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Orientador : Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Reumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência de dois dispositivos FACTS, o Compensador Série Controlado a Tiristores (TCSC) e o Compensador Estático de Reativos (SVC), no amortecimento das oscilações eletromecânicas de baixa freqüência de modo local em sistemas de energia elétrica. Este estudo é realizado através da análise modal, incluindo a identificação de autovalores críticos e análise de bifurcações, utilizando-se um Modelo de Sensibilidade de Potência para a representação de um sistema constituído por um gerador conectado a uma barra infinita. Os resultados obtidos comprovam a ação eficaz desses dois dispositivos no amortecimento das oscilações do rotor, destacando-se a maior eficiência do Compensador Série Controlado a Tiristores em relação ao Compensador Estático de Reativos na manutenção da estabilidade angular do sistema Abstract: In this work, the influence of two FACTS devices, the Tiristor Controlled Series Compensator (TCSC) and the Static VAr Compensator (SVC), on power systems low frequency electromechanical oscillations damping, is analyzed by modal analysis, including critical eigenvalues identification and bifurcation analysis. A Power Sensitivity Model is used to represent a single machine infrnite bus system. The results obtained show that both devices are effective in damping rotor oscilIations, emphasizing that the Tiristor ControIled Series Compensator provides a better effectiveness than the Static VAr Compensator in keeping system angular stability Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientadores : Vivaldo Fernando da Costa, Luiz Carlos Pereira da Silva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho é apresentado um modelo alternativo para o estudo da estabilidade de tensão via análise modal. O modelo proposto é baseado em sensibilidades de potência, utilizadas para estabelecer o balanço dinâmico de potência em cada barra do sistema. O jacobiano do fluxo de potência fica preservado como uma submatriz da matriz jacobina do sistema dinâmico. Desta maneira, comparações entre as análises dinâmica e estática do problema podem ser efetuadas. Várias simulações são realizadas em três sistemas, para diferentes modelos para os geradores e cargas. Os resultados obtidos demonstram a importância da modelagem desses dispositivos nos estudos de estabilidade de tensão Abstract: This work presents an alternative model for voltage stability studies by modal analysis. The proposed model is based on powder sensitivities, used to stablish the dynamic power balance conditions at the network buses. An important characteristic of this model relies on the preservation of the system?s structure. The load flow jacobian is preserved as a submatrix of the system synamic jacobian matrix. Therefore, it is possible to compare the dynamic and static approaches of the problem. Test results on three systems examples for different generator and load models are presented. If has been concluded that the generator and load modeling play an important role on voltage stability studies Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores : Luiz Carlos Pereira da Silva, Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Doutorado

Orientadores: Vivaldo Fernando da Costa, Igor Kopcak Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho é avaliada a influência do controlador IPFC (Interline Power Flow Controller ) no desempenho de sistemas elétricos de potência quanto à estabilidade a pequenas perturbações. Foi utilizado um modelo de injeção de potência para inclusão do IPFC em programas de fluxo de carga, considerando a representação das fontes de tensão do dispositivo em coordenadas retangulares e incorporando as equações que representam sua dinâmica. As análises de regime permanente atestam a capacidade do IPFC de gerenciamento e controle dos fluxos de potências ativa e reativa em linhas de transmissão. Entretanto, o ajuste de potência constante do modo de controle pode diminuir a margem de estabilidade de tensão, por não permitir o aumento dos fluxos nas linhas controladas quando o carregamento do sistema cresce. As análises dinâmicas da estabilidade a pequenas perturbações foram realizadas com a inclusão do IPFC e de um POD (Power Oscillation Damping) no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). Os resultados obtidos revelam que o IPFC possui um grande potencial para a manutenção da estabilidade de ângulo em sistemas de potência quando equipado com controladores POD. Abstract: This work assess the impact of the IPFC (Interline Power Flow Controller) on the smallsignal stability performance of Power Systems. A power injection model is used to include the IPFC in a power flow routine. The modelling represents the IPFC source voltages in rectangular coordinates and incorporates its differential equations at steady-state. The power flow analysis shows the IPFC effectiveness for the management and control of active and reactive power flows of transmission lines. However, the constant power flow operation mode can decrease the voltage stability margin. The IPFC and a POD (Power Oscillation Damping) were included in the Power Sensitivity Model (PSM) to perform the small-signal stability analysis. Simulation results show that the IPFC with a POD can improve the angle stability of Power Systems. Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Quando um sistema interligado de corrente alternada sofre variações de carga, sua freqüência pode exibir um comportamento oscilatório. Se este mesmo sistema possuir um elo de corrente contínua em paralelo com as linhas de intercâmbio, esse efeito poderá ser atenuado devido à atuação do controlador de corrente do elo. Esta tese apresenta um estudo que avalia a eficiência de um elo de CC para o amortecimento de oscilações de freqüência de intercâmbio sob condições de pequenas perturbações, operando o sistema com Controle Automático de Geração (CAG). Um modelo de injeção de potência utilizado para representar o elo CC é implementado no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). Uma das vantagens desse modelo é permitir o desacoplamento da rede em duas partes distintas: o balanço ativo e o balanço reativo, em que as duas podem ser tratadas juntas ou separadamente. Com a escolha desse modelo, tornou-se possível implementar toda a rede no formato de diagrama de blocos. Além disso, as barras de carga do sistema são acessíveis através do diagrama de blocos, o que torna possível variar também a característica da carga. Através dessa representação, tornou-se viável a inserção do elo de CC no diagrama de blocos, pois o mesmo foi modelado como uma injeção de potência nas barras terminais nos balanços ativo e reativo, fechando um novo balanço de potência. As análises no domínio do tempo foram realizadas no programa Matlab Simulink®. Também utilizando este software, um controlador de amortecimento de oscilações de potência (POD-Power Oscillation Damping Controller) foi projetado para a modulação da potência do elo de CC. Os resultados obtidos mostram que o elo de CC possui um grande potencial para a manutenção do amortecimento de oscilações de freqüência de modo inter-área, quando equipados com controladores POD. Abstract: When an interconnected alternate-current power system suffers variations of loads, its frequency can exhibit an oscillatory behavior. If this system possesses a direct-current link in parallel with the inter-tie lines, this effect could be decreased, due to the link current controller action. This work presents a study that evaluates the efficiency of DC link for the damping of interarea frequency oscillations under small disturbances, operating the system with automatic generation control (AGC). A DC power injection model is implemented in the Power Sensitivity Model (PSM). One of the advantages of this model is to allow the detach of the network in two distinct parts: the active and reactive balances, where the two can be dealt together or separately. With the choice of this model, it's possible to implement the complete network in the block diagram format. Moreover, the network load bus are accessible through the block diagram, which this are possible to vary the load characteristic. Through this representation, the insertion of DC link in the block diagram became viable, therefore it was modeled as a power injection in the terminals bus in the active and reactive balances, closing a new power balance. The time domain analysis is carried out the software Matlab Simulink®. Also using this software, a POD controller (Power Oscillation Damping Controller) was designed for the DC power modulation. The results show that DC link comprises a great potential for the maintenance of frequency oscillations damping in interarea mode, when coupled to POD controllers. Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Vivaldo Fernando da Costa, Igor Kopcak Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta dissertação aborda um estudo sobre a contribuição do HVDC (High Voltage Direct Current) para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de baixa frequência quando o sistema de energia elétrica sofre uma pequena perturbação. O modelo matemático do elo HVDC foi incluído no Fluxo de Potência, bem como as características de regime permanente dos dispositivos dinâmicos (modelagem dos controles de corrente ou potência) como em um Fluxo de Potência Expandido. Foi utilizado o MSP (Modelo de Sensibilidade de Potência) para inclusão do modelo dinâmico dos geradores, reguladores automáticos de tensão, controles de corrente do elo HVDC para possibilitar a análise modal. Para prover um amortecimento adequado das oscilações eletromecânicas, foi necessário projetar um POD (Power Oscillation Damping Controller) para inserir um sinal suplementar junto ao sinal de referência do controlador de corrente ou