A structural and practical identifiability analysis applied to the synchronous generator model for parameter estimation

O conhecimento preciso dos parâmetros do modelo transitório de um gerador síncrono é fundamental em estudos onde simulações dinâmicas são utilizadas para planejamento de operação e análise de segurança em sistemas elétricos de potência (SEPs). Nos modelos de geradores síncronos, os parâmetros desconhecidos correspondem a resistências, reatâncias e constantes de tempo. Normalmente, esses parâmetros são determinados por meio de procedimentos de identificação do modelo. Tais procedimentos buscam determinar os parâmetros a partir das medidas. É relevante verificar se os parâmetros desconhecidos de um modelo podem ser determinados a partir de uma determinada coleção de medidas disponíveis. Usualmente, a estimação dos parâmetros do modelo do gerador síncrono é realizada sem verificar a identificabilidade estrutural do modelo. Uma vez determinado que os parâmetros do modelo são estruturalmente identificáveis, o próximo passo é quantificar os parâmetros (identificabilidade prática) através de um método de estimação. Esta tese propõe uma análise abrangente de identificabilidade, estrutural e prática, aplicada ao modelo transitório de um gerador síncrono. Para tanto, inicialmente, é desenvolvida a análise de identificabilidade estrutural para modelos não lineares de equações algébricas diferenciais (EADs) e posteriormente aplicada ao modelo EAD do gerador síncrono. Na sequência, um método de estimação baseado em sensibilidade da trajetória é desenvolvido na parte de identificabilidade prática. Para melhorar a precisão dos parâmetros estimados, durante a identificabilidade prática, a tese também propõe uma análise gráfica para obter uma janela de tempo ótima (tempo inicial e final) para as medidas de perturbações. Os resultados mostram a correta aplicação da análise de identificabilidade para o modelo transitório do gerador utilizando dois conjuntos de medidas coletadas em laboratório para estimação e validação do modelo.The accurate knowledge of parameters of the transient model of a synchronous generator is fundamental in studies where dynamic simulations are used for operation planning and security analysis in electrical power systems. In synchronous generator models, the unknown parameters correspond to resistances, reactances, and time constants. Typically, these parameters are determined by means of model identification procedures. Such procedures seek to determine the parameters from measurements. It is relevant to verify if the unknown parameters of a model can be determined from a certain collection of available measurements. Usually, the estimation of parameters of synchronous generator models is performed without verifying the structural identifiability of the model. Once it has been determined that the model parameters are structurally identifiable, the next step is to quantify the parameters (practical identifiability) by means of an estimation method. This thesis proposes an identifiability comprehensive analysis, structural and practical, applied to the transient model of a synchronous generator. For this purpose, initially, the structural identifiability analysis is developed for nonlinear models of differential-algebraic equations (EADs) and then applied to the EAD model of the synchronous generator. Subsequently, an estimation method based on trajectory sensitivity is developed in the part of practical identifiability. To improve the accuracy of the estimated parameters, during the practical identifiability, the thesis also proposes a graphical analysis to obtain an optimal time window (initial and final time) for the disturbance measurements. The results show the correct application of the identifiability analysis for the transient model of the generator using two sets of measurements collected in the laboratory for estimation and validation of the model