Enhanced power flow methods in complex plane for VSC-MTDC hybrid AC/DC transmission grids

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: CHAGAS, Guilherme Souto
• Orientador(a): PIRES, Robson Celso
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
• Departamento: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Fluxo de carga AC/DC sequencial; Fluxo de carga AC/DC unificado; Fluxo de carga de segunda ordem; Método Newton-Raphson no domínio complexo; Redes de transmissão MTDC; VSC-HVDC; Wirtinger calculus
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3434

O problema de fluxo de carga é composto por variáveis e grandezas fasoriais e pode ser naturalmente formulado no domínio complexo; porém, suas aplicações são comumente desenvolvidas no domínio real. A solução via o método de Newton-Raphson, por exemplo, estaria restrita ao domínio real uma vez que a expansão em séries d Taylor em termos somente das variáveis complexas não existe. Mas, graças ao cálculo de Wirtinger, um método de Newton-Raphson baseado em expansões em série de Taylor de funções não lineares de variáveis complexas e seus conjugados complexos se faz possível. A medida em que novas tecnologias são implementadas nos sistemas de potência, como a incorporação de dispositivos FACTS, o desenvolvimento de aplicações de fluxo de carga se torna cada vez mais complexa, e manter suas formulações no domínio real necessita de uma árdua tarefa de álgebra. Para superar esta dificuldade, uma série de métodos de solução de fluxo de potência é proposta neste trabalho, especificados para solucionar sistemas híbridos AC/DC multi-terminal, sendo formuladas no plano complexo sem qualquer perda de precisão. Tanto a abordagem sequencial quanto a unificada para a solução do fluxo de potência híbrido AC/DC são derivadas no plano complexo. Com o objetivo de melhorar o desempenho dos algoritmos, também é proposto um algoritmo exato de fluxo de potência de segunda ordem no domínio complexo. Tais modelos de fluxo de potência no plano complexo são naturalmente desenvolvidos em coordenadas cartesianas; logo, a maioria das equações de restrições pode ser escrita como funções quadráticas. Consequentemente, a expansão em séries de Taylor se encerra na sua segunda ordem e a não linearidade exata das equações complexas quadráticas de fluxo de potência é mantida. Pequenas alterações na estrutura do código são necessárias para transformar o método de Newton-Raphson na abordagem exata do fluxo de potência no plano complexo. O novo algoritmo exibe um comportamento superior em redes totalmente AC ou híbridas AC/DC. A fim de mostrar a validade de suas formulações, os algoritmos propostos são implementados em Matlab para estudos de casos bem estabelecidos dos sistemas teste IEEE-14, -30, -57 e -118 barras, uma versão modificada do sistema de duas áreas IEEE RTS-96, e o sistema interligado nacional SIN-1916 barras. As características e vantagens dos algoritmos propostos são ilustradas através dos sistemas teste interligados através de uma rede DC propensa a vários cenários sob diferentes topologias, controles de tensão e injeções de potência ativa, por exemplo.