Estimação de estados em sistemas elétricos de potência com múltiplos elos de corrente contínua baseados na tecnologia LCC

Abstract

O crescente consumo de energia elétrica ao redor do mundo motiva o desenvolvimento e implantação de tecnologias para o atendimento ininterrupto e confiável desta demanda. Grande parte das fontes de energia economicamente viáveis das matrizes energéticas encontram-se a grandes distâncias dos centros de consumo, seja em regiões remotas, seja muito afastada da costa, como no caso das usinas eólicas Offshore. A transmissão de energia em Corrente Contínua (HVDC, da sigla em Inglês) é uma forma eficiente para transportar energia sobre longas distâncias, apresentando vantagens técnicas e econômicas quando comparada à transmissão em Corrente Alternada. O Brasil conta no presente momento com três sistemas HVDC em operação (Itaipu, Belo Monte e Madeira), com previsão de expansão nos próximos anos. Por sua característica de transportar grandes blocos de energia, os sistemas HVDC tem impacto significativo na operação das redes elétricas. Isto evidencia a importância de disponibilizar ao Operador do sistema ferramentas computacionais capazes de monitorar o carregamento dos múltiplos elos de corrente contínua hoje encontrados em grande parte dos sistemas elétricos nacionais. Esta dissertação tem por objetivo estender a Estimação de Estados em Sistemas de Potência, considerada ferramenta essencial de apoio à operação de grandes redes de Corrente Alternada, de modo a também viabilizar o monitoramento de elos HVDC. A estratégia de estimação proposta baseia-se no método do Tableau Esparso, dada a sua boa estabilidade numérica e flexibilidade para incorporação das restrições de igualdade que se tornam necessárias na formulação híbrida CA/CC da estimação de estados. A validação da abordagem proposta é feita com base em seu desempenho quando aplicada a quatro diferentes sistemas-teste, incluindo uma rede sintética de médio porte inspirada no Sistema Interligado Nacional.

Abstract: The increasing demand for electric energy worldwide is driving the development and implementation of technologies to allow its supply at the load centers in an uninterrupted and reliable manner. Most of the remaining, economically viable energy sources are located at great distances from the zones of largest demand, either in remote regions or far from the coast, as in the case of offshore wind farms. High-voltage direct current (HVDC) transmission is an efficient way to transport energy over long distances, offering technical and economic advantages over alternating current transmission. Brazil currently has three HVDC systems in operation (Itaipu, Belo Monte, and Madeira), with plans for expansion in the coming years. Due to their ability to transport large blocks of energy, HVDC systems have a significant impact on the operation of electrical grids. This highlights the importance of providing the system operator with computational tools capable of monitoring the power flows on the multiple direct current links found today in most national electrical systems. The purpose of this dissertation is to extend Power System State Estimation, considered the fundamental operation supporting tool for large Alternating Current networks, in order to also enable the monitoring of multiple HVDC links. The proposed estimation strategy is based on the Sparse Tableau method, given its good numerical stability and flexibility for incorporating the equality constraints that become necessary in the hybrid AC/DC formulation of state estimation. The proposed approach is validated based on its performance when applied to four different test systems, including a medium-sized synthetic network inspired by the National Interconnected System.