Universidade Federal do Paraná Departamento de Engenharia Elétrica Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Introdução à Estimação de Estados

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Departamento de Engenharia Elétrica Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Introdução à Estimação de Estados Profa. Elizete M. Lourenço

2 Introdução à Operação em Tempo-Real Sistemas de controle e tele-comando (controle centralizado) - CAG - Controle Supervisórios Controles Locais - Regulação de tensão e velocidade - Chaveamento - Proteção

3 Introdução à Operação em Tempo-Real CAG - Controla geração para manter frequência constante (nominal) - Com interligação dos sistemas: controle de fluxos nas interligações - Otimizar custo de geração: controle para D.E. (laço + externo) Controle Supervisório: - Evolui de regional/distrital para abranger todo sistema - Função: Controle remoto de abrtura/fechamento de disjuntores e dispositivos para regulação de tensão: taps, capacitores, etc

4 Introdução à Operação em Tempo-Real Relevância questões de segurança (final década 60) - Motivação: black-outs costa leste americana - Mudanças na filosofia da operação Controle remoto de abrtura/fechamento de disjuntores e dispositivos para regulação de tensão: taps, capacitores, etc Operação de SP com consideração de segurança - Dificuldades de operação de SP mais cada vez mais interligados - Importantes desenvolvimentos tecnologicos em computação e telecom Surgem funções ligadas à monitoração e análise de segurança

5 Estados de Operação Restrições de Carga Atender a demanda g(x,u) = 0 (equações de fluxo de carga) P, Q PQ e P PV Restrições de Operação Limites dos equipamentos h(x,u) 0 - LTs e trafos: limites de fluxos de potência aparente - Geradores: injeção de potência reativa - Magnitude das tensões nodais Limites de operação: - Podem ser violados por algum tempo - Mais abertos em situações de emergência

6 Estados de Operação do Sistema Seguro ou Normal Restrições de carga e operação OBEDECIDAS - Sistema intacto - Suprimento total da demanda - Sem violação limites operação Emergência Demanda atendida Restrições de operação VIOLADAS - Motivo: grande variação da carga, curto-circuito, perda de geração, etc

7 Estados de Operação do Sistema Restaurativo Emergência eliminada pelo desligamento de partes do sistema (centro de controle ou dispositivos locais) Restrições de operação OBEDECIDAS Restrição de carga NÃO OBEDECIDAS - Sistema não está intacto (carga não atendida, ilhamento, etc) Segurança do sistema: capacidade do SP sofrer perturbações sem passar para estado de emergência Lista de contingências classificação: seguro ou inseguro

8 Operação em Tempo Real Restrições de Segurança Conjunto de contingêncas Restrições de carga e operação para cada contingência s(x,u) 0 Perturbações mais prováveis: saída/manutenção de LTs ou trafos, geradores, capacitores/reatores shunt Inclusão todas as contingências possíveis Inviável - Contingências simples - Número limitado de contingências múltiplas

9 Estados de Operação do Sistema Seguro ou Normal-Seguro Restrições de carga, operação e segurança OBEDECIDAS - Sistema intacto - Suprimento total da demanda - Sem violação limites operação - Ocorrência contingências Continua Estado Normal Alerta ou Normal-Alerta Restrições de carga e operação OBEDECIDAS - Sistema intacto - Suprimento total da demanda - Sem violação limites operação - Ocorrência contingências Leva Estado Emergência

10 Etapas da Análise de Segurança Monitoração de Segurança Dados obtidos a intervalos regulares de tempo Verifica violação nas restrições Identifica estado operativo atual Determina topologia atual do sistema Análise de Contingências Determina segurança do sistema frente lista contingências - Simulações Usa modelo em tempo-real determinado na etapa anterior - Análise estática realizada frequentemente - Análise dinâmica dificuldades práticas inviável

11 Etapas da Análise de Segurança Controle Preventivo No caso de Estado Emergência ou Alerta Levá-lo Estado Seguro Problema de Otimização: Melhor condição de operação que satisfaz as restrições de carga, g(.), operação, h(.), e segurança, s(.) Busca melhor ação corretiva para sugerir ao operador

12 Funções da Operação em Tempo-Real Monitoração de Segurança Aquisição de dados SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) Telemdidas (medidas analógicas): magnitude tensão, fluxos, injeções, etc Medidas digitais: status de chaves e disjuntores das SEs Aplicativos da Monitoração em Tempo-Real: 1. Configurador de Rede Processa medidas digitais (SCADA) Topologia atual da rede (diag. unifilar) Rede interna (tempo real) e Rede externa (eventualmente) 2. Pré-Filtragem Testes de compatibilidade sobre dados analógicos Erros mais flagrantes

