Redundancy and Observability Analysis of Conventional and PMU Measurements

This letter shows that the matrix can be used for redundancy and observability analysis of metering systems composed of PMU measurements and conventional measurements (power and voltage magnitude measurements). The matrix is obtained via triangular factorization of the Jacobian matrix. Observability analysis and restoration is carried out during the triangular factorization of the Jacobian matrix, and the redundancy analysis is made exploring the matrix structure. As a consequence, the matrix can be used for metering system planning considering conventional and PMU measurements. These features of the matrix will be outlined and illustrated by numerical examples.

On the use of Gram matrix in observability analysis

This letter presents some notes on the use of the Gram matrix in observability analysis. This matrix is constructed considering the rows of the measurement Jacobian matrix as vectors, and it can be employed in observability analysis and restoration methods. The determination of nonredundant pseudo-measurements (normally injections pseudo-measurements) for merging observable islands into an observable (single) system is carried out analyzing the pivots of the Gram matrix. The Gram matrix can also be used to verify local redundancy, which is important in measurement system planning. Some numerical examples` are used to illustrate these features. Others features of the Gram matrix are under study.

Harmonic Distortion State Estimation Using an Evolutionary Strategy

This paper presents a new methodology to estimate harmonic distortions in a power system, based on measurements of a limited number of given sites. The algorithm utilizes evolutionary strategies (ES), a development branch of evolutionary algorithms. The main advantage in using such a technique relies upon its modeling facilities as well as its potential to solve fairly complex problems. The problem-solving algorithm herein proposed makes use of data from various power-quality (PQ) meters, which can either be synchronized by high technology global positioning system devices or by using information from a fundamental frequency load flow. This second approach makes the overall PQ monitoring system much less costly. The algorithm is applied to an IEEE test network, for which sensitivity analysis is performed to determine how the parameters of the ES can be selected so that the algorithm performs in an effective way. Case studies show fairly promising results and the robustness of the proposed method.

Feasibility of Electronic Tap-Changing Stabilizers for Medium Voltage Lines-Precedents and New Configurations

Thyristor-based onload tap-changing ac voltage stabilizers are cheap and robust. They have replaced most mechanical tap-changers in low voltage applications from 300 VA to 300 M. Nevertheless, this replacement hardily applies to tap-changers associated to transformers feeding medium-voltage lines (typically 69 kV primary, 34.5 kV line, 10 MVA) which need periodical maintenance of contacts and oil. The Electric Power Research Institute (EPRI) has studied the feasibility of this replacement. It detected economical problems derived from the need for series association of thyristors to manage the high voltages involved, and from the current overload developed under line fault. The paper reviews the configurations used in that field and proposes new solutions, using a compensating transformer in the main circuit and multi-winding coils in the commutating circuit, with reduced overload effect and no series association of thyristors, drastically decreasing their number and rating. The stabilizer can be installed at any point of the line and the electronic circuit can be fixed to ground. Subsequent works study and synthesize several commutating circuits in detail.

A hybrid probabilistic criterion for market-based transmission expansion planning

Market-based transmission expansion planning gives information to investors on where is the most cost efficient place to invest and brings benefits to those who invest in this grid. However, both market issue and power system adequacy problems are system planers’ concern. In this paper, a hybrid probabilistic criterion of Expected Economical Loss (EEL) is proposed as an index to evaluate the systems’ overall expected economical losses during system operation in a competitive market. It stands on both investors’ and planner’s point of view and will further improves the traditional reliability cost. By applying EEL, it is possible for system planners to obtain a clear idea regarding the transmission network’s bottleneck and the amount of losses arises from this weak point. Sequentially, it enables planners to assess the worth of providing reliable services. Also, the EEL will contain valuable information for moneymen to undertake their investment. This index could truly reflect the random behaviors of power systems and uncertainties from electricity market. The performance of the EEL index is enhanced by applying Normalized Coefficient of Probability (NCP), so it can be utilized in large real power systems. A numerical example is carried out on IEEE Reliability Test System (RTS), which will show how the EEL can predict the current system bottleneck under future operational conditions and how to use EEL as one of planning objectives to determine future optimal plans. A well-known simulation method, Monte Carlo simulation, is employed to achieve the probabilistic characteristic of electricity market and Genetic Algorithms (GAs) is used as a multi-objective optimization tool.

