Avaliação de uma estratégia de controle secundário de tensão utilizando seleção de barras piloto e áreas de controle através de lógica fuzzy

Abstract

Esta dissertação aborda o estudo do controle hierárquico de tensão em sistemas de energia elétrica. O foco é o estudo de um dos níveis hierárquicos, chamado de controle secundário de tensão. Para suportar esta dissertação é realizada uma extensa revisão bibliográfica sobre o tema, onde são analisados os problemas relacionados ao projeto e implementação de esquemas de controle secundário de tensão. Uma análise sobre a implementação desse tipo de controle em programas de fluxo de potência e de simulação não linear no domínio do tempo é apresentada. Especial atenção é dada ao problema de escolha de barras piloto e áreas de controle de tensão. É proposta uma metodologia baseada no algoritmo Fuzzy C-Means para determinação das áreas de controle, e seus respectivos geradores, e das barras piloto representativas de cada área. Inicialmente são identificadas barras que possuem comportamento do módulo de tensão semelhante frente a uma dada ação de controle, agrupando-o as em um conjunto chamado de área coerente de tensão. O próximo passo consiste na avaliação da possibilidade deste agrupamento compor uma área de controle de tensão, determinado pela capacidade dos geradores da área de suprir potência reativa e controlar a tensão da área. Finalmente, é escolhida a barra piloto mais representativa do comportamento de cada área. A próxima etapa consiste no projeto de uma estrutura de controle secundário coordenado de tensão para equalizar as reservas de potência reativa do sistema, através da utilização de um fator de participação de geração de potência reativa para cada gerador. A fim de validar a abordagem proposta, são realizadas simulações estáticas e dinâmicas utilizando-se o sistema teste New England (39 barras) e o sistema de 230 kV da CEEE - Companhia Estadual de Energia Elétrica S. A. (55 barras).

This dissertation tackles the study of hierarchical voltage control in power systems. The focus is the study of a hierarchical level, called secondary voltage control. In order to support this dissertation is realized a bibliography review about the subject, analyzing the problems related with the design and implementation of strategies for secondary voltage control. An analysis on computational implementation of power flow and dynamic simulation is presented. Special attention is given to the problem of chosen pilot buses and voltage control areas. It is proposed a methodology based in the Fuzzy C-Means algorithm to choose voltage control areas, and its generators, and selection of more representative pilot buses of each area. Firstly, buses with similar voltage magnitude behaviour are identified, for a specific control action, clustering these buses in a set called coherent voltage area. Secondly, the possibility of these clusters to become a voltage control area is assessed, which is defined as the capacity of generators to supply reactive power and realize voltage control of this area. Finally, pilot buses more representatives for each area are chosen. The next step consists in a design for a secondary voltage control structure to equalize reactive power reserves of the system, using a participation factor for reactive power of each generator. In order to validate the proposal approach are executed static and dynamics simulation using the New England Test System (39 buses) and the CEEE 230 kV Transmission System (55 buses).