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Com o advento da tecnologia eletroeletrônica, as indústrias têm investido em sistemas e em equipamentos visando o aumento de produtividade e da qualidade de seus produtos. Ao mesmo tempo, pesquisadores indicam que, atrelado ao seu uso os equipamentos e sistemas trazem grande sensibilidade em sua operação na qual impacta na continuidade produtiva gerando perdas econômicas significativas às empresas como principalmente às do ramo industrial. As variações de tensão de curta duração (VTCDs), principalmente quando da ocorrência de afundamentos momentâneos de tensão (AMTs), trazem consequências muito graves para as unidades consumidoras (UCs), sobretudo, para aquelas unidades industriais com cargas sensíveis. Torna-se, portanto, imprescindível que os estudos sobre custos de interrupção em processos industriais devido às VTCDs comecem a ser priorizados pelas concessionárias de energia elétrica e por pesquisadores, de maneira que os resultados venham a contribuir para a melhoria da imagem e da relação entre concessionária e seus clientes, bem como para a sociedade acadêmica, técnicos e agentes do setor elétrico. O objetivo deste trabalho é apresentar os resultados de uma metodologia para obter os custos de paradas industriais devido aos AMTs. Trata-se de uma pesquisa direta, através de um questionário junto às UCs, composta por diversas indústrias supridas por redes de média tensão de concessão da EDP – Energias de Portugal. Inicialmente foram selecionadas 70 indústrias, das quais 60 delas foram escolhidas pela própria EDP. Deste total, 33 aceitaram participar da pesquisa. Elas estão classificadas em 12 tipos diferentes de atividades, permitindo assim uma avaliação de custos por evento e por demanda instalada. A pesquisa foi fomentada por um projeto de P&D ANEEL pela EDP, abrangendo indústrias da região sudeste (São Paulo e Espírito Santo) e seus resultados são muito coerentes em relação às poucas estimativas que podem ser encontradas na literatura, embora estas estejam relacionadas a desligamentos em maneira geral. Para coroar o trabalho, os custos encontrados foram utilizados para se ter uma avaliação mais ampla a partir de medições existentes na EDP, considerando desligamentos que aconteceram em 61 barras de subestações nos estados do ES e de SP. Por fim, cabe comentar que esta pesquisa trouxe uma contribuição técnica relevante para o setor elétrico brasileiro, ajudando a preencher lacunas existentes na literatura nacional quando o assunto tenta ser abordado. With the advent of electro-electronic technology, the industries have invested in systems and equipment in order to increase productivity and quality of their products. At the same time, researchers indicate that, linked to their use the equipment and systems bring great sensitivity in their operation which impacts on production continuity, generating significant economic losses for companies, especially those in the industrial sector. Short-term voltage variations, mainly when there are momentary voltage sags bring very serious consequences for consumer units, especially for those industrial units with sensitive loads. It is, therefore, essential that studies on costs of interruption in industrial processes due to voltage sags begin to be prioritized by electric energy concessionaires and researchers, so that the results start contributing to the improvement of the image and relationship between the concessionaire and its customers, as well as for the academic society, technicians and agents of the electric sector. The objective of this work is to present the results of a methodology to obtain the costs of industrial stoppages due to momentary voltage sags. This is a direct survey, through a questionnaire with the consumer units, composed of several industries supplied by medium voltage networks granted by EDP – Energias de Portugal. Initially, 70 industries were selected, of which 60 were chosen by EDP itself. Of this total, 33 agreed to participate in the research. They are classified into 12 different types of activities, thus allowing an assessment of costs per event and per installed demand. The research was supported by an ANEEL R&D project by EDP, covering industries from the southeast region (São Paulo and Espírito Santo) and its results were very coherent compared to the few estimations that may be found in the literature, although these are related to shutdowns in general. Crowning the work, the costs found were used in order to have a broader evaluation (annual costs) from existing measurements at EDP, considering shutdowns that happened in 61 substations’ busbars in the states of ES and SP. Finally, it is worth mentioning that this research brought a relevant technical contribution to the Brazilian electricity sector, helping to fill gaps in the national literature when this subject tries to be addressed.

Agência 1 O advento tecnológico proporcionou a ascensão da coleta de dados em empresas, governos e diversos segmentos industriais. Nesse aspecto, técnicas que buscam realizar agrupamentos e discriminação de conglomerados são amplamente empregadas em dados que apresentam múltiplas variáveis, trazendo a necessidade de se utilizar ferramentas específicas, que contemplem a estrutura de variância-covariância existente. Com base nisso, esse trabalho apresenta uma proposta para aprimorar o poder discriminatório de regiões de confiança na formação e estimação de agrupamentos ótimos, utilizando técnicas multivariadas e experimentais para extrair informações de maneira otimizada em conjuntos de dados correlacionados. Como método multivariado exploratório, utilizou-se a análise fatorial, calibrando a rotação de cargas fatoriais através do arranjo de misturas e, em seguida, aglutinando as funções de variância total explicada pelo erro quadrático médio. A otimização dessa etapa é realizada através do algoritmo de programação quadrática sequencial. Conhecendo os escores ótimos, um arranjo fatorial multinível é formado para contemplar todas as combinações dos métodos de ligação e os tipos de análise, buscando encontrar a combinação de parâmetros que apresente a menor variabilidade e que, consequentemente, gere elipses de confiança com melhor discriminação entre os grupos. Uma estratégia para analisar os níveis de concordância e a existência de inversões na formação de clusters é proposta utilizando os indicadores de Kappa e Kendall. Motivado pela necessidade de estratégias para classificar subestações diante de fenômenos de afundamento de tensão, que causam quedas na distribuição de energia elétrica, o método foi aplicado em um conjunto de dados reais, representando os índices de qualidade de energia elétrica de subestações localizadas no sudeste do Brasil. Foram encontrados valores ótimos na rotação das cargas fatoriais e definiu-se a parametrização “Ward e análise de covariância” como as estratégias ideais para criar os clusters nesse conjunto de dados. Assim, gerou-se conglomerados de baixa variabilidade e elipses de confiança precisas para estimar os padrões de afundamentos de tensão, promovendo um melhor poder discriminatório na classificação dos clusters através das regiões de confiança. A análise confirmatória inferiu que o método de ligação “Ward” se mostrou o mais robusto para esse conjunto, mesmo sob influência de perturbações no conjunto original. The technological advent provided the rise of data collection in companies, governments and various industrial segments. In this respect, techniques that seek to perform groupings and discrimination of clusters are widely used in datasets with multiple variables, bringing the need to use specific tools, which contemplate the existing variance-covariance structure. Based on this, this work presents a proposal to improve the discriminatory power of confidence regions in the formation and estimation of optimal clusters, using multivariate and experimental techniques to extract information in an optimized way in correlated datasets. Factor analysis was used as the exploratory multivariate method, tuning the rotation for factor loads through the mixture design, and agglutinating the total variance explained functions by the mean square error afterwards. The optimization of this step is performed through the sequential quadratic programming algorithm. Knowing the optimal scores, a multilevel factorial design is formed to contemplate all combinations of the linkage methods and the types of analysis, seeking to find the parameter that presents the least variability, generating confidence ellipses with better discrimination between groups. A strategy to analyze the levels of agreement and the inversions existence in the formation of clusters is proposed using the Kappa and Kendall indicators. Motivated by the need for strategies to classify substations in the face of voltage sag phenomena, which cause faults in the distribution of electricity, the method was applied to a set of real data, representing the power quality indexes of substations located in southeastern Brazil. Optimum values were found in the factor loads rotation and the parameterization “Wardanalysis of covariance” was defined as the ideal strategies to create the clusters in this dataset. Thus, low variability clusters and precise confidence ellipses were generated to estimate the voltage sag patterns, promoting a better discriminatory power in the clusters’ classification through the regions of confidence. The confirmatory analysis inferred that the “Ward” linkage proved to be the most robust method for this dataset, even under the influence of disturbances in the original data.

