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Guidelines provided by the Brazilian Electricity Distribution Agency and the National Operator Grid considers, amongst other power quality indicators, issues associated to harmonic distortions. Such documents, as far as harmonics are concerned, are focused to different goals such as definitions, measurement procedures, reference values, etc. Having in mind these orientations and by recognizing that mitigation techniques to adequate the harmonic levels to the recommended values are frequently linked to high costs emerges the necessity of ways to find, at a given PCC, the harmonic distortion percentile due to the utility and the consumer itself. Within this context, a few publications have attempted to provide means to share the responsibility upon a measured voltage distortion and, usually, the approaches are based on frequency domain procedures and superposition principles. These have shown to be promising but the final methodology is still to be fulfilled. Although the simplicity of such approaches it has been found that the difficulties at obtaining the required supply system and consumer equivalent harmonic impedance are quite limiting to the use of such strategies. Aiming at achieving a manner of overcome such matters emerges this thesis which context is dedicated to the search of a systematic manner of sharing the responsibilities for a given busbar distortion. The work is then developed towards the investigation of the current methods limitations and inaccuracy and to propose a new mechanism that allows for attributing the percentile origin of the distortions. This has been called by Modified Superposition Method and its fundamentals, procedures, computational results, etc. are fully described in the work. Orientações contidas em documentos aprovados pela ANEEL e ONS contemplam, dentre outros indicadores de qualidade da energia elétrica, a temática das distorções harmônicas. Tais textos abordam, no contexto das distorções harmônicas, distintos assuntos vinculados com: definições, procedimentos de medição, valores de referência, etc. À luz destas determinações e reconhecendo que as soluções mitigadoras para a adequação dos indicadores de desempenho envolvem expressivos custos financeiros, surge a questão da busca de meios para a determinação das responsabilidades sobre eventuais violações dos limites preestabelecidos para as distorções harmônicas. Dentre as propostas encontradas na literatura para a caracterização das parcelas de responsabilidades entre os agentes envolvidos, a saber, o supridor e o consumidor, há de se reconhecer que, de um modo geral, as metodologias fundamentadas em princípios que utilizam o domínio da frequência, conciliado com a superposição de efeitos, têm-se mostrado mais promissoras. Não obstante a simplicidade deste procedimento no que tange aos seus conceitos vale ressaltar que diversas publicações que tratam do tema têm indicado que os processos de compartilhamento assim fundamentados se mostram com potencialidades promissoras e, paradoxalmente, com limitações impostas pelo desconhecimento das informações requeridas para aplicação da estratégia, qual seja, necessidade do prévio conhecimento das impedâncias do sistema supridor e do consumidor. Visando oferecer meios para contornar tais dificuldades surge a presente tese, a qual visa contribuir no sentido de se estabelecer uma sistemática adequada aos fins aqui postos. Adicionalmente aos fundamentos físicos, o trabalho ainda se propõe a avançar na direção da validação e consolidação da nova proposta metodológica, qual seja, o Método da Superposição Modificado, para o cumprimento dos desafios ora estabelecidos. Doutor em Ciências

The subject power quality contemplates diverse aspects relative to the conformity of the product electric energy, in special, the voltage. Amongst the subjects that are treated under such assignment, it is the question of the harmonic distortions, which in the present time have increased considerately in the most distinct constituent points of the electrical systems. Therefore, regulating agencies, concessionaires and consumers have shown an increasing concern on the reached levels for this pointer of the quality of the electric supply. For the harmful character of these riots, international and national norms and recommendations have looked for to establish limits for the distortions. These documents, in a general way, prime for the definition of values of reference for the pointers of the total and individual distortions, without, however, entering in the merit of the origin of the same ones. In these terms, a time evidenced a breaking of the established limits and defined the necessity of the implementation of a systematic of mitigating of the effect, appears the question of the financial responsibility associated to the process to be implemented. Inserted in this context, the subject is placed "sharing of responsibility", which consists of center of this work. Thus, this work meets directed to synthesize the state of the art on the subject, considering, above of everything, the main found proposals of sharing in literature, which is: Method of the Harmonic Power, Method of the Current Conforming and Non-conforming and Method of the Overlapping. To leave of these, using experimental and computational procedures, it is proceeded the evaluation and critical analysis from the suggested procedures, detaching its potentialities and limitations. O tema qualidade da energia elétrica contempla aspectos diversos relativos à conformidade do produto energia elétrica, em especial, à tensão. Dentre os assuntos que são tratados sob tal designação está a questão das distorções harmônicas, as quais na atualidade têm aumentado consideravelmente nos mais diversos pontos constituintes dos sistemas elétricos. Por isso, órgãos reguladores, concessionárias e mesmo consumidores têm mostrado uma crescente preocupação acerca dos níveis atingidos por este indicador da qualidade do fornecimento elétrico. Devido ao caráter nocivo destes distúrbios, normas e recomendações internacionais e nacionais têm procurado estabelecer limites para as distorções. Estes documentos, de um modo global, primam pela definição de valores de referência para os indicadores das distorções totais e individuais, sem, todavia, entrar no mérito da origem das mesmas. Nestes termos, uma vez constatada uma violação dos limites estabelecidos e definida a necessidade da implementação de uma sistemática de mitigação dos efeitos, surge a questão da responsabilidade financeira associada ao processo a ser implementado. Inserido neste contexto, situa-se o tema compartilhamento de responsabilidade , o qual consiste no cerne desta dissertação. Desta forma, este trabalho encontra-se direcionado a sintetizar o estado da arte sobre o tema, considerando, acima de tudo, as principais propostas de compartilhamento encontradas na literatura, quais sejam: Método da Potência Harmônica, Método da Corrente Conforme e Não-conforme e Método da Superposição. A partir destes, utilizando-se procedimentos experimentais e computacionais, procede-se à avaliação e análise crítica dos procedimentos sugeridos, destacando suas potencialidades e limitações. Mestre em Ciências

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Nas últimas décadas tem-se verificado um aumento contínuo das distorções harmônicas de tensão no sistema elétrico, seja nos níveis de geração, transmissão ou distribuição da energia elétrica. Esse fato ocorre, principalmente pela inserção de cargas não lineares em diversos pontos do sistema elétrico. Como destaques positivos da aplicação de equipamentos elétricos que geram correntes distorcidas, podem ser elencados o avanço tecnológico e o aumento da produtividade. Contudo, essas mesmas cargas, na maioria dos casos, são sensíveis às próprias perturbações por elas geradas. Neste contexto, quando os limites de distorções harmônicas estão acima do máximo permitido por normativas, surge a preocupação de responsabilizar quem contribui para a deterioração da qualidade de energia elétrica, indicando aqueles que deverão arcar financeiramente com possíveis ações mitigatórias, que, em geral, podem ser a implantação de filtros passivos sintonizados, filtros ativos ou filtros híbridos. No entanto, tais correções são onerosas em termos financeiro. Como consequência disso, surge a temática do compartilhamento de responsabilidades sobre as distorções harmônicas, a qual busca determinar a origem do distúrbio, uma vez que a distorção harmônica é resultado da interação entre diversas fontes de perturbação. Para a determinação dos percentuais de responsabilidades, várias metodologias foram desenvolvidas, contudo ainda se carece de procedimentos capazes de aliar precisão matemática e aplicação prática. Alguns métodos possuem forte consistência matemática, porém são de difícil implementação em campo (Superposição das Tensões), enquanto outras metodologias apresentam facilidades de aplicação em campo e consistência matemática, porém são consideradas invasivas (Impedância Dominante, Chaveamento de Capacitores e Injeção de Correntes Harmônicas), podendo causar perturbações à rede elétrica. Buscando aliar as ideias de ser um método não invasivo e preciso no cálculo dos percentuais de responsabilidades, surge a proposta da Teoria da Potência Conservativa (CPT) aplicada ao compartilhamento de responsabilidades sobre as distorções harmônicas de tensão. Visto que a CPT ainda necessita de investigações para a referida aplicação, a presente dissertação torna-se relevante. Por isso, neste trabalho, são avaliados oito distintos estudo de casos, utilizando o software MATLAB/Simulink e