Novo método de extração fasorial baseado no integrador generalizado de segunda ordem para cossimulação de transitórios eletromagnéticos e eletromecânicos
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Data de Publicação: | 2022 |
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Texto Completo: | https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2022/00058 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14523 |
Resumo: | A cossimulação tem concentrado muita atenção no contexto de redes inteligentes com aumento da complexidade do sistema elétrico de potência (SEP). No entanto, não está completamente desenvolvida e alguns pontos são pouco tratados na literatura. Por exemplo, a extração fasorial e a natureza discreta da comunicação, que insere erros e atrasos na interface. Neste contexto, o objetivo geral do trabalho é desenvolver uma interface de cossimulação de transitórios eletromagnéticos (do inglês, Electromagnetic Transients) (EMT)-estabilidade transitória (do inglês, Transient Stability) (TS) mais precisa quando se considera defeitos e falhas que ocasionam variações de frequência da rede. Dessa forma, é proposto um novo método de extração fasorial baseado no sinal complexo (do inglês, Complex Signal) (CS) e na Transformada de Hilbert (HT). A topologia usada para sintetizar a definição de fasor variante no tempo (do inglês, Time-Varying Phasor) (TVP) foi o do integrador generalizado de segunda ordem (do inglês, Second Order Generalized Integrator) (SOGI)-TVP, pois ela se adéqua aos requisitos da barra de interface. Além disso, foi proposta uma metodologia de modelagem dinâmica da cossimulação para estudo de estabilidade. Os resultados numéricos, os estudos de estabilidade e a aplicação em um sistema de médio porte mostraram que o método proposto é rápido, estável, possui capacidade de rastrear a frequência com boa precisão e é capaz de rejeitar distúrbios, além de ter baixa carga