As variações de tensão de curta duração (VTCDs) são eventos que afetam a qualidade da energia elétrica e que podem causar grandes prejuízos financeiros aos consumidores industriais que possuem cargas sensíveis a este distúrbio, além de prejudicar a segurança e a confiabilidade dos processos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), reconhecendo a importância do assunto, estabeleceu por meio dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) o indicador Fator de Impacto para quantificar o desempenho dos barramentos de um sistema de distribuição sob o ponto de vista das VTCDs. Todavia, o fator de impacto base proposto na regulamentação é único, não considerando as diferenças que os sistemas de distribuição possuem com relação aos potenciais causadores do evento. Neste contexto, esta tese apresenta uma metodologia para o estabelecimento de fatores de impacto base distintos para cada sistema de distribuição. O trabalho é focado em determinar quais variáveis melhor descrevem o distúrbio e, a partir destas, estabelecer agrupamentos que permitam uma definição de fatores de impacto base mais adequados, considerando as especificidades dos sistemas de distribuição. Para testar a metodologia proposta, utilizaram-se dados reais de uma concessionária do sistema elétrico brasileiro. Foram monitoradas, por meio de medidores de qualidade da energia elétrica, dezenove barras de média tensão em subestações de distribuição. A metodologia apresentada é genérica e pode ser aplicada em qualquer sistema de distribuição do Brasil, ou até mesmo de outros países que venham a adotar indicador semelhante ao Fator de Impacto. Os resultados obtidos no estudo de caso mostraram que, com as variáveis selecionadas e com os agrupamentos formados, é possível estabelecer fatores de impacto base distintos para cada sistema de distribuição, que levam em consideração o desempenho dos sistemas semelhantes. A aplicação da metodologia traz benefícios para o setor elétrico, principalmente para os consumidores que possuem cargas sensíveis as variações de tensão de curta duração, uma vez que estabelece fatores de impacto base que incentivam a melhora da qualidade da energia elétrica. Short-term voltage variations (STVVs) are events that affect the power quality and can cause great financial losses to industrial consumers who have loads sensitive to this disturbance, in addition to impairing the safety and reliability of processes. ANEEL, recognizing the importance of the matter, established through PRODIST the Impact Factor index to quantify the performance of the buses of a distribution system from the point of view of the STVVs. However, the base impact factor proposed in the regulation is unique, not considering the differences that the distribution systems have in relation to the potential cause of the event. In this context, this thesis presents a methodology for establishing different base impact factors for each distribution system. The work is focused on determining which variables best describe the disturbance and from these, establish clusters that allow a definition of more suitable base impact factors, considering the specificities of the distribution systems. To test the proposed methodology, real data from a concessionaire of the Brazilian electrical system was used. Nineteen substation bars were monitored through power quality meters. The methodology presented is generic and can be applied in any distribution system in Brazil, or even in other countries that may adopt an index similar to the impact factor. The results obtained in the case study showed that with the selected variables and the formed groups, it was possible to establish different base impact factors for each distribution system, which take into account the performance of similar systems. The application of the methodology brings benefits to the electricity sector, especially for consumers who have loads that are sensitive to short-term voltage variations, since it establishes basic impact factors that promote the improvement of the power quality.

