David. distúrbio aplicado. da ferramenta. Ferramentas. tempo real. Um sistema. de Potência. geradores, além. variável (LTC) [3].

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1 Dsnvolvimnto Frramntas Computacionais Apoio à Anális Sistmas Potência David Rodrigus Parrini, Bolsista Iniciação Cintífica do CNPq/ q/pibic Tatiana Mariano Lssa Assis, Orintadora 1 Rsumo--Est rlatório técnico-cintífico aprsnta o snvolvimnto frramntas computacionais apoio à anális stática dinâmica sistmas potência gran port. Inicialmnt, uma frramnta altração automática carga paraa auxiliar no studo stático sistmas potência é aprsntada, possibilitando a ralização variaçõs carga gração global no sistma m anális. Em sguida, é scrita a modificação um aplicativo simulação dinâmica no tmpo visando a monitoração gráfica mdidorss do comportamntoo lmntos do sistma, além a da rdução do sforço computacional. Os algoritmos cálculos c xcutados pla frramnta são scritos xmplificados.. Os snvolvimntos foram ralizados com bas no softwar simulação sistmas nrgia létrica, Simulight, snvolvido no Laboratório Sistmas Potência (LASPOT) da COPPE/UFRJ, como part do projto Dsnvolvimnt to Molos Métodos Computacionais Aplicados à Mlhoria Sgurança Sistmas Enrgia Elétrica. R I. INTRODUÇÃO EQUISITOS mais svros qualida sgurança para o suprimnto nrgia létricaa compõm a atual prspctiva para a opração sistmas potência. Rlacionado a la, o atual contxto aumnto no númro intrconxõs ntr rgiõs, introdução novas tcnologias xpansão para o atndimnto da manda grada plo crscimnto conômico tm por consquência sistmas com maior complxida suscptívis aos mais divrsos fnômnos. Dssa forma, são ncssárias frramntas apoio qu proporcionm agilida nos studos anális rs létricas, spcialmnt nos ambints planjamnto opração m tmpo ral. Um sistma potência é oprado num ambint sujito a mudanças contínuas m suas cargas, spacho gradors, além da ocorrência distúrbios. Nst contxto, é important avaliar difrnts pontos opração as prturbaçõs qu pom ocorrr. Os pontos opração para, por xmplo, difrnts patamars carga, finm stados iniciais quilíbrio [1]. O conjunto dos possívis stados para uma condição opração sgura s trmina a robustz do sistma. Para uma r gran port, a tarfa s avaliar difrnts patamars carga c gração s torna árdua, uma vz qu manda tmpo. Uma vz avaliados os difrnts pontos opração intrss, a simulação dinâmica no tmpo prmit studar a transição um stado quilíbrio paraa outro, vrificando a stabilida do sistma, a qual pn da gravida do O trabalho aprsntado nst rlatório foi apoiadoo financiramnt plo CNPq. D. R. Parrini é aluno graduação do Dpartamnto Engnharia Elétrica, Univrsida Fral do Rio Janiro. T. M. L. Assis é profssora do Dpartamnto Engnharia Elétrica, Univrsida Fral do Rio Janiro. distúrbio aplicado. Um sistma sguro s é aqul qu atn rquisitos mínimos m rgim prmannt dinâmico [2]. Assim, há ncssida s monitorar algumas variávis do sistma, bm como a aquada ativida alguns dos dispositivos, com a finalida atnr as condiçõs qualida sgurança xigidass ants após s uma contingência. Ess trabalho tv t como objtivo o snvolvimnto frramntas apoio à anális sistmas potência visando forncr uma u manira ágil para s studar difrnts cnários carga gração acompanhar o comportamnto m tmpo simulação variávis do sistma. A Sção II scrv a mtodologiaa do trabalho, aprsntando a plataforma computacional utilizada (A), a frramnta para altração automática carga snvolvida (B) a stratégia programação do aplicativo simulação dinâmica no tmpo para prmitirr a monitoração variávis mm tmpo simulação torná-lo da frramnta altração carga, do método monitoração snvolvido do tmpo computacional ganho na simulação dinâmica são aprsntados na Sção III. Finalmnt, a Sção IV aprsnta as conclusõs do trabalho. É aprsntado ainda um rlatório atividas a avaliação do bolsista. computacionalmnt mais rápido. Rsultados II. METODOLOGIA A. Plataforma Computacional A plataforma computacional utilizadaa [3] mprga molagm orintada a objtos m C ++ para scrvrr a topologia conxõs dos Sistmas Enrgia Elétrica (SEE), como também os dispositivos sus molos matmáticos. A Fig. 1. mostra o diagrama classs [3] qu indica os rlacionamntos ntr objtos qu scrvm part da topologia (SEE, Ára Substação) alguns dispositivos létricos, como Grador, Cargaa o Transformador Tap variávl (LTC) [3]. Fig. 1. Diagrama Classs simplificado qu rprsnta um Sistma Enrgia Elétrica (SEE)

