Equivalentes dinâmicos de sistemas de potência com estruturas de modelo de geradores e seus controladores

Abstract

Esta tese apresenta uma metodologia para a obtenção de equivalentes dinâmicos capazes de substituir parcelas de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) de pequeno ou grande porte, por uma ou mais barras, geradores e seus respectivos controladores equivalentes. Para isso, separou-se o sistema em uma área externa - a ser substituída pelo equivalente, e uma área interna - a ser preservada, de modo que quando os geradores da área externa são submetidos a uma determinada perturbação, apresentam uma característica dinâmica peculiar que é preservada. Para determinar um equivalente dinâmico para a área externa, é executado um procedimento que consiste na agregação dos geradores e seus respectivos controladores, seguido da identificação dos parâmetros pertinentes. Para que a agregação dos geradores tenha uma solução viável, em cada barra do equivalente conecta-se um gerador e uma carga fictícia. O ajuste da carga e da geração equivalentes nesse sistema externo é feito de modo a assegurar que, em cada barra de fronteira com a área interna, o fluxo de potência e a tensão sejam preservados. Dessa forma, o gerador equivalente tem inicialmente os seus parâmetros determinados, sendo que em geral são utilizados os parâmetros de uma máquina real pertencente à área equivalente. Na etapa seguinte, os parâmetros são reajustados através da técnica dos Mínimos Quadrados (MQ). Por fim, a verificação da metodologia proposta foi realizada através de dois testes. O primeiro tratou do sistema New England que possui 10 geradores, 39 barras e 46 linhas de transmissão/transformadores, e o segundo foi com o Sistema Interligado Nacional (SIN) com 3.584 barras, 173 geradores/compensadores síncronos e 5.056 linhas de transmissão/transformadores. Os resultados apresentados demonstram o pleno funcionamento dos equivalentes dinâmicos propostos aplicados em SEP de grande porte, ratificando e fortalecendo a metodologia proposta neste trabalho. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis presents a methodology for the determination of a dynamic equivalent aiming to replace parts of a power system. The proposed technique is applied both for small and large-scale power systems. To achieve this goal, the system is broken up in two well defined areas. An external the target for the reduction process, and an internal the preserved network. In order to be considered as dynamic equivalent, the external area must have its peculiar dynamic characteristics preserved, even if exposed to disturbances. The dynamic equivalent determination is obtained through carrying out the parameter identification of generators and their aggregated controllers. Hence, the proposed dynamic equivalent can have as many bus as necessary. At each bus a fictitious generator and load are set to preserve the voltage and the incoming power flow, both at the border bus of the internal area. Then, the parameters used to generate the equivalent are estimated and adjusted through an optimization technique. The least square technique was employed for searching a solution of the parameter values. This procedure requires an initial parameter estimate, since the process employed is iterative. To evaluate the performance of the proposed technique, tests initially have been accomplished in a 10-generator system, which has 39 bus and 46 transmission lines/transforms, well known as New England system, and in a 3,584-bus system, with 173 generators/synchronous compensator, 5,056 transmission lines/transforms, known as Brazilian Interconnected Power System- (BIPS). The proposed method presents a suitable approach to obtain a dynamic equivalent of large-scale power systems.