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Type: Dissertação
Title: Estratégia de simulação de transitórios eletromecânicos com emprego de unidades de simulação funcional e OpenDSS
Author: Fava, Ricardo Proba
First Advisor: Tomim, Marcelo Aroca
Referee Member: Aquino, Antonio Felipe da Cunha de
Referee Member: Passos Filho, João Alberto
Resumo: Esta dissertação apresenta a implementação de um método alternado implícito para solucionar um problema de estabilidade transitória que envolve um sistema elétrico de potência de grande porte. Para isso, o sistema é dividido em três elementos (ou subsistemas): a rede elétrica de transmissão, os geradores elétricos dinâmicos (bem como os equipamentos dinâmicos associados) e a rede de distribuição. Considerando o desmembramento proposto, cada um dos subsistemas pode ser modelado em domínios distintos, como por exemplo domínios da frequência e do tempo. Além disso, torna-se possível atribuir ferramentas computacionais e métodos apropriados de solução para cada subsistema. Como resultado, pode-se esperar que a simulação ofereça uma maior flexibilidade na modelagem, possibilidade de reutilização dos modelos e potenciais ganhos de desempenho computacional. O primeiro subsistema, correspondente à rede de transmissão e suas cargas (sejam lineares ou não lineares), é representado por sua sequência positiva através da linguagem Python, onde é implementado o método de solução nodal. Para o segundo subsistema, correspondente às máquinas elétricas, deve-se considerar a sua natureza dinâmica e, portanto, a ferramenta computacional adotada é a Functional Mockup Interface (FMI), que consiste em uma interface padronizada e gratuita que visa o acoplamento entre modelos matemáticos e simuladores. Os modelos, ou bibliotecas, que adotam a interface FMI são chamados Functional Mock-up Units (FMU), e podem ser classificados como dois tipos distintos: Co-Simulation (CS) e Model Exchange (ME). Este estudo adota a FMU do tipo ME, cuja solução deve ser realizada por um solucionador externo baseado no método de integração trapezoidal. O terceiro e último subsistema, correspondente à rede de distribuição, é representado através de um módulo baseado no programa OpenDSS, que por sua vez consiste em um simulador de sistemas elétricos de distribuição e Recursos Energéticos Distribuídos (RED). Para a comunicação em Python entre a rede de transmissão e os outros subsistemas, os modelos de máquinas síncronas são implementados pelo programa OMEdit, encapsulados em FMUs por um compilador em Modelica e importados para o ambiente em Python pela biblioteca PyFMI, enquanto o subsistema de distribuição é importado pelo módulo OpenDSSDirect. Definidos os subsistemas, os resultados obtidos pela simulação proposta com FMU do tipo ME coincidem de forma satisfatória com os obtidos pelo ANATEM, um programa de simulação dinâmica no domínio no tempo e análise de transitórios eletromecânicos.
Abstract: This master thesis presents the implementation of an implicit alternating method to solve a transient stability problem involving a large electrical power system. To achieve this, the system is split into three elements (or subsystems): the electrical transmission network, the dynamic electrical generators (as well as the associated dynamic equipment) and the distribution network. Considering the proposed dismemberment, each one of the subsystems can be modeled in different domains, such as frequency and time domains. Furthermore, it’s possible to assign appropriate computational tools and solution methods to each subsystem. As a result, the simulation is expected to offer greater modeling flexibility, potential for model reuse, and computational performance improvement. The first subsystem, corresponding to the transmission network and its loads (whether linear or non-linear), is represented by its equivalent positive sequence circuit using Python language, where the nodal solution method is implemented. For the second subsystem, corresponding to electrical machines, its dynamic nature must be considered and, therefore, the adopted computational tool is the Functional Mock-up Interface (FMI), which consists of a standardized and free interface that aims at coupling between mathematical models and simulators. The models, or libraries, that adopt the FMI interface are called Functional Mock-up Units (FMU), and can be classified as two different types: Co-Simulation (CS) and Model Exchange (ME). This study adopts the ME-type FMU, whose solution must be performed by an external solver based on the trapezoidal integration method. The third and final subsystem, corresponding to the distribution network, is represented through a package based on the OpenDSS, which consists of a simulator of electrical distribution systems and Distributed Energy Resources (RED). For Python-based communication between the transmission network and the other subsystems, synchronous machine models are implemented by the software OMEdit, encapsulated into FMUs by a Modelica compiler and imported into the Python environment by PyFMI library, while the distribution subsystem is imported by the OpenDSSDirect package. With the defined subsystems, the results obtained by the proposed simulation with an ME-type FMU match satisfactorily with those obtained by ANATEM, a program of time-domain dynamic simulation and analysis of electromechanical transients.
Keywords: Cálculo do fluxo de potência
Estabilidade transitória
FMU
Simulação no tempo
OpenDSS
OpenModelica
Power flow calculation
Transient stability
Time simulation
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17139
Issue Date: 9-May-2024
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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