Proposta de diagrama de estabilização para identificação de dinâmicas oscilatórias eletromecânicas em sistemas elétricos de potência
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Data
2020Autor
Passos, Eduardo Zibetti dos, 1984-
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Resumo: A transição de redes distribuição passivas, para redes ativas, devido a presença de GD, tem mudado o comportamento dinâmico destas redes frente a incidência de perturbações. Por exemplo, questões relacionadas a estabilidade do ângulo do rotor, como é o caso das oscilações eletromecânicas de baixa frequência, antes restritas a sistemas de G&T, podem afetar também redes de distribuição a medida que aumenta o número de geradores síncronos conectados diretamente a redes de distribuição. Uma abordagem para o estudo das oscilações eletromecânicas de baixa frequência é a utilização de métodos de decomposição modal que processam medições fasoriais sincronizadas no tempo, coleta da rede por PMU. Todavia, uma das dificuldades na utilização desses métodos está no aparecimento de modos espúrios dentre o conjunto de modos estimados. Os modos espúrios estão presentes na representação matemática do modelo estimado, mas não apresentam significado físico no sistema. Este trabalho tem como objetivo propor uma adaptação da técnica denominada diagrama de estabilização, a qual é bastante utilizada na classificação de modos oscilatórios em sistemas mecânicos, para a identificação de modos eletromecânicos em detrimento dos modos espúrios para um SEP. O processo de estimação modal para operação ambiente do sistema é realizado pelos métodos N4SID e YW, tendo a técnica diagrama de estabilização proposta a tarefa de classificar os modos que apresentam significado físico no sistema. Os estudos para a validação dos métodos são realizados em dois sistemas testes implementados em ambiente computacional. O primeiro uma rede de distribuição real de 32 barras localizada no interior de São Paulo, e o segundo uma rede de distribuição de 37 barras com presença de diferentes tecnologias de GD. Três cenários de análise são propostos, o primeiro analisa o efeito da aleatoriedade das carga no processo de estimação modal, o segundo o efeito do ruído no sinal de medição e o terceiro o efeito da aleatoriedade da carga e do ruído de medição juntos. Por último, dados reais coletados de ? PMU instalados na rede de distribuição localizada no campus da UFPR são utilizados no processo de estimação modal junto com a técnica de diagrama de estabilização proposta. Os resultados obtidos demonstram que a técnica de diagrama de estabilização foi capaz de identificar os modos eletromecânicos dominantes em ambos os sistemas testes. Pode-se concluir que a técnica de diagrama de estabilização proposta é uma ferramenta válida na classificação de modos eletromecânicos e traz uma análise gráfica fácil e intuitiva para o operador dos modos eletromecânicos presentes no sistema. Palavras-chaves: Modos eletromecânicos. Rede de distribuição. N4SID. Yule Walker(YW). Diagrama de estabilização. Abstract: The transition from passive distribution networks to active networks, due to the presence of distributed generation, has changed the dynamic behaviour of these networks in view of the incidence of disturbances. For example, issues related to rotor angle stability, such as low frequency electromechanical oscillations, previously restricted to generation and transmission systems, can also affect distribution networks as the number of synchronous generators connected directly to distribution networks increse. An approach to the study of low frequency electromechanical oscillations is the use of modal decomposition methods that process timesynchronized phasor measurements collected from the network by PMU. However, one of the difficulties in using these methods is the estimation os spurious modes among the set of estimated modes. Spurious modes are present in the mathematical representation of the estimated model, but have no physical meaning in the system. This work aims to propose an adaptation for electrical power systems of the stabilisation diagram technique (widely used in the classification of oscillatory modes in mechanical systems) for the identification of electromechanical modes to the detriment of spurious modes. The process of modal estimation for the ambient operation of the system is carried out by the methods N4SID and YW, with the proposed stabilisation diagram technique the task of classifying the modes that present physical meaning in the system. The studies for the validation of the methods are carried out in two test systems implemented in a computational environment. The first is a real distribution network of 32 buses located in the state of São Paulo, and the second is a distribution network of 37 buses with the presence of different technologies of distributed generation. Three analysis scenarios are proposed, the first analyses the effect of load randomness on the modal estimation process, the second the effect of noise on the measurement signal and the third the effect of load randomness and measurement noise together. Finally, real data collected from ?PMU installed in the distribution network located on the UFPR campus are used in the modal estimation process along with the proposed stabilisation diagram technique. The results obtained demonstrate that the stabilisation diagram technique was able to identify the dominant electromechanical modes in both test systems. It can be concluded that the proposed stabilisation diagram technique is a valid tool in the classification of eletromechanical modes and brings an easy and intuitive graphic analysis to the electromechanical modes present in the system. Key-words: Electromechanical modes. Distribution networks. N4SID. Yule Walker (YW). Stabilization Diagram.
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