comparando a CPT com as principais metodologias de compartilhamento de responsabilidade. In the last decades a continuous increase in harmonic voltage distortions in the electrical system has been verified, whether in the generation, transmission or distribution levels. This fact occurs mainly due to the insertion of non-linear loads in several points of the electrical system. As positive highlights of the application of electrical equipment that generate distorted currents, the technological advance and the increase in productivity can be mentioned. However, these same loads, in most cases, are sensitive to the disturbances they generate. In this context, when the harmonic distortion limits are above the maximum allowed by the normative, there is the concern to hold responsible those who contribute to the deterioration of the power quality, indicating those who should financially pay for possible mitigating actions, which, in general, can be the implementation of tuned passive filters, active filters or hybrid filters. However, such corrections are costly in financial terms. As a consequence of this, the issue of sharing responsibility for harmonic distortions arises, which seeks to determine the origin of the disturbance, since harmonic distortion is the result of the interaction between several sources of disturbance. For the determination of the responsibility percentages, several methodologies have been developed, however, procedures capable of combining mathematical precision and practical application are still lacking. Some methods have strong mathematical consistency, but are difficult to implement in the field (Voltage Superposition), while other methodologies present easy field application and mathematical consistency, but are considered invasive (Dominant Impedance, Capacitor Switching and Harmonic Current Injection), and can cause disturbances in the electrical grid. Seeking to combine the ideas of being a non-invasive and precise method to calculate the percentages of responsibilities, the Conservative Power Theory (CPT) proposal, applied to the sharing of responsibilities over the harmonic voltage distortions, arises. Since CPT still needs further investigation for such application, this dissertation becomes relevant. Therefore, in this work, eight distinct case studies are evaluated, using the MATLAB/Simulink software and comparing CPT with the main responsibility sharing methodologies. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho vem contribuir para o estudo da máquina de indução trifásica de rotor bobinado acionada como gerador, tanto de forma experimental quanto por meio de simulações computacionais, em condições normais de operação e quando submetida a distúrbios elétricos, tais como: desequilíbrio, distorções harmônicas e variações de tensão. O objetivo principal é verificar a resposta da modelagem matemática da máquina de indução trifásica empregada, denominada por modelo no domínio da fase que, além de não empregar transformações de coordenadas ou de sistemas de referências, contempla os efeitos da saturação magnética. A fim de se atingir o objetivo principal, uma plataforma experimental de ensaios foi desenvolvida para fornecer dados como tensões, correntes e velocidade mecânica, para serem confrontados com aqueles obtidos de forma teórica. Ao final do estudo foi observado uma adequada compatibilidade dos resultados provenientes das simulações computacionais, com aqueles obtidos experimentalmente, para todos os estudos de caso realizados. This work contributes to the study of the three-phase wound-rotor induction machine driven as a generator, both experimentally and through computer simulations, under normal operating conditions and when subjected to electrical disturbances, such as: unbalance, harmonic distortions and voltage variations. The main objective is to verify the response of the mathematical modeling of the three-phase induction machine used, called a model in the phase domain, which, in addition to not employing transformations of coordinates or reference systems, includes the effects of magnetic saturation. In order to reach the main objective, an experimental test platform was developed to provide data such as voltages, currents and mechanical speed, to be confronted with those obtained theoretically. At the end of the study, it was observed an adequate compatibility of the results from the computer simulations, with those obtained experimentally, for all the case studies carried out. Dissertação (Mestrado)

O presente trabalho dissertativo está inserido no grande tema da Qualidade da Energia Elétrica no contexto da geração de energia fotovoltaica. A geração de energia fotovoltaica se mostra, na atualidade, como uma das tecnologias mais promissoras para atender o crescimento das demandas energéticas mundiais ao mesmo tempo em que tem o compromisso com as questões ambientais, tais como: a redução de emissão de gases do efeito estufa e produção de energia limpa e renovável. Em diversos países do mundo, assim como no Brasil, os sistemas de geração de energia fotovoltaica despontam como grandes atores do setor elétrico e já atingem elevados níveis de participação na geração de energia, apesar de seu recente surgimento em ampla escala em termos comerciais. Devido a suas características intrínsecas, um sistema de geração fotovoltaica pode causar distúrbios vinculados à Qualidade da Energia Elétrica. A geração de energia fotovoltaica dá-se por meio de tensão em corrente contínua, necessitando, portanto, de um conversor eletrônico para seu devido acoplamento à rede elétrica, o que está intimamente relacionado com a geração de correntes harmônicas. Além disso, a intermitência de geração, aliado ao alto grau de inserção na rede, começa a originar outros distúrbios antes negligenciados, tal como a sobretensão. Diante disso, a presente dissertação de mestrado tem por objetivo a proposição e implementação de um arranjo fotovoltaico em escala reduzida em laboratório com conexão à rede elétrica, a fim de servir como plataforma de estudos de fenômenos de Qualidade da Energia Elétrica no âmbito de sistemas de geração fotovoltaicos conectados à rede. Para tanto, tem-se a proposição de uma topologia, emprego de componentes, utilização de técnicas de controle e MPPT. Complementarmente, o arranjo proposto e montado em bancada laboratorial é testado, sendo seu funcionamento devidamente avaliado. This work is part of the great theme of the Power Quality in the context of photovoltaic power generation. The generation of photovoltaic energy shows, nowadays, as one of the most promising technologies to meet the growth of the world energy demands at the same time as the commitment to environmental issues, such as reducing greenhouse gas emissions and producing clean and renewable energy. In several countries of the world, as well as in Brazil, photovoltaic power generation systems emerge as major actors in the electric sector and already reach high levels of participation in power generation, despite their recent emergence on a large scale. Due to its intrinsic characteristics, a photovoltaic generation system can cause disturbances linked to the Power Quality. The generation of photovoltaic energy takes place by means of voltage in direct current, needing, therefore, an electronic converter for its due coupling to the electrical network, which is closely related to the generation of harmonic currents. In addition, generation intermittence, together with the high degree of insertion in the network, begins to cause other previously neglected disturbances, such as overvoltage. Therefore, the present work aims to propose and implement a reduced scale photovoltaic arrangement in the laboratory with connection to the electrical network, in order to serve as a platform of studies of phenomena of Power Quality in the scope of photovoltaic generation systems connected to the network. For this, we have the proposition of a topology, use of components, use of control techniques and MPPT. In addition, the arrangement proposed and mounted on a laboratory bench is tested, and its functioning is duly evaluated. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os desequilíbrios são fenômenos tipicamente manifestados nas instalações elétricas trifásicas, os quais estão relacionados às assimetrias existentes nas redes, englobando os sistemas de geração, transmissão, distribuição e os centros de consumo. Uma vez reconhecidos os diversos efeitos nocivos que os distúrbios podem provocar no sistema como um todo, sejam eles manifestados em termos das tensões ou correntes assimétricas, os desequilíbrios devem ser limitados de acordo com os níveis recomendados pelos padrões vigentes. Dessa forma, caso os limites sejam extrapolados, estratégias de mitigação são recomendadas para a compatibilização dos indicadores de conformidade de acordo com os padrões de fornecimento tidos como aceitáveis. Neste contexto, há uma grande variedade de estratégias de compensação de desequilíbrios, as quais são empregadas de acordo com a natureza e fonte do problema. Por conseguinte, haja vista que a implementação de soluções pode envolver custos elevados, pondera-se a relevância do processo de determinação (ou compartilhamento) das contribuições sobre os desequilíbrios entre as partes envolvidas. Esta temática surge da necessidade de se determinar as parcelas de contribuição individuais oriundas de diferentes fontes de perturbação sobre o desequilíbrio global manifestado no barramento comum entre tais fontes, as quais são aqui denominadas por supridor e consumidor. Na literatura, há uma série de trabalhos voltados para esta problemática. Todavia, por se tratar de um assunto de