Analysis of small signal stability margins using genetic optimization

Power system small signal stability analysis aims to explore different small signal stability conditions and controls, namely: (1) exploring the power system security domains and boundaries in the space of power system parameters of interest, including load flow feasibility, saddle node and Hopf bifurcation ones; (2) finding the maximum and minimum damping conditions; and (3) determining control actions to provide and increase small signal stability. These problems are presented in this paper as different modifications of a general optimization to a minimum/maximum, depending on the initial guesses of variables and numerical methods used. In the considered problems, all the extreme points are of interest. Additionally, there are difficulties with finding the derivatives of the objective functions with respect to parameters. Numerical computations of derivatives in traditional optimization procedures are time consuming. In this paper, we propose a new black-box genetic optimization technique for comprehensive small signal stability analysis, which can effectively cope with highly nonlinear objective functions with multiple minima and maxima, and derivatives that can not be expressed analytically. The optimization result can then be used to provide such important information such as system optimal control decision making, assessment of the maximum network's transmission capacity, etc. (C) 1998 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

FOOD, FUEL, FORESTS, AND THE PRICING OF ECOSYSTEM SERVICES

U.S. Department of Energy (DOE), Office of Science[DE-FG02-94ER61937]

An??lise da aloca????o de investimentos de empresas privadas e p??blicas no setor el??trico brasileiro

Este trabalho analisa a aloca????o de recursos de empresas p??blicas e privadas do setor el??trico brasileiro no per??odo de 1995-2005 e a contribui????o das estrat??gias de investimentos dessas empresas para o crescimento sustentado do setor. Para tanto, primeiramente, avalia-se a evolu????o da tarifa m??dia de energia frente aos diferentes ??ndices de pre??os da economia e seus poss??veis reflexos sobre o consumo de energia e sobre os resultados financeiros das empresas. Em seguida, analisa-se o comportamento dos investimentos realizados pelas empresas p??blicas e privadas no setor el??trico ao longo do per??odo observado, tomando como refer??ncia dois modelos de determina????o de investimento, em diferentes contextos. O trabalho aponta a necessidade de continuidade da participa????o da empresa p??blica no novo modelo regulat??rio do setor el??trico brasileiro, que desempenha papel importante no ajustamento da aloca????o de recursos, com vistas a promover o desenvolvimento sustentado do setor el??trico brasileiro.

A DC Voltage-Multiplier Circuit Working as a High-Voltage Pulse Generator

The intensive use of semiconductor devices enabled the development of a repetitive high-voltage pulse-generator topology from the dc voltage-multiplier (VM) concept. The proposed circuit is based on an odd VM-type circuit, where a number of dc capacitors share a common connection with different voltage ratings in each one, and the output voltage comes from a single capacitor. Standard VM rectifier and coupling diodes are used for charging the energy-storing capacitors, from an ac power supply, and two additional on/off semiconductors in each stage, to switch from the typical charging VM mode to a pulse mode with the dc energy-storing capacitors connected in series with the load. Results from a 2-kV experimental prototype with three stages, delivering a 10-mu s pulse with a 5-kHz repetition rate into a resistive load, are discussed. Additionally, the proposed circuit is compared against the solid-state Marx generator topology for the same peak input and output voltages.

(Virtual) Agents for running electricity markets

This paper describes a multi-agent based simulation (MABS) framework to construct an artificial electric power market populated with learning agents. The artificial market, named TEMMAS (The Electricity Market Multi-Agent Simulator), explores the integration of two design constructs: (i) the specification of the environmental physical market properties and (ii) the specification of the decision-making (deliberative) and reactive agents. TEMMAS is materialized in an experimental setup involving distinct power generator companies that operate in the market and search for the trading strategies that best exploit their generating units' resources. The experimental results show a coherent market behavior that emerges from the overall simulated environment.

