Sharing of harmonic responsibilities: propositions, analyses and contributions

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)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

Uma contribuição ao processo do compartilhamento de responsabilidades sobre as distorções harmônicas via chaveamento de unidades capacitivas

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.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em CiênciasEm 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