tamanha complexidade, na atualidade, não há procedimento que se mostre consistente nos campos teórico e prático de forma simultânea. À luz dessas constatações, além de contribuir com a apresentação atualizada do estado da arte sobre o tema e avaliar os principais procedimentos existentes na literatura, este trabalho tem como objetivo propor duas estratégias inovadoras para a determinação das contribuições sobre os desequilíbrios: uma de cunho teórico e fundamentada em princípios clássicos de circuitos elétricos; e outra de caráter prático, visando estabelecer meios para que o processo possa ser executado em campo. Ambas as propostas se complementam e podem ser utilizadas conjuntamente. Com o intuito de avaliar a resposta das metodologias pormenorizadas ao longo do trabalho, são realizados estudos computacionais e laboratoriais utilizando um sistema elétrico hipotético e com forte característica motriz, visto que isto tem se apresentado como fator de influência relevante em estudos qualitativos. Imbalances are common phenomena on three-phase electric power systems. These anomalies may come at the expense of asymmetries inherent to networks, comprising the generation, transmission and distribution systems as well as the consumption centres. Since they can cause harmful effects upon electric power system components and operation, whether they are manifested in terms of asymmetric voltages and/or currents, imbalances must be limited according to power quality national standards. In this way, whether the limits are exceeded, mitigating approaches must be provided accordingly in order to make the levels compatible with the standard requirements. In fact, there are several imbalance compensation strategies available, which shall be used according to the nature and source of the problem. Therefore, as it may involve considerable costs, the matter of determining (or sharing) the imbalance contributions among the parts involved shows itself as relevant. This topic emerges from the need to determine the individual contributions of different disturbance sources regarding the global voltage imbalance at a given busbar. It should be noted that these sources are here defined as supplier and consumer agents. In the literature there are a number of researches focused on this matter. However, due to its complexity, as it currently stands, there is no procedure that has proved to be trustworthy simultaneously in both theoretical and practical aspects. For this reason, in addition to the updated state of the art concerning imbalance responsibility sharing, which includes pointing out and assess the most popular procedures existing in the literature, this work aims to propose two innovative strategies to address this matter. The first one is a theoretical-based principle that lies in common knowledge of electrical circuits. The second one is a practical-based approach that aims to establish means for determining voltage imbalance contributions in the field. Both propositions support each other and they may be used together. Furthermore, in order to assess the proposed methods and others, computational and laboratory studies are carried out on an electric hypothetical system with a strong motor load. In fact, this characteristic seems to be a relevant influence factor in qualitative studies. Tese (Doutorado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A intensificação das distorções harmônicas nos últimos anos se deve, sobretudo, à contínua conexão de equipamentos não lineares nos sistemas elétricos. Sabe-se que a distorção harmônica constatada em um ponto de acoplamento comum é o resultado da interação entre as diversas fontes de perturbação existentes na rede. Portanto, surge a necessidade de determinar, a partir de métodos precisos, confiáveis e de prática implementação, as parcelas de responsabilidade dos agentes conectados (supridores e consumidores) sobre as distorções harmônicas constatadas. Muitos avanços foram estabelecidos nesta linha de pesquisa, no entanto, ainda não existe um consenso sobre o melhor procedimento a ser adotado para este fim. Concomitantemente às pesquisas por metodologias capazes de determinar o compartilhamento de responsabilidades harmônicas, torna-se imprescindível o estabelecimento de sistemas-teste de referência para que os diversos métodos de atribuição possam ser verificados e comparados entre si. Neste contexto, a IEEE-PES Task Force on Harmonics Modeling and Simulation desenvolveu um sistema teste padrão para avaliação de procedimentos de compartilhamento de responsabilidades. O mesmo é conhecido como Benchmark IEEE-HCD, sendo originalmente modelado no software PSCAD. Assim, a presente dissertação visa a cooperar com os avanços da temática, em questão, por meio da implementação deste Benchmark no Simulink/MATLAB. O Simulink foi escolhido por ser a plataforma de modelagem e simulação de sistemas elétricos adotada pelo Núcleo de Qualidade da Energia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia, além de ser amplamente utilizado e aceito pela comunidade científica internacional. Após a implementação do Benchmark, os resultados advindos das simulações são comparados com aqueles disponibilizados na publicação original, para verificação do desempenho deste sistema. Complementarmente, são avaliados procedimentos para estimação de impedâncias harmônicas baseados na injeção de sinais de corrente. E, finalmente, as principais metodologias para o compartilhamento de responsabilidades harmônicas também são analisadas por meio do Benchmark implementado. In recent years, the intensification of harmonic distortions on electric power systems has mainly occurred due to the continuous connection of non-linear devices into the grid. It is well-known that the global harmonic distortion at the point of common coupling arises from the interaction among different disturbance sources connected to the network. Therefore, the need to share the harmonic responsibility among the agents involved emerges as a relevant topic and it should be carried out through accurate, reliable and practical procedures. Even though several achievements have been reached in this line of research, as it currently stands, there is no consensus in the literature on the most reliable procedure to cope with this matter. Along with researches concerning the responsibility sharing methodologies, the establishment of test systems to assess these methods also emerges as a relevant task. In this context, the IEEE-PES Task Force on Harmonics Modelling and Simulation has developed a benchmark test system for assessing harmonic contribution determination procedures, called IEEE-HCD Benchmark, which was originally provided on the PSCAD software. Thus, this thesis aims to cooperate with advances in this matter, through the implementation of the Benchmark test system on Simulink/MATLAB software. Simulink was chosen since this platform is widely used by the international scientific community and also by the Power Quality Research Group of the Federal University of Uberlandia. In this way, in order to verify if the implementation is consistent, the simulation results are compared to the expected results given in the original publication. Moreover, along with procedures for estimating harmonic impedances based on the current injection approach, the most popular methodologies for determining harmonic responsibilities are evaluated using the Benchmark. Dissertação (Mestrado)

FAU - Fundação de Apoio Universitário Durante os últimos anos as conexões à rede de distribuição por parte da geração distribuída têm crescido de forma vertiginosa, impulsionadas em especial por recentes marcos regulatórios, incentivos fiscais e pela aceleração de redução de preços da tecnologia de geração, fazendo com que a relação custo benefício relativa a este tipo de geração se mostre cada vez mais vantajosa. Estes novos tipos de geração quando enquadrados segundo a Resolução Normativa nº 482/2012 como minigeração e microgeração, têm processos relativos aos requisitos de conexão à rede mais simples e menos burocráticos, de modo que são necessários menos estudos e todo o processo de conexão se torna mais expedito quando comparado ao processo de conexão de gerações concentradas. Neste contexto, este trabalho compara o processo de conexão à rede de dois empreendimentos de geração solar fotovoltaica, os quais têm o mesmo montante de geração instalado 20 MW, todavia, devido ao possível local de conexão à rede destes, são adotados processos distintos de conexão. Um dos empreendimentos é constituído pelo agrupamento de 4 GDs do tipo minigeração de 5 MW cada, enquanto o outro se trata de uma fazenda solar fotovoltaica de 20 MW conectada à rede adotando os procedimentos segundo normativos do ONS. Como resultados do trabalho, analisou-se, sob o aspecto da Qualidade da Energia, com ênfase especial as distorções harmônicas, as inúmeras diferenças encontradas nos dois processos regulatórios assim como o grau de exigência de detalhamento dos estudos. Desta forma, para empreendimentos de mesma potência, conectados a pontos análogos descobriu-se diferentes exigências e resultados discrepantes ao se analisar os normativos da distribuidora e os normativos do Operador Nacional do Sistema Elétrico. During the last few years the connections to the distribution grid by the distributed generation have grown in a dizzying way, driven in particular by recent regulatory frameworks, tax incentives and the acceleration of price reduction of the generation technology, making the cost-benefit ratio related to this type of generation prove increasingly advantageous. These new types of generation when framed according to Normative Resolution Nº. 482/2012 as minigeneration and microgeneration, have processes related to the requirements of connection to the grid simpler and less bureaucratic, so that fewer studies are needed and the whole connection process becomes more expeditious when compared to the connection process of concentrated generations. In this context, this work compares the process of connection to the grid of two projects of solar photovoltaic generation, which have the same amount of generation installed 20 MW, however, due to the possible location of connection to the network of these, separate processes of connection are adopted. One of the projects consists of the grouping of 4 GDs of the minigeneration type of 5 MW each, while the other is a 20 MW photovoltaic solar farm connected to the network adopting the procedures according to ONS regulations. As results of the work, analyzed, under the aspect of Power Quality, with special emphasis on harmonic distortions, the numerous differences found in the two regulatory processes as well as the degree of detail requirement of the studies. Thus, for projects of the same power, connected to similar points, different requirements and discrepant results were discovered when analyzing the normatives of the distributor and the regulations of the National Operator of the Brazilian Electric System. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais A busca de fontes alternativas de energia, visando o atendimento à matriz energética, tem ocasionado um crescimento vertiginoso do uso da energia eólica no Brasil e no mundo, a qual recebe fortes incentivos governamentais e privados, tornando-se uma fonte de energia cada vez mais competitiva e atrativa. Por consequência, a interação entre os parques eólicos e as redes de conexão se mostra uma área de fortes interesses investigativos em virtude das características operacionais desses complexos, os quais, em consonância com as propriedades da fonte primária de energia, se traduzem em uma variabilidade da energia produzida e no emprego de conversores eletrônicos. Em decorrência de tais características operativas, embora haja reconhecimento de que a função básica dos parques eólicos esteja relacionada com o suprimento de potência ativa na frequência fundamental, a operação dessas instalações está vinculada com fenômenos associados com a área da qualidade da energia elétrica, a exemplo das distorções harmônicas de tensão/corrente, que podem interagir e causar impactos nas redes elétricas de conexão. Diante disso, no contexto das interligações ora tratadas, o tema se apresenta com grandes desafios e, de forma pontual, motivou os desenvolvimentos aqui realizados, os quais estão focados em estudos acerca dos fatores determinantes na injeção de distorções harmônicas nos sistemas elétricos, empregando-se, para tanto, a concepção estrutural baseada em geradores síncronos. Os trabalhos considerados nesta dissertação de mestrado contemplam atividades relacionadas com o desenvolvimento de modelos matemáticos, implementação computacional, montagens laboratoriais e estudos de desempenho, visando, sobretudo, complementar e validar elementos de cunho teórico já contempladas em pesquisas anteriores. The search for alternative sources of energy, aiming the attendance of the energy matrix, has led to a vertiginous increase in the use of wind energy in Brazil and in the world, which receives strong government and private incentives, becoming an increasingly competitive and attractive source of energy. Consequently, the interaction between wind farms and connection networks shows an area of strong research interests due to the operational characteristics of these complexes, which, in consonance with the properties of the primary energy source, translate into a variability of the energy produced and in the use of electronic converters. As a result of these operational characteristics, although there is acknowledgments that the basic function of wind farms is related to the supply of active power at the fundamental frequency, the operation of these installations is linked to phenomena associated with the area of electrical energy quality, such as harmonic voltage/current distortions, which can interact and cause impacts on the electrical connection networks. Therefore, in the context of the interconnections discussed here, the subject presents itself with great challenges and, punctually, motivated the developments carried out here, which are focused on studies about the determinant factors in the injection of harmonic distortions in the electric systems, using, for that, the structural design based on synchronous generators. The works considered in this master’s dissertation contemplate activities related to the development of mathematical models, computational implementation, laboratory assemblies and performance studies, aiming, above all, to complement and validate elements of a theoretical nature already contemplated in previous researches. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O aumento considerável de pedidos de indenização por danos elétricos vem causando diversos infortúnios as concessionárias de energia e seus consumidores, compreendendo não somente prejuízos financeiros, mas também impactos sociais resultantes de conflitos judiciais entre ambas as partes. Tais preocupações desencadearam o surgimento da área denominada como Pedidos de Indenização por Danos (PIDs), direcionada principalmente a aprimorar e sistematizar o processo de verificação de casos de ressarcimento, disposto pela Agência Nacional de Energia Elétrica. Ao incluir fundamentos matemáticos, computacionais e ensaios laboratoriais na metodologia de análise da consistência de nexo causal, as distribuidoras poderão fornecer um parecer justo e coeso na avaliação de casos. Assim, a partir de trabalhos relativos ao tema já realizados, constata-se hoje a existência de uma base científica sólida que justifique a inclusão de estudos para novos equipamentos eletrônicos, alvo destas solicitações, em ambiente computacional. Tendo em foco a tecnologia inverter integrada a condicionadores de ar split que pelas estatísticas antecipam o aumento substancial nas residências e comércios, esta dissertação encontra-se direcionada ao desenvolvimento de um estudo de ressarcimento capaz de prover as informações necessárias para avaliação de casos que envolvam estes aparelhos. Nesse contexto, objetiva-se propor um modelo computacional elétrico do condicionador de ar, responsável por prover as solicitações dielétrica e térmica impostas ao aparelho, em conjunto com a obtenção de suas curvas de suportabilidade dielétrica e térmica, para comparação e constatação da veracidade de causa e efeito entre o equipamento e distúrbios no qual ele pode ser submetido. Portanto, espera-se deste trabalho, que, por meio dos novos parâmetros e métodos apresentados, análises mais consistentes de PIDs possam ser feitas. The considerable increase in claims by electrical damages has caused several misfortunes to energy utilities and their consumers. These claims comprise not only financial losses, but also social impacts resulting from legal conflicts between both parties. Such concerns triggered the emergence of the area called Damage Compensation Claims, mainly aimed at improving and at systematizing the process of verifying reimbursement cases, provided by the Brazilian Electricity Regulatory Agency. After including in the causal nexus consistency analysis methodology new mathematical and computational fundamentals and laboratory tests, utilities can perform fair and cohesive cases assessment. Based on works found in the literature, there is scientific basis that justifies the inclusion of studies for new electronic equipment in a computational environment. Thus, with a focus on the new inverter technology integrated with split air conditioners, this master thesis is addressed to develop a comprehensive reimbursement study that provides the necessary information for evaluating the cases with these devices. In this context, the objective is to propose an electrical computational model of the air conditioner, responsible for providing the dielectric and thermal stresses imposed on the device, with its dielectric and thermal withstand limits. From this information, it will be possible to compare and verify the veracity of cause and effect between the equipment and disturbances manifested in the networks. Therefore, it is expected from this work that more consistent analyses of possible reimbursement cases are conducted with new parameters and methods. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste momento, o sistema elétrico de energia, em todo o mundo, está passando por uma importante mudança de paradigma, a qual encontra-se embasada em três pilares: descarbonização, digitalização e descentralização. A descarbonização está diretamente ligada à substituição de fontes de energia advindas de combustíveis fósseis, responsáveis pela emissão de gases que potencializam o efeito estufa, por fontes renováveis, sobretudo, de natureza eólica e solar. Enquanto, a digitalização ocorre em virtude da inserção de um forte arcabouço de monitoramento na rede, o qual está aliado a um grande incremento de sistema de comunicação e controle, fazendo com que a operação e o monitoramento possam ocorrer em tempo real. Já a descentralização encontra-se alinhada com o surgimento da geração distribuída, das microgrids e, também, do armazenamento de energia. Neste contexto, percebe-se, a partir de então, um contínuo aumento da importância dos sistemas de armazenamento de energia elétrica, principalmente daqueles advindos de baterias. Sendo que sua inserção na rede está vinculada com benefícios diversos para os três níveis do sistema: geração, transmissão e distribuição. Tais sistema armazenadores proporcionam o aumento da autonomia, da independência e da confiabilidade da rede. Desse modo, considerando sua expansão, bem como antevendo os impactos de sua futura conexão à rede, prima-se por estudos investigativos acerca das principais tecnologias existentes e aplicadas à tal fim, incluindo aspectos correlatos à hardware, materiais e controle. Nesse contexto, o trabalho em questão tem como objetivo explorar e aprofundar em aspectos gerais relacionados às diferentes estratégias de armazenamento de energia, focando em especial em sistemas armazenadores constituídos por baterias com conexão direta à rede. Assim, uma modelagem completa do sistema de armazenamento, com destaque aos processos de carga e descarga, é realizada, sendo os resultados devidamente apresentados e discutidos. Ademais, esta modelagem também tem como propósito possibilitar uma extensa gama de estudos, bem como análises futuras em diversas áreas da engenharia elétrica, tais como: sistemas elétricos de potência, eficiência energética, redes inteligentes e qualidade de energia. At this moment, the electrical power system, worldwide, is undergoing an important paradigm shift, which is based on three pillars: decarbonization, digitalization and decentralization. Decarbonization is directly connected to the replacement of energy sources from fossil fuels, responsible for the emission of gases that potentiate the greenhouse effect, by renewable sources, mainly of wind and solar nature. Meanwhile, digitization occurs due to the insertion of a strong monitoring framework in the grid, which is coupled with a large increase in the communication and control systems, making operation and monitoring possible in realtime. Decentralization, on the other hand, is in line with the emergence of distributed generation, microgrids and, also, energy storage. In this context, from then on, there has been a continuous increase in the importance of electrical energy storage systems, especially those composed of batteries. Its insertion in the grid is linked to different benefits to the three levels of the system: generation, transmission and distribution. Such storage systems provide increased grid autonomy, independence and reliability. In this way, considering its expansion, as well as anticipating the impacts of its future connection to the power system, investigative studies about the main existing technologies applied to this finality are necessary, including aspects related to hardware, materials and control. In this context, the work in question aims to explore and deepen general aspects related to different energy storage strategies, focusing in particular on storage systems consisting of batteries with direct connection to the grid. Thus, a complete modeling of the storage system, with emphasis on the charging and discharging processes, is carried out, and the results are properly presented and discussed. In addition, this modeling also aims to enable an extensive range of studies, as well as future analyzes in several areas of electrical engineering, such as electrical power systems, energy efficiency, smart grids and power quality. Dissertação (Mestrado)

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Em virtude do crescente aumento da demanda de energia, bem como a necessidade de diminuição de emissão de gases que contribuem com o aumento do efeito estufa, o uso de geração suprida por fontes renováveis não convencionais, com o intuito de manter a confiabilidade do sistema elétrico, vem notadamente aumentando. Sistemas como parques eólicos, fazendas solares e geração distribuída fotovoltaica, vêm ganhando importante papel na matriz energética brasileira por serem fontes renováveis de baixo impacto ambiental e por possuírem um grande potencial ainda não explorado no país. No entanto, estas fontes de energia tidas como não convencionais são caracterizadas como fontes intermitentes, pois dependem fortemente das condições meteorológicas (vento e irradiância). Diante desta conjuntura, os sistemas armazenadores de energia por baterias têm ganhado destaques por contornar esta limitação e prover outras possibilidades à rede de conexão. Neste contexto, esta tese irá modelar um sistema de geração fotovoltaica e avaliar a conexão deste arranjo de geração à rede em conjunto com armazenadores de energia, tendo em vista o fortalecimento da estabilidade de tensão e frequência. O emprego das baterias dar-se-á no barramento de corrente contínua (CC) entre o conversor boost e o inversor fotovoltaico. Sendo assim, um conversor híbrido será utilizado para conectar o banco de baterias ao barramento CC. Esta tese também irá apresentar uma proposta de modificação das estruturas de controle de um sistema de geração fotovoltaica, utilizando o conceito de máquina síncrona virtual, para realização do controle efetivo do fluxo de potência e contribuir para estabilidade de tensão e da frequência do ponto de acoplamento. Complementarmente, serão abordados estudos voltados à geração distribuída fotovoltaica com armazenamento, considerando os impactos desta geração na rede, no que tange aos efeitos da distorção harmônica, fator de potência e o alívio de carregamento. Due to the increasing demand for energy, as well as the need to reduce greenhouse gas emissions that contribute to the increase of the greenhouse effect, the use of generation supplied by unconventional renewable sources, in order to maintain the reliability of the electrical system, has been noticeably increasing. Systems such as wind farms, solar farms and photovoltaic distributed generation, have been playing an important role in the Brazilian energy matrix because they are renewable sources of low environmental impact and have great unexplored potential in the country. However, these sources of energy considered as unconventional are characterized as intermittent sources as they depend heavily on weather conditions (wind and irradiance). Given this situation, battery energy storage systems have gained prominence for circumventing this limitation and providing other possibilities for the connection network. In this context, this thesis will model a photovoltaic generation system and evaluate the connection of this generation arrangement to the grid together with energy storage, in order to strengthen the voltage and frequency stability. The batteries will be used in the DC bus between the boost converter and the photovoltaic inverter. Therefore, a hybrid converter will be used to connect the battery bank to the DC bus. This thesis will also present a proposal to modify the control structures of a photovoltaic generation system, using the concept of virtual synchronous machine, to realize the effective control of the power flow and to contribute to voltage and frequency stability at coupling point. In addition, studies focusing on distributed photovoltaic generation with storage will be addressed, considering the impacts of this generation on the grid, regarding the effects of harmonic distortion, power factor and load relief. Tese (Doutorado)

A partir das pesquisas recentes relacionadas à exploração sustentável de energia, é evidente que a energia eólica vem assumindo um papel importante na matriz energética brasileira e mundial. Portanto, ao considerar sua integração ao sistema elétrico, a literatura apresenta possíveis impactos na qualidade da energia, principalmente aqueles relacionados à injeção de correntes harmônicas no sistema por turbinas eólicas. Nesse contexto, as condições de operação da rede de conexão podem implicar o surgimento de conteúdo harmônico não característico no espectro de frequência da corrente da turbina eólica, especialmente aqueles com ordens harmônicas de baixa frequência. A partir desse cenário, este trabalho tem como foco a exploração dos principais fatores que impactam a geração, aumento, diminuição e propagação de distorções harmônicas de aerogeradores DFIG, que é a tecnologia mais utilizada na geração de energia eólica. Assim, primeiramente, a motivação e justificativa do tema são apresentadas, expondo as condições do sistema de transmissão brasileiro em relação ao nível de distorção harmônica. Em sequência, é detalhado o estado da arte do assunto, enfatizando a investigação de harmônicas não características e os principais fatores que influenciam seu surgimento. Posteriormente, também é realizada uma análise dos principais componentes com características não lineares em uma turbina eólica DFIG, a fim de destacar aspectos relevantes de seu controle e operação, com foco no conteúdo espectral harmônico verificado. Seguindo o desenvolvimento da pesquisa, é realizada uma modelagem computacional de um complexo eólico, que opera no nordeste do Brasil. Além disso, são apresentadas as principais condições para os estudos de caso computacionais, que têm como objetivo investigar a causa do surgimento de harmônicas não características no contexto da geração de energia eólica. From the recent researches related to sustainable energy exploitation, it is evident that wind energy has been taking an important role in the Brazilian and world energy matrix. Therefore, when considering its integration into the electric system, the literature presents possible impacts on the power quality, especially those related to the injection of harmonic currents into the system by wind turbines. In this context, the operating conditions of the connecting network may imply the emergence of non-characteristic harmonic content in the wind turbine current frequency spectrum, especially those with low-frequency harmonic orders. From this scenario, this work focuses on the exploration of the main factors that impact the generation, increase, decrease and propagation of harmonic distortions from DFIG wind turbines, which is the most used technology in wind power generation. Thus, firstly, the motivation and justification of the theme are presented in general, exposing the Brazilian transmission system conditions concerning the level of harmonic distortions. Then, the-state-of-the-art of the subject is detailed, emphasizing the investigation of non-characteristic harmonics and the main factors that influence their emergence. Later, an analysis of the main components with nonlinear characteristics in a DFIG wind turbine is also performed in order to highlight relevant aspects of its control and operation, focusing on the verified harmonic spectral content. Following the development of the research, it is developed a computational modeling of a wind farm, which operates in the northeastern of Brazil. In addition, the main conditions for the computational case studies are presented, which aim to investigate the cause of the emergence of non-characteristic harmonics in the context of wind power generation. Dissertação (Mestrado)

