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Type: Dissertação
Title: Estimação de estados trifásica a quatro fios para sistemas de distribuição multiaterrados: uma abordagem considerando pseudomedidas associadas ao neutro
Author: Diogo, Vinicius Moreira Rodrigues
First Advisor: Melo, Igor Delgado de
Referee Member: Coelho, Francisco Carlos Rodrigues
Referee Member: Oliveira, Leonardo Willer de
Resumo: Atualmente, há uma crescente necessidade de realizar o monitoramento de grandezas elétricas em redes de distribuição. Entretanto, as técnicas tradicionais de estimação de estados não podem ser aplicadas diretamente a essas redes devido às características intrínsecas como cargas desequilibradas, topologia predominantemente radial e número limitado de medidores instalados ao longo de alimentadores de média tensão. Neste complexo cenário, além de medidas obtidas em tempo real, é necessário utilizar informações suplementares que auxiliem na estimativa do estado operativo da rede. Tais informações são chamadas de pseudomedidas e são associadas tradicionalmente a valores de potências ativa e reativa demandadas obtidas através de dados históricos de consumo de energia mensal de cada consumidor. Devido à escassez de pesquisas considerando a estimação de estados (EE) trifásica a quatro fios para sistemas de distribuição, este trabalho apresenta uma nova abordagem para a EE em redes multiaterradas. Na metodologia proposta, o vetor de variáveis de estados é composto pelas correntes ramais em coordenadas retangulares e as medidas são obtidas preconizando o uso de PMUs (Phasor Measurement Units) instaladas ao longo de alimentadores radiais. O modelo trifásico a quatro fios é considerado para os elementos da rede representando o condutor neutro e a impedância de aterramento. Um problema de otimização é formulado para determinar o estado operativo do sistema baseado em uma função objetivo definida pelo conceito dos mínimos quadrados ponderados. Pseudomedidas referentes às cargas são modeladas por restrições de desigualdade para suprir a falta de medições em tempo real, assumindo um cenário com escassez de medidores fasoriais que permitem monitoramento em tempo real. Para demonstrar a efetividade do método proposto são conduzidas simulações utilizando o sistema teste Kersting de 21 barras e o sistema de 33 barras modificado assumindo diferentes posicionamentos de medidores, cenários de carga e impedâncias de aterramento. Análises do impacto da presença de geração distribuída no sistema de 33 barras também são inclusas no estudo realizado. Adicionalmente, o impacto do aumento de carga na determinação da tensão de neutro e fator de desequilíbrio serão abordados a fim de atestar a eficácia do método proposto. Uma importante contribuição deste trabalho é a adição de pseudomedidas, tratadas como restrições de desigualdade referentes à potência dissipada no neutro, auxiliando na redução de erros para todas as fases e permitindo estimar a magnitude da tensão de neutro, NEV (Neutral-to-Earth Voltage) e desequilíbrio entre fases, com erros de estimação reduzidos.
Abstract: Currently, there is an increasing need to monitor electrical quantities in distribution networks. However, traditional state estimation techniques cannot be directly applied to these networks due to intrinsic characteristics such as unbalanced loads, predominantly radial topology, and a limited number of meters installed along medium voltage feeders. In this complex scenario, in addition to real-time measurements, it is necessary to use supplementary information to assist in estimating the operational state of the network. Such information is referred to as pseudo-measurements and is traditionally associated with active and reactive power values obtained through historical monthly energy consumption data for each consumer. Due to the scarcity of research considering three-phase four-wire state estimation (SE) for distribution systems, this work presents a new approach to SE in multi-grounded networks. In the proposed methodology, the state variable vector consists of branch currents in rectangular coordinates, and measurements are obtained with the use of Phasor Measurement Units (PMUs) installed along radial feeders. The three-phase four-wire model is considered for network elements representing the neutral conductor and grounding impedance. An optimization problem is formulated to determine the operational state of the system based on an objective function defined by the weighted least squares concept. Pseudo-measurements related to loads are modeled by inequality constraints to compensate for the lack of real-time measurements, assuming a scenario with a scarcity of phasor meters that allow real-time monitoring. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, simulations are conducted using the 21-bus Kersting test system and the modified 33-bus system, assuming different meter placements, load scenarios, and grounding impedances. Analyses of the impact of distributed generation on the 33-bus system are also included in the study. Additionally, the impact of increased load on neutral voltage determination and phase imbalance will be addressed to validate the effectiveness of the proposed method. A significant contribution of this work is the addition of inequalities related to the power dissipated in the neutral, aiding in the reduction of errors for all phases and allowing for the estimation of neutral-to-earth voltage (NEV) and phase imbalance, with reduced estimation errors.
Keywords: Estimação de estados
Sistemas de distribuição
PMU
Otimização
State estimation
Distribution systems
Optimization
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/17633
Issue Date: 16-Sep-2024
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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