Fluxo de potência ótimo com restrições de estabilidade transitória angular em duas escalas de tempo

Abstract

Resumo: Devido às grandes mudanças que os sistemas elétricos vêm sofrendo, com destaque para o grande aumento da inserção de fontes de geração distribuída, faz-se cada vez mais necessária a avaliação do impacto destas fontes no sistema elétrico de potência. Estas análises podem ser realizadas tendo como enfoque diferentes avaliações, como impactos na operação em regime permanente, qualidade de tensão, avaliações da resposta transitória dos geradores conectados à rede, entre outros. Dentro deste contexto, algoritmos de fluxo de potência ótimo com restrições de estabilidade angular vêm sendo cada vez mais utilizados. Tais algoritmos permitem a otimização de parâmetros de regime permanente de sistemas elétricos de potência e consideram restrições da resposta transitória dos geradores conectados a rede. No entanto, o maior problema para a resolução deste tipo de algoritmo refere-se a dimensionalidade do mesmo. A fim de reduzir o referido problema de dimensionalidade, o presente trabalho faz uso da análise da estabilidade em duas escalas de tempo. Este tipo de análise se baseia em uma característica intrínseca aos sistemas elétricos de potência que consiste nas diferentes dinâmicas coexistentes, e permite a análise em escalas de tempo destas dinâmicas. O algoritmo proposto no presente trabalho une um algoritmo de resolução de fluxo de potência ótimo considerando restrições de estabilidade transitória angular com a abordagem em duas escalas de tempo, permitindo a utilização de modelos mais aprimorados de geradores sem comprometer a dimensionalidade do problema. Adicionalmente foi implementado um algoritmo classificador de contingências para redes multi-máquinas a fim de embasar a determinação da contingência a ser analisada pelo algoritmo de resolução em duas escalas de tempo proposto. Este algoritmo foi implementado e testado em uma rede de distribuição real de 32 barras. Os resultados apresentados foram satisfatórios tanto no tocante da obtenção da otimização a partir da modelagem em duas escalas de tempo, quanto na redução da dimensionalidade em comparação com o problema original, sem a divisão em escalas de tempo. O algoritmo classificador de contingências implementado permite uma análise crítica da contingência a ser avaliada na otimização, tendo seus resultados apresentados de forma intuitiva. O algoritmo de resolução do fluxo de potência ótimo considerando restrições de estabilidade transitória angular apresentou resultados ótimos considerando diferentes pesos para a função objetivo. Foi possível avaliar a estabilidade transitória angular para os dois subsistemas avaliados. E por fim demonstrou-se uma considerável redução na dimensionalidade do problema a partir da utilização da análise da estabilidade em duas escalas de tempo, quando comparado à resolução do mesmo problema sem a divisão em duas escalas de tempo.

Abstract: Due considerable changes in the electirc grids, like the increase of distributed generation connection, the impacts evaluation of these generation on the electric grid becomes more relevant. These evaluation can be done with different focuses, like the evaluation of steady state operation, voltage quality, transitory response of grid connected generator, etc. In this context, transient stabilty constrained optimal power flow algorithms has been increasingly used. Such algorithms allow the optimization of steady state parameters and additionally the evaluation of the angular transitory responde of grid connected generators. However, the major technical challenge to solve these algorithms refers to the high solution dimensionality. To reduce the dimensionality problem, the present work applies the two times scale stability analises, which bases in an intrinsic characteristc of the electrical systems, the coexistence of different dinamics response in the same system. Thus, the proposed algorithms join a transient stabilty constrained optimal power flow algorithm with the two time scale approach, allowing the application of more complex generator models without compromise the problems dimensionality. Additionally was developed a contingency classifier to multi-machines grids with the purpose of choosing the optimal power flow contingency. The complete implemented algorithm was tested in a real distribution system of 32 buses and presented satisfactory results in the context of optimizing the modeled problem, and also reducing the dimensionality of the system when compared with the original problem, without applying the two time scales approach. The contingency clasifier allows a critical analysis of the more relevant contingencies to be considered, and present the results in an intuitive way. The transient stabilty constrained optimal power flow algorithm presented consistent results considering several objective function weights. Also the transitory angular stability was verified for both subsystems. And finally, a considerable reducing of the dimensionality of the problem was reached due the application of the two time scales approach, when compared with the original problem.