Fluxo de potência e estimação de estados para análise de redes integradas de transmissão e distribuição de energia elétrica

Abstract

Resumo: Este trabalho propõe uma extensão da formulação convencional de fluxo de potência desacoplado rápido de Newton-Raphson para permitir a análise de sistemas de transmissão e distribuição (T&D) em uma abordagem unificada. A extensão proposta associa a eficiência computacional bem conhecida dos algoritmos de fluxo de potência desacoplado rápido de Newton-Raphson à aplicação da normalização complexa por unidade (cpu). Injeções artificiais de potência em barras de fronteira de T&D são anexadas à formulação de fluxo de potência como novas variáveis de estado, a fim de manter a precisão da análise. As modificações necessárias no algoritmo de fluxo de potência desacoplado rápido de Newton-Raphson e uma visão geral da técnica de normalização cpu são apresentadas. Além disso, este trabalho apresenta também uma abordagem de estimação de estados desacoplada para sistemas interligados de transmissão e distribuição (T&D). A abordagem proposta é baseada em uma aplicação inovadora da normalização complexa por unidade, que além de viabilizar o uso de métodos desacoplados em sistemas de distribuição, permite o processamento de redes T&D interconectadas sem recorrer a técnicas de compensação fictícia nas barras de fronteira, o que traz robustez ao processo iterativo. Os resultados das simulações do fluxo de potência e do estimador de estados propostos atestam a relevância de uma análise unificada de T&D para determinar adequadamente a interrelação de alimentadores de distribuição ativos e a operação do sistema de transmissão. Neste contexto, o desempenho da abordagem proposta indica claramente sua eficácia para lidar com diferentes redes de energia topológicas e operacionais

Abstract: This work proposes an extension of the conventional Newton-Raphson fast decoupled power flow formulation to enable the analysis of transmission and distribution (T&D) systems in a unified approach. The proposed extension combines the well-known computational efficiency of Newton Raphson fast decoupled power flow algorithms with the application of complex per unit normalization (cpu). Artificial power injections at T&D boundary buses are appended to the power flow formulation as new state variables to maintain the accuracy of the analysis. The necessary modifications to the Newton-Raphson fast decoupled power flow algorithm and an overview of the cpu normalization technique are presented. Furthermore, this work also presents a decoupled state estimation approach for interconnected transmission and distribution (T&D) systems. The proposed approach is based on an innovative application of per-unit complex normalization, which, in addition to enabling the use of decoupled methods in distribution systems, allows the processing of interconnected T&D networks without resorting to fictitious compensation techniques at the boundary buses, which brings robustness to the iterative process. The results of the power flow and state estimator proposed simulations and the attest to the relevance of a unified T&D analysis to adequately determine the interrelation of active distribution feeders and the operation of the transmission system. In this context, the performance of the proposed approach clearly indicates its effectiveness in dealing with different topological and operational power networks