system. One potential technology class to provide spacecraft propulsion and power systems involve thermonuclear fusion plasma systems. In this class it is well accepted that d-He3 fusion is the most promising of the fuel candidates for spacecraft applications as the 14.7 MeV protons carry up to 80% of the total fusion power while ‘s have energies less than 4 MeV. The other minor fusion products from secondary d-d reactions consisting of 3He, n, p, and 3H also have energies less than 4 MeV. Furthermore there are two main fusion subsets namely, Magnetic Confinement Fusion devices and Inertial Electrostatic Confinement (or IEC) Fusion devices. Magnetic Confinement Fusion devices are characterized by complex geometries and prohibitive structural mass compromising spacecraft use at this stage of exploration. While generating energy from a lightweight and reliable fusion source is important, another critical issue is harnessing this energy into usable power and/or propulsion. IEC fusion is a method of fusion plasma confinement that uses a series of biased electrodes that accelerate a uniform spherical beam of ions into a hollow cathode typically comprised of a gridded structure with high transparency. The inertia of the imploding ion beam compresses the ions at the center of the cathode increasing the density to the point where fusion occurs. Since the velocity distributions of fusion particles in an IEC are essentially isotropic and carry no net momentum, a means of redirecting the velocity of the particles is necessary to efficiently extract energy and provide power or create thrust. There are classes of advanced fuel fusion reactions where direct-energy conversion based on electrostatically-biased collector plates is impossible due to potential limits, material structure limitations, and IEC geometry. Thermal conversion systems are also inefficient for this application. A method of converting the isotropic IEC into a collimated flow of fusion products solves these issues and allows direct energy conversion. An efficient traveling wave direct energy converter has been proposed and studied by Momota , Shu and further studied by evaluated with numerical simulations by Ishikawa and others. One of the conventional methods of collimating charged particles is to surround the particle source with an applied magnetic channel. Charged particles are trapped and move along the lines of flux. By introducing expanding lines of force gradually along the magnetic channel, the velocity component perpendicular to the lines of force is transferred to the parallel one. However, efficient operation of the IEC requires a null magnetic field at the core of the device. In order to achieve this, Momota and Miley have proposed a pair of magnetic coils anti-parallel to the magnetic channel creating a null hexapole magnetic field region necessary for the IEC fusion core. Numerically, collimation of 300 eV electrons without a stabilization coil was demonstrated to approach 95% at a profile corresponding to Vsolenoid = 20.0V, Ifloating = 2.78A, Isolenoid = 4.05A while collimation of electrons with stabilization coil present was demonstrated to reach 69% at a profile corresponding to Vsolenoid = 7.0V, Istab = 1.1A, Ifloating = 1.1A, Isolenoid = 1.45A. Experimentally, collimation of electrons with stabilization coil present was demonstrated experimentally to be 35% at 100 eV and reach a peak of 39.6% at 50eV with a profile corresponding to Vsolenoid = 7.0V, Istab = 1.1A, Ifloating = 1.1A, Isolenoid = 1.45A and collimation of 300 eV electrons without a stabilization coil was demonstrated to approach 49% at a profile corresponding to Vsolenoid = 20.0V, Ifloating = 2.78A, Isolenoid = 4.05A 6.4% of the 300eV electrons’ initial velocity is directed to the collector plates. The remaining electrons are trapped by the collimator’s magnetic field. These particles oscillate around the null field region several hundred times and eventually escape to the collector plates. At a solenoid voltage profile of 7 Volts, 100 eV electrons are collimated with wall and perpendicular component losses of 31%. Increasing the electron energy beyond 100 eV increases the wall losses by 25% at 300 eV. Ultimately it was determined that a field strength deriving from 9.5 MAT/m would be required to collimate 14.7 MeV fusion protons from d-3He fueled IEC fusion core. The concept of the proton collimator has been proven to be effective to transform an isotropic source into a collimated flow of particles ripe for direct energy conversion.