Sistema inteligente baseado em decomposição por componentes ortogonais e inferência fuzzy para localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica com geração distribuída

Os sistemas elétricos de potência modernos apresentam inúmeros desafios em sua operação. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica, devido à grande ramificação, presença de extensos ramais monofásicos, à dinâmica das cargas e demais particularidades inerentes, a localização de faltas representa um dos maiores desafios. Das barreiras encontradas, a influência da impedância de falta é uma das maiores, afetando significativamente a aplicação dos métodos tradicionais na localização, visto que a magnitude das correntes de falta é similar à da corrente de carga. Neste sentido, esta tese objetivou desenvolver um sistema inteligente para localização de faltas de alta impedância, o qual foi embasado na aplicação da técnica de decomposição por componentes ortogonais no pré-processamento das variáveis e inferência fuzzy para interpretar as não-linearidades do Sistemas de Distribuição com presença de Geração Distribuída. Os dados para treinamento do sistema inteligente foram obtidos a partir de simulações computacionais de um alimentador real, considerando uma modelagem não-linear da falta de alta impedância. O sistema fuzzy resultante foi capaz de estimar as distâncias de falta com um erro absoluto médio inferior a 500 m e um erro absoluto máximo da ordem de 1,5 km, em um alimentador com cerca de 18 km de extensão. Tais resultados equivalem a um grau de exatidão, para a maior parte das ocorrências, dentro do intervalo de ±10%.

Ajuste e ensaio de sistemas de proteção de geradores síncronos.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta.

Estudo da topologia de motores de fluxo axial de excitação híbrida com foco na utilização em tração elétrica.

Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina.

Logística operacional: alocação de bases operacionais em distribuição de energia elétrica.

Ser eficiente é um requisito para a sustentabilidade das empresas concessionárias de distribuição de energia elétrica no Brasil. A busca pela eficiência deve estar em harmonia com a melhoria contínua da qualidade, da segurança e da satisfação dos consumidores e das partes envolvidas. O desafio de atender múltiplos objetivos requer que as empresas do setor desenvolvam soluções inovadoras, com a mudança de processos, tecnologia, estrutura e a capacitação das pessoas. Desenvolver um modelo operacional eficiente e uma gestão rigorosa dos custos são fatores-chave para o sucesso das empresas, considerando o contexto regulatório de revisão tarifária que incentiva a melhoria do desempenho. O modelo operacional é definido a partir da organização logística dos recursos para atendimento da demanda de serviços, que define também os custos fixos e variáveis de pessoal (salário, horas extras, refeições), infraestrutura (manutenção de prédios, ferramentas e equipamentos) e deslocamentos (manutenção de veículos, combustível), por exemplo. A melhor alocação e o melhor dimensionamento de bases operacionais possibilitam a redução dos custos com deslocamento e infraestrutura, favorecendo o aproveitamento da força de trabalho em campo, a melhoria do atendimento dos clientes e da segurança dos colaboradores. Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de custos através da alocação de bases e equipes operacionais, com o modelamento matemático dos objetivos e restrições do negócio e a aplicação de algoritmo evolutivo para busca das melhores soluções, sendo uma aplicação de Pesquisa Operacional, no campo da Localização de Instalações, em distribuição de energia elétrica. O modelo de otimização desenvolvido possibilita a busca pelo ponto de equilíbrio ótimo que minimiza o custo total formado pelos custos de infraestrutura, frota (veículos e deslocamentos) e pessoal. O algoritmo evolutivo aplicado no modelo oferece soluções otimizadas pelo melhoramento de conjuntos de variáveis binárias com base em conceitos da evolução genética. O modelo de otimização fornece o detalhamento de toda a estrutura operacional e de custos para uma determinada solução do problema, utilizando premissas de produtividade e deslocamentos (velocidades e distâncias) para definir as abrangências de atuação das bases operacionais, recursos (equipes, pessoas, veículos) necessários para atendimento da demanda de serviços, e projetar todos os custos fixos e variáveis associados. A metodologia desenvolvida neste trabalho considera também a projeção de demanda futura para a aplicação no estudo de caso, que evidenciou a efetividade da metodologia como ferramenta para a melhoria da eficiência operacional em empresas de distribuição de energia elétrica.

Risco de mercado na comercialização de energia elétrica: uma análise estruturada com foco no ambiente de contratação livre - ACL.