Simulação interactiva do mercado de energia eléctrica

A área de comercialização de energia eléctrica conheceu uma profunda mudança após a liberalização do sector eléctrico, que levou à criação de algumas entidades, as quais gerem os mercados de electricidade europeus. Relativamente a Portugal e Espanha, durante esse processo de liberalização, deu-se também um acordo que os levou à criação de um mercado conjunto, um mercado Ibérico (MIBEL). Dentro deste mercado estão contemplados dois operadores, sendo que um deles representa o pólo Português (OMIP) e o outro representa o pólo Espanhol (OMEL). O OMIP contempla os mercados a prazo, ou futuros, normalmente apresenta contratos de energia comercializada com durabilidade de semanas, meses, trimestres, semestres ou mesmo anos. Diariamente estes contratos poderão vencer no OMEL, que engloba os mercados, diário e intradiário. Este, ao contrário do OMIP negoceia para o dia seguinte (mercado diário) ou para uma determinada altura do dia (mercado intra diário). O mercado diário será o exemplo usado para a criação do simulador interactivo do mercado de energia eléctrica. Este será composto por diversos utilizadores (jogadores), que através de uma plataforma HTML irão investir em centrais de energia eléctrica, negociar licitações e analisar o funcionamento e resultados deste mercado. Este jogo subdividir-se-á então em 3 fases: 1. Fase de investimento; 2. Fase de venda (licitações); 3. Fase de mercado. Na fase do investimento, o jogador terá a possibilidade de adquirir unidades de geração de energia eléctrica de seis tipos de tecnologia: 1. Central a Carvão; 2. Central de Ciclo Combinado; 3. Central Hídrica; 4. Central Eólica; 5. Central Solar; 6. Central Nuclear. Com o decorrer das jogadas o jogador poderá aumentar a sua capacidade de investimento, com a venda de energia, sendo o vencedor aquele que mais saldo tiver no fim do número de jogadas previamente definidos, ou aquele que mais depressa atingir o saldo definido como limite pelo administrador do jogo. A nível pedagógico este simulador é muito interessante pois para além de o utilizador ficar a conhecer as tecnologias em causa e as vantagens e desvantagens das centrais de energia renovável e das centrais a combustíveis fósseis, este ganha igualmente uma sensibilidade para questões de nível ambiental, tais como o aumento dos gases de estufa e o degelo resultante do aquecimento global provocado por esses gases. Para além do conhecimento adquirido na parte de energia eléctrica este jogo dará a conhecer ao utilizador o funcionamento do mercado da energia eléctrica, bem como as tácticas que este poderá usar a seu favor neste tipo de mercado.

Comportamento dinâmico da rede eléctrica da ilha de São Vicente em Cabo Verde: estabilidade de tensão

Neste trabalho é efectuado, não só o diagnóstico em regime permanente, mas também o estudo, simulação e análise do comportamento dinâmico da rede eléctrica da ilha de São Vicente em Cabo Verde. Os estudos de estabilidade transitória desempenham um importante papel, tanto no planeamento como na operação dos sistemas de potência. Tais estudos são realizados, em grande parte, através de simulação digital no domínio do tempo, utilizando integração numérica para resolver as equações não-lineares que modelam a dinâmica do sistema e dependem da existência de registos reais de perturbação (ex: osciloperturbografia). O objectivo do trabalho será também verificar a aplicabilidade dos requisitos técnicos que as unidades geradoras devem ter, no que concerne ao controlo de tensão, estabelecidos na futura regulamentação europeia desenvolvida pela ENTSO-E (European Network Transmission System Operator for Electricity). De entre os requisitos analisou-se a capacidade das máquinas existentes suportarem cavas de tensão decorrentes de curto-circuitos trifásicos simétricos, Fault Ride Through, no ponto de ligação à rede. Identificaram-se para o efeito os factores que influenciam a estabilidade desta rede, em regime perturbado nomeadamente: (i) duração do defeito, (ii) caracterização da carga, com e sem a presença do sistema de controlo de tensão (AVR) em unidades de geração síncronas. Na ausência de registos reais sobre o comportamento do sistema, conclui-se que este é sensível à elasticidade das cargas em particular do tipo potência constante, existindo risco de perda de estabilidade, neste caso, para defeitos superiores a 5ms sem AVR. A existência de AVR nesta rede afigura-se como indispensável para garantir estabilidade de tensão sendo contudo necessário proceder a uma correcta parametrização.