Esta pesquisa apresenta uma proposta de metodologia para alocação de monitores, também chamados neste trabalho de Qualímetros, e de estimação de afundamentos de tensão em sistemas de distribuição. A localização dos monitores objetiva realizar o registro de ocorrências de afundamentos a partir de um número limitado de monitores e realizar a estimação da magnitude das tensões, durante os eventos, nos locais não monitorados. Os resultados dos valores estimados de magnitude de tensão são utilizados para calcular o indicador Fator de Impacto, estabelecido pela ANEEL para quantificar os distúrbios de afundamento de tensão nos sistemas de distribuição de energia. A metodologia baseia-se na simulação de faltas, onde a localização de monitores visa garantir a observabilidade de afundamentos causados por curtos-circuitos brandos para permitir o registro de afundamentos de tensão gerados por faltas com condições iguais ou mais severas de curto-circuito. Para a estimação dos afundamentos em todos os nós do sistema é utilizado um banco de dados de afundamentos de tensão onde é encontrado o cenário que melhor aproxima os estados dos nós monitorados para atribuir valores de estados para aos outros nós. A metodologia proposta foi aplicada aos sistemas testes IEEE 34 e 123 nós, os resultados para estes estudos de caso mostram que o metodologia proposta é capaz de registrar e estimar os eventos de afundamentos de tensão e calcular o Fator de Impacto dos nós não monitorados com um baixo grau de erro. This research presents a methodology for monitors allocation and voltage sags estimation in distribution systems. The location of the monitors aims to record all occurrences of sags from an limited number of monitors and to estimate the magnitude of the voltages, during the events, in the unmonitored locations. The results of the estimated voltage magnitude values are used to quantify voltage sags disturbances in power distribution systems in unmonitored locations. The methodology is based in fault’s simulations, considering the case of less severe short circuit to allow the recording of all sags generated by faults with equal or more severe short circuit conditions. To estimate the sags on unmonitored nodes in the system, a database of voltage sags is used to found in the scenario that best approximates the states of the monitored nodes to assign states values to another nodes. The proposed methodology was applied to IEEE test feeders 34 and 123 node test systems, the results for these cases of study show that the proposed methodology is capable of recording and estimated all voltage sags events on unmonitored nodes with small errors.

Real-time detection of the voltage sag sources' relative location requires fast and accurate methods. Therefore, in this paper, the transient period of voltage sags is used with useful detection information, which is not considered in the literature. In this context, this work firstly analyses the main positive-sequence phasor-based (PB) and instantaneous-based (IB) methods within both transient and steady-state periods of voltage sags caused by network faults and transformer energizing. Secondly, new methods are proposed using five different modifiers, applied in the transient period of voltage sags, i.e., half and one cycle time windows, to achieve a faster and more accurate response. These modifiers use the PB/IB criteria obtained from the existing methods, such as power, impedance, and current, and are applied as: The mean of the criterion changes, the first largest peak (FLP) on the criterion changes, the mean of the zero-mean criteria during a sag, the FLP of the zero-mean criteria during a sag, and the Trend (slope) of criteria's trajectories versus time. Voltage sag source detection methods are evaluated by applying 1992 simulated voltage sag events in a Brazilian regional power network. The results reveal that the proposed modifiers, used in the new methods, improve the ineffective existing methods by taking half/one cycle within a transient period of voltage sags. The modifiers also show an accuracy equal to other existing enhanced methods due to employing them within the transient period, thus evidencing their appropriateness. Correspondingly, a selection is made amongst the new modified methods in order to choose the most accurate time window (half or one cycle) for the methods. The selected modified methods are also tested by applying field measurements in a Slovenian power network to confirm their effectiveness in the transient short periods. According to a recommendation of the fastest and most accurate new methods in this study, an important application can be using the recommended methods as the directional function in the relays, along with an accurate voltage sag/fault inception time detection algorithm in real-time.

Submitted by Christielly Fernandes da Costa (christielly.fernandes@unesp.br) on 2020-06-22T21:19:01Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Boneco Final_imprimir.pdf: 6296268 bytes, checksum: 01c333a27005476bfa91054f7f5ae90d (MD5) Approved for entry into archive by Celia Silva Cruz Morales (celia.morales@unesp.br) on 2020-06-23T12:04:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 costa_cf_me_bauru.pdf: 6296268 bytes, checksum: 01c333a27005476bfa91054f7f5ae90d (MD5) Made available in DSpace on 2020-06-23T12:04:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 costa_cf_me_bauru.pdf: 6296268 bytes, checksum: 01c333a27005476bfa91054f7f5ae90d (MD5) Previous issue date: 2020-06-01 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nos últimos anos, questões relacionadas ao meio ambiente, principalmente, ao uso de combustíveis fósseis e à emissão de gases poluentes na atmosfera, ganharam grande destaque internacional. Com os avanços da comunidade científica e o aumento no preço do petróleo no começo da década de 1970, o uso de fontes renováveis, não poluentes e limpas teve grande investimento por parte de diversos países. Nesse contexto, a geração eólica vem se destacando como uma das mais promissoras, especialmente devido a sua viabilidade econômica e ao seu rápido desenvolvimento tecnológico. Entre as diferentes topologias utilizadas nos sistemas de geração eólica, destaca-se a configuração elaborada para operação em velocidade variável, que emprega o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG), associado ao conversor eletrônico back-to-back para controle de sua operação. Como principais vantagens da utilização do DFIG, destacam-se sua maior eficiência na conversão de energia, menor estresse mecânico do rotor, controle independente de potência ativa e reativa limitada a valores típicos de 30% da potência nominal. Por outro, sabe-se que, durante a ocorrência de um distúrbio, as correntes do rotor podem atingir altas magnitudes e causar danos ao conversor. Além disso, sobretensões no capacitor do elo CC ocorrem devido à perda de capacidade de transferência de energia do conversor do lado da rede. Entretanto, os aerogeradores podem ser requisitados a permanecerem em funcionamento mesmo durante uma falta, além de contribuírem para o restabelecimento dos níveis de tensão do sistema elétrico, característica conhecida como Low Voltage Ride Through (LVRT). Dessa maneira, este trabalho acadêmico apresenta um estudo da capacidade do LVRT durante curtos-circuitos simétrico e assimétricos, usando MATLAB/Simulink®. Além disso, propõe um modelo de divisor de tensão para separar as componentes de queda de tensão positiva e negativa com resultados de simulação do desempenho do gerador durante os distúrbios. Por fim, apresenta uma revisão bibliográfica de diversas soluções em hardware para o aprimoramento da capacidade LVRT, que têm como finalidade proteger os circuitos eletrônicos contra sobrecorrentes e sobretensões, e, em alguns casos, injetar potência reativa na rede. In the last years, issues related to the environment, especially the use of fossil fuels and the emission of polluting gases into the atmosphere, have gained great international prominence. With the advances of scientific community and the increase of the oil price in the beginning of the 1970s, the use of renewable, non-polluting and clean sources had a great investment by several countries. In this context, wind generation has stood out as one of the most promising, especially due to its economic viability and its fast technological development. Among the different topologies used in wind generation systems, the configuration developed for operation at variable speed is highlighted, which employs the doubly-fed induction generator (DFIG) associated with back-to-back electronic converter to control its operation. The main advantages of using DFIG include its greater efficiency in energy conversion, less mechanical rotor stress, independent control of active and reactive power limited to typical values of 30% of the rated power. On the other hand, it is known that, during the occurrence of a disturbance, such as an electrical fault, the rotor currents can reach high magnitudes in order to damage the rotor side converter. In addition, overvoltages in the DC link capacitor occur due to the loss of power transfer capacity on grid side converter. However, wind turbines may be required to main in operation even during a fault, in addition to contributing the restoration of voltage levels in the electrical system, a feature known as Low Voltage Ride Through (LVRT). In this way, this academic paper presents a study of LVRT capacity during symmetrical and asymmetrical short-circuits, using MATLAB/Simulink®. In addition, it proposes a voltage divider model to separate positive and negative voltage sag components, showing results of simulation of generator’s performance during the disturbances. Finally, it presents a bibliographic review of several hardware solutions to improve LVRT capacity, which aim to protect electronic circuits against overcurrents and overvoltages, plus, in some cases, inject reactive power into the network. CAPES - DS: 01/06/2018