2 Conform srá vinciado nst trabalho, as frramntas snvolvidas rqurm a psquisa squncial através ssa strutura para obtr informaçõs dispositivos dos tipos Carga, Grador LTC do sistma. Na plataforma, stão disponívis aplicativos como o fluxo potência [4], para anális stática, a simulação no domínio do tmpo, para anális dinâmica [1]. Em razão dos difrnts rgims, alguns dispositivos possum molos státicos dinâmicos distintos, qu são altrnados convnintmnt com o tipo aplicativo utilizado. Por xmplo, um grador é molado com quaçõs algébricas na anális stática. Por outro lado, na simulação dinâmica, sua molagm inclui um conjunto quaçõs algébricodifrncial. Os molos cargas gradors possum m comum alguns parâmtros, como a componnt potência ativa (P), a potência rativa (Q), o módulo da tnsão (V) o ângulo da tnsão (). Na anális stática, apnas dois sss parâmtros são spcificados, m difrnts combinaçõs. Por xmplo, uma carga com molo PQ trá os dois componnts da potência paramtrizados a informação da tnsão vrá sr calculada plo algoritmo fluxo potência. B. Altração Automática Carga Foi snvolvida uma frramnta para altração automática carga. Essa frramnta, totalmnt intgrada à plataforma computacional scrita na Sção A, prmit a anális imdiata difrnts patamars carga usualmnt prsnts nos sistmas létricos (psada, média lv). O aplicativo Altração Automática Carga possui dois modos funcionamnto: altração carga rlativa (prcntual) altração absoluta. Na primira, a altração é ralizada basada nas informaçõs prsnts dos dispositivos, nquanto qu na sgunda um valor fixo igual é somado/subtraído cada dispositivo do sistma. No modo altração carga prcntual, para uma carga qualqur do sistma, dadas suas componnts da potência originais,, os coficints, qu rprsntam os prcntuais altração, os valors finais das componnts são dados por (1) (2). Como toda a carga do sistma sofr uma altração uma msma quantida prcntual, a quantida carga rpartida para os gradors sgu a msma proporção. 1 (1) 1 (2) No modo absoluto, finidos os rspctivos incrmntos (ou crmntos) potência ativa rativa, rspctivamnt, os valors finais das componnts são trminados por (3) (4). (3) (4) Consirando n cargas do sistma, on para uma carga i uma quantida potência ativa potência rativa foi acrscntada, os totais potência adicionada ao sistma pom sr obtidos por (5) (6). Esss totais acrscntados são rpartidos, ntão, ntr os gradors do sistma, utilizando como pso a participação cada grador m rlação à gração total do sistma, ants da altração carga. Assim, a participação potência ativa (rativa ) um grador é dada pla razão ntr o valor potência ativa (rativa) do grador a potência ativa (rativa) total grada plo sistma: (7) (8) Os novos valors gração srão, portanto: 2 (5) (6) (9) (10) Dfinidas as quaçõs para os dois modos opração, a frramnta altração automática carga possui um algoritmo básico para cada modo. A difrnça ntr ls não apnas s dá plas quaçõs como pla forma com qu a carga é rpartida ntr os gradors. O algoritmo básico da altração carga prcntual é finido no Quadro 1. Algoritmo Altração Prcntual Listar dispositivos (carga grador) Para cada dispositivo: S o parâmtro P stivr disponívl: Altrar parâmtro P, Eq. (1) Fim-S S o parâmtro Q stivr disponívl: Altrar parâmtro Q, Eq. (2) Fim-S Quadro 1. Algoritmo Altração Prcntual Já o algoritmo básico para a altração carga absoluta é dado no Quadro 2. Algoritmo Altração Absoluta Listar Cargas Para cada carga: S parâmtro P stivr disponívl: Altrar parâmtro P, Eq. (3) Fim-S S parâmtro Q stivr disponívl: Altrar parâmtro Q, Eq. (4) Fim-S Listar gradors Para cada grador: Calcular participação, Eq. (7) (8) S o parâmtro P stivr disponívl: Altrar parâmtro P, Eq. (9) Fim-S S o parâmtro Q stivr disponívl: Altrar parâmtro Q, Eq. (10) Fim-S Quadro 2. Algoritmo Altração Absoluta Carga