A gestão do risco associado à negociação de energia eléctrica através de contratos bilaterais e mercado spot

Num mercado de electricidade competitivo onde existe um ambiente de incerteza, as empresas de geração adoptam estratégias que visam a maximização do lucro, e a minimização do risco. Neste contexto, é de extrema importância para desenvolver uma estratégia adequada de gestão de risco ter em conta as diferentes opções de negociação de energia num mercado liberalizado, de forma a suportar a tomada de decisões na gestão de risco. O presente trabalho apresenta um modelo que avalia a melhor estratégia de um produtor de energia eléctrica que comercializa num mercado competitivo, onde existem dois mercados possíveis para a transacção de energia: o mercado organizado (bolsa) e o mercado de contratos bilaterais. O produtor tenta maximizar seus lucros e minimizar os riscos correspondentes, seleccionando o melhor equilíbrio entre os dois mercados possíveis (bolsa e bilateral). O mercado de contratos bilaterais visa gerir adequadamente os riscos inerentes à operação de mercados no curto prazo (mercado organizado) e dar o vendedor / comprador uma capacidade real de escolher o fornecedor com que quer negociar. O modelo apresentado neste trabalho faz uma caracterização explícita do risco no que diz respeito ao agente de mercado na questão da sua atitude face ao risco, medido pelo Value at Risk (VaR), descrito neste trabalho por Lucro-em-Risco (PAR). O preço e os factores de risco de volume são caracterizados por um valor médio e um desvio padrão, e são modelizados por distribuições normais. Os resultados numéricos são obtidos utilizando a simulação de Monte Carlo implementado em Matlab, e que é aplicado a um produtor que mantém uma carteira diversificada de tecnologias de geração, para um horizonte temporal de um ano. Esta dissertação está organizada da seguinte forma: o capítulo 1, 2 e 3 descrevem o estado-da-arte relacionado com a gestão de risco na comercialização de energia eléctrica. O capítulo 4 descreve o modelo desenvolvido e implementado, onde é também apresentado um estudo de caso com uma aplicação do modelo para avaliar o risco de negociação de um produtor. No capítulo 5 são apresentadas as principais conclusões.

Definition of MV Load Diagrams via Weighted Evidence Accumulation Clustering using Subsampling

A definition of medium voltage (MV) load diagrams was made, based on the data base knowledge discovery process. Clustering techniques were used as support for the agents of the electric power retail markets to obtain specific knowledge of their customers’ consumption habits. Each customer class resulting from the clustering operation is represented by its load diagram. The Two-step clustering algorithm and the WEACS approach based on evidence accumulation (EAC) were applied to an electricity consumption data from a utility client’s database in order to form the customer’s classes and to find a set of representative consumption patterns. The WEACS approach is a clustering ensemble combination approach that uses subsampling and that weights differently the partitions in the co-association matrix. As a complementary step to the WEACS approach, all the final data partitions produced by the different variations of the method are combined and the Ward Link algorithm is used to obtain the final data partition. Experiment results showed that WEACS approach led to better accuracy than many other clustering approaches. In this paper the WEACS approach separates better the customer’s population than Two-step clustering algorithm.

Data mining contributions to characterize MV consumers and to improve the suppliers-consumers settlements

This paper deals with the establishment of a characterization methodology of electric power profiles of medium voltage (MV) consumers. The characterization is supported on the data base knowledge discovery process (KDD). Data Mining techniques are used with the purpose of obtaining typical load profiles of MV customers and specific knowledge of their customers’ consumption habits. In order to form the different customers’ classes and to find a set of representative consumption patterns, a hierarchical clustering algorithm and a clustering ensemble combination approach (WEACS) are used. Taking into account the typical consumption profile of the class to which the customers belong, new tariff options were defined and new energy coefficients prices were proposed. Finally, and with the results obtained, the consequences that these will have in the interaction between customer and electric power suppliers are analyzed.