Simulador de Redes de Distribuição Ativas com Modelagem Monofásica/Trifásica

XII SEPOPE May 20-23 trd, 2012 Rio de Janeiro Simulador de Redes de Distribuição Ativas com Modelagem Monofásica/Trifásica A Simulation Tool for Active Distribution Network Using a Hybrid Three-phase Single-phase Formulation G. N. Taranto, J. M. T. Marinho, D. M. Falcão T. M. L. Assis,S. L. Escalante, J. I. R. Rodriguez C. E. V. Pontes

Summary Introduction Motivation The simulation tool developed Exploiting the MonoTri formulation Conclusions XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 2 / 25

Introduction There is a visible increase in the penetration of distributed generation at the subtransmission and the distribution networks. There is an urgent need to empower the existing power system computation analysis tools to handle this structural change. Becomes more important the following aspects: Three-phase representation Simulation of multiple electrical islands Comprehensive protection system modeling Modeling of VSI-connected generation for electromechanical and steady-state analysis etc XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 3 / 25

Introduction Objective To develop a formulation for the Power Flow problem (presented at the XI SEPOPE) and for the Transient Stability problem (presented in this paper) that limits the three-phase representation of a subset of buses, where the unbalance is significant and of interest. BALANCED SUBSYSTEM (QUASI-BALANCED) Pos. Sequence Modeling Interface Element (1 or more) UNBALANCED SUBSYSTEM Three-Phase Modeling XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 4 / 25

Motivation The boom of generating sources connected to the distribution network due to the 2001 generation shortage The need to analyze the impact of those generators in the distribution network in the following aspects: Protection Stability Control XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 5 / 25

The Simulation Tool Developed 1º Contract 2001/2002 Simulador para Análise das Dinâmicas de Curto e Longo Prazo em Redes de Subtransmissão e Distribuição com Geração Distribuída 2º Contract 2005/2006 Desempenho Dinâmico da Geração Distribuída Frente a Perturbações no SIN e de Manobras na Rede de Distribuição 3º Contract 2008/2009 Pesquisa e Implementação de Simulação Dinâmica Trifásica nas Redes de Distribuição com Geração Distribuída 4º Contract (in negotiation) 2011/2012 Customização do Simulight para análise e modelagem de Redes de Distribuição Inteligentes (Smart Grids)

The Simulation Tool Developed 1º Contract 2001/2002 2º Contract 2005/2006 Simulador para Análise das Dinâmicas Desempenho Dinâmico da Geração de Curto e Longo Prazo em Redes de Distribuída Frente a Perturbações Subtransmissão e Distribuição com no SIN e de Manobras na Rede de Geração Distribuída 3º Contract 2008/2009 > 10 Years of Development Distribuição 4º Contract (in negotiation) 2011/2012 Pesquisa e Implementação de Customização do Simulight para Simulação Dinâmica Trifásica análise e modelagem de Redes nas Redes de Distribuição com de Distribuição Inteligentes Geração Distribuída (Smart Grids)

Financing History Desempenho Dinâmico da Geração Simulador para Análise das Dinâmicas de Curto Distribuída Frente a Perturbações e Longo Prazo em Redes de Subtransmissão e no SIN e de Manobras na Rede de Distribuição com Geração Distribuída Distribuição Pesquisa e Implementação de Simulação Dinâmica Trifásica nas Redes de Distribuição com Geração Distribuída Customização do Simulight para análise e modelagem de Redes de Distribuição Inteligentes (Smart Grids) Planejamento e Operação de Microrredes Formadas pelo Elevado Grau de Penetração da Geração Distribuída (GD): Análise Estática e Dinâmica (under development)

SGD Banco de Dados Corporativo Banco ONS Prao Arquivo Auxiliar Banco SimuLight Programa SimuLight Relatórios