potência no retificador, consequentemente modulando estas grandezas do elo HVDC. O projeto do controlador e a análise de estabilidade foram baseados em técnicas de resposta em frequência e análise modal. Os resultados obtidos mostram a viabilidade do elo HVDC na contribuição da estabilidade de ângulo dos geradores. Abstract: This dissertation presents a study about the HVDC (High Voltage Direct Current) link contribution for damping low frequency electromechanical oscillations when Electric Energy System suffers small-signal disturbances. The HVDC link components models were included in the Power Flow method as well as the steady-state characteristics of the dynamic devices (current or power controls modeling). It was utilized the MSP (Power Sensitivity Model) to include the generators dynamic model, automatic voltage regulators, HVDC link current controls to perform the modal analysis. For damping the electromechanical oscillations, it was designed a POD (Power Oscillation Damping Controller) to include a supplementary signal added to reference signal of the rectifier current or power controller, in order to modulate these HVDC link quantities. The design of controller and stability analysis are based on frequency response techniques and modal analysis. The results obtained shown the HVDC link viability for damping electromechanical oscillations. Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Vivaldo Fernando da Costa, Luiz Carlos Pereira da Silva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O estressamento dos sistemas elétricos tem voltado o interesse de engenheiros e pesquisadores para a definição e avaliação de margens de segurança relacionadas a critérios dinâmicos. Neste trabalho é proposta uma ferramenta que permite a avaliação de quatro diferentes critérios de estabilidade: margem de amortecimento, margem oscilatória, margem de estabilidade de tensão e o ponto de máximo carregamento. A metodologia baseia-se em um fluxo de carga expandido que incorpora as características de regime permanente de dispositivos dinâmicos, fornecendo pontos de equilíbrio precisos e mais condizentes com a resposta "real" dos sistemas elétricos quando sujeitos a perturbações. As margens são calculadas através da análise modal aplicada aos pontos de equilíbrio de curvas PV. Além disso, estudos preliminares são conduzidos objetivando a expansão da análise modal estática, fornecendo fatores de participação para todas as barras do sistema, dos pontos de vista das potências ativa e reativa. Portanto, a plataforma não só permite a identificação dos pontos onde ocorreria o colapso do sistema, como fornece a indicação das medidas corretivas mais efetivas para evitar problemas de instabilidade Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta dissertação apresenta um estudo que avalia o desempenho do PST (Phase Shifting Transformer), equipado com um controlador suplementar, para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de baixa freqüência em sistemas de energia elétrica. O modelo dinâmico que representa o PST é implementado no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). A análise da estabilidade e o projeto de estabilizadores POD (Power Oscillation Damping) são baseados em análise modal, bifurcações de Hopf, gráficos do lugar das raízes e técnicas de resposta em freqüência e no tempo. É investigado o desempenho de diferentes sinais de entrada para os controladores. Os resultados obtidos revelam que o PST, quando equipado com estabilizadores, possui um grande potencial para manutenção da estabilidade de ângulo a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência Abstract: This dissertation presents an assessment of the performance of PST (Phase Shifting Transformer) equipped with a supplemental controller for damping power systems low-frequency electromechanical oscillations. The dynamic model that represents the PST is implemented in the Power Sensitivity Model (PSM). The stability analysis and the design of POD (Power Oscillation Damping) stabilizers are based on modal analysis, Hopf bifurcations, root locus plots and time and frequency response techniques. The performance of different input signals to the controllers is investigated. The results obtained reveal that the PST, when equipped with stabilizers, has a great potential for keeping power systems small-signal angle stability Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Vivaldo Fernando da Costa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho aborda o problema das oscilações eletromecânicas de baixa freqüência de modo interárea em sistemas de energia elétrica através de duas metodologias: primeiramente, através do método convencional da análise modal linear e, posteriormente, através da aplicação do método da forma normal dos campos vetoriais como ferramenta para viabilizar o acréscimo dos termos não lineares de segunda ordem resultantes da expansão em série de Taylor. Neste caso, o método da forma normal é aplicado