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Previous issue date: 2015-09-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma nova metodologia para estimação
estática de estados em sistemas de distribuição de energia elétrica que estima as correntes
nos ramos como variáveis de estado utilizando medições de tensão e corrente de ramo
fasoriais oriundas de unidades de medição fasorial (Phasor Measurement Units - PMUs).
A metodologia consiste em resolver um problema de otimização não linear minimizando
uma função objetivo quadrática associada com as medições e estados estimados sujeito
às restrições de carga das barras da rede que não apresentam PMUs instaladas baseadas
em dados históricos, sendo esta a principal contribuição deste trabalho. Uma proposta
de alocação de PMUs também é apresentada e que consiste em alocar duas unidades
em cada ramificação do sistema, uma no começo e outra no final do trecho, procurando
utilizar o menor número possível e que não comprometa a qualidade dos estados estimados.
A resolução do problema de otimização é realizada de duas formas, através da ‘toolbox
fmincon’ do software Matlab, que é uma ferramenta muito utilizada na resolução de
problemas de otimização, e através da implementação computacional do Método de Pontos
Interiores com Barreira de Segurança (Safety Barrier Interior Point Method - SFTB - IPM)
proposto na literatura utilizada. Durante o processo de estimação de estados são utilizadas
medidas obtidas através de um fluxo de potência que simulam as PMUs instaladas nos
sistemas analisados variando o carregamento de cada sistema em torno da sua média
histórica de carga até atingir os limites superior e inferior estabelecidos, sendo verificado
o comportamento do estimador de estados perante a ocorrência de ruídos brancos nas
medidas de todos os sistemas analisados. Foram analisados um sistema de distribuição
tutorial de 15 barras e três sistemas encontrados na literatura contendo 33, 50 e 70 barras
respectivamente. No sistema tutorial e no de 70 barras foram incluídas unidades de
geração distribuída para se verificar o comportamento do estimador de estados. Todos
os resultados do processo de estimação de estados são obtidos com os dois métodos de
resolução apresentados e são comparados o desempenho de cada método, principalmente
em relação ao tempo computacional. Todos os resultados obtidos foram validados usando
um programa de fluxo de potência convencional e apresentam boa precisão com valor de
função objetivo baixo mesmo na presença de ruídos nas medidas refletindo de maneira
confiável o real estado do sistema de distribuição, o que torna a metodologia proposta
atraente. / This work aims at presenting a new methodology for static state estimation in electric
power distribution systems which estimates the branch currents as state variables using
voltage measurements and current phasor branch obtained from phasor measurement
units (Phasor Measurement Units - PMUs). The methodology consists of solving a
nonlinear optimization problem minimizing a quadratic objective function associated with
the estimated measurements and states, subject to load constraints for the non monitored
loads based on historical data, which is the main contribution of this work. A PMU
allocation strategy is presented which consists of allocating two PMUs for each system
branch, one at the beginning and another at the end, trying to use as little PMUs as
possible in such a way that the quality of the estimated states are not compromised. The
solution of the optimization problem is obtained through two ways, the first is the toolbox
‘fmincon’ from Matlab solver software which is a widely used tool in the optimization
problem. The second is a computer implementation of interior point method with security
barrier (SFTB - IPM) proposed in the literature. Comparisons of computing times and
results obtained with both methods are shown. A power flow program is used to obtain the
voltages and branch currents in order to emulate the PMUs data in the state estimation
process. Additionaly the non monitored loads are varied from the minimum bounds to
their maximum, allowing white noise errors from the PMUs measurements. A tutorial
test system of 15 buses is fully explored and three IEEE test systems of 33, 50 and 70
buses are used to show the effectiveness of the proposed methodology. For the tutorial
and 70 bus systems, distribued generation units were included to see the state estimator
behavior. All results from the state estimation process are obtained considering the
two presented solving methods and the computing times performance compared. The
results obtained were validated using a conventional power flow program and have good
accuracy with low objective function value even in the presence of white noise errors in
the measurements reflecting the reliability of the proposed methodology, making it very
attractive for distribution system monitoring.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/1528 |
| Date | 18 September 2015 |
| Creators | Alves, Guilherme de Oliveira |
| Contributors | Pereira, José Luiz Rezende, Salgado, Roberto de Souza, Oliveira, Edimar José de, Garcia, Paulo Augusto Nepomuceno |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, UFJF, Brasil, Faculdade de Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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