No presente trabalho são avaliados os requisitos LVRT (Low Voltage Ride Through) e o comportamento dinâmico de parques eólicos mistos PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator)/DFIG (Double-Fed Induction Generator ) frente a afundamentos de tensão oriundos de faltas no sistema elétrico de potência. Trabalhos anteriores na literatura aplicaram afundamentos de tensão diretamente nos terminais das turbinas eólicas, o que significa que a propagação da transmissão para o nível de baixa tensão não foi considerada. Este trabalho tem como objetivo mostrar a operação esperada de uma usina eólica quando submetida a afundamentos de tensão causados por faltas no nível da transmissão, ou seja, considerando a propagação. A propagação dos afundamentos de tensão e a comparação dos mesmos e realizada de acordo com os requisitos de suportabilidade estabelecidos pelo submódulo 3.6 do PRODIST. Este requisito e definido por uma curva de magnitude e duração conhecida mundialmente por LVRT. Modelos equivalentes de um sistema de transmissão e um parque eólico foram usados para gerar cinco tipos de faltas e para acessar o comportamento do parque eólico durante esses eventos. Para este estudo foi utilizado o programa MATLAB R /Simulink para o desenvolvimento dos códigos e modelo equivalente do parque eólico. As análises obtidas com a aplicação desta metodologia permitiram determinar o impacto dos afundamentos de tensão nos terminais das turbinas e analisar o comportamento dinâmico dos modelos agregados das turbinas eólicas. Além disso, era possível realizar o levantamento das faixas de sobretensões e sobrecorrentes nos conversores de ambos aerogeradores, assim como o levantamento da area de vulnerabilidade do SEP em relação a mínima potência injetada na rede durante um afundamento. Os resultados mostraram uma leve superioridade do PMSG em fornecer energia durante afundamentos de tensão, tendo menos faltas com valores de potência injetada durante o afundamento abaixo de 0,6 p.u. O comportamento que leva a maior vulnerabilidade no DFIG está relacionado às sobrecorrentes que podem surgir no conversores MSC e GSC, enquanto para o PMSG, a característica de maior vulnerabilidade está relacionada as sobretensões no link DC, que controla o fluxo de potência entre os conversores. As faltas simétricas foram as que causaram afundamentos de tensão mais severos, enquanto as monofásicas foram as que menos impactaram no desempenho do parque eólico. O requisito LVRT foi atendido em aproximadamente 96% dos afundamentos simulados, ou seja, o parque permaneceria em operação na ocorrência destes eventos. Apenas 4% dos casos desligariam o parque. In the present work, the requirements LVRT (Low Voltage Ride Through) and the dynamic behavior of mixed wind farms PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator) / DFIG (Double-Fed Induction Generator) are evaluated in the face of voltage sags, caused by faults in the electrical power system. Previous works in the literature applied voltage dips directly to the wind turbine terminals, which means that the transmission spread to the low voltage level was not considered. This work aims to show the expected operation of a wind farm when subjected to voltage sags caused by faults in the transmission level, that is, considering the propagation. The propagation of voltage sags and their comparison is performed according to the supportability requirements established by PRODIST's sub-module 3.6. This requirement is de ned by a magnitude and duration curve known worldwide as LVRT. Equivalent models of a transmission system and a wind farm were used to generate ve types of faults and to simulate the behavior of the wind farm during these events. The MATLAB R /Simulink program was used for this study to develop the codes and equivalent model of the wind farm. The analyzes obtained with the application of such methodology allowed to determine the impact of the voltage sags in the turbine terminals and to analyze the dynamic behavior of the aggregated models of the wind turbines. Besides, it was possible to carry out the survey of the ranges of overvoltages and overcurrents in the converters of both wind turbines, as well as the survey of the SEP's area of vulnerability in relation to the minimum power injected into the network during a sinking. The results showed a slight superiority of the PMSG in supplying energy during voltage dips, with fewer faults with injected power values during sinking below 0.6 p.u. The behavior that leads to the greatest vulnerability in DFIG is related to the overcurrents that can arise in the MSC and GSC converters, while for the PMSG, the characteristic of greater vulnerability is related to the overvoltages in the DC link, which controls the power ow between the converters. Symmetrical faults were the ones that caused the most severe voltage sags, while single-phase faults were the ones that had the least impact on the performance of the wind farm. The LVRT requirement was met in approximately 96% of the simulated sags, i.e., the park would remain in operation in face of those events. Only 4% of cases would shut down the park.

