Estimação de estados através de medidas convencionais e medidas fasoriais sin...

A operação segura de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) necessita de uma monitoração detalhada de suas condições operativas. Isto é realizado nos centros de controle através do estimador de estado, que faz uso de medidas obtidas através das Unidades Terminais Remotas (UTRs). Assim, através das medidas lógicas (estado de chaves ou disjuntores) e analógicas (usualmente medidas de fluxo e injeção de potência, e algumas magnitudes de tensão), o estimador de estado proporciona uma estimativa das variáveis de estado do sistema elétrico, ou seja, das tensões complexas em todas as barras do SEP. A Estimação de Estado em SEP (EESEP) consiste do processamento de medidas redundantes com ruído, as quais estão relacionadas com as tensões complexas do sistema. Como os valores das medidas não são exatos, conclui-se que a estimação obtida para as variáveis de estado desconhecidas também não será exata. O sucesso do estimador de estado depende da qualidade e redundância das informações que lhe são fornecidas, uma vez que, erros nessas informações podem levar o processo de estimação a valores estimados muito distantes dos valores verdadeiros, ou, até mesmo, à não convergência. Tem-se verificado nos últimos anos um aumento na complexidade da operação dos SEPs, que está associado a vários fatores, como a crescente demanda por alta confiabilidade e qualidade da energia elétrica, as restrições impostas pela conscientização ambiental, a alta competitividade do mercado e a escassez de recursos aplicados no setor elétrico. Diante disto, vem sendo abordada a possibilidade de obtenção de um sistema de medição sincronizada de Fasores (SMSF) (THORP et al., 1985 e PHADKE et al., 1986) e, atualmente, a implantação de equipamentos responsáveis por essas aferições, as Unidades de Medição Fasorial – PMUs (do inglês “Phasor Measurement Units”), já é uma realidade que se apresenta como uma forte tendência de utilização e tem recebido grande atenção de grupos de pesquisa e da indústria de energia elétrica. 12 A PMU é um instrumento de medição desenvolvido em meados da década de 80, que realiza a amostragem sincronizada das tensões e correntes analógicas trifásicas. A base de tempo utilizada, para a sincronização, é o sinal de relógio do Sistema de Geoposicionamento por Satélite – GPS. Através dessa nova tecnologia, cuja precisão é de aproximadamente 100 ns, foi possível solucionar os problemas ocorridos na sincronização das medidas coletadas ao longo de SEP de grande área. A inclusão de medidas fasoriais sincronizadas (MFSs) no processo de EESEP revelou-se um desafio e vários modelos de implementação têm sido propostos. No processo de EESEP convencional, isto é, sem considerar MFSs, uma das barras do sistema é escolhida como referência angular. Assim, atribui-se o valor zero para o ângulo de tensão dessa barra e os ângulos estimados, para as demais barras, são referentes ao daquela barra. Tendo em vista que não é usual a monitoração direta dos ângulos de tensão via sistema supervisório (SCADA, do inglês “Supervisory Control and Data Acquisition”), essa prática é apropriada, uma vez que é irrelevante, para o processo de EESEP, o valor absoluto do ângulo de tensão da barra de referência. Porém, quando estão presentes medidas convencionais e MFSs, aquela prática não é adequada. Isto porque as medidas de ângulo de tensão, fornecidas pelas PMU, são obtidas a partir de outro referencial, que é determinado pelo instante de tempo fornecido pela recepção do sinal emitido pelo GPS. Diversas soluções têm sido propostas para contornar o problema da escolha da referência de ângulo de tensão, no processo de estimação de estado híbrida, isto é, que faz uso de medidas convencionais e MFSs. Dentre estas, destaca-se o estimador híbrido proposto por ZHOU et al (2006), que trabalha em duas fase. Na primeira processa apenas as medidas convencionais, para parte observável do sistema, obtendo assim as estimativas das variáveis de estado através de um processo convencional de estimação via o método dos mínimos quadrados ponderados. As estimativas obtidas nessa primeira fase são então utilizadas na segunda fase do processo, como medidas de ângulo e de magnitude de tensão nas barras do SEP, juntamente com as MFSs. Desta forma, na segunda fase, realiza-se um processo de estimação de estado linear (sem iteração), pois, as medidas que serão processadas relacionam diretamente as variáveis de estado do sistema. O objetivo deste trabalho é avaliar os benefícios da incorporação das medidas fasoriais sincronizadas sobre a exatidão das estimativas obtidas. Para isso, o estimador de estado convencional por mínimos quadrados ponderados e o estimador de estado híbrido proposto por ZHOU et al (2006) foram implementados, em linguagem C++, e apli13 cados em sistemas testes do IEEE, possibilitando assim a análise das principais características que influem no processo de estimação híbrida, como número de medidores fasoriais, ponderação das medidas, precisão dos medidores fasoriais e distribuição dos medidores no sistema.

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Data de Publicação

2014-05-09

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