A motivação para o desenvolvimento desse trabalho surge em um momento em que se verifica uma participação cada vez mais significativa das fontes energéticas renováveis não convencionais no País. Não obstante, o cenário de evolução evidencia que o arcabouço regulatório e as regras de mercado não acompanharam as especificidades inerentes à exploração dessas fontes. Assim, para que se mantenha adequado ritmo de inserção na matriz energética, devem ser buscadas opções para que fontes alternativas sejam cada vez mais competitivas na atual configuração do mercado energético. A contribuição dessa pesquisa, portanto, centra-se na análise dos riscos de mercado incorridos por esses geradores de fontes intermitentes de energia ao comercializarem energia no ambiente de contratação livre. Nessa perspectiva, a Dissertação foi desenvolvida abordando tipos de geração de energia e suas características técnicas e econômicas, legislação do setor elétrico, regras de comercialização, balanço energético do sistema, formação de preços no mercado de curto prazo e precificação de contratos no ACL, diferença de preços entre submercados, requisitos de flexibilidade e sazonalidade nos contratos de venda a consumidores livres e seu impacto na precificação de contratos, identificação de comportamento energético complementar para mitigação de riscos de mercado entre fontes renováveis e rebatimento na formulação de mecanismo de hedge, análise de portfólio de contratos e estratégia ótima de contratação de energia para agentes geradores atuando no ACL. Como resposta ao desafio de equacionar o impasse surgido na comercialização de fontes de produção sazonal, propõe-se um modelo para definir estratégias de contratação para agentes geradores e comercializadores a partir da complementação energética entre diferentes tipos de fontes, de forma a maximizar os ganhos de comercialização para um risco estabelecido. Busca-se a composição ideal dessas fontes na carteira de um comercializador para minimizar o risco de exposição à volatilidade dos preços do mercado de curto prazo. Isso é possível em virtude das compensações energéticas feitas entre as diferentes fontes em um portfólio combinado, mitigando a receita em risco decorrente das variações que existem nos preços de curto prazo e na produção energética. De forma complementar, estruturou-se um modelo de negócio no qual uma empresa detentora de ativos de geração hidrelétrica compra os direitos de produção de uma eólica e/ou biomassa para incorporar ao seu portfólio e vender como contrato por quantidade. Determinou-se o volume de energia a ser comprado de cada fonte, o preço, a estratégia mais indicada de contratação e a mitigação de fatores de risco contemplados nos contratos de venda, buscando maximizar os ganhos de comercialização condicionada a critérios de risco pré-fixados.

Electricity without borders: a plan to make the internal market work. Bruegel Blueprint Series 20, 5 September 2013

The most straightforward European single energy market design would entail a European system operator regulated by a single European regulator. This would ensure the predictable development of rules for the entire EU, significantly reducing regulatory uncertainty for electricity sector investments. But such a first-best market design is unlikely to be politically realistic in the European context for three reasons. First, the necessary changes compared to the current situation are substantial and would produce significant redistributive effects. Second, a European solution would deprive member states of the ability to manage their energy systems nationally. And third, a single European solution might fall short of being well-tailored to consumers’ preferences, which differ substantially across the EU. To nevertheless reap significant benefits from an integrated European electricity market, we propose the following blueprint: First, we suggest adding a European system-management layer to complement national operation centres and help them to better exchange information about the status of the system, expected changes and planned modifications. The ultimate aim should be to transfer the day-to-day responsibility for the safe and economic operation of the system to the European control centre. To further increase efficiency, electricity prices should be allowed to differ between all network points between and within countries. This would enable throughput of electricity through national and international lines to be safely increased without any major investments in infrastructure. Second, to ensure the consistency of national network plans and to ensure that they contribute to providing the infrastructure for a functioning single market, the role of the European ten year network development plan (TYNDP) needs to be upgraded by obliging national regulators to only approve projects planned at European level unless they can prove that deviations are beneficial. This boosted role of the TYNDP would need to be underpinned by resolving the issues of conflicting interests and information asymmetry. Therefore, the network planning process should be opened to all affected stakeholders (generators, network owners and operators, consumers, residents and others) and enable the European Agency for the Cooperation of Energy Regulators (ACER) to act as a welfare-maximising referee. An ultimate political decision by the European Parliament on the entire plan will open a negotiation process around selecting alternatives and agreeing compensation. This ensures that all stakeholders have an interest in guaranteeing a certain degree of balance of interest in the earlier stages. In fact, transparent planning, early stakeholder involvement and democratic legitimisation are well suited for minimising as much as possible local opposition to new lines. Third, sharing the cost of network investments in Europe is a critical issue. One reason is that so far even the most sophisticated models have been unable to identify the individual long-term net benefit in an uncertain environment. A workable compromise to finance new network investments would consist of three components: (i) all easily attributable cost should be levied on the responsible party; (ii) all network users that sit at nodes that are expected to receive more imports through a line extension should be obliged to pay a share of the line extension cost through their network charges; (iii) the rest of the cost is socialised to all consumers. Such a cost-distribution scheme will involve some intra-European redistribution from the well-developed countries (infrastructure-wise) to those that are catching up. However, such a scheme would perform this redistribution in a much more efficient way than the Connecting Europe Facility’s ad-hoc disbursements to politically chosen projects, because it would provide the infrastructure that is really needed.