Diante da intensificação da presença de elementos não lineares conectados aos sistemas elétricos, em nível de geração, transmissão e distribuição, novos desafios surgem quando se pensa na melhor maneira de gerir os níveis de distorções a patamares seguros. Na literatura nota-se a presença de lacunas desafiadoras no contexto do estabelecimento de um meio notadamente confiável, robusto e prático, para o compartilhamento de responsabilidades entre as partes que contribuem para as distorções constatadas em determinado barramento. O presente trabalho se propõe a contribuir para avanços nesse campo de investigações. Incialmente, busca-se a consolidação de uma metodologia já existente, baseada na utilização de impedâncias dominantes para a obtenção do compartilhamento. A partir de minuciosas análises conclusões favoráveis são obtidas, as quais direcionam a aplicação segura e eficaz do processo. Como proposições inéditas, duas outras metodologias voltadas ao compartilhamento são apresentadas: uma com base na injeção de correntes harmônicas, e outra fundamentada na utilização de chaveamento de capacitores. Tais procedimentos envolvem a realização de intervenções e medições no ponto de interesse para a atribuição de responsabilidades. Ao reconhecer como uma proposta relevante a possibilidade de efetuar ações em uma barra do sistema e obter os percentuais de compartilhamento em outro ponto, este trabalho ainda propõe os aqui denominados métodos para extrapolação do compartilhamento. Dentro deste propósito, são desenvolvidos procedimentos que utilizam, novamente, as filosofias de conexão de impedâncias dominantes, injeção de correntes harmônicas e chaveamento de capacitores. Para sustentar as proposições realizadas, os fundamentos teóricos de todas as metodologias são descritos, e as mesmas são submetidas a testes de desempenho em termos de simulações computacionais e ensaios laboratoriais. Os resultados obtidos são promissores e, assim, considera-se que as proposições apresentam potencial de contribuir efetivamente para os avanços científicos no tema compartilhamento de responsabilidades harmônicas. Faced with the intensification of nonlinear elements connected to electric systems, at generation, transmission and distribution levels, new challenges emerge when one thinks about the best way to manage distortions to safe levels. In the literature there are challenging gaps in the context of establishing a reliable, robust and practical method for sharing of responsibilities between the parties that contribute to the distortions found in a particular bus. The present work intends to contribute to advances in this field of investigations. Initially, it seeks to consolidate an existing methodology, based on the use of dominant impedances to obtain the sharing of responsibilities. About this topic, definitive conclusions are obtained from detailed analyzes and this allows the safe and effective application of the process. As original propositions, two other methodologies focused on harmonic sharing are presented: one based on the injection of harmonic currents, and another based on the use of capacitor switching. Such procedures involve interventions and measurements at the point of interest for the assignment of responsibilities. By recognizing as a relevant proposal the possibility of performing actions in a certain bus and obtaining the responsibility percentages in another point, this work still proposes the methods for extrapolation of harmonic sharing. Within this purpose, procedures are developed, using again the philosophies of connection of dominant impedances, injection of harmonic currents and switching of capacitors. To support the propositions made, the theoretical foundations of all methodologies are described, and they are subjected to performance tests in terms of computational simulations and laboratory tests. The results obtained are promising and, thus, the propositions present the potential to contribute effectively to the scientific advances in the theme sharing of harmonic responsibilities. Tese (Doutorado)

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Este trabalho visou realizar um estudo para análise do desempenho de um sistema de armazenamento de energia, por meio de baterias de ion-Li, para o nivelamento de carga em uma rede de distribuição de energia elétrica. Para tal, foi utilizada a ferramenta Simulink, do software MATLAB, versão 2016a. O estudo em questão elaborou o controle do chaveamento do banco de baterias por meio do controle do nível de tensão da rede, sendo os limites mínimo e máximo norteados pelo Módulo 8 do Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Tal estudo propiciou uma metodologia para a análise do problema, escolha da tecnologia armazenadora mais viável considerando fatores técnico-econômicos e, por fim, dimensionamento da capacidade do banco de baterias utilizado. A fim de prolongar a vida útil do sistema uma lógica para a limitação da taxa de descarga da bateria de lítio foi utilizada, bem como o monitoramento do estado de carga – SOC da bateria. Para o despacho da energia gerada pela bateria, foi utilizado um inversor de tensão de dois níveis. Para controle do despacho de energia, foi utilizado um conversor CC/CC baseado na topologia Boost, sendo seu controle baseado nos preceitos acima citados de limitação de corrente de descarga e análise do estado de carga da bateria. Para a recarga da bateria, foi utilizado um conversor CA/CC do tipo retificador de 6 pulsos controlado a tiristores, com seu controle de carga sendo realizado por meio de uma malha de comando ligada ao conversor CC/CC tipo Buck. Para a análise do arranjo acima foi utilizado o sistema de teste de distribuição 13 barras modificado do Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE. This work aims to implement a study for the analysis of a performance of an energy storage system using Li-ion battery. For this, a tool of the software MATLAB, version 2016a, Simulink was used. The study mentioned elaborates a switching control of the battery system using a voltage level control of the grid, using the high and low limits disposed on Módulo 8 of Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST, from Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. The study provides a methodology for the analysis of the problem, the choice of the most interesting technology, considering the technical and economical factors and the bank capacity sizing. In order to extend the lifetime of the battery, a strategy to limit the discharge current was implemented and also the monitoring of the State of Charge – SoC of the battery. To dispatch the energy storaged in the battery, a two level voltage converter was used for it. Also, a DC/DC converter based on the Boost converter topology was used, its control was based on the information described above. To control the recharge of the bank – battery, a AC/DC converter based on controlled 6-pulse rectifier with Thyristors was used, with its charge control made with a control command connected to a DC/DC converter using Buck topology For the analysis of the arrange developed the 13 bus bar distribution test feeder of Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE will be used. Dissertação (Mestrado)

