Nas últimas décadas, diversos estimadores de estado foram desenvolvidos e aplicados em sistemas elétricos de potência (SEP), dos quais se destaca o baseado no método da mínima mediana. Isso em razão desse, conhecido como estimador por mínima mediana do resíduo ponderado ao quadrado (do inglês, Weighted Least Median of Squares - WLMS), ser capaz de filtrar erros grosseiros (EGs) existentes em medidas redundantes que atraem a convergência do processo de estimação de estado. Essas medidas são chamadas de ponto de alavancamento. Todavia, o estimador WLMS requer um alto custo computacional, tornando-se inviável para aplicação, em tempo real, em SEP de grande porte. De uma forma geral, os motivos desse custo computacional são devido ao estimador WLMS exigir a realização das seguintes tarefas: (i) sorteio, dentre todas as medidas disponíveis, de diversos conjuntos observáveis de medidas com número de medidas igual ao número de variáveis de estado a serem estimadas; (ii) análise da redundância local das medidas disponíveis para cada um dos conjuntos observáveis sorteados; e (iii) execução de vários fluxos de carga. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de um estimador de estado estatisticamente robusto, baseado no método da mínima mediana, porém, viável para aplicação em tempo real em SEP de grande porte. Para isso, foram propostas novas metodologias para realização das tarefas supracitadas. A metodologia proposta para realização das tarefas (i) e (ii) faz uso da estrutura da matriz H\'delta\', pois, através dessa matriz, as análises de observabilidade e de redundância de medidas são realizadas de forma simples e direta. Para realizar a tarefa (ii), desenvolveu-se uma metodologia para cálculo de fluxo de carga, tomando por base um método de varredura direta/inversa. Por fim, para aumentar a eficiência computacional em tempo real do estimador proposto, as tarefas a serem executadas pelo mesmo que não dependem de informações, que se tornam disponíveis em tempo real, são realizadas num processo off-line. Como principais resultados deste trabalho, destacam-se: (i) um estimador de estado robusto; e (ii) uma metodologia eficiente para determinação da mínima redundância local de medidas e para sortear os conjuntos observáveis de medidas. / In the last decades several state estimators were developed and applied to power systems. Among these estimators, the one based on the least median method is of interest to us. This because the weighted least median of squares (WLMS) estimator is capable of filtering gross errors corrupting redundant measurements called leverage points. Leverage points are highly influential measurements that attract the state estimations solution towards them. However, some of the WLMS estimator tasks require excessive computing time, making that estimator impracticable to large-scale power systems in real-time environment. The WLMS estimator tasks requiring excessive computing time are: (i) selection, among all available measurements, of several samples with N non-redundant measurements for which the system is observable, where N is the number of system states to be estimated; (ii) determination of the minimum redundancy of the available measurements set; and (iii) the solution of several load flows (one for each selected samples of N measurements). This work proposes a robust state estimator based on the least median method applicable to large-scale power systems in real-time environment. In order to do this, new methodologies were proposed to perform the tasks mentioned above. The proposed methodology to perform tasks (i) and (ii) is based on the analysis of the H\'delta\' matrix structure (this analysis enables both observability and redundancy analysis in a straightforward manner). To perform task (ii), it was developed a load flow methodology based on a forward/backward sweep power flow method. Finally, in order to increase the computational efficiency of the proposed estimator in real-time environment, the tasks that do not depend on real-time information will be conducted by an off-line process. As the main results of this work we could enumerate: (i) a robust state estimator; and (ii) an efficient methodology to determine both the minimum redundancy of the available measurement set and the observable samples with N non-redundant measurements.