Resumen Este artículo propone una metodología para el análisis de calidad de potencia en instalaciones eléctricas industriales. Inicialmente se realiza una medición multipunto, después se identifican y analizan los fenómenos que más afectan a la industria, luego se modela y ajusta el sistema al comportamiento real, y se proponen y simulan algunas soluciones. Posteriormente, se selecciona un caso de estudio y se realiza el estudio de calidad de potencia a partir de la metodología propuesta y según los parámetros de la norma NTC 5001. Finalmente, se establecen las ventajas del uso de la medición multipunto y el modelado en estudios de calidad de potencia. Abstract This paper proposes a methodology for the analysis of power quality in industrial electrical installations. Initially, a multipoint measurement is performed, then the phenomena that most affect the industry are identified and analyzed, then the system is modelled and adjusted to the real behavior, and some solutions are proposed and simulated. Subsequently, a case study is selected and the power quality study is carried out on the basis of the proposed methodology and according to the parameters of the NTC 5001 standard. Finally, the advantages of using multipoint measurement and modeling in power quality studies are established. Resumo Este artigo propõe uma metodologia para a análise de qualidade de potência em instalações elétricas industriais. Inicialmente, realiza-se uma medição multiponto; logo, são identificados e analisados os fenómenos que mais afetam a indústria; em seguida, o sistema é modelado e ajustado ao comportamento real, e algumas soluções são propostas e simuladas. Posteriormente, seleciona-se um caso de estudo e realiza-se o estudo de qualidade de potência a partir da metodologia proposta e segundo os parâmetros da norma NTC 5001. Finalmente, estabelecem-se as vantagens do uso da medição multiponto e o modelado em estudos de qualidade de potência.

The present work deals with a comparative analysis of IEEE 1564 standardization and Module 8 of Distribution Procedures of the Brazilian Agency of Electrical Regulation, within the scope of voltage sags. For such comparison, a case study of monitoring is performed on an industrial consumer sensitive to the disturbance during 24 months. Additionally, since the main causes of the voltage sags are the electrical faults of the system to which the industry is inserted, the relations between both events are analyzed. From the simultaneity of these contingencies, a unique set of data was obtained through MATLAB R , which allowed the clustering of variables with K-means algorithm through WEKA software. Simultaneous events were also convenient for the validation of a simulation model in ANAFAS software. The results obtained with the application of such methodology allowed to know the impact of the events, to analyze the vulnerability area, to propose mitigations in the power system under study, as well as to validate a simulation model of sags with relative error less than 10 % to more than 70 % of cases.

Sendo as interrupções, os afundamentos de tensão e as sobretensões distúrbios de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) com potencial de grande impacto econômico, estudos que procuram alternativas de mitigação de seus efeitos ou prevenção de sua ocorrência têm sido amplamente realizados nas últimas décadas. Uma das metodologias de avaliação de sua ocorrência é realizada pela predição, que geralmente se concentra em simulações de faltas em parcelas de sistemas elétricos de potência. Nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), encontra-se a denominação geral de Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD) para estes três tipos de distúrbios, os quais podem ser classificados tanto por sua magnitude quanto por sua duração. Nesse contexto, este trabalho avalia pela predição a influência exercida pela conexão e o aterramento do neutro de transformadores trifásicos nas quantidades de VTCD, especialmente de afundamentos de tensão, e no valor do índice Fator de Impacto (FI) do PRODIST, que são observados em um nó com conexão a um consumidor industrial Realizam-se estudos de caso sobre um sistema de potência simulado no software Alternative Transients Program (ATP), o qual possui dois transformadores em sua rede: um transformador da subestação e outro na entrada do nó do consumidor industrial. Consideram-se duas conexões possíveis para o transformador de entrada, e aplica-se uma resistência de aterramento para o neutro de ambos os transformadores em cada caso, alteram-se o seu valor. Verificam-se as tensões no nó do consumidor industrial de duas formas diferentes: tensões fase-terra e tensões fase-fase. Observa-se, assim, que há diferenças para estas quantidades e para o valor do FI devidas à forma de conexão do transformador de entrada, valor da resistência de aterramento de neutro de ambos os transformadores e formas de verificação das tensões. Since interruptions, voltage sags and overvoltages are Power Quality (PQ) disturbances with great economic impact potential, studies that seek alternatives to mitigate its effects or to prevent its occurrence have been done widely in the last decades. One of the methodologies to assess its occurrence is performed by prediction, which usually focuses on power systems fault simulations. In the Brazilian norm of PQ, there is the general designation short duration voltage variation (VTCD) for these three types of disturbances, which are classified both in terms of magnitude and duration. In this context, this work assess by the prediction the influence of three-phase transformers winding connection and neutral grounding in the quantities of VTCD, especially voltage sags, and in the index value Impact Factor (FI) of the Brazilian regulation standard, which are observed in a node with connection to an industrial consumer. The case studies are performed on a simulated power system in the Alternative Transients Program (ATP), which has two transformers in its network: one substation transformer and another at entrance of the industrial consumer node. Two possible winding connections are considered for the entrance transformer, and a ground resistance is applied to the neutral of both transformers in each case, being changed their value. Voltages in the industrial consumer node are verified by two different ways: phase-to-ground voltages and phase-to-phase voltages. It is observed that there are differences for these quantities and for the value of the FI due to the winding connection of the entrance transformer, the value of the neutral ground resistance of both transformers and the ways of voltage verification.

O Afundamento Momentâneo de Tensão, apesar de ser um fenômeno de curta duração, é um dos problemas mais comuns de degradação da Qualidade de Energia Elétrica no setor industrial, podendo causar interrupção do fluxo produtivo, refugos e atrasos. São caracterizados como uma redução nos valores de tensão (rms) para valores entre 0,1 a 0,9 pu (tensão residual), com duração entre 1 ciclo a 3 minutos. Como o afundamento ocorre em um ambiente industrial, muitos tipos de cargas são sensíveis aos afundamentos. O tipo de afundamento: monofásico, bifásico ou trifásico, tanto quanto a sua magnitude e tempo de duração, determinam as cargas suscetíveis aos afundamentos. Sendo assim, há necessidade de conhecer o perfil de ocorrência dos afundamentos para determinar a melhor solução de mitigação destes eventos. Esse trabalho apresenta o resultado de uma análise de 16 meses de monitoramento no Laboratório Tesla da UFMG, com o objetivo de fazer a caracterização desses afundamentos no período de setembro de 2015 a dezembro de 2016 The momentary voltage sags, despite being a short-lived phenomenon, is one of the most usual problems of the degradation of Electrical Energy Quality in the industrial sector. It can cause interruption of the productive flow, generating losses of the items in the manufacturing process, as it rejects and delays it. Sags are characterized with a reduction in voltage values (rms) for values between 0.1 to 0.9 pu (residual voltage), lasting between 1 cycle and 3 minutes. Considering that the sags occur in an industrial environment, many types of loads are sensitive to them. The single-phase type, two-phase or three-phase sags, as well as their magnitude and duration determine the loads susceptibility. Besides that, it is also necessary to know the occurrence profile of the events to define the most appropriate mitigation solution for these sags. This works presents the results of 16 months monitoring analysis at the Tesla Laboratory of the UFMG, in order to know the characterizing of the sags, in the period from September/2015 to December/2016