Single-Phase Fault 2 7 21 22 71 72 81 8 82 92 9 91 32 3 31 SE2 7 72 SE2 77 SE8 83 93 SE3 2 21 22 71 Ch-b 7-5-1 Ch-a 7-5-1 77a 5 55 61 6 77c Ch-c 7-5-1 77b 53 52 62 63 SE5 SE6 42 4 41 43 SE5 55c 55b 55a 12 1 11 5 53 Ch-c 7-5-2 Ch-b 7-5-2 52 Ch-a 7-5-2 SE1 a b c Zcca Zccb Zccc Zccg XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 10 / 25

Voltage Plots XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 11 / 25

Exploiting the MonoTri Formulation

Network Interface in Sequence Components Bus k pos y ser Bus m SINGLE-PHASE EQUIVALENT SUBSYSTEM + V neg y nrt pos k y pos sht k pos y sht positive sequence neg y sht neg y ser k negative sequence zer y ser m neg y sht m pos V m neg V m THREE-PHASE SUBSYSTEM zer y nrt y zer sht k zer y sht m zer V m zero sequence XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 13 / 25

Network Interface in Phase Components Current Injections and Rectangular Coordinates Bus k Bus m a pos Vk Vk SINGLE-PHASE EQUIVALENT SUBSYSTEM Y abc sht k y Y abc ser neg +, nrt y Y zer nrt abc sht m V V V a m b m c m THREE-PHASE SUBSYSTEM I Y Y V Y V abc abc abc abc abc abc k sht ser k ser m k I Y V Y Y V abc abc abc abc abc abc m ser k sht ser m m k m k m Y Y Y abc abc abc shtk ser 33 ser 33 Y Y Y abc abc abc ser 33 shtm ser 33 XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 14 / 25

Multiple Interface Elements k Element 1 m pos neg zer zer neg SINGLE-PHASE SUBSISTEM p pos Element 2 q THREE-PHASE SUBSYSTEM XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 15 / 25

Simulação MonoTri Representação Trifásica Representação Monofásica

Simulação MonoTri Representação Trifásica 36 33 30 27 24 105 18 21 interface de rede 9 12 15 108 1 3 6 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 4 Representação Monofásica 109 7 10 13 16 19 22 25 110 28 31 34 37

Sistema 9 Barras x 3 Máquinas LT3 LT4 SW1 7' G2 TF2 TF3 G3 2 7 8 9 3 LT6 C8 LT5 SW2 5' 5 6 C5 LT2 LT1 C6 90+j30 MVA 4 TF1 1 G1

Sistema 14 Barras x 4 Máquinas LT3 LT4 SW1 7' G2 TF2 TF3 G3 2 7 8 9 3 LT6 C3 LT5 Modelos monofásicos C1 SW2 5' 5 6 LT2 LT1 4 TF1 1 C2 60+j20 MVA 10 11 12 13 14 TF4 C10 9+j3 MVA C11 9+j3 MVA C12 9+j3 MVA C13 9+j3 MVA C14 9+j3 MVA Interface mono-tri Modelos trifásicos G1 G4 15+j5.9 MVA

Three-phase representation Synchronous Generator XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 20 / 25

Hybrid Power Flow Solution XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 21 / 25

Hybrid Power Flow Solution XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 22 / 25

Transient Stability Simulation Bus 14 Voltage Phases a, b, c Bus 14 Neutral Voltage XII SEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 23 / 25

Conclusions The formulation with partial three-phase modeling: Reduces the computation effort by a factor proportional to the fraction of the system with single-phase modeling. Preserves all the positive sequence admittance effects and nearly all dynamics effects. Can be an option for the analysis of distribution generation connected to distribution network. Is very convenient when the database of the bulk power system is available only in positive sequence modeling, and it is desirable to analyze how major disturbances in the bulk power system impact on three-phase active feeders. XI ISEPOPE, 08/07/2013 COPPE/UFRJ & LIGHT S.E.S.A. 24 / 25

OBRIGADO! Baixe a versão acadêmica do Simulight em: http://www.coep.ufrj.br/~tarang/simulight