Nos modernos centros de operação dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP), as variáveis de estado estimadas, ao invés das medidas, constituem a base de dados para as ações de controle e operação em tempo real. Desta forma, o processo de estimação de estado é de fundamental importância para operação dos SEP. O sucesso do processo de estimação de estado depende do sistema de medição disponível, isto é, do número, tipo e localização dos medidores e das Unidades Terminais Remotas (UTRs), instalados no SEP. Desenvolveu-se, neste trabalho, uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado. A metodologia baseia-se em Algoritmos Evolutivos (AEs) e na estrutura da matriz H \'delta\'. Pela análise da estrutura dessa matriz, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz Jacobiana, a metodologia desenvolvida possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis (SMC), considerando a possibilidade de o sistema possuir diferentes topologias. Neste trabalho, um sistema de medição é considerado confiável se for observável e não possuir medidas críticas, conjunto crítico de medidas e UTRs críticas. Um AE foi desenvolvido para obtenção do melhor SMC, com custo mínimo de investimento. Essa abordagem utiliza uma função de fitness que mede o custo da instalação de medidores e UTRs para obtenção de um determinado SMC. Uma vantagem relevante da metodologia desenvolvida é a sua estratégia para a obtenção de SMCs. Uma codificação indireta do cromossomo, representando uma ordem preferencial de instalação de medidores, combinada com as propriedades da matriz H \'delta\', garante ao AE a geração somente de soluções viáveis, ou seja, SMCs. Para comprovar a eficiência da metodologia desenvolvida, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE, bem como o sistema de 61 barras da Eletropaulo. / In modern operating control centers, the estimated state variables, instead of the measured state variables, constitute the database used to set up power systems real-time control actions. Consequently, the state estimation process is essential for power system real-time operation. The success of the state estimation process depends on the available metering systems, that is, on the topological distribution of the established meters and Remote Terminal Units (RTUs) on the system. A methodology for metering system planning for state estimation purposes was developed in this work. The methodology is based on both Evolutionary Algorithms (EAs) and on the analysis of the called H \'delta\' matrix. By analyzing the structure of this matrix, which is obtained via a triangular factorization of the Jacobian matrix, the developed methodology can determine reliable metering systems (RMS), under many different topology scenarios. In this work a metering system is considered as reliable if it is observable and has no critical measurements, critical sets neither critical RTUs. An EA was developed to find the best RMS with minimal investment cost. The developed EA uses a fitness function that measures the installation cost of meters and RTUs from a given RMS. One relevant advantage of the developed methodology is its strategy to obtain RMS. An indirect chromosome encoding representing a preferential order of meters installation combined with properties of the H \'delta\' matrix guarantees the proposed EA generates only feasible solutions, i.e. RMSs. In order to validate the developed methodology, several tests were executed considering the IEEE 6, 14, 30 and 118 bus systems, as well as the real system with 61 buses from Eletropaulo.

Nas últimas décadas, diversos estimadores de estado foram desenvolvidos e aplicados em sistemas elétricos de potência (SEP), dos quais se destaca o baseado no método da mínima mediana. Isso em razão desse, conhecido como estimador por mínima mediana do resíduo ponderado ao quadrado (do inglês, Weighted Least Median of Squares - WLMS), ser capaz de filtrar erros grosseiros (EGs) existentes em medidas redundantes que atraem a convergência do processo de estimação de estado. Essas medidas são chamadas de ponto de alavancamento. Todavia, o estimador WLMS requer um alto custo computacional, tornando-se inviável para aplicação, em tempo real, em SEP de grande porte. De uma forma geral, os motivos desse custo computacional são devido ao estimador WLMS exigir a realização das seguintes tarefas: (i) sorteio, dentre todas as medidas disponíveis, de diversos conjuntos observáveis de medidas com número de medidas igual ao número de variáveis de estado a serem estimadas; (ii) análise da redundância local das medidas disponíveis para cada um dos conjuntos observáveis sorteados; e (iii) execução de vários fluxos de carga. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de um estimador de estado estatisticamente robusto, baseado no método da mínima mediana, porém, viável para aplicação em tempo real em SEP de grande porte. Para isso, foram propostas novas metodologias para realização das tarefas supracitadas. A metodologia proposta para realização das tarefas (i) e (ii) faz uso da estrutura da matriz H\'delta\', pois, através dessa matriz, as análises de observabilidade e de redundância de medidas são realizadas de forma simples e direta. Para realizar a tarefa (ii), desenvolveu-se uma metodologia para cálculo de fluxo de carga, tomando por base um método de varredura direta/inversa. Por fim, para aumentar a eficiência computacional em tempo real do estimador proposto, as tarefas a serem executadas pelo mesmo que não dependem de informações, que se tornam disponíveis em tempo real, são realizadas num processo off-line. Como principais resultados deste trabalho, destacam-se: (i) um estimador de estado robusto; e (ii) uma metodologia eficiente para determinação da mínima redundância local de medidas e para sortear os conjuntos observáveis de medidas. / In the last decades several state estimators were developed and applied to power systems. Among these estimators, the one based on the least median method is of interest to us. This because the weighted least median of squares (WLMS) estimator is capable of filtering gross errors corrupting redundant measurements called leverage points. Leverage points are highly influential measurements that attract the state estimations solution towards them. However, some of the WLMS estimator tasks require excessive computing time, making that estimator impracticable to large-scale power systems in real-time environment. The WLMS estimator tasks requiring excessive computing time are: (i) selection, among all available measurements, of several samples with N non-redundant measurements for which the system is observable, where N is the number of system states to be estimated; (ii) determination of the minimum redundancy of the available measurements set; and (iii) the solution of several load flows (one for each selected samples of N measurements). This work proposes a robust state estimator based on the least median method applicable to large-scale power systems in real-time environment. In order to do this, new methodologies were proposed to perform the tasks mentioned above. The proposed methodology to perform tasks (i) and (ii) is based on the analysis of the H\'delta\' matrix structure (this analysis enables both observability and redundancy analysis in a straightforward manner). To perform task (ii), it was developed a load flow methodology based on a forward/backward sweep power flow method. Finally, in order to increase the computational efficiency of the proposed estimator in real-time environment, the tasks that do not depend on real-time information will be conducted by an off-line process. As the main results of this work we could enumerate: (i) a robust state estimator; and (ii) an efficient methodology to determine both the minimum redundancy of the available measurement set and the observable samples with N non-redundant measurements.

Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

Nos modernos centros de operação dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP), as variáveis de estado estimadas, ao invés das medidas, constituem a base de dados para as ações de controle e operação em tempo real. Desta forma, o processo de estimação de estado é de fundamental importância para operação dos SEP. O sucesso do processo de estimação de estado depende do sistema de medição disponível, isto é, do número, tipo e localização dos medidores e das Unidades Terminais Remotas (UTRs), instalados no SEP. Desenvolveu-se, neste trabalho, uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado. A metodologia baseia-se em Algoritmos Evolutivos (AEs) e na estrutura da matriz H \'delta\'. Pela análise da estrutura dessa matriz, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz Jacobiana, a metodologia desenvolvida possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis (SMC), considerando a possibilidade de o sistema possuir diferentes topologias. Neste trabalho, um sistema de medição é considerado confiável se for observável e não possuir medidas críticas, conjunto crítico de medidas e UTRs críticas. Um AE foi desenvolvido para obtenção do melhor SMC, com custo mínimo de investimento. Essa abordagem utiliza uma função de fitness que mede o custo da instalação de medidores e UTRs para obtenção de um determinado SMC. Uma vantagem relevante da metodologia desenvolvida é a sua estratégia para a obtenção de SMCs. Uma codificação indireta do cromossomo, representando uma ordem preferencial de instalação de medidores, combinada com as propriedades da matriz H \'delta\', garante ao AE a geração somente de soluções viáveis, ou seja, SMCs. Para comprovar a eficiência da metodologia desenvolvida, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE, bem como o sistema de 61 barras da Eletropaulo. / In modern operating control centers, the estimated state variables, instead of the measured state variables, constitute the database used to set up power systems real-time control actions. Consequently, the state estimation process is essential for power system real-time operation. The success of the state estimation process depends on the available metering systems, that is, on the topological distribution of the established meters and Remote Terminal Units (RTUs) on the system. A methodology for metering system planning for state estimation purposes was developed in this work. The methodology is based on both Evolutionary Algorithms (EAs) and on the analysis of the called H \'delta\' matrix. By analyzing the structure of this matrix, which is obtained via a triangular factorization of the Jacobian matrix, the developed methodology can determine reliable metering systems (RMS), under many different topology scenarios. In this work a metering system is considered as reliable if it is observable and has no critical measurements, critical sets neither critical RTUs. An EA was developed to find the best RMS with minimal investment cost. The developed EA uses a fitness function that measures the installation cost of meters and RTUs from a given RMS. One relevant advantage of the developed methodology is its strategy to obtain RMS. An indirect chromosome encoding representing a preferential order of meters installation combined with properties of the H \'delta\' matrix guarantees the proposed EA generates only feasible solutions, i.e. RMSs. In order to validate the developed methodology, several tests were executed considering the IEEE 6, 14, 30 and 118 bus systems, as well as the real system with 61 buses from Eletropaulo.

Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

O processo de estimação de estado em sistemas elétricos de potência está sujeito a três tipos de erros: erros nas medidas analógicas (erros grosseiros); erros devido a informações erradas quanto aos estados de chaves e/ou disjuntores (erros topológicos) e erros causados por informações erradas de algum parâmetro do sistema (erros de parâmetros). É drástico o efeito de erros de parâmetros, para o processo de estimação de estado, normalmente intolerável, sendo, entretanto, menos evidente que os erros grosseiros e topológicos. Aproveitando o fato de que certas medidas não sofrem mudanças significativas de valor, durante um determinado intervalo de tempo, propõe-se uma metodologia para estimação de estado e parâmetros de linhas de transmissão. Na metodologia proposta, que se baseia nas equações normais, o vetor de estado convencional é aumentado para a inclusão dos parâmetros a serem estimados. Este vetor de estado aumentado é então estimado através de uma grande quantidade de medidas, obtidas em diversas amostras, durante um intervalo de tempo em que as variáveis de estado do sistema não tenham sofrido alterações significativas de valor. Esta situação ocorre tipicamente à noite, fora dos horários de pico. Propõe-se também uma metodologia para análise de observabilidade para o estimador proposto. Para comprovar a eficiência das metodologias propostas, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE. / The process of power system state estimation is subjected to three types of errors: errors in analogical measurements (gross errors), incorrect information about the status of switching devices (topology errors) and incorrect information about the model of the systems equipment (parameter errors). The effects of parameter errors on the process of power system state estimation are drastic and less evident to detect than gross and topology errors. Taking advantage of the fact that a certain fraction of the measurements varies over a small range in a certain period of time, a methodology to estimative transmission line parameters and state based on normal equations has been proposed. In such methodology, which is based on normal equations, the traditional state vector is expanded to include the parameters to be estimated. This augmented state vector is estimated through a large collection of measurements, recorded within several snapshots of the power system, during which the actual system state varies over a small range. This situation typically occurs during the night off-peak periods. An observability analysis methodology is also proposed for the presented estimator. To prove the efficiency of the methodologies, several tests were made using the systems of 6, 14 and 30 buses from IEEE.

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:13:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dardengo_VictorPellanda_M.pdf: 2575363 bytes, checksum: 30d6d4f10eba96b3baa38c14dae17316 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No planejamento de sistemas de medição para estimação de estado de sistemas de energia elétrica são definidos os tipos, a localização e a quantidade de medidores. Um plano de medição adequado deve garantir a observabilidade da rede, viabilizando a estimação do estado de toda a rede, e permitir a filtragem de erros grosseiros. Para que os erros grosseiros possam ser filtrados é necessário que no plano de medição não estejam presentes medidas e conjuntos críticos. Neste contexto, esta dissertação propõe uma nova metodologia de análise de observabilidade baseada no estimador linearizado regularizado e apresentam duas técnicas de classificação de medidas capazes de identificar medidas críticas, medidas pertencentes a conjuntos críticos e medidas redundantes. A primeira técnica é baseada na fatoração da matriz Gram das medidas e a segunda é baseada na fatoração da matriz Jacobiana das medidas. Além disso, são estudadas e aplicadas técnicas de fatoração com números inteiros que conferem maior robustez 'as metodologias de classificação de medidas. São apresentados testes realizados em redes de pequeno e médio porte que apontam o bom funcionamento dos métodos desenvolvidos e estudados / Abstract: In planning of power systems state estimation are defined the type, the location and the number of meters. An adequate measurement plan have to ensure the observability of the network, enabling the state estimation of the entire network, and allow filtering of gross errors. In order to filter gross errors is necessary in the measurement plan is not present critical measurements and critical sets. In this context, this work proposes a new observability analysis methodology based on the regularized weighted least squares DC state estimator and presents two measurements classification techniques capable of identifying critical measurements, measurements belonging to critical sets and redundant measurements. The first technique is based on the factorization of the measurement Gram matrix and second is based on the factorization of the measurement Jacobian matrix. Furthermore, are studied and applied factorization techniques with integers numbers which give greater robustness to measurements classification methodologies. Tests are presented in small and medium networks size showing the proper functioning of developed and studied methods / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T18:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YucraCcahuana_MiguelAngel_M.pdf: 1685093 bytes, checksum: d470831fabdff66aa7a9d998da9391db (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nas últimas décadas, a utilização de Unidades de Medições Fasoriais (Phasor Measurements Units - PMU) em sistemas de transmissão de energia elétrica vem sendo amplamente discutida. De acordo com a literatura, diversas