3 Not-s qu a difrnça ntr os dois algoritmos stá na rpartição ntr os gradors. Além disso, nos dois casos, a disponibilida ou não um trminado parâmtro pnrá xclusivamnt do molo adotado para o dispositivo (carga ou grador). C. Monitoração Simulação m tmpo xcução Foi snvolvida uma frramnta acompanhamnto da simulação dinâmica do sistma létrico m tmpo xcução. Essa frramnta possibilita a anális a da volução do sistma ao longo do tmpo. As principais funcionalidas snvolvidas nst trabalho foram a monitoração mdidors a automação mnsagns sobr mudança na caractrística alguns dispositivos, conform srá scrito a sguir. Para a implmntação da monitoração,, com o objtivo mlhorar o smpnho computacional, o aplicativo simulação dinâmica foi modificado, forma a sparar tarfas m procssos difrnts, como po sr visto no diagrama classs da Fig. 2. A frquência atualização da tla do programa é controlada plo procsso simulação, bm como as mnsagns trazidas plo aplicativo simulador. Fig. 2. Sparação do aplicativo m difrnts procssos para prmitir a monitoração mlhora no smpnho do aplicativo. A class do aplicativo SimulaçãoDinâmica é agrgada à class ProcssoAplicativo, qu disponibiliza informaçõs atuais um mdidor monitorado. Essa class, por sua vz, stá agrgada à TlaSimulação, qu é a class rsponsávl pla intrfac gráfica o gráfico monitoração. As xcuçõs das funçõs das classs TlaSimulação ProcssoAplicativo ocorrmm m procssos difrnts. Com ssa divisão, a tla simulação s torna disponívl para outras açõs nquanto a simulação é xcutada, como a xibição do progrsso dados monitorados, é atualizada numa frquência mnor. Dssa forma, a simulação não é intrrompidaa para atualizar o progrsso atual na tla simulação. Além disso, plo fato da plataforma computacional aprsntar outros tipos simulação dinâmica, tais como a simulação rápida a simulação combinada [3], métodos comuns ntr os difrnts aplicativos foram gnralizados para prmitir uma rstruturação mais concisa da simulação, como po sr visto no diagrama classs da Fig. 3. A partir da nova strutura snvolvida para o aplicativo simulação dinâmica, foi implmntada a frramnta monitoração, qu prmit o acompanhamnto mdidors vrificam mudanças importants m dispositivos, mais spcificamnt a atuação taps transformadorss LTC a atuação limitadors [1]. Procdimntos spcíficos controlam a forma comm qu um mdidor, dispositivos ou controlss do sistmaa são monitorados, bm como a frquência com qu o usuário é 3 informado. O algoritmo básico do procsso simulação foi atualizado para o scrito d no Quadro 3. Fig. 3. Diagrama classs c talhando a nova strutura do aplicativo simulação, com talhs das tlas dos s aplicativos. Algoritmo Procsso Simulação Dinâmica Inicializar Parâmtros Controls Listar LTCs Limitadors Enquanto tmpoatual < tmpofinal: Excutarr Passo simulação Vrificar Estabilida Vrificar Convrgência Monitorar Mnsagns Monitorar dados Mdidor Monitorar Ativida LTCs Monitorar Ativida Limitadors Atualizar Tla Atualizar Tmpo Fim-Enquanto Finalizar Simulação Quadro 3. Algoritmo do d Procsso Simulação Dinâmica O procdimnto monitoração dados mdidor rcupra o último par instant/valor mdido disponibiliza para a tla simulação qu,, por sua vz, adiciona ss pontoo a um gráfico, como visto na Fig. 4, atualizado durant a simulação. O procdimnto monitoração ativida transformadors LTC L compara o valor do tap no instant tmpo atual daa simulação com um valor antrior armaznado. Caso sss valorss sjam difrnts, a mudança é anunciada m uma u listagm na part infrior da tla simulação da Fig. 4. O valor antrior armaznado é atualizado para o valor atual para sr usado numa futura comparação. Também é vrificada a ntrada a saída í í cada limitador do sistma. A condição daa Eq. (11) indica qu ss limitadorr stá ativo a informação é anunciada na tla simulação smpr s qu vrdaira. í (11) Para vitar uma busca intnsa por transformadors limitadors na strutura da Fig. 1 a cada passo intgração rduzir o sforço computacional, é criadaa uma listagm sss lmntos no n início da simulação.