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico O trabalho em questão tem por objetivo fazer um estado da arte consistente das principais tecnologias de filtragem ativa trifásicas existentes, bem como analisar os princípios de funcionamento e controle das mesmas. De forma complementar são realizadas implementações computacionais para testes e estudos de casos a fim de melhor avaliar algumas condições específicas de operação destes equipamentos e também as respostas fornecidas pelos algoritmos de controle implementados frente a situações de contorno diversas. Além das investigações realizadas, estudos adicionais são feitos com o intuito de se perfazer algumas avaliações iniciais das tendências de otimização de conversores convencionais para atuação como condicionadores de energia. Por fim, discussões no que tange a viabilidade técnico-financeira da aplicação destas soluções são realizadas tendo em vista o cenário atual. The work in question aims to raise a state of the art consistent with the main three-phase active power filtering technologies, as well as to analyze the principles of operation and control of the same. In this way, computational implementations are performed for tests and case studies in order to evaluate some operating conditions of these equipment’s and the answers provided by the control algorithms implemented in various contour situations. In addition to the investigations carried out, complementary studies are done to present and perform some initial evaluations of the optimization trends of conventional converters to act as energy conditioners. Furthermore, discussions regarding the technical-financial feasibility of applying these solutions are carried out throughout the text, for the current scenario. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O estudo de capacidade de hospedagem está voltado à determinação da máxima quantidade de geração distribuída que pode ser conectada em um determinado ponto do sistema elétrico antes que um indicador de qualidade da energia ou mesmo um parâmetro limitador da rede tenha seu valor limite violado. Diversos trabalhos buscam determinar a capacidade de hospedagem ligada às principais variáveis que afetam o sistema elétrico, sendo elas: sobretensão e sobrecorrente ou sobrecarga. Trabalhos mais recentes ainda abordam outras variáveis como fluxo de potência e outra que vem crescendo de importância com a entrada cada vez maior de cargas não lineares no sistema elétrico: distorção harmônica. Este trabalho traz uma análise conjunta do conceito de capacidade de hospedagem na busca de se colocar como um primeiro passo para unificar o conceito em torno de todas as variáveis que a influenciam. Neste ínterim, são observadas três variáveis: sobretensão, sobrecorrente ou sobrecarga e distorção harmônica. Para exemplificar as teorias descritas, há um estudo de caso envolvendo um sistema amplamente conhecido no meio acadêmico, o 14 barras do IEEE. Em um primeiro momento são analisadas as variáveis de forma independente para encontrar a capacidade de hospedagem no entorno de cada uma, sendo posteriormente unificadas para globalizar o conceito. Com o intuito de uma contribuição para a análise de capacidade de hospedagem em termos de distorção harmônica, foi desenvolvida uma ferramenta gráfica que permite visualizar melhor as áreas de capacidade de hospedagem determinadas pelos limites estabelecidos de distorção harmônica no ponto de conexão. The hosting capacity study is the determination of the maximum amount of distributed generation that can be connected at a particular bus in the electrical system before an energy quality indicator or even a network limiting parameter has its threshold value violated. Several works seek to determine the hosting capacity linked to the main variables that affect the electrical system, being: overvoltage and overcurrent or overload. More recent works still addresses other variables such as power flow and another one that is growing in importance with the increasing input of nonlinear loads in the electric system: harmonic distortion. This work brings a joint analysis of the concept of hosting capacity seeking to be placed as a first step to unify the concept around all the variables that influence it. In this dissertation, three variables are observed: overvoltage, overcurrent or overload and harmonic distortion. To exemplify the described theories, there is a case study involving a system widely known in academia, the 14 bars of the IEEE. In a first moment the variables are analyzed independently to find the hosting capacity regarding each one of those, being later unified to a single study seeking to globalize the concept. In order to contribute to the analysis of hosting capacity in terms of harmonic distortion, a graphical tool was developed that allows better visualization of the areas of hosting capacity determined by the established limits of harmonic distortion at the point of connection. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Idealmente, sistemas elétricos trifásicos devem apresentar tensões e correntes com a mesma magnitude e com um defasamento angular de 120º entre si. Todavia, as situações encontradas em campo, via de regra, evidenciam dissemelhanças entre as grandezas elétricas, caracterizando, assim, os conhecidos sistemas trifásicos desequilibrados. Tal condição operativa se deve a uma série de fatores, alguns intrínsecos aos sistemas de suprimentos, e outros, às características das cargas alimentadas. Diante dos reconhecidos impactos negativos associados com operações impróprias das redes e seus componentes, assim como também efeitos sobre a eficiência do processo de fornecimento e consumo da energia elétrica, os agentes reguladores têm se mantido vigilantes em relação a esse indicador da qualidade da energia elétrica. Por tais motivos, valores limítrofes são frequentemente encontrados nas regulamentações nacionais e internacionais. Nessas circunstâncias, uma vez ultrapassados tais padrões, medidas para mitigação ou adequação aos padrões de qualidade estabelecidos devem ser prontamente empregadas. Para o atendimento a tais requisitos, são vários os recursos conhecidos e disponibilizados no mercado, entretanto, ao se confrontar os benefícios com os custos de algumas soluções, surge a motivação para a busca de estratégias mais atrativas. Nesse particular situa-se a presente pesquisa feita nessa dissertação, a qual encontra-se voltada para a proposição de um dispositivo compensador de desequilíbrios à base de componentes estáticos comerciais de baixo custo, associados com uma estratégia de chaveamento e controle para adequação às condições dinâmicas normalmente impostas pelas cargas. Tendo em vista que a pesquisa em pauta se apresenta como uma proposição inicial, a mesma é consubstanciada pelos seus fundamentos teóricos, e o processo avaliativo da eficácia do seu desempenho é feita computacionalmente. Ideally, three-phase electrical systems must have voltages and currents with the same magnitude and with an angular phase-shift of 120 °. However, the situations found in the field, as a rule, show dissimilarities between these electric quantities, thus characterizing the well-known unbalanced three-phase systems. This operational condition is due to a number of factors, some intrinsic to the supply systems, and others to the characteristics of the fed loads. In view of the recognized negative impacts associated with improper operations of the networks and their components, as well as effects on the efficiency of the electricity supply and consumption process, regulatory agencies have been aware in relation to this indicator of the electrical power quality. For these reasons, boundary values are often found in national and international regulations. In such circumstances, once such standards are exceeded, measures to mitigate or conform to established power quality standards should be used. To meet these requirements, several strategies are known and available in the market, however, when confronting the benefits with the costs of some solutions, the motivation for the search for more attractive strategies appears. In this way, the present research is focused as the main target in this dissertation, which is aimed at proposing an imbalance compensator based on low-cost commercial static components, associated with a switching and control strategy to suit dynamic conditions normally imposed by the loads. Considering that the research in question is presented as an initial proposition, it is based on its theoretical foundations, and the evaluation process of the effectiveness of its performance is done computationally. Dissertação (Mestrado)

This paper presents a mathematical method that enables the achievement of the grounding resistance and the potential of the soil surface, generated by a grounding system, it consists of a buried cable horizontally. The grounding is present in the first layer of soil, assuming a soil composed of \"n\" horizontal layers. From this mathematical model a computer program developed to calculate the ground resistance and potential surface of the horizontal cable. For the validation of this mathematical model several experimental tests were performed, allowing the theoretical and experimental evidence. Simulations are also conducted to observe the influence of the layers in order ro determinate the grounding resistance and surface potentials, and also the influence on the accuracy of soil stratification into horizontal layers. Neste trabalho é apresentado um método matemático que possibilita a obtenção da resistência de aterramento e dos potenciais de superfície do solo, gerados por um sistema de aterramento composto por um cabo enterrado de forma horizontal. A malha de terra está presente na primeira camada do solo, admitindo-se um solo composto por n camadas horizontais. A partir desse modelo matemático desenvolveu-se um programa computacional para calcular a resistência de aterramento e os potenciais de superfície do cabo horizontal. Para a validação deste modelo matemático foram realizados diversos ensaios experimentais, possibilitando a comprovação teórico-experimental. Também são feitas simulações para observar a influência das camadas na determinação da resistência de aterramento e dos potenciais de superfície, bem como a influência também da precisão da estratificação do solo em camadas horizontais. Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Among the points that deserve recognition in the context of Electric Power Quality area related to the harmonic distortions is the issue of responsibilities assignment. In fact, given significant levels of harmonic distortions where at a particular point or along a specific measurement bus, the importance of knowing the percentages of responsibility to be assigned to the parties involved becomes clear when it is necessary to implement mitigation measures, such as the installation of harmonic filters. In this case, it is desirable to use a systematic and reliable procedure that culminate in a consensus on the financial responsibility associated with mitigation process. The literature presents some procedures that propose the allocation of responsibility for harmonic distortion, but previous studies have sought to highlight difficulties related to inherent weaknesses to the proposed developments or infeasibility practices. Among these methodologies deserves attention the principle of Superposition that, despite consistent development, has limited application due to the need for prior knowledge of the harmonic impedances of the agents involved. The values of these impedances, especially consumer part, it is not an information easily obtained. Inserted in this context, this work presents a proposal which seeks to contribute to the process of responsibility assignment on harmonic distortions using capacitor units switching. This technique aims to provide consistent information on the harmonic impedances of a consumer unit for the application of superposition principle aforementioned. Em meio aos pontos que merecem notoriedade no contexto da Qualidade da Energia Elétrica, no que se refere às distorções harmônicas, está a questão do compartilhamento de responsabilidades. De fato, dada a constatação de níveis relevantes de distorções harmônicas em determinado ponto ou barramento de medição, a importância de conhecer as parcelas de responsabilidades cabidas às partes envolvidas se mostra clara diante da necessidade de implementação de medidas mitigadoras, a exemplo da instalação de filtros harmônicos. Nesse caso, torna-se desejável o emprego de um procedimento sistematizado e confiável que possa culminar em um consenso sobre a responsabilidade financeira associada ao processo de mitigação a ser implementado. A literatura apresenta algumas metodologias destinadas aos fins do compartilhamento, porém trabalhos anteriores evidenciaram inconsistências ou dificuldades que, por vezes, estão relacionadas a fragilidades inerentes aos desenvolvimentos propostos ou a inviabilidades de ordem prática. Dentre esses procedimentos, merece atenção o princípio da Superposição que, apesar de ter sólida sustentação metodológica, possui aplicação limitada devido à necessidade do prévio conhecimento das impedâncias harmônicas dos agentes envolvidos. Os valores dessas impedâncias, principalmente da parte do consumidor, não são informações facilmente obtidas em campo. Inserido nesse contexto, este trabalho apresenta uma proposta que procura contribuir para o processo de compartilhamento de responsabilidades sobre as distorções harmônicas utilizando uma técnica que envolve o chaveamento de unidades capacitivas. Este procedimento visa, sobretudo, oferecer informações consistentes sobre as impedâncias harmônicas de uma unidade consumidora para fins da aplicação do princípio da superposição suprarreferido. Mestre em Ciências

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico The search for solutions to the different problems associated with power quality, in particular the regulation of the supply voltage, has motivated the development of many innovative proposals, which fit satisfactorily within the legislation presently practiced. In particular, although recognizing the wide range of products on the market, the design of devices based on principles and control which are simple in concept and still able to provide competitive costs, lower maintenance requirements, among other things, still present challenges to the research and development of new products. In this context, this paper continues a line of developments conducted by researchers at the Federal University of Uberlândia (UFU), which is focused on the proposition, modeling and development of a new conception of regulating device. The investigations conducted in this dissertation are directed to the mathematical model of the equipment in the frequency domain, as a complement to previous studies which aimed at the time domain representations through the ATP simulator. The use of this modeling strategy presents itself in a simpler and more effective way for obtaining the basic parameters of the regulator equipment and evaluating the effectiveness of the voltage regulation process. To meet such goals, this dissertation highlights the design and physical structure of the machine, presents a prototype already developed of the device, conducts experimental studies of performance and finally establishes comparative terms between the regulator performances through the computational resources originally available and the new formulation proposed here A busca por soluções para os distintos problemas de qualidade da energia elétrica, em especial a regulação dinâmica das tensões de suprimento, tem fomentado o desenvolvimento de estratégias inovadoras e adequadas às legislações em vigor. Nesse particular, muito embora se reconheça a vasta gama de produtos existentes no mercado, a concepção de dispositivos fundamentados em princípios e controle simples, custos competitivos, menores requisitos de manutenção, dentre outros aspectos, ainda se apresenta como grande desafio para as pesquisas e o desenvolvimento de novos produtos. Nesse contexto, o presente trabalho dá continuidade a uma das linhas de desenvolvimentos conduzidas por pesquisadores da UFU, a qual se encontra centrada na proposição, modelagem e desenvolvimento de uma nova concepção de dispositivo regulador. Avançando nos trabalhos, as investigações realizadas no âmbito da presente dissertação encontram-se direcionadas para a modelagem desse equipamento no domínio da frequência, estratégia esta que complementa os estudos anteriores, os quais foram alicerçados em representações no domínio do tempo, através do simulador ATP. O emprego da estratégia de modelagem aqui feita apresenta-se mais simples e eficaz para a obtenção dos parâmetros básicos do equipamento regulador e avaliação da eficácia do processo de restauração das tensões aos patamares regulamentados. Para o atendimento a tais metas, a dissertação ressalta a concepção e estrutura física do equipamento, apresenta um protótipo de dispositivo já desenvolvido, realiza estudos experimentais de desempenho e, por fim, estabelece termos comparativos entre os desempenhos do regulador em pauta através dos recursos computacionais originalmente disponibilizados e a nova formulação aqui proposta. Mestre em Ciências

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico In a time when environmental issues are widely discussed, and on the other hand, the growing needs for energy, the use of renewable energy sources plays important rule and interest. Among the solutions, the wind energy resource has shown to be competitive and has attracted the attention in many countries. Due to the dynamic characteristics inherent to the winds and the various topologic arrangements typically employed to the transformation of mechanical energy into electricity, the interaction between the wind farms and the AC connection grid has become a matter of major concern. In fact, the accomplishment of power quality indicators and dynamic performance as defined by the regulating agencies can be taken as major challenges to be considered to achieve a satisfactory connection. Centered on this subject, this work is directed toward the definition of a physical structure for laboratory representing, on a reduced scale, a typical wind complex, aimed mainly at the trials with a focus on issues linked with the phenomena defined as indicators of power quality. Having the above in mind, this dissertation focuses the results of affords towards the conception of a physical structure, the hardware components, the software to operate the overall complex and, finally, to describe test results towards the validation of the experimental model set up to represent a typical wind arrangement of variable speed type equipped with synchronous generator. Em uma época em que se discute amplamente a questão ambiental e, por outro lado, as necessidades impostas pelas demandas de energia, intensificam-se a importância e o papel das fontes renováveis de energia. Entre elas, destaca-se a produzida a partir dos ventos (eólica), estratégia esta que vem se mostrando, a cada dia, mais competitiva e atrativa. Devido às características dinâmicas inerentes aos ventos, somado ao fato que distintas concepções podem ser utilizadas para a transformação da energia mecânica em elétrica, neste sentido a interação entre os parques eólicos e respectivas redes de conexão se apresenta como uma área de grandes interesses investigativos. De fato, as questões atreladas com o atendimento aos indicadores de qualidade da energia e os desempenhos dinâmicos dos complexos, nos termos impostos pelos agentes reguladores, passaram a ser considerados como desafios para que as conexões sejam realizadas de modo satisfatórias entre as partes. Diante disto, o presente trabalho encontra-se direcionado para a definição de uma estrutura física para a representação laboratorial, em escala reduzida, de um complexo eólico típico, visando, sobretudo, a realização de ensaios focados em fenômenos afins com os indicadores de qualidade da energia. Com este objetivo em mente, a presente dissertação contempla resultados de esforços conduzidos para a concepção física de um laboratório em escala reduzida, o estabelecimento da estrutura de hardware, o desenvolvimento de softwares de operação e, por fim, a realização de testes de desempenho voltados para a validação do modelo experimental obtido, com destaque a modelagem de um arranjo eólico, tipo velocidade variável, equipado com gerador síncrono. Mestre em Ciências