Os afundamentos de tensão são distúrbios que afetam grandemente a qualidade da energia fornecida aos consumidores, se mostrando especialmente danosos para os consumidores industriais que dependem de tensões em níveis adequados para a continuidade de seus processos de fabricação. O desempenho das redes elétricas frente aos afundamentos de tensão é usualmente mensurado através de indicadores, que dentre outros propósitos, fornecem as informações necessárias ao planejamento de ações voltadas à mitigação dos efeitos dos afundamentos de tensão causados por faltas. Em geral, as regiões da rede vulneráveis a este tipo de distúrbio são identificadas através de medições em pontos de interesse ao longo da rede. No entanto, esta abordagem se mostra restritiva, pois abrange áreas pontuais e intervalos de tempo pouco representativos. Neste contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para estimar os indicadores de afundamentos de tensão, utilizando medições em um único terminal da rede. A técnica é baseada na determinação da localização das faltas para estimar as magnitudes dos afundamentos em todos os nós da rede. Estas informações são utilizadas para caracterizar o desempenho dos sistemas de distribuição em relação aos afundamentos de tensão que ocorrem em um dado período de estudo. A validação da metodologia foi efetuada a partir de simulações de faltas nos sistemas testes IEEE 13 nós e 34 nós. Os testes incluem a análise da sensibilidade da técnica frente a variações no carregamento da rede, considerando diversos cenários de faltas. Voltage sags are disturbances that greatly affect the power quality supplied to customers and are especially damaging to industrial customers which rely on adequate voltage levels for the continuity of manufacturing processes. Electrical networks’ performance against voltage sags is usually measured by indices that among other purposes, provide the necessary information for planning actions aiming to mitigate the effects of voltage sags caused by faults. In general, areas vulnerable to this type of disturbance are identified by measurements at points of interest along the network. However, this approach is restrictive, since it covers punctual areas and reduced time intervals. In this context, this work proposes a methodology for estimating voltage sags indices using measurements at a single terminal. The technique is based on the fault location to estimate the magnitudes of voltage sags in all network nodes. This information is used to evaluate the performance of distribution systems in relation to the occurrence of voltage sags in a given period of study. The method’s validation was performed by fault simulations in the IEEE 13 node and 34 node test systems. The tests include a sensitivity analysis considering load variation and several fault scenarios.

Nesta dissertação, é apresentada uma metodologia para cálculo de afundamentos de tensão na presença de fontes alternativas de energia. Um método para determinar o grau de influência da reatância de outras unidades geradoras conectadas ao sistema elétrico no que se refere a afundamentos de tensão é desenvolvido. É utilizada a matriz impedância de barras – Zbus para a obtenção de expressões analíticas para a magnitude de afundamentos de tensão causados por faltas na rede. Uma análise matemática das expressões obtidas e uma análise de sensibilidade são feitas com observações acerca das características propiciadas pela inserção de novas fontes de geração. As expressões analíticas são utilizadas para classificar as barras quanto ao número de afundamentos causados por faltas trifásicas e fase-terra em todas as barras do sistema. De maneira similar, a alocação de uma unidade de geração específica é feita com o objetivo de reduzir o número de afundamentos de tensão observados na rede. As expressões em termos da reatância do gerador são usadas na solução de um conjunto de inequações observando a necessidade da manutenção de níveis mínimos aceitáveis de tensão requisitados por cargas sensíveis, a relação entre a reatância do novo gerador e sua capacidade de mitigação de afundamentos fica evidenciada. This work presents a methodology for voltage sags analysis in the presence of alternative energy sources. The method determines the degree of influence of the reactance from the new generating units connected to the electrical system with regard to voltage sags magnitudes. The impedance matrix – Zbus is used to obtain analytical expressions voltage sags magnitude caused by faults in the grid. A mathematical analysis of the obtained expressions and a sensitivity analysis are made with observations about the characteristics afforded by the inclusion of new generation sources. The analytical expressions are used to rank the bars as the number of sags caused by three-phase and phase to ground faults on all system buses. Similarly, the allocation of a specific generation unit is done in order to reduce the number of voltage sags over the grid. The expressions in terms of the generator reactance are used on solving a set of inequalities, observing the need to maintain minimum acceptable voltage levels required by sensitive loads, the relationship between the reactance of the new generator and its sag mitigation capability is evidenced.

