Esta tese investiga novas estratégias para a construção de modelos em tempo real de Sistemas Elétricos de Potência. Busca-se a melhoria das funções de Estimação de Estado e aplicações correlatas por meio da consideração da medição fasorial sincronizada, fornecida por dispositivos PMUs, em ambientes onde as regiões monitoradas são de domínios de empresas diferentes e cuja distribuição geográfica apresenta distâncias consideráveis, como é o caso brasileiro. Uma das tarefas mais críticas dentro deste contexto é a representação adequada de sistemas não monitorados, que devem ser modelados de forma precisa, robusta e, preferencialmente, considerando dados que são acessíveis ao operador. A incorporação de redes externas em estimação multiárea é efetuada por uma etapa adicional de estimação ou embutida diretamente nos processos iterativos locais, mediante, neste último caso, a exigência de contínuos fluxos de dados entre áreas. No entanto, constata-se, neste estudo, que modelos clássicos de Equivalentes Externos reduzidos, particularmente os modelos tipo Ward, atendem satisfatoriamente aos requisitos computacionais e de precisão do problema, desde que sejam devidamente atualizados a cada mudança do ponto de operação. Desta forma, considerando sincrofasores de tensão e de corrente coletados por PMUs em regiões de fronteira, desenvolve-se um modelo de Estimação de Estado Descentralizada em que a etapa de pós-processamento por agentes externos independentes é removida, permitindo a obtenção do estado interconectado em um único passo, sem intercâmbio de dados operacionais em tempo real. Dois modelos são implementados, que diferem essencialmente na forma de tratamento dos dados de equivalentes externos. A metodologia é codificada em linguagem C++, sendo validada nos Sistemas IEEE de 14, 30 e 118 barras sob várias configurações de medição e de particionamento, mediante análise estatística e comparação de estimativas com valores de referência. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da proposta para o fornecimento de modelos de estimação de estado mais confiáveis, adaptados à atual tendência de descentralização de redes elétricas, sem grandes alterações nas funções já existentes e sob um custo computacional reduzido. Sugerem também a factibilidade do tratamento conjunto das funções relacionadas a Estimação de Estado e Equivalentes Externos. / New approaches for the real time modelling of Power Systems are investigated in this work. The improvement of State Estimation and related functions is pursued with the aid of synchronized measurements gathered by PMU devices, in a multi-owner environment where utilities are independent and distributed across large distances, as in the Brazilian interconnected system case. One of the critical tasks on this subject is the correct representation of non-monitored networks in precise and feasible way, where less data traffic between operators is preferable. In Multiarea State Estimation, the incorporation of external networks is usually performed as the additional estimation phase or directly included in local estimation models by means of inter-area communication channels. This research shows that classic models of External Equivalents, specially Ward types, meet the computational and precision requirements of the problem if they are correctly updated after changes in the operating point. Thus, by using voltage and current synchrophasors measured by boundary PMUs, a Decentralized State Estimation model is developed, where the need for a post-processing higher coordination step is suppressed, allowing the interconnected state to be found rapidly, in a single step and with no real time data exchange. Two strategies of including on-line information about External Equivalents are proposed, taking it as regular measurements or constraints to be imposed in the classical formulation. A computational software coded in C++ language is built to support the models, which are validated with the IEEE-14, 30 and 118 test bed systems, under several placement strategies and split network schemes. A consistent statistical analysis of the results is also performed, where outcomes are compared with reference values of a regular estimator. Results indicate the feasibility to generate reliable and robust real time models, without significant changes in existing energy management applications, and also shows the greater benefits of integrating State Estimation and External Equivalents into a single framework.

Esta tese investiga novas estratégias para a construção de modelos em tempo real de Sistemas Elétricos de Potência. Busca-se a melhoria das funções de Estimação de Estado e aplicações correlatas por meio da consideração da medição fasorial sincronizada, fornecida por dispositivos PMUs, em ambientes onde as regiões monitoradas são de domínios de empresas diferentes e cuja distribuição geográfica apresenta distâncias consideráveis, como é o caso brasileiro. Uma das tarefas mais críticas dentro deste contexto é a representação adequada de sistemas não monitorados, que devem ser modelados de forma precisa, robusta e, preferencialmente, considerando dados que são acessíveis ao operador. A incorporação de redes externas em estimação multiárea é efetuada por uma etapa adicional de estimação ou embutida diretamente nos processos iterativos locais, mediante, neste último caso, a exigência de contínuos fluxos de dados entre áreas. No entanto, constata-se, neste estudo, que modelos clássicos de Equivalentes Externos reduzidos, particularmente os modelos tipo Ward, atendem satisfatoriamente aos requisitos computacionais e de precisão do problema, desde que sejam devidamente atualizados a cada mudança do ponto de operação. Desta forma, considerando sincrofasores de tensão e de corrente coletados por PMUs em regiões de fronteira, desenvolve-se um modelo de Estimação de Estado Descentralizada em que a etapa de pós-processamento por agentes externos independentes é removida, permitindo a obtenção do estado interconectado em um único passo, sem intercâmbio de dados operacionais em tempo real. Dois modelos são implementados, que diferem essencialmente na forma de tratamento dos dados de equivalentes externos. A metodologia é codificada em linguagem C++, sendo validada nos Sistemas IEEE de 14, 30 e 118 barras sob várias configurações de medição e de particionamento, mediante análise estatística e comparação de estimativas com valores de referência. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da proposta para o fornecimento de modelos de estimação de estado mais confiáveis, adaptados à atual tendência de descentralização de redes elétricas, sem grandes alterações nas funções já existentes e sob um custo computacional reduzido. Sugerem também a factibilidade do tratamento conjunto das funções relacionadas a Estimação de Estado e Equivalentes Externos. / New approaches for the real time modelling of Power Systems are investigated in this work. The improvement of State Estimation and related functions is pursued with the aid of synchronized measurements gathered by PMU devices, in a multi-owner environment where utilities are independent and distributed across large distances, as in the Brazilian interconnected system case. One of the critical tasks on this subject is the correct representation of non-monitored networks in precise and feasible way, where less data traffic between operators is preferable. In Multiarea State Estimation, the incorporation of external networks is usually performed as the additional estimation phase or directly included in local estimation models by means of inter-area communication channels. This research shows that classic models of External Equivalents, specially Ward types, meet the computational and precision requirements of the problem if they are correctly updated after changes in the operating point. Thus, by using voltage and current synchrophasors measured by boundary PMUs, a Decentralized State Estimation model is developed, where the need for a post-processing higher coordination step is suppressed, allowing the interconnected state to be found rapidly, in a single step and with no real time data exchange. Two strategies of including on-line information about External Equivalents are proposed, taking it as regular measurements or constraints to be imposed in the classical formulation. A computational software coded in C++ language is built to support the models, which are validated with the IEEE-14, 30 and 118 test bed systems, under several placement strategies and split network schemes. A consistent statistical analysis of the results is also performed, where outcomes are compared with reference values of a regular estimator. Results indicate the feasibility to generate reliable and robust real time models, without significant changes in existing energy management applications, and also shows the greater benefits of integrating State Estimation and External Equivalents into a single framework.