Estimador de estados generalizado baseado em medidas provenientes de unidades de medição fasorial

Orientadora: Profª Dra. Elizete Maria LourençoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 12/12/2022Inclui referências: p. 62-68Área de concentração: Sistemas de EnergiaResumo: A contínua expansão do sistema elétrico de potência e o consequente aumento da sua complexidade devido à inserção de fontes intermitentes exigem um aprimoramento das ferramentas de análise para garantir a segurança e o controle efetivo sobre ele. Dentro dessas ferramentas que colaboram na evolução do monitoramento do sistema, existe a estimação de estados, que, a partir de um conjunto redundante de medições, promove, em tempo real, uma estimativa do estado de operação da rede elétrica.Este trabalho propõe o uso exclusivo de medições fasoriais no processo de estimação de estados, que resulta na linearidade da formulação do problema. Baseado inicialmente na tradicional modelagem barra-ramo da rede elétrica, a formulação proposta é estendida de modo a fornecer além das estimativas dos estados convencionais da rede elétrica (magnitudes e fases das tensões nas barras), também a estimativa dos níveis de geração em subestações acopladas à fontes de geração distribuída. Outra contribuição deste trabalho consiste na proposição da formulação de um estimador de estados generalizado baseado exclusivamente em medições sincrofasoriais. Nessa abordagem, a modelagem barra-ramo é substituída pela modelagem no nível de subestação, permitindo a representação da configuração das subestações e, consequentemente, permitindo que sejam estimados além dos fasores de tensão em todas as barras do sistema, também as posições/status abertos/fechados dos dispositivos chaveáveis internos das subestações. A presente proposta contempla a implementação computacional dos algoritmos resultantes das metodologias desenvolvidas. Esta contempla um ambiente computacional composto de um bloco de simulação de medidas e dois estimadores de estados lineares baseados exclusivamente em medidas fasoriais. O primeiro estimador contempla a modelagem barra-ramo, com capacidade de estimar o nível de geração distribuída associada a todas as barras ou a um conjunto de barras previamente selecionadas. O segundo é um estimador de estados generalizado linear que aborda a modelagem no nível de subestação, que traz subsídios para a estimação da topologia da rede. Os resultados foram obtidos com simulações envolvendo diferentes sistemas de transmissão e distribuição, considerando diferentes patamares de inserção de geração distribuída em situações distintas de graus de redundância, demonstram a eficácia da metodologia proposta.Abstract: The continuous expansion of the electrical power system and the consequent increase in its complexity due to the insertion of intermittent sources require an improvement of the analysis tools to guarantee security and effective control over it. Within these tools that collaborate in the evolution of system monitoring, there is state estimation, which, based on a redundant set of measurements, promotes, in real-time, an estimate of the operating state of the electrical network. This work proposes the exclusive use of phasor measurements in the state estimation process, which results in the linearity of the problem formulation. Initially, based on the traditional bus-branch model of the electrical network, the proposed formulation is extended in order to provide, in addition to estimates of the conventional state variables (magnitude and angle of bus voltages), also the estimation of generation levels of distributed power sources. Another contribution of this work consists in proposing the formulation of a generalized state estimator based exclusively on synchrophasor measurements. In this approach, bus-branch model is replaced by the substation level model. This procedure allows the representation of the substation configuration and, consequently, the estimation of (in addition to the voltage phasors in all system buses), the status of switchable devices inside substations. The present research contemplates the computational implementation of the algorithms related with the developed methodologies. This includes a computational environment composed of a measurement simulation block and two linear state estimators based exclusively on phasor measurements. The first estimator includes bus-branch model, with the ability to estimate the level of distributed generation associated with all buses or a set of previously selected buses. The second is a generalized linear state estimator that addresses the model at the substation level, which provides subsidies for estimating the network topology. The simulation results, involving different transmission and distribution test systems, considering different levels of distributed generation participation and with different redundancy degrees, demonstrate the effectiveness of the presented methodology