Using sigmoid functions for representing limits of generators and static Var compensators and their impact on the voltage stability study

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Barbosa, João Pedro Peters
• Orientador(a): Passos Filho, João Alberto
• Banca de defesa: Melo, Igor Delgado de , Alberto, Luís Fernando Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Estabilidade de tensão; Bifurcação; Equipamentos de controle; Método de newton; Função sigmoide; Voltage stability; Bifurcation; Control devices; Newton method; Sigmoid function
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15471

Este trabalho apresenta novas metodologias de representação de equipamentos na análise de fluxo de potência em regime permanente e seus impactos na estabilidade de tensão de sistemas elétricos de potência. Com foco especial no cenário de colapso de tensão do sistema, caracterizado por uma transição de estabilidade para instabilidade, o método tradicional de fluxo de potência é reformulado com a introdução de funções suaves. Como opção para introduzir a desejada suavidade, optou-se por incorporar a função sigmoide na formulação do fluxo de potência. A função sigmoide pode ser implementada dentro da formulação tradicional de fluxo de potência de Newton-Raphson na modelagem de vários equipamentos de controle. Para o propósito deste trabalho, serão propostas novas modelagens para geradores e Compensadores Estáticos de Potência Reativa (CERs). Por poderem participar ativamente da regulação de tensão, por meio do controle de injeção, absorção e fluxo de potência reativa, esses equipamentos receberam uma atenção excepcional. Para analisar a condição de colapso de tensão, os sistemas de potência são estressados com aumentos graduais em geração e demanda. A ferramenta de fluxo de potência continuado é, portanto, aplicada, considerando as características de limite e saturação dos equipamentos em estudo. De um ponto de vista geral, o colapso de tensão é considerado como um ponto de carga máxima do sistema de potência, no limiar da estabilidade de tensão. Do ponto de vista matemático, porém, o colapso de tensão é caracterizado como um ponto onde ocorre uma bifurcação. Como o fluxo de potência resolve um sistema de equações não lineares, e o fluxo de potência contínuo determina uma sequência de soluções de equações não lineares, as bifurcações podem estar presentes em análises e simulações de fluxo de potência. Assim, vários tipos de bifurcações podem ser observados, sendo caracterizadas por diferentes condições matemáticas. A utilização da função sigmoide na modelagem de equipamentos de controle propõe uma nova condição de estabilidade de tensão para sistemas elétricos. As bifurcações encontradas dentro do sistema, que antes poderiam ter características diferentes, agora têm uma mesma característica comum. Esta condição se traduz como uma vantagem para a estabilidade de tensão dos sistemas elétricos de potência em termos de facilidade na identificação de cenários críticos, responsáveis por admitir o colapso. Todas as proposições foram testadas por meio de várias simulações em diferentes sistemas-teste. Um programa em Python foi desenvolvido e as simulações dos resultados foram validadas pela versão acadêmica do software do CEPEL (Centro de Pesquisas em Energia Elétrica).