4 Fig. 4. Tla simulação gráfico monitoração d mdidor m ênfas. D. Dsnvolvimntos Complmntars Além das adiçõs ao aplicativo simulação dinâmica, ajusts foram fitos na frramnta anális gráficaa pós- para simulação. Essa frramnta foi totalmnt rmoladaa prmitir a visualização comparação dois ou mais gráficos mdidors, como po srr visto na Fig. 5, prmitir a modificação dos lmntos visuais, scala, adição curvas rtas auxiliars a xportação dos dados formatados para outros aplicativos, tais como Matlab Excl. Todas as cargas foram finidas com molo PQ, ou sja, com parâmtros P Q finidos V sconhcidos. O Grador 1 foi finido como grador rfrência utiliza o molo V, V com parâmtros P Q sconhcidos. Os mais gradors foram molados comoo PV [4]. A Fig. 6 indica o ponto d opração inicial do sistma, o qual foi calculado através do d aplicativo fluxo potência. Foi ralizada uma u altração carga prcntual 15% m todo o sistmaa no stado inicial, cujos dados antriors postriors a altração stão disponívis na Tabla I. Os parâmtros não spcificados nos molos, tais como a potência rativa nos n gradorss PV, não são aftados pla frramnta. D fato, f os valors não spcificados são obtidos após o cálculo do fluxo potência [4]. TABELA I RESULTADO DAA ALTERAÇÃO DE CARGA PERCENTUAL DE 15% Dispositivo Grador 1 (Vθ) Grador 2 (PV) Grador 3 (PV) Carga 5 (PQ) Carga 6 (PQ) Carga 8 (PQ) Partindo do stado inicial quilíbrio do sistma da Fig. 6, foi fita uma altração carga absoluta 10MW 5Mvar nas cargas do sistma. A Tabla II mostra os dados originais finais, após a a soluçãoo do fluxo potência. TABELA II RESULTADO DA ALTERAÇÃO DE CARGA ABSOLUTA DE 10MW E 5MVAR Fig. 5. Tla visualização gráfica pós-simulação. Em talh, a modificação para prmitir a comparação ntr difrnts mdidas,, como corrnt tnsão, m difrnts gráficos. III. RE ESULTADOS Com a finalida monstrar o uso do aplicativo altração automática carga, um sistma 9 barras xtraído [5] rprsntado na Fig. 6 foi utilizado. Dispositivo Grador 1 (Vθ) Grador 2 (PV) Grador 3 (PV) Carga 5 (PQ) Carga 6 (PQ) Carga 8 (PQ) Sobr a rstruturação doo aplicativo simulação dinâmica, a Fig. 7. mostra o tmpo procssamnto da nova vrsão (com sm monitoração habilitada) da antiga vrsão para a simulação umm sistma 979 barras, com tmpo 10 sgundos passo intgração 5ms. A difrnça tmpo ntr a antiga a nova vrsão é aproximadamnt 84s, o qu monstra um ganho tmpo consirávl m rlação ao modo antigo. Nova (S/ Monitoração) Nova (C/ Monitoração) Antiga Tmpo CPU Simulação ( s) Fig. 6. Sistma 9 barras rtirado [5] utilizadoo como xmplo para a frramnta altração automática carga. Fig. 7. Tmpos CPU, m sgundos, do aplicativo simulação. Nova s rfr à nova strutura do aplicativo simulação, nquanto a séri Antiga s rfr à vrsão antrior da strutura do aplicativo.

