Identificação de modos eletromecânicos utilizando medição fasorial sincronizada e sinais de teste

Orientador: Prof. Dr. Ricardo SchumacherCoorientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 05/08/2022Inclui referênciasÁrea de concentração: Sistemas de EnergiaResumo: As PMUs (Phasor Measurement Unit) são equipamentos de medição cada vez mais indispensáveis em sistemas elétricos de potência (SEPs), pois permitem o monitoramento em tempo real de tais sistemas com uma alta taxa de amostragem. A partir de dados extraídos por esses dispositivos, também é possível estimar os modos eletromecânicos dominantes do sistema sob análise, permitindo inferir acerca de sua estabilidade angular, estando esta associada à operação dos geradores síncronos do sistema. Nesse contexto, estimativas para os modos eletromecânicos são geralmente geradas usando-se técnicas de identificação de sistemas que se baseiam apenas no processamento de sinais de saída. Tais sinais de saída são os próprios sinais adquiridos pelas PMUs em diferentes barras do sistema, e correspondem, tipicamente, a sinais de frequência de operação e/ou de tensão (módulo ou defasagens angulares). Entretanto, o uso apenas de sinais de saída pode resultar em estimativas imprecisas para os modos eletromecânicos em diversos casos (especialmente no que diz respeito às suas taxas de amortecimento). Como alternativa, algumas técnicas consideram adicionalmente sinais de entrada, também chamados nesse contexto de sinais de teste, ou, em inglês, probing. Esta dissertação tem por objetivo considerar o uso de sinais de teste em técnicas de identificação de sistemas a fim de melhorar a precisão obtida para os modos eletromecânicos estimados. Nesse sentido, é proposta uma adaptação do método Vector Fitting (VF) que, até o presente momento, foi majoritariamente utilizado para o contexto de estimação de modos oscilatórios a partir de dados transitórios. Nesta dissertação, considera-se como sinais de teste as variações naturais de potência ativa apresentadas pelas cargas conectadas às barras do sistema ao longo do tempo. Para comparar e validar os resultados obtidos, também foi utilizado o tradicional método N4SID (do inglês, Numerical Algorithm for SubSpace State Space System Identification). Os métodos VF e N4SID foram aplicados em dois sistemas teste, um com 11 barras e outro com 39 barras. Os resultados obtidos mostram o potencial da utilização de sinais de teste na estimação de modos eletromecânicos em SEPs. Especificamente, para diversos casos observa-se que o uso do método VF e N4SID com sinais de teste é capaz de gerar estimativas mais precisas para os modos eletromecânicos em comparação com simulações feitas sem a consideração de tais sinais.Abstract: PMUs (Phasor Measurement Unit) are increasingly indispensable measurement equipment in electrical power systems (SEPs), as they allow real-time monitoring of such systems with a high sampling rate. From data extracted by these devices, it is also possible to estimate the dominant electromechanical modes of the system under analysis, allowing inferences about its angular stability, which is associated with the operation of the system's synchronous generators. In this context, estimates for electromechanical modes are generally generated using system identification techniques that rely only on output signal processing. Such output signals are the signals acquired by the PMUs on different buses of the system, and typically correspond to operating frequency and/or voltage signals (module or angular lags). However, using only output signals can result in inaccurate estimates for electromechanical modes in many cases (especially about their damping ratios). Alternatively, some techniques additionally consider input signals, also called, in this context, test signals or probing. This dissertation aims to consider the use of test signals in system identification techniques to improve the accuracy obtained for the estimated electromechanical modes. In this sense, an adaptation of the Vector Fitting (VF) method is proposed, which, until now, has been mostly used in the context of estimating oscillatory modes from transient data. In this dissertation, the natural variations of active power presented by the loads connected to the system buses over time are considered as test signals. To compare and validate the results obtained, the traditional N4SID method (Numerical Algorithm for SubSpace State Space System Identification) was also used. The VF and N4SID methods were applied in two test systems, one with 11 buses and the other with 39 buses. The results obtained show the potential of using test signals in the estimation of electromechanical modes of SEPs. Specifically, for several cases it is observed that the use of the VF and N4SID method with test signals can generate more accurate estimates for the electromechanical modes compared to simulations made without considering such signals