This work presents the analysis and experimental development of a topological structure of hybrid rectifier able to maintain a regulated output DC link for the occurrence of balanced and unbalanced voltage sags in the AC mains supply. Moreover, under normal conditions of the supply voltage, the structure operates draining currents with low harmonic content and high power factor. It is noteworthy that these operational characteristics are achieved with the switched converters that comprises the structure processing only a portion of total power output, making the most efficient and robust set. The new topology is denominated Three Phase Hybrid Rectifier with Series Compensation DC Bus and has as main characteristic an innovative voltage regulation technique based on insertion of a DC-DC converter with output capacitor connected in series with the capacitor available in the DC bus of the main converter. This additional converter is responsible for regulating the DC link voltage according to a specific reference value, operating only in the voltage sag condition and processing only a portion of the total output power drained by the load in this operating condition. To analyze the behavior of the proposed topology has been implemented in a computer model PSIM® platform, it was possible to verify the efficiency of the control strategy for sinusoidal current imposition based on the real-time calculation of DHTI during normal conditions of supply voltage. In addition, It was evaluated the behavior of the structure regulating the DC link voltage on the occurrence of voltage sags. In order to corroborate the exposed theory a 5 kW prototype was constructed and evaluated in the laboratory. This was tested in the regular voltage supply condition and during the occurrence of sag conditions types A, B, C, D, E, F and G. It was observed that in normal conditions the proposed solution is effective in mitigating harmonic content of the AC input current. During the occurrence of voltage sags the output DC link was set at the preset value in the control strategy. In both cases the switched converters processed only a fraction of the total power output, which makes the structure very attractive for applications with high power levels. Este trabalho apresenta a análise e desenvolvimento experimental de uma estrutura topológica de retificador híbrido capaz de regular o barramento CC de saída frente a ocorrência de afundamentos de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA de alimentação. Além disso, em condições normais da tensão de alimentação, a estrutura opera drenando da rede correntes com reduzido conteúdo harmônico e elevado fator de potência. Destaca-se que estas características operacionais são alcançadas com os conversores chaveados que compõe a estrutura processando apenas uma parcela da potência total de saída, tornando o conjunto mais eficiente e robusto. A nova topologia é denominada Retificador Híbrido Trifásico com Compensação Série no Barramento CC e possui como principal característica uma inovadora técnica de regulação de tensão baseada na inserção de um conversor CC-CC cujo capacitor de saída é conectado em série com o capacitor do barramento CC disponibilizado pelo conversor principal. Este conversor adicional é responsável por regular a tensão do barramento CC de acordo com um valor específico de referência, operando somente na condição de afundamento de tensão e processando apenas uma parcela da potência total de saída drenada pela carga nesta condição de operação. Para analisar o comportamento da topologia proposta foi implementado um modelo computacional na plataforma PSIM®, em que foi possível verificar a eficiência da estratégia de controle para imposição de corrente senoidal baseado no cálculo em tempo real da DHTI durante as condições normais da tensão de alimentação. Além disso, avaliou-se o comportamento da estrutura regulando a tensão do barramento CC diante da ocorrência de afundamentos de tensão na alimentação. Com o intuito de corroborar com a teoria exposta um protótipo de 5 kW foi construído e avaliado em laboratório. Este foi ensaiado operando em condições normais da tensão de alimentação e diante da ocorrência de afundamento dos tipos A, B, C, D, E, F e G. Foi verificado que em condições normais a solução proposta é eficaz ao mitigar do conteúdo harmônico da corrente CA de entrada. Durante a ocorrência de afundamentos de tensão o barramento CC de saída foi regulado no valor pré-estabelecido na estratégia de controle. Em ambas situações os conversores chaveados processaram apenas uma parcela da potência total de saída, o que torna a estrutura bastante atrativa para aplicações com elevados níveis de potência. Doutor em Ciências

This work presents a proposal based on controlled switching capacitors at the time of direct start of induction motors when they are energy supplied by synchronous generators isolated. This procedure enables mitigate or even eliminate the sag that occurs during this transitional period. Allowing a smoother start condition of the engine, when viewed by the synchronous generator. To validate the proposal, will be issued the results obtained through computer simulations, with the achieved in practical experiments. After these analyzes, it will be shown that the proposal can be applied for generator sets, that when supplying motor loads have their design made based on starting such machines. May lead to one on generator set sizing, cause various problems for its operation. O presente trabalho apresenta uma proposta baseada no chaveamento controlado de capacitores no instante da partida direta de motores de indução trifásicos, quando estes são supridos energeticamente por geradores síncronos isolados. Este procedimento possibilita atenuar, ou até eliminar o afundamento de tensão que ocorre durante este período transitório. Permitindo uma condição de partida mais suave dos motores, quando vista pelo gerador síncrono. Para a validação da proposta, será confrontado os resultados obtidos através de simulações computacionais, com os alcançados nos experimentos práticos. Após estas análises, será demonstrado que a proposta pode ter aplicação para os grupos geradores, que quando suprem cargas motoras têm o seu dimensionamento feito baseando na partida de tais máquinas. Podendo levar a um superdimensionamento do grupo gerador, trazendo vários problemas ao seu funcionamento. Mestre em Ciências