aplicações podem ser beneficiadas pelo uso destas medidas. Em comparação com as medidas convencionais disponibilizadas pelos Sistema de Controle e Aquisição de Dados (SCADA), as medições fasoriais apresentam maior precisão, maior taxa de amostragem e são grandezas fasoriais sincronizadas, enquanto que as medições do sistema SCADA são medidas de módulo, não sincronizadas e de menor precisão. Para que as aplicações em regime permanente possam se beneficiar das medidas providas pelas PMUs, essas medidas devem ser filtradas por um processo de estimação de estado. Apesar da precisão e da confiabilidade, as medidas provenientes de PMUs ainda podem conter erros causados no processo de medição, os quais precisam ser eliminados antes que as informações providas pelas PMUs sejam usadas nas tarefas de controle e operação da rede. Apesar de todos os investimentos e desenvolvimentos relacionados às PMUs, atualmente, devido ao grande custo associado à instalação dessas unidades, não se considera viável o desenvolvimento de sistemas de medição que permitam que redes sejam totalmente observáveis apenas com o uso de medições fasoriais. A literatura apresenta algumas técnicas capazes de considerar simultaneamente medidas fasoriais e medidas convencionais no processo de estimação de estado. Neste trabalho, são apresentados e avaliados os principais estimadores de estado de uma e duas fases disponíveis na literatura. Além disso, o estimador tradicional, sem a presença de medidas fasoriais, foi usado como base de comparação. Na primeira etapa do processo de avaliação é analisada a qualidade dos estimadores de estado na presença de medidas perfeitas e na presença de medidas contendo erros gaussianos aleatórios. Erros gaussianos aleatórios são os erros típicos dos processos de medição e, portanto, são considerados aceitáveis. Na segunda etapa do processo de avaliação, os estimadores são avaliados na presença de medidas contendo erros gaussianos aleatórios e erros grosseiros. Os erros grosseiros, ao contrário dos erros gaussianos, não são considerados aceitáveis e devem ser removidos durante o processo de estimação de estado. A fim de tornar a análise mais ampla e realista, os três principais mecanismos de cálculo de desvios padrão propostos na literatura são considerados na avaliação do estimadores. Assim, são considerados cenários com desvios padrão fixos, desvios padrão calculados em função dos valores das medidas e desvios padrão calculados em função dos valores medidos e dos fundos de escala dos medidores. Para a detecção e identificação de erros grosseiros é adotado o método do Maior Resíduo Normalizado, já que este é o mecanismo mais confiável, robusto e aceito para tal finalidade. São apresentados testes realizados na rede de 14 barras do IEEE. Esta rede é amplamente adotada em teses e artigos especializados da área, o que facilita a comparações de resultados / Abstract: In last decades, the use of Phasor Measurement Units (PMU) in electrical power transmission systems has been widely discussed. According to the literature, several applications may be benefited with the use of these measurements. When they are compared with conventional measurements provided by Supervisory control and data adquisition (SCADA), phasor measurements are more accurate, have a high sampling rate and are synchronized, while the SCADA measurements only provide magnitude measurements, are not synchronized and are less accurate. For applications in steady operation can be benefited from the measurements provided by PMUs, these measurements must be filtered by a state estimation process. Despite the accuracy and reliability, measurements from PMUs may contain errors caused by the measurement process, they must be eliminated before the informations provided by PMUs are used in control tasks and network operation. Moreover, despite all the investments and developments related to PMUs, currently, because of the cost associated to the installation of these units; it is not considered feasible the development of measurement systems that allow electric networks to be fully observable only with the use of phasor measurements. The literature presents some techniques that are able to consider simultaneously phasor measurements and conventional measurements in the state estimation process. In this work, the main state estimators of one and two phases available in the literature are presented and evaluated. Moreover, the traditional state estimator was used to compare results. In the first part of evaluation process, the quality of state estimators in the presence of perfect measurements and measurements containing random gaussian errors is analyzed. Gaussian random errors are typical of measurement processes and therefore, they are considered acceptable. In the second part, the state estimators are evaluated in the presence of measurements containing random gaussian errors and gross errors. Gross errors, unlike the gaussian errors, are not acceptable and must be removed during the state estimation process. In order to make the analysis more comprehensive and realistic, the three main mechanisms of standard deviation calculation that are proposed in the literature are considered in state estimators evaluation. So, scenarios with fixed standard deviations, standard deviations calculated according to measurement values and standard deviations calculated according to measurements values and the full scale of meters are considered. For the detection and identification of gross errors, the large normalized residual test (LNR) is adopted, since this test is more reliable, robust and acceptable for this purpose. Tests in IEEE14 network are carried out. This network is widely adopted in theses and articles specialized in the field which facilitates the comparison of results / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.