[pt] O surgimento do fenômeno de estabilidade de tensão na operação dos sistemas elétricos motivou centenas de pesquisadores a desenvolverem métodos que permitam detectar a proximidade à instabilidade de tensão, com eficiência computacional, e tomar medidas acertadas para garantir a operação confiável e segura. Neste trabalho são utilizados e comparados diferentes métodos associados à análise de estabilidade de tensão. Para testes, foram utilizados vários sistemas sob diferentes níveis de carregamento, desde carga leve até o máximo carregamento, este obtido a partir do algoritmo de fluxo de potência continuado. O objetivo é localizar as barras críticas, isto é, aquelas onde não se pode aumentar a injeção de potência e que impedem o crescimento da carga do resto do sistema. / [en] The rise of voltage stability phenomenon in the operation of the electrical systems motivated hundreds of researchers to develop methods that allow them to detect the proximity to voltage instability, with computational efficiency, and take the right steps to ensure reliable and safe operation. This work used and compared different methods associated with the voltage stability analysis. For the tests were used various systems under different levels of loading, from light load to maximum load, this point obtained from the continuous power flow algorithm. The goal is to find the critical buses, that is, those at which the power injection cannot be increased and that avoid the growth of load in the rest of the system.

[pt] Nos sistemas de potência ao redor do mundo, inclusive o brasileiro, são feitas as medições dos níveis de tensão nos barramentos e a corrente nos ramos de transmissão durante algum tipo de contingência em tempo real. A lista de contingências inclui: a perda de qualquer ramo de transmissão, a perda de alguns pares de ramos e, de menor importância, a perda de geração. Nesse momento, também são avaliadas as condições de estabilidade de tensão. A inclusão na lista de contingências de perda de controle de tensão devido ao esgotamento da fonte controladora (gerador, compensador, tap de LTC) em todas as barras de tensão controlada e também a perda de capacidade de aumentar/diminuir a geração de potência ativa em todos os geradores da rede permite identificar o grau de sensibilidade de cada grandeza contingenciada sobre a margem de estabilidade de tensão. Depois de feita a análise dos esgotamentos, é determinado em ordem decrescente as tensões e as gerações que mais influenciam a margem de estabilidade de tensão de uma determinada barra. Esse resultado indica as direções do movimento das grandezas. Portanto, para melhorar a margem da barra crítica, devem-se calcular ações de controle, ou seja, variar a tensão e/ou a potência ativa dos geradores, encontrando assim um novo ponto de operação. Esse novo ponto de operação deve ser buscado através de algoritmos genéticos. O desvio mínimo quadrático em relação ao ponto de operação do caso base deve ser observado, ou seja, busca-se um novo ponto de operação que não seja muito distante ao caso base. No algoritmo genético, a tensão dos geradores é a variável; a sua variação é discreta em degraus de 0,01 pu (em módulo). Também há casos em que potência ativa dos geradores será variável do GA e tendo suas variações em degraus de 5 porcento em módulo em relação ao caso base. São realizados diversos testes para encontrar o novo ponto de operação, buscando encontrar os menores desvios possíveis enquanto melhora-se a margem de potência. No primeiro sistema utilizado (CEPEL-34) duas configurações dentre os testes feitos para o GA se sobressaem das demais e por isso são usadas para outro sistema (Nórdico). Em ambos os sistemas o objetivo inicial é cumprido. / [en] Power systems around the world, including the Brazilian one, measure the voltage levels on the buses and the current in the transmission branches during some type of contingency in real time. The list of contingencies includes: the loss of any branch of transmission, the loss of some pairs of branches and, of less importance, the loss of generation. At that time, the voltage stability conditions are also evaluated. The inclusion in the list of contingencies of loss of voltage control due to the exhaustion of the controlling source (generator, compensator, LTC tap) in all controlled voltage bars and also the loss of capacity to increase / decrease the generation of active power in all generators in the network make it possible to identify the degree of sensitivity of each contingent quantity on the voltage stability margin. After the analysis of the exhausts, the tensions and generations that most influence the voltage stability margin of a given bar are determined in decreasing order. This result indicates the directions of movement of the quantities. Therefore, to improve the margin of the critical bar, control actions must be calculated, that is, vary the voltage and / or the active power of the generators, thus finding a new point of operation. This new point of operation must be sought through genetic algorithms. The minimum quadratic deviation in relation to the operating point of the base case must be observed, that is, a new operating point that is not far from the base case is sought. In the genetic algorithm, the voltage of the generators is the variable; its variation will be discrete in steps of 0.01 pu (in module). There will also be cases in which the active power of the generators will be variable in the GA and having their variations in steps of 5 percent in module in relation to the base case. Several tests are carried out to find the new operating point, seeking to find the smallest possible deviations while improving the power margin. In the first system used (CEPEL-34) two configurations among the tests made for GA stand out from the others and therefore replicated to another system (Nordic). In both systems the initial objective is fulfilled.

