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Tipo do documento: Dissertação
Título: Alocação robusta de chaves para maximização da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica
Título(s) alternativo(s): Robust allocation of keys to maximize reliability in electricity distribution networks
Autor: NEVES, Leandro da Silva 
Primeiro orientador: RODRIGUES, Anselmo Barbosa
Primeiro coorientador: SILVA, Maria da Guia da
Primeiro membro da banca: ROSA, Mauro Augusto da
Segundo membro da banca: OLIVEIRA, Denisson Queiroz
Resumo: A análise de confiabilidade preditiva de redes de distribuição visa estimar índices de frequência e duração relacionados com interrupções no fornecimento de energia com base nos seguintes parâmetros: topologia da rede, resposta do sistema de proteção, estratégia de restauração e dados de confiabilidade dos equipamentos (taxas de falha e tempos de reparo). Os dados de confiabilidade dos equipamentos estão sujeitos a incertezas devido aos seguintes fatores: variabilidade amostral de dados históricos e realização do processo estocástico associado com o número de falhas para um período de tempo finito. As incertezas nos dados de entrada do modelo de confiabilidade preditivo são difundidas para os índices estimados. Consequentemente, os índices de confiabilidade estimados também estão sujeitos a incertezas e não podem ser caracterizados apenas por seus respectivos valores esperados. As incertezas nos índices de confiabilidade estimados para redes de distribuição podem ser quantificadas definindo-se intervalos de confiança. A percepção da variabilidade nos índices de confiabilidade estimados introduz incertezas nas estratégias de planejamento orientadas para melhoria da confiabilidade, por exemplo: alocação de chaves, reconfiguração, instalação de dispositivos de proteção, etc. Se estas incertezas são ignoradas, os benefícios obtidos com as alternativas de reforço da rede podem ser cancelados devido às variações dos índices em torno dos seus valores esperados. Por exemplo, as variações nos índices após a adição de reforços na rede podem torna-los piores com relação aos seus valores correspondentes para a configuração sem reforço na rede. Desta forma, os principais objetivos desta dissertação são: realizar um estudo comparativo sobre as abordagens utilizadas para calcular os intervalos de confiança dos índices de confiabilidade da rede de distribuição e realizar uma alocação robusta de chaves em redes de distribuição considerando incertezas nos dados de confiabilidade. As técnicas consideradas nos estudos de propagação de incertezas foram: Conjuntos Fuzzy, Aritmética Intervalar, Bootstrap, Cumulantes e Simulação Monte Carlo (SMC). A robustez da alocação está associada com o fato de que os índices de confiabilidade não são degradados pelas incertezas nos dados de confiabilidade após a instalação das chaves. Esta alocação robusta é gerada através da maximização da probabilidade do DEC (Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora) ser menor ou igual a um valor máximo. Esta função objetivo foi maximizada através da combinação das seguintes técnicas: otimização por enxame de partículas (PSO-Particle Swarm Optimization) e método dos Cumulantes para modelar das incertezas. Os resultados dos testes demonstraram que a alocação de chaves obtida com o modelo proposto tornou o índice DEC mais robusto com relação às incertezas nas taxas de falha e tempos de reparo. Além disso, foi mostrado que o paradigma tradicional de minimizar o valor esperado do DEC resulta em solução de baixa qualidade, pois as incertezas nos dados de confiabilidade anulam os ganhos obtidos com a alocação ótima de chaves. Adicionalmente, a análise de propagação de incertezas demonstrou que todos os métodos de propagação de incerteza têm uma precisão aceitável. No entanto, os intervalos de confiança calculados através dos métodos Bootstrap e Cumulantes estão mais próximos dos intervalos avaliados pela SMC (método de referência) do que aqueles estimados pelos Conjuntos Fuzzy e Aritmética Intervalar.
Abstract: The predictive reliability analysis of distribution networks aims to estimate duration and frequency indices related to energy supply interruption based on the following parameters: network topology, protection system response, restoration strategy, and reliability data of the equipment (failure rates and repair times). The reliability data of the equipment are subject to uncertainties due to the following factors: sample variability of historical data and realization of the stochastic processes associated with the number of failures for a finite time period. The uncertainties in the input data of the predictive reliability model are disseminated to the estimated reliability indices. Consequently, the estimated reliability indices also are subject to uncertainties and they cannot be characterized only by expected values. The uncertainties in the estimated reliability indices for distribution networks can be quantified by defining confidence intervals. The perception of the variability in the estimated reliability indices introduces uncertainties in the planning strategies oriented to reliability improvement, for example: switches placement, reconfiguration, protection device installation, etc. If these uncertainties are ignored, the benefits obtained with the network reinforcement alternatives can be cancelled due to indices variations around their expected values. For example, the indices variations after the network reinforcement addition can make them worse than their corresponding values for the network configuration without reinforcement. In this way, the main objectives of this dissertation are: to carry out a comparative study about the approaches used to evaluate confidence intervals for the power distribution reliability indices and to perform a robust switch placement in distribution networks considering uncertainties in the reliability data. The techniques considered in the uncertainty propagation studies were: Fuzzy Sets, Interval Arithmetic, Bootstrap, Cumulants e Monte Carlo Simulation (MCS). The allocation robustness is associated with the fact of that the reliability indices are not degraded by the uncertainties in the reliability data after the switches installation. This robust allocation is generated through the maximization of the SAIDI (System Average Interruption Duration Index) probability be lower or equal than a maximum value. This objective function was maximized through the combination of the following techniques: Particle Swarm Optimization and Cumulants method to model uncertainties. The tests results demonstrated that the switches placement obtained with the proposed model made the SAIDI more robust with regard to uncertainties in failure rates and repair times. Furthermore, it was demonstrated that traditional paradigm of minimizing the SAIDI expected value results in poor quality solutions, since the reliability data uncertainties cancel the gains obtained with the optimal switches placement. Additionally, the uncertainty propagation analysis demonstrated that all methods of uncertainty propagation have acceptable accuracy. Nevertheless, the confidence intervals calculated by the Bootstrap and Cumulants are more near the intervals calculated by the MCS (the benchmarking method) than those evaluated by the Fuzzy Sets e Interval Arithmetic.
Palavras-chave: Índices de confiabilidade
Propagação de incertezas
Alocação de Chaves
Otimização por enxame de partículas
Cumulantes
Reliability indices
Uncertainty propagation
Switches placement
Particle Swarm Optimization
cumulants
Área(s) do CNPq: Sistemas Elétricos de Potência
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: NEVES, Leandro da Silva. Alocação robusta de chaves para maximização da confiabilidade em redes de distribuição de energia elétrica. 2018. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Eletricidade) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/2235
Data de defesa: 14-Mar-2018
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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