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Type: Dissertação
Title: Desenvolvimento e avaliação de metodologias para máxima alocação de geração eólica em SEP e controle de frequência no fluxo de potência CC
Author: Ávila, Othon Ferreira
First Advisor: Passos Filho, João Alberto
Referee Member: Oliveira, Leonardo Willer de
Referee Member: Peres, Wesley
Resumo: Este trabalho está dividido em dois estudos aplicados a Sistemas Elétricos de Potência (SEP) em regime permanente. O primeiro é uma análise dos impactos de alocação de geração eólica em SEP e o segundo é um estudo da aplicação da regulação primária de frequência no problema de fluxo de potência linearizado. No primeiro estudo, são propostas três formulações que avaliam a escolha do barramento para instalação e o dimensionamento da capacidade instalada de geradores eólicos em SEP. São consideradas equações que descrevem o comportamento intermitente da geração eólica e a variação da carga nas três metodologias. A primeira metodologia proposta é baseada em uma otimização totalmente linear (PL–CC) usando um modelo de fluxo de potência linearizado, a segunda é um modelo de otimização não-linear com fluxo de potência não-linear (PNL–CA) e a terceira é uma otimização inteira não-linear que considera o fluxo de potência não-linear (IPNL–CA). As três metodologias desenvolvidas são capazes de estimar o máximo nível de penetração de energia eólica de forma segura para a rede. Entende-se nível de penetração de energia eólica como a máxima capacidade (MW) instalada do(s) gerador(es) eólico(s), visto que não é considerado o armazenamento dessa energia pelas três metodologias, que respeitem o equilíbrio carga/geração e os limites de segurança do sistema. A metodologia PL–CC e PNL–CA almejam atingir esse máximo nível através do dimensionamento (MW) de geradores eólicos pré-instalados no sistema. Já a formulação IPNL–CA realiza uma análise de dimensionamento em conjunto com alocação, escolha do barramento ótimo a ser instalada a geração eólica, para alcançar o máximo nível de penetração seguro. Os resultados obtidos mostram as vantagens e desvantagens da utilização de cada formulação proposta na análise de geração eólica em sistemas elétricos de potência. O segundo estudo é baseado nas características de estado estacionário da regulação primária de frequência de geradores combinadas com uma nova formulação do modelo de fluxo de potência CC. A abordagem proposta consiste em incluir as equações que representam a resposta de estado estacionário da regulação primária de frequência na modelagem de fluxo de potência CC. Assim, os desequilíbrios entre carga e geração são distribuídos entre os geradores em função do estatismo e da potência de referência de cada máquina. A metodologia proposta é validada em três sistemas: dois de pequeno porte e um sistema de médio porte. O primeiro é um sistema tutorial de 6 barras, o segundo é o sistema de 11 barras com duas áreas distintas, e o terceiro é o sistema de energia New-England de 39 barras. Os resultados apresentados validam e indicam a eficácia da formulação proposta.
Abstract: This work is divided into two studies applied to Electric Power Systems (EPS) in steadystate assessment. The first one is an analysis of the impacts of wind power allocation on EPS and the second one is a study of the application of primary frequency regulation in the linearized power flow problem. In the first study, three formulations are proposed to evaluate the choice of the bus for the installation and sizing of the installed capacity of wind generators in EPS. Equations describing the intermittent wind generation behavior and the load variation in the three formulations are considered. The first proposed methodology is based on fully linear programming (PL–CC) approach using a linearized power flow model, the second is a non-linear optimization model considering a non-linear power flow (PNL–CA) formulation, and the third one is an integer nonlinear programming approach (IPNL–CA). The three methodologies developed are able to safely estimate the maximum penetration level of wind power in the grid. The wind power penetration level is the maximum installed power (MW) of the wind turbine(s) since it is not considered to store this energy by the three methodologies, which respect the load/generation balance and the system limits of security. The methodology PL–CC and PNL–CA aim reaches this maximum level by (MW) wind turbines pre-installed in the system. The formulation IPNL–CA performs a sizing analysis in conjunction with the allocation, choosing the ideal bus to be installed in wind generation, to reach the maximum level of safe penetration. The results obtained show the advantages and disadvantages of the use of each formulation proposed in the analysis of wind power generation in electric power systems. In the second study, the steady-state characteristics of the primary frequency regulation of generators are combined with a new formulation of the DC power flow model. The proposed approach consists of including the equations representing the steady-state response of the primary frequency regulation in the original DC power flow modeling. Thus, the imbalances between load and generation are distributed among the generators as a function of the speed-droop and the reference power of each machine. The proposed methodology is validated in three systems: two are small-scale and one medium-scale test system. The first one is a 6-bus tutorial system, the second is the 11-bus system with two distinct areas, and the third is the 39-bus New-England power system. The results presented validate and indicate the effectiveness of the proposed formulation.
Keywords: Geração eólica
Fluxo de potência
Programação não-linear
Programação inteira não-linear
Programação linear
Regulação primária de frequência
Wind generation
Power flow
Non-linear programming
Non-linear integer programming
Linear programming
Primary frequency regulation
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
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/8262
Issue Date: 3-Sep-2018
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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