Natural resources on the Russian continental shelf: Foreign investors sought... on Russian terms. OSW Commentary No. 76, 2012-05-09

In recent weeks, Rosneft, a Russian state-owned oil company, has signed co-operation agreements with three Western corporations: America’s ExxonMobil, Italy’s Eni, and Norway’s Statoil. In exchange for access to Russian oil fields on the continental shelf as minority shareholders, these Western investors will finance and carry out exploration there. They will also offer to Rosnieft technology transfer, staff exchange and the purchase of shares in their assets outside Russia (for example in the North Sea or in South America). Rosneft’s deals with Western energy companies prove that the Russian government is resuming the policy of a controlled opening-up of the Russian energy sectors to foreign investors which it initiated in 2006. So far, investors have been given access to the Russian electric energy sector and some onshore gas fields. The agreements which have been signed so far also allow them to work on the Russian continental shelf. This process is being closely supervised by the Russian government, which has enabled the Kremlin to maintain full control of this sector. The primary goal of this policy is to attract modern technologies and capital to Russia and to gain access to foreign assets since this will help Russian corporations to reinforce their positions in international markets. The signing of the above agreements does not guarantee that production will commence. These are a high-risk projects. It remains uncertain whether crude can be extracted from those fields and whether its development will be cost-effective. According to estimates, the Russian Arctic shelf holds approximately 113 billion tonnes of hydrocarbons. The development of these fields, including building any necessary infrastructure, may consume over US$500 billion within 30 years. Furthermore, the legal regulations currently in force in Russia do not guarantee that foreign investors will have a share in the output from these fields. Without foreign support, Russian companies are unlikely to cope with such technologically complicated and extremely expensive investments. In the most optimistic scenario, the oil production in the Russian Arctic may commence in fifteen to twenty years at the earliest.

Analysis of Lead-Acid batteries with a third-order dynamical model

Electrical energy storage is a really important issue nowadays. As electricity is not easy to be directly stored, it can be stored in other forms and converted back to electricity when needed. As a consequence, storage technologies for electricity can be classified by the form of storage, and in particular we focus on electrochemical energy storage systems, better known as electrochemical batteries. Largely the more widespread batteries are the Lead-Acid ones, in the two main types known as flooded and valve-regulated. Batteries need to be present in many important applications such as in renewable energy systems and in motor vehicles. Consequently, in order to simulate these complex electrical systems, reliable battery models are needed. Although there exist some models developed by experts of chemistry, they are too complex and not expressed in terms of electrical networks. Thus, they are not convenient for a practical use by electrical engineers, who need to interface these models with other electrical systems models, usually described by means of electrical circuits. There are many techniques available in literature by which a battery can be modeled. Starting from the Thevenin based electrical model, it can be adapted to be more reliable for Lead-Acid battery type, with the addition of a parasitic reaction branch and a parallel network. The third-order formulation of this model can be chosen, being a trustworthy general-purpose model, characterized by a good ratio between accuracy and complexity. Considering the equivalent circuit network, all the useful equations describing the battery model are discussed, and then implemented one by one in Matlab/Simulink. The model has been finally validated, and then used to simulate the battery behaviour in different typical conditions.

Regional economic impacts of nuclear power plants /

"BNL 50562."

Annual statistical report.

Title from cover.

Proceedings : AESOP Conference, volume 18 : April 18-20, 1978, Amarillo, Texas.

"CONF-770937. UC-13."

Solar thermal technology.

Issued in parts.

Intertie development and use : draft environmental impact statement /

"DOE/EIS - 0125."

Power flow based monetary flow method for electricity transmission and wheeling pricing

This paper proposes a transmission and wheeling pricing method based on the monetary flow tracing along power flow paths: the monetary flow-monetary path method. Active and reactive power flows are converted into monetary flows by using nodal prices. The method introduces a uniform measurement for transmission service usages by active and reactive powers. Because monetary flows are related to the nodal prices, the impacts of generators and loads on operation constraints and the interactive impacts between active and reactive powers can be considered. Total transmission service cost is separated into more practical line-related costs and system-wide cost, and can be flexibly distributed between generators and loads. The method is able to reconcile transmission service cost fairly and to optimize transmission system operation and development. The case study on the IEEE 30 bus test system shows that the proposed pricing method is effective in creating economic signals towards the efficient use and operation of the transmission system. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electricity market price spike forecast with data mining techniques

Electricity market price forecast is a changeling yet very important task for electricity market managers and participants. Due to the complexity and uncertainties in the power grid, electricity prices are highly volatile and normally carry with spikes. which may be (ens or even hundreds of times higher than the normal price. Such electricity spikes are very difficult to be predicted. So far. most of the research on electricity price forecast is based on the normal range electricity prices. This paper proposes a data mining based electricity price forecast framework, which can predict the normal price as well as the price spikes. The normal price can be, predicted by a previously proposed wavelet and neural network based forecast model, while the spikes are forecasted based on a data mining approach. This paper focuses on the spike prediction and explores the reasons for price spikes based on the measurement of a proposed composite supply-demand balance index (SDI) and relative demand index (RDI). These indices are able to reflect the relationship among electricity demand, electricity supply and electricity reserve capacity. The proposed model is based on a mining database including market clearing price, trading hour. electricity), demand, electricity supply and reserve. Bayesian classification and similarity searching techniques are used to mine the database to find out the internal relationships between electricity price spikes and these proposed. The mining results are used to form the price spike forecast model. This proposed model is able to generate forecasted price spike, level of spike and associated forecast confidence level. The model is tested with the Queensland electricity market data with promising results. Crown Copyright (C) 2004 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.