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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Fernando Bambozzi Bottura
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Oleskovicz, Mario (Presidente)
Carrano, Eduardo Gontijo
Pereira Junior, Benvindo Rodrigues
Tostes, Maria Emilia de Lima
Usida, Wesley Fernando
Título em português
Arranjo otimizado de monitores para sistemas de distribuição frente às variações de tensão de curta duração e potenciais condições de ressonância harmônica
Palavras-chave em português
Alocação ótima
Análise de ressonância harmônica modal
Método de posição de faltas
Monitoramento
Qualidade da energia elétrica
Ressonância harmônica
Sistemas de distribuição
Variações de tensão de curta duração
Resumo em português
Esta pesquisa propõe uma metodologia de alocação otimizada de monitores da Qualidade da Energia Elétrica (QEE) em sistemas de distribuição, de modo que estes sejam sensíveis tanto às variações de tensão de curta duração, bem como às potenciais condições de ressonância harmônica. A metodologia de alocação dispõe da aplicação do Método de Posição de Faltas (MPF) e da Análise de Ressonância Harmônica Modal (ARHM) para a construção de uma matriz binária de cobertura. Esta matriz é então utilizada pelo processo de otimização para a determinação dos melhores locais de instalação dos monitores, garantindo assim o completo monitoramento dos distúrbios da QEE considerados. A partir do MPF, é estudado o comportamento das tensões nodais remanescentes do Sistema de Distribuição (SD) em análise frente a situações de curtos-circuitos que provocam afundamentos e /ou elevações de tensão. Pela ARHM, as impedâncias modais associadas ao modo crítico são calculadas para a identificação das respectivas frequências de ressonância harmônica do SD. Além disso, a partir dos autovetores críticos, associados ao modo crítico, também se obtém o grau de observabilidade das condições de ressonância para cada nó do SD. A otimização minimiza a quantidade necessária de monitores para a completa observação dos distúrbios de QEE considerados, e é formulada como um modelo de programação linear inteira com variáveis binárias. Para a resolução deste problema de otimização utilizou-se o algoritmo Branch and Bound. A metodologia foi testada para um SD de 15 nós, baseado em uma rede do CIGRÉ, e para um SD de 24 nós, baseado no SD de 34 nós do IEEE. Os resultados apontam a necessidade de instalação de 2 a 4 monitores para o SD de 15 nós, e de 2 a 9 monitores para o SD de 24 nós, para a completa observabilidade dos distúrbios de QEE considerados. A metodologia de alocação otimizada de monitores de QEE apresenta-se como uma ferramenta auxiliar para o planejamento de um sistema de monitoramento que promova meios para a melhoria dos índices de QEE.
Título em inglês
Optimized allocation of power quality meters in distribution systems for short duration voltage variations and potential harmonic resonance conditions
Palavras-chave em inglês
Distribution systems
Fault position method
Harmonic resonance modal analysis
Harmonic resonance.
Monitoring
Optimal allocation
Power quality
Short duration voltage variations
Resumo em inglês
This research proposes an optimized allocation methodology of Power Quality (PQ) meters in Distribution System (DS), considering short duration voltage variations and potential harmonic resonance conditions. The allocation methodology uses the Fault Position Method (FPM) and the Harmonic Resonance Modal Analysis (HRMA) in order to obtain a binary covering matrix, which is lately used by the optimization process. The optimization process determines the best installation nodes of the minimum number of PQ monitors that complete observe the considered PQ disturbances. From the FPM, the behavior of the remaining nodal voltages is studied for different short-circuit situations, which cause voltage sags and/ or swells. The HRMA is used to calculate the modal impedances related to the critical modes and identify the respective harmonic frequencies of the DS. Moreover, from the critical eigenvectors, associated with the critical mode, it is also obtained the observability level of the respective harmonic resonance frequencies. The allocation problem is modeled as an integer linear programming that minimizes the number of necessary PQ meters, ensuring the complete observation of the considered PQ disturbances. The optimization is performed using a Branch and Bound algorithm. The allocation methodology was tested for a 15 nodes DS based on a CIGRÉ network, and for 24 node DS derived from the IEEE 34 node test system. Results indicate that 2 to 4 PQ monitors are required for the 15 nodes DS, and 2 to 9 PQ monitors for the 34 DS in order to completely observe the considered PQ disturbances. The allocation methodology presentes itself as an auxiliary tool for the PQ monitoring planning, which may leads to the improvement of the PQ indices.
 
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Fernando.pdf (3.96 Mbytes)
Data de Publicação
2019-06-19
 
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