5 IV. CONCLUSÕES Conform os sistmas létricos potência crscm m complxida númro dispositivos, aumnta a dificulda anális para planjar oprar tais sistmas, mantndo-s o nívl qualida confiabilida xigidos. No studo possívis stados quilíbrio, é intrss obsrvar a possibilida studar difrnts patamars carga gração. A frramnta altração automática carga snvolvida nst trabalho auxilia ss studo, pois substitui a modificação manual sss valors, qu sria uma tarfa xaustiva para sistmas gran port. Durant uma simulação no domínio do tmpo, além da ncssida s acompanhar a transição para um stado quilíbrio após uma contingência, é intrss por obsrvar o comportamnto alguma mdição nquanto a simulação ocorr, além por tr rgistrado o comportamnto alguns dispositivos. Com as novas funcionalida modificaçõs na strutura computacional ftuadas nst trabalho, além da rdução do sforço computacional, s tornou possívl monitorar mais lmntos do sistma, como os limitadors taps dos transformadors, auxiliando assim a anális do ngnhiro sistmas potência na sua tomada cisão. As frramntas criadas modificadas cumprm, ntão, os objtivos apoiar os studos sistmas mais complxos. Débora Costa Soars Dos Ris, m 04/2012, doutorado Dtcção da Proximida Instabilida Tnsão utilizando Sincrofasors Carlos Albrto Oyarc Infant, m 12/07/2012, mstrado. VII. AVALIAÇÃO DO BOLSISTA Ds qu inicii minhas atividas aluno Iniciação Cintífica no Laboratório Sistmas Potência, m 2011, vnho aprnndo sobr sistmas létricos, divrsas técnicas matmáticas computacionais para a anális sss, principalmnt, sobr a rsponsabilida rqurida para s participar um trabalho psquisa snvolvimnto m ngnharia létrica. Durant ss príodo ativida no laboratório, vrifiqui amadurcimnto próprio m rlação aos cuidados com a prcisão dos dados informaçõs do programa. Nas frqunts runiõs com minha orintadora rcbi instruçõs para solucionar como também pu propor a solução alguns problmas. Não mnos important, o laboratório é um local muita troca informaçõs da ára com outros alunos. Por ssas razõs, avalio qu a minha stadia no Laboratório Sistmas Potência é gran valor para a minha formação futura carrira como ngnhiro. 5 V. REFERÊNCIAS [1] P. Kundur, J. Pasrba, V. Ajjarapu, G. Anrsson, A. Bos, C. Canizars, N. Hatziargyriou, D. Hill, A. Stankovic, C. Taylor, T. Van Cutsm and V. Vittal, "Dfinition and Classification of Powr Systm Stability", IEEE/CIGRE Joint Task Forc on Stability Trms and Dfinitions, IEEE Transactions on Powr Systms, Vol. 19, No. 2, May, [2] K. Morison, L. Wang and P. Kundur, "Powr Systm Scurity Assssmnt", IEEE Powr & Enrgy Magazin, Sptmbr/Octobr, [3] A. Manzoni, Dsnvolvimnto um Sistma Computacional Orintado a Objtos para Sistmas Elétricos Potência: Aplicação a Simulação Rápida Anális da Estabilida Tnsão, Ts Doutorado COPPE/UFRJ, Março, [4] J. Monticlli, "Fluxo Carga m Rs Enrgia Elétrica", Editora Edgard Blüchr LTDA., [5] P. M. Anrson A. A. Fouad, Powr Systm Control and Stability, 2ª d., John Wily & Sons, Inc., VI. RELATÓRIO DE ATIVIDADES Com rlação ao projto, fiz duas visitas técnicas, uma ao Cntro Rgional Opraçõs Sust (COSR-SE) do Oprador Nacional do Sistma Elétrico (ONS) m 04/11/2011, on conhci mais sobr o procsso opração da r o contato com um important usuário frramntas computacionais anális simulação sistmas létricos potência. A sgunda visita foi ao complxo Lajs usinas da Light m 17/11/2011. Estiv prsnt m duas fsas tss, Alocação Monitors Qualida Enrgia Unidas Mdição Fasorial usando Programação Dinâmica Aproximada