Proposal of an enhanced methodology for transmission lines modeling in the space state

Orientadores: José Pissolato Filho, Sérgio KurokawaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Uma metodologia alternativa e aprimorada para modelagem de linhas de transmissão multifásicas é apresentada ao longo do desenvolvimento proposto. O desacoplamento modal das fases e cabos pára-raios dá-se por meio de uma metodologia otimizada no uso das matrizes de transformação modal ao longo das sucessivas transformações entre os domínios dos modos e das fases, eliminando os erros decorrentes da modelagem e representação da linha fazendo uso de análise modal. A representação equivalente de cada modo de propagação é desenvolvida por elementos discretos convencionais com base na teoria fundamental de circuitos elétricos, o que torna a modelagem em questão simplificada, porém não menos precisa. Para modelagem do efeito da frequência nos parâmetros longitudinais da linha, é utilizado vector fitting para sintetizar os parâmetros de forma equivalente e por elementos discretos para cada modo de propagação do sistema multifásico. O sistema de equações diferenciais é representado no espaço de estados e facilmente solucionado por métodos numéricos de integração. No entanto, propõe-se a resolução do sistema de equações de estado por meio de um método de solução analítico, significativamente mais eficaz computacionalmente e mais robusto que o método de integração trapezoidal, amplamente aplicado na simulação de transitórios eletromagnéticos. Ademais, o método analítico possibilita o desenvolvimento de uma metodologia híbrida, adequada tanto na simulação de fenômenos transitórios quanto na simulação fenômenos em regime permanente. O modelo proposto é totalmente desenvolvido no domínio do tempo, sem a utilização de transformadas inversas e convoluções, tornando simples a integração de outros dispositivos e elementos não lineares ao longo da linha. Por fim, um processo utilizando FIR digital filtering integrado à modelagem por matrizes de estado, elimina todas as oscilações espúrias decorrentes da discretização da linha por elementos discretos e erros de truncamento. Em suma, o modelo computacional proposto apresenta uma metodologia aprimorada que se estender desde a modelagem dos parâmetros elétricos da linha à simulação propriamente dita dos transitórios eletromagnéticos, na ordem de poucos milissegundos, e fenômenos transitórios mais lentos, próximos do sinal fundamental em regime permanenteAbstract: An alternative and accurate methodology to model multiphase transmission lines is presented in the proposed development. The modal decoupling of the phases and shield wires is given by an optimized methodology in the use of the modal transformation matrix through the successive transformations between modal and phase domains, correcting the errors associated with the modeling and representation of the line by using analysis modal. Each propagation mode is represented by conventional lumped elements widely approached in the electrical circuit theory, which simplify the equivalent modeling, although a no less accurate procedure. To insert the frequency dependence of the longitudinal parameters in the line model, the vector fitting is applied to synthesize the parameters by an equivalent lumped circuit for each propagation mode of the multiphase system. The system of differential equations, resulting from the differential equations associated with the modal parameters, is represented in the state space and easily solved by numeric integration methods. Although, an analytical solution method is proposed to solve the system of state equations. This solution method is more efficient in computational terms and more robust than the well-known trapezoidal rule, widely used for simulation of electromagnetic transients. Furthermore, the proposed analytical method enables the development of a hybrid methodology, properly adapted to simulate transients as well as steady-state phenomena. The proposed model is completely developed in the time domain, without the use of inverse transforms and convolutions, which means that the proposed modeling is totally compatible with any other power electrical devices and nonlinear elements modeled in the time domain. Finally, a process using FIR digital filtering integrated to the modeling by state matrices eliminates all the spurious oscillations occurred from the line parameters discretization and truncation errors. In short, the proposed computational model presents an improved methodology carried out since the line electrical parameters modeling up to the simulation of electromagnetic transients of a few microseconds up to slow transient phenomena, close of the steady-state fundamental signalDoutoradoEnergia EletricaDoutor em Engenharia Elétric