Esta dissertação introduz uma visão geral, em termos de Brasil e do mundo, acerca do desenvolvimento da energia fotovoltaica e do impacto que a integração de sistemas de geração fotovoltaica provoca no sistema de distribuição de energia elétrica. De forma complementar, são explanadas as regulamentações nacionais e internacionais relativas à integração da geração distribuída à rede, conceitos e definições sobre afundamentos de tensão. Dentro desse contexto, o trabalho apresenta a modelagem de um sistema de distribuição composto pela Usina Solar Fotovoltaica do estádio Governador Magalhães Pinto, o Mineirão, juntamente com um Alimentador e Subestação da concessionária de energia, CEMIG. A partir desta modelagem, desenvolve-se uma ferramenta para simulações de curto circuito de forma automatizada. Através da metodologia desenvolvida, é possível alterar diversas variáveis relacionadas a este distúrbio eletromagnético durante cada simulação, tais como tipo, resistência e localização da falta. A modelagem e as simulações realizadas têm como objetivo apresentar um estudo sobre o impacto da integração de sistemas de geração fotovoltaica à rede elétrica frente a distúrbios eletromagnéticos. Os resultados deste estudo foram organizados na forma de curvas de probabilidade, através das quais é possível avaliar o impacto que a usina solar exerce sobre o grau de severidade dos afundamentos de tensão, devidos a curto-circuitos. This work presents an overview, in terms of Brazil and the world, about the development of photovoltaic energy and the impact due to the integration of photovoltaic generation systems in power distribution systems. As a complement, national and international regulations on the integration of distributed generation to the network and concepts and definitions of voltage sags are presented. In this context, this work presents the modelling of a distribution system composed by the Solar Photovoltaic Plant Governador Magalhães Pinto stadium, the Mineirão, the connecting feeder and a substation, all from CEMIG, a major power utility in Brazil. Using these models, it is developed a tool for automated short circuit simulations. Through this methodology, it is possible to change many parameters related to this electromagnetic disturbance, during each simulation, such as type, resistance and fault location. The modelling and simulations performed aim to present a study on the impact of the integration of photovoltaic generation systems to the electric network related to the electromagnetic disturbances. The results were organized in the form of probability curves, through which it is possible to assess the impact of the solar power plant on the severity of the voltage sag, due to short-circuits.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico This work presents an approach about the behavior of Adjustable Speed Drives (ASDs) during voltage sags and shows a novel structure, named Hybrid Three Phase Rectifier (HTR) connected with Boost Converter, capable of providing an increase of ride-through voltage sags up to 50 % of the ac power supply voltage reduction. This equipment is also able to provide high power factor with low current harmonic distortion. In order to analyze the behavior of the proposed HTR, it was developed a computational model on PSIM® platform, being possible to observe this structure under various types of sags, before. A complete discussion about the power contribution of each rectifier group and its impact over the averall efficiency of the rectifier is presented. In addition, the design procedure of the voltage and current controllers are also presented. In order to achieve this goal, the state-space average technique was used. Corroborating with the exposed theory, a 5 kW prototype was built and analyzed at the laboratory. This was subjected to voltage sags of types A, B and E. The analysis under condition of sags of types C, D, F, and G were performed only by computational simulation due to laboratorial limitations. In all studied cases, it was proved that the proposed solution is effective and can be very attractive for high power applications when compared to other solutions reported in the specialized literature. Este trabalho realiza uma abordagem sobre o comportamento dos dispositivos de Acionamento com Velocidade Variável (AVV) diante de afundamentos de tensão e apresenta uma nova estrutura, denominada Retificador Hibrido Trifásico (RHT) com conversor Boost conectado, capaz de proporcionar suportabilidade a afundamentos de até 50% de redução da tensão ca de alimentação. Tal equipamento ainda é capaz de obter alto fator de potência com reduzida taxa de distorção harmônica de corrente. Para analisar o comportamento do RHT proposto, foi implementado um modelo computacional na plataforma PSIM®, em que foi possível observar o comportamento do retificador sob os diversos tipos de afundamento. Uma discussão completa acerca da contribuição de potência dos grupos retificadores e seu impacto na eficiência global do retificador é apresentanda. Adicionalmente, os procedimentos de projeto dos controladores de tensão e corrente dos conversores chaveados também são apresentados. Para tanto, utilizou-se a técnica de espaço de estado médio. Com o intuito de corroborar com a teoria exposta, um protótipo de 5 kW foi construído e avaliado em laboratório. Este foi submetido à afundamentos dos tipos A, B e E. As análises para os demais tipos de afundamentos temporários de tensão, isto é, afundamentos do tipo C, D, F e G foram feitas somente através de simulações computacionais devido a limitações do arranjo laboratorial disponível. Em todos os casos estudados, foi comprovado que a solução proposta é eficaz e pode ser bastante atrativa para aplicações em elevadas potências, quando comparada com outras soluções reportadas na literatura técnica especializada. Doutor em Ciências

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2019-03-25T17:03:20Z No. of bitstreams: 1 GILVAN VIERA DE ANDRADE JUNIOR - TESE PPGEE 2011..pdf: 3016418 bytes, checksum: ef12f59f194c05ff8f41bd46397bf50e (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-25T17:03:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GILVAN VIERA DE ANDRADE JUNIOR - TESE PPGEE 2011..pdf: 3016418 bytes, checksum: ef12f59f194c05ff8f41bd46397bf50e (MD5) Previous issue date: 2011-12-07 Neste trabalho é descrito um método para estimar a frequência de ocorrência de interrupção de uma carga sensível, devido ao afundamento de tensão em um sistema elétrico de distribuição de energia. No método é realizada a construção da tabela de densidade de probabilidade da ocorrência dos afundamentos de tensão, da qual são obtidas as frequências probabilísticas de afundamentos de tensão, separadas por intervalos determinados de magnitude e duração dos afundamentos. Observa-se que a tabela de densidade de afundamento de tensão, pode ser utilizada para identificar as linhas, que são responsáveis pelos afundamentos de tensão inaceitáveis no barramento da carga sensível. A manutenção das linhas críticas, combinado com a melhoria da coordenação dos relés de proteção, leva à redução significativa na taxa de desligamento da carga sensível. Finalmente, demonstra-se que as tabelas de densidade de probabilidade da ocorrência dos afundamentos de tensão gerados em alguns barramentos, associado às medições da magnitude e duração dos afundamentos nestes mesmos barramentos, permitem a localização das faltas ocorridas no sistema de distribuição. This document describes the procedure for estimating the probabilistic frequency of interruption of a sensitive load due to voltage sags in an electrical power distribution system. The procedure requires the construction of the voltage sag density table giving the probabilistic frequencies of voltage sags of certain ranges of sag magnitudes and durations. It has been shown that the voltage sag density table may be used to pinpoint the lines that are responsible for unacceptable voltage sags at the sensitive load bus. Maintenance of the critical lines, combined with proper coordination of the protective relays leads to significant reduction in the rate of tripping of the sensitive load. Finally, it has been shown that voltage sag-density tables generated at a few bus bars, together with voltage sag magnitude and duration measurements at these nodes, permits the location of the faults in the distribution system.

Este trabalho apresenta uma topologia alternativa para a implementação de um restaurador dinâmico de tensão (DVR) de baixo custo. A topologia proposta possui várias características interessantes, tais como a ausência de harmônicos durante a operação em regime permanente, redução das perdas por chaveamento, dispensa o uso de grandes capacitores, não utiliza etapa CC e não exige um controle sofisticado. Adicionalmente, a topologia proposta pode ser dimensionada de acordo com as exigências do projeto onde o DVR será utilizado, proporcionando acoplamento entre os recursos utilizados e os requisitos de custo e desempenho exigidos pela aplicação. Durante o desenvolvimento deste trabalho, a topologia proposta foi modelada digitalmente utilizando-se o software MATLAB, para avaliação de seu desempenho em relação às topologias tradicionais. Foi realizado um estudo comparativo de custos do DVR tradicional, em relação ao proposto, o que evidenciou uma vantagem expressiva a favor da topologia proposta. A construção do protótipo permitiu a obtenção de dados que corroboram os resultados obtidos nas simulações, evidenciando a aplicabilidade da proposta, o que a torna interessante para utilização em sistemas de distribuição onde o fator custo é quase sempre imperativo