Metodologia em dois estágios para cálculo de fluxo de potência em redes modeladas no nível de subestação

Abstract

Resumo: A importância do fluxo de potência em redes modeladas no nível de seção de barras para determinação dos fluxos de potência no interior das subestações, bem como para suporte à estimação de estados generalizada e para a operação em tempo real tem sido destacada na literatura. No entanto, os impactos no aumento da dimensão do problema e, consequentemente, no esforço computacional requeridos podem tornar essa abordagem inviável. Esse trabalho propõe uma nova metodologia, capaz de reduzir significativamente o custo computacional envolvido no fluxo de potência estendido. Para tanto, a nova abordagem utiliza uma estratégia de dois estágios. No primeiro estágio um fluxo de potência convencional, no nível barraramo, é solucionado e seus resultados adequadamente explorados para o estágio seguinte. O trabalho descreve em detalhes as estratégias e relações lineares envolvidas no segundo estágio, que fornece a distribuição de fluxos de potência e as tensões internas às subestações, nos mesmos moldes do fluxo de potência estendido disponível na literatura. Essa proposta elimina a representação de chaves e disjuntores do processo iterativo e, consequentemente, o impacto que esses exercem sobre as dimensões dos vetores e matrizes envolvidos, reduzindo significativamente o impacto computacional associado a esta modelagem. Adicionalmente, investigaram-se soluções envolvendo laços fechados no interior da subestação. As metodologias de solução mínima via teoria de grafos, quando não há medidas no interior da subestação, e com medidas internas na subestação são propostas para solucionar o problema de fluxo de potência nesse caso particular. Resultados obtidos com o sistema IEEE 14 barras e com o sistema real de 121 barras do leste do estado do Paraná ilustram a aplicabilidade e destacam a relevância dessas abordagens. Finalmente, o presente trabalho apresenta uma análise quanto ao impacto das fontes alternativas nos equipamentos da subestação. Resultados envolvendo o sistema real demonstram uma variação significativa nos fluxos internos das subestações mesmo para uma pequena inserção de fontes eólicas e solares no sistema, enfatizando a importância dessa análise. Palavras-chave: Fluxo de Potência no Nível de Subestação. Teoria de Grafos. Solução Mínima. Impacto das Fontes Alternativas.

Abstract: The importance of power flow in networks modeled at the bus section level to determine the power flows inside the substations, as well as generalized state estimation and real time operation's support has been highlighted in the literature. However, the impacts on increasing the size of the problem and the computational effort required may make this approach impracticable. This work proposes a new methodology, capable of significantly reducing the computational cost involved in the extended power flow. To do so, this approach uses a two-stage strategy. In the first stage a conventional power flow at the bus-branch level is triggered and its results properly exploited to the next stage. The work describes in detail the strategies and linear relationships involved in the second stage, which provides the distribution of power flows and internal voltages to the substations, in the same way as the extended power flow available in the literature. This proposal eliminates the representation of switchs and circuit breakers of the iterative process and, consequently, the impact that they exert on the dimensions of the vectors and matrices involved, reducing significantly the computational impact associated to this modeling. In addition, investigated solutions involving closed loops inside the substation. The minimal solution methodologies by graph's theory, when there aren't measures inside the substation, and with internal measures in the substation are proposed to solve the problem of power flow in this particular case. Results obtained using the IEEE 14-bus system and the real system of 121-bus in the east state of Paraná illustrates the applicability and highlight the relevance of these approaches. Finally, the present work exposes an analysis of the impact of the distributed generation on substation equipment. Results involving the real system demonstrate a significant variation in the internal flows of the substations, caused even by a small insertion of wind and solar sources in the system, emphasizing the importance of this analysis. Key words: Power Flow at Substation Level Model. Theory of Graphs. Minimal Solution. Impact of Distributed Generation