a um Modelo de Sensibilidade de Potência com representação de segunda ordem, para investigar os efeitos das interações não lineares entre os modos naturais de oscilação de sistemas de energia elétrica. São consideradas, em ambas as análises, a inclusão de dispositivos FACTS e da modelagem dinâmica das cargas. As simulações são realizadas para um sistema simétrico de duas áreas e para o Sistema Equivalente Sul-Sudeste Brasileiro. A metodologia de análise proposta mostra-se bastante satisfatória como alternativa à simulação não linear no domínio do tempo e à análise modal convencional Abstract: In this work, the analysis of power systems inter-area mode oscillations is performed by the application of two different methodologies: first, the linear modal analysis, and then the analysis including second order nonlinear terms from a Taylor series expansion, with the application of the method of normal forms of vector fields. In this case, the method of normal forms is applied to a Power Sensitivity Model including second order nonlinear terms, in order to investigate the effects of nonlinear interactions between system modes. Both methodologies consider the inclusion of FACTS devices and dynamic load model. Simulations are performed for a symmetric two-area test power system and for the Equivalent South-Southeast Brazilian system. The results obtained show that the methodology proposed is very effective as an alternative to linear modal analysis and timedomain simulation in the performance of inter-area mode oscillations analysis Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Essa dissertação de mestrado apresenta um estudo que avalia o desempenho dos controladores FACTS (Flexible AC Transmission Systems) para a melhoria da estabilidade de ângulo a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência. O potencial do Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP), uma alternativa ao clássico modelo Heffron-Phillips (MHP) para o estudo e análise do problema de oscilações eletromecânicas de baixa frequência fracamente amortecidas, é explorado. A análise da estabilidade e o projeto de estabilizadores POD (Power Oscillation Damping) para controladores FACTS são baseados em análise modal, bifurcações de Hopf, gráficos do lugar das raízes, e técnicas de resposta em frequência e no tempo. O desempenho de diferentes sinais de entrada para estabilizadores POD é investigado. Os resultados das simulações revelam que tanto os controladores FACTS série quanto os controladores em derivação possuem um grande potencial para a manutenção da estabilidade angular do sistema Abstract: This master¿s dissertation presents an assessment of Flexible AC Transmission Systems (FACTS) controllers performance on power system small-signal angle stability improvement. The potential of the Power Sensitivity Model (PSM), an alternative approach to the classical Heffron-Phillips model (HPM) for study and analysis of poorly damped low frequency electromechanical oscillations problem, is explored. The stability analysis and design of FACTS Power Oscillation Damping (POD) controllers are based on modal analysis, Hopf bifurcations, root locus plots, and time and frequency response techniques. The performance of different input signals to the POD controllers is investigated. Simulation results reveal that both shunt FACTS controllers and series ones are very effective on keeping system angle stability Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Essa dissertação apresenta um estudo que avalia a e?ciência do controlador UPFC (Uni?ed Power Flow Controller) para o amortecimento de oscilações eletromecânicas sob condições de pequenas e grandes perturbações.Um modelo de injeção de potência utilizado para representar o UPFC é implementado no Modelo de Sensibilidade de Potência (MSP). As análises no domínio do tempo são realizadas com o programa PSAT (Power System Analysis Toolbox), no qual também são implementados os modelos do UPFC e do controlador POD (Power Oscillation Damping).Diversos controladores POD são projetados para a modulação de diferentes parâmetros do UPFC. A análise da estabilidade e o projeto dos estabilizadores são baseados em técnicas de resposta em freqüência e no tempo, assim como na técnica de análise modal. Os resultados obtidos revelam que o UPFC possui um grande potencial para a manutenção da estabilidade de ângulo de sistemas de potência quando equipado com controladores POD Abstract: This dissertation presents a study assessing the effectiveness of the Unified Power Flow Controller (UPFC) for damping electromechanical oscillation under small-signal and large disturbances. A UPFC power injection model is implemented in the Power Sensitivity Model (PSM). The time domain analysis is carried out with the Power System Analysis Toolbox (PSAT) considering the UPFC and the POD controller models implemented. A number of Power Oscillation Damping (POD) controllers are designed in order to modulate different parameters