[pt] O fenômeno associado à estabilidade de tensão se caracteriza pela existência de valores máximos de potência ativa e reativa que podem ser transferidas a uma barra de carga, ou injetada na rede através dos geradores e compensadores síncronos. Sua relevância para o setor elétrico é constantemente reforçada pelo registro de ocorrências de colapsos de tensão em diversos países do mundo e, embora a instabilidade de tensão manifeste-se localmente, suas consequências se refletem na ampla deterioração do sistema. Impulsionado pelo crescente interesse a respeito dos métodos baseados em medições fasoriais sincronizadas para a detecção do máximo carregamento, este trabalho apresenta os principais modelos encontrados na literatura baseados em medições locais e no vasto monitoramento do sistema, com maior ênfase aos métodos de Corsi-Taranto e Circuito Acoplado de Porta-Simples Aprimorado (CAPS Aprimorado). Algumas contribuições são sugeridas ao modelo CAPS Aprimorado tendo em vista sua aplicação ao conjunto de barras de transferência e de geração. Explora-se a utilização dos equivalentes multi-portas como índice de avaliação das condições de estabilidade de tensão, comparando a identificação da barra crítica aos métodos da matriz D e dos autovalores e autovetores. São evidenciadas as principais limitações dos modelos mediante a um conjunto de análises estáticas e dinâmicas, considerando diferentes cenários de carregamento, a sensibilidade dos modelos ao ruído e a resposta dos métodos em face da atuação dos limitadores de sobre-excitação. / [en] The voltage stability phenomenon is characterized by the existence of a maximum active and reactive power that can be transferred to a load bus or injected into the network through the generators and synchronous compensators. Its relevance to the electric power sector is constantly reinforced by the record of occurrences of voltage collapses in several countries around the world. Although the voltage instability manifests itself locally, its consequences is reflected in the wide deterioration of the system. Driven by growing interest in methods based on synchronized phasor measurements for maximum loadability detection, this work presents the main models found in the literature based on local measurements and wide area monitoring, emphasizing the Corsi-Taranto method and Improved Coupled Single-Port Circuit (Improved CAPS). Some contributions are suggested to the Improved CAPS model considering its application to the set of transit and controlled buses. The use of the multi-port equivalents is explored as the evaluation index of voltage stability conditions, comparing the identification of the critical bus to the D matrix method and eigenvalues and eigenvalues method. The main limitations of the models are demonstrated through a static and dynamic studies, as well different loading scenarios, the sensitivity of the models to the noise and the response of the methods when the over-excitation limiters are considered.

[pt] Após a incidência de inúmeros colapsos de tensão em sistemas elétricos de potência por todo o mundo, a segurança de tensão tornou-se um assunto de extrema importância. O fenômeno de estabilidade de tensão deve-se à operação do sistema com carregamento elevado e se manifesta pela existência de uma máxima transferência de potência pela rede e ações de controle de tensão tendo efeito oposto ao usual. Com o aumento da inserção de geração distribuída, usualmente conectada à rede de distribuição existente e em tensões mais baixas, a possibilidade de ocorrência do fenômeno precisa ser investigada. É demonstrada a possibilidade de ocorrência em barras com geradores ou compensadores síncronos, onde a máxima potência gerada poderia estar limitada e o controle de tensão poderia ter o efeito oposto ao esperado. É apresentado o ferramental utilizado na avaliação das condições de estabilidade de tensão composto de índices com significado físico e matemático. Estabeleceu-se um procedimento para realizar simulações nos sistemas-teste IEEE 34 Barras e 70 Barras. É analisado o impacto do gerador nas condições de estabilidade de tensão, no perfil de tensão em regime permanente e nas perdas de potência ativa. Concluiu-se que, nos testes realizados, a injeção de potência ativa pelo gerador foi limitada por tensões fora da faixa permitida e não por problemas de estabilidade de tensão. / [en] After several incidence of voltage collapse in electric power systems around the world, the voltage security has become a matter of utmost importance. The phenomenon of voltage stability is due to the operation of the system with high loading and is manifested by the existence of a maximum power transfer over the network and efforts to control voltage having the opposite effect than usual. With increased integration of distributed generation, usually connected to the existing distribution network at lower voltages, the possibility of occurrence of the phenomenon should be investigated. It is demonstrated the possibility of occurrence in buses of synchronous generators or synchronous condensers, where the maximum generated power could be limited and the voltage control could have the opposite effect. It presented the tools used in assessing the conditions of voltage stability composite indexes with physical and mathematical meaning. I was established a procedure for performing simulations on IEEE 34 bus and 70 bus test systems. It analyzed the impact of the generator under the conditions of voltage stability, voltage profile in the steady state and the power losses. It was concluded that, in tests, the injection of active power from the generator was limited by voltage out of range allowed and not by voltage stability problems.