13 Funções da Operação em Tempo-Real 3. Estimação de Estados Dados de Entrada Topologia da rede (configurador) Conjunto de medidas analógicas pré-filtradas Número suficiente Sistema observável (pseudomedidas, subsistemas) Parâmetros da rede (banco estático) Objetivo: Processar dados redundantes contaminados por ruído Melhor estimativa tensões complexas nas barras do sistema Pode fornecer estado de barra não supervisionada Informação barras adjacentes Aplicativos Análise de observabilidade: avalia plano de medição Processamento de Erros: Detecção e Identificação de medidas espúrias Estimação dos estados

14 Funções da Monitoração Tempo-Real 4. Monitoração de Segurança A partir da operação corrente (EE) Restrições carga e operação Identifica Estado de operação: Normal, Emergência ou Restaurativo Estado de emergência Controle de Emergência aliviar sobrecarga elementos manobras na rede, entrada de geradores, alívio de carga Estado Restaurativo Controle Restaurativo Recompor sistema Consumidores atendidos Estado Normal Realizar análise de segurança

15 Funções da Monitoração em Tempo-Real Análise de Segurança Segurança estado de operação Conjunto de contingências Sistema interligado Reação sistema externo Modelagem aproximada do sistema externo Aplicativos da análise de segurança Seleção de contingências + prováveis para condição de operação EE Modelagem do sistema externo: equivalente ou modelo explícito Análise de contingências: efeito de cada contingência com métodos aproximados (análise sensibilidade, fluxo de carga desacoplado rápido) Controle Preventivo Acionado se: Análise de contingência Sistema inseguro Programas de otimização Ações preventivas Melhor condição de operação que atenda 3 restrições

16 Estimação de Estados em SP - EESP Função: fornecer base de dados confiável em tempo-real a partir de telemedidas redundantes e corrompidas por erros Processa medidas Estimar tensões complexas em todas as barras (estado do sistema em regime permanente) Fluxos e injeções de potência, etc Necessários para Análise de segurança Processamento de Pseudomedidas: informações conhecidas (não medidas) Aplicações Principais da EESP Monitoração da Segurança: observar condição corrente da operação: N, E ou R Análise da Segurança: avaliar efeito de eventuais contingências Previsão de carga: estimar demanda futura das barras do sistema

17 Monitoração da Segurança: Breve histórico Supervisão com base na medição de variáveis básicas associadas à instalações chaves: Imcompleto Uso direto dados SCADA Apenas medidas brutas Impossibilidade de determinar/monitorar quantidades não medidas Fluxo de Potência On-Line Uso apenas de medidas de tensão e injeção de potência Perda de uma medida impossibilidade de solução Medida incorreta impacto direto nos resultados

18 Estimação de Estados Estimador de Estados Processamento de diversos tipos de medidas Redundância permite estimação mesmo com perda de medidas Extensão permite o processamento de erros grosseiros em medidas Determina quantidades não medidas

19 Estimação de Estados: Subproblemas Observablidade: verifica se o número e localização das medidas permite a determiação dos estados do sistema Estimação de Estados: cálculo de estimativas para os estados a partir da topologia da rede, dados do sistema e conjunto de telemedidas Detecção de Erros Grosseiros: verificação da existência de erros estruturais e/ou medidas espúrias Identificação de Erros Grosseiros: determinação de quais são as medidas portadoras de erros Recuperação de medidas portadoras de erros: tratamento das medidas espúrias de forma que possas ser usadas no processo de estimação

20 Classificação dos Estimadores de Estados Classificação é feita de acordo com: Modelagem do problema de EESP Maneira como os dados são processados Algoritmo utilizado para resolver o problema de EESP Modelagem do problema de EESP Minimização da soma ponderada dos quadrados dos resíduos: MQP Minimização da soma dos valores absolutos dos resíduos: MVAP Maneira como os dados são processados Tipo batch : medidas processadas simultaneamente Sequenciais: medidas processadas uma por vez

21 Algoritmos utilizados Problema de MQP (processo iterativo) Solução via Equação Normal Métodos Ortogonais (reflexões de Householder, rotações de Givens, etc) Métodos Híbridos Método de Hactel (método da Matriz Aumentada ou Tableau Esparso) Estimadores Desacoplados Estimadores Sequenciais Solução de um problema de MQP recursivos, baseados, p.e. Filtro de Kalman ou métodos ortogonais baseados nas rotações de Givens Minimização da soma dos valores absolutos dos resíduos: MVAP