of the UPFC. The stability analysis and the design of POD controllers are based on time and frequency response techniques. Modal analysis technique is also utilized. Results obtained reveal that the UPFC has a great potential to maintain the power system angle stability when it is equipped with POD controller Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Orientadores: Vivaldo Fernando da Costa, Carlos Alberto de Castro Jr Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Neste trabalho são apresentadas as características de novos métodos obtidos com simples modificações nos métodos convencionais de Newton e desacoplado rápido. As modificações introduzidas têm por objetivo eliminar os problemas de mal condicionamento dos métodos convencionais quando da determinação do ponto de máximo carregamento e da avaliação da margem de colapso de tensão. São propostos novos esquemas de parametrização para o método da continuação utilizando o método de Newton e um nova forma de parametrização para o método da continuação baseado no fluxo de carga desacoplado rápido. O desempenho destes métodos são comparados entre si com o propósito de explicitar suas características, bem como a influência dos limites de tap e potência reativa. Os resultados dos estudos mostram que além de evitar a singularidade local, as vantagens inerentes dos métodos convencionais não só são preservadas, como também a região de convergência ao redor da singularidade é aumentada Abstract: This work presents the features of new methods obtained with small modifications of the conventional Newton and fast decoupled methods. With the proposed modifications the problems caused by ill conditioning of the conventional methods for the determination of the maximum loading point and voltage stability margin ca1culation are avoided. New parameterization schemes for continuation method based on the Newton method are proposed, along with a new parameterization schemes for the continuation method based on the fast decoupled load flow. These new methods are compared to each other with the purpose of pointing out their characteristics, as well as the influence of the reactive power and tap limits. The results obtained show that, in addition to avoid local singularity, the inherent advantages of conventional methods are preserved, and the convergence region around the singularity is enlarged. Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia ELetrica e de Computação Resumo: Neste trabalho, a influência das características torque x velocidade da carga de motores de indução na estabilidade de tensão de um sistema constituído por um motor de indução alimentado por um barramento infinito através de uma linha de transmissão é estudada utilizando-se análise de autovalores e de bifurcações. Três tipos de dependência do torque de carga com a velocidade são consideradas através de modelos de primeira e terceira ordem do motor de indução: quadrática, linear e composta. Os resultados são comparados com os obtidos através de um modelo de torque mecânico constante (independente da velocidade), com o intuito de validar a abordagem estática baseada nas equações do fluxo de potência Abstract: In this work, the influence of load torque-speed characteristics on voltage stability of a system composed by an induction motor fed by a infinite bus through a transmission line is studied by employing eigenvalues and bifurcation analysis. Three types of load torque dependence on the rotational speed are considered by using a first and third order models: quadratic torque model, linear torque model and composite torque model. The results are compared with the ones obtained by considering constant torque model (independent on speed), in order to validate the static approach based on load flow equations Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: : Neste trabalho é apresentado um modelo, em duas versões, baseado na metodologia do balanço nodal de potência para a análise da estabilidade de tensão de um sistema isolado, sob condições de pequenas perturbações. A principal característica exibida por este modelo reside na preservação da estrutura do sistema. Em conseqüência disto, é possível efetuar comparações entre as análises dinâmica e estática do problema. Os resultados obtidos através de simulações realizadas para diferentes modelos do gerador e da carga, demonstram a importância da modelagem destes dispositivos para a análise da estabilidade de tensão Abstract: This work presents two versions of a model based on power balance methodology for small signal voltage stability studies of a isolated system. The main characteristic of this model relies on the preservation of the system's structure. As a consequence, it is possible to compare the dynamic and static approaches of the problem. Test results for different generator and load models show the importance of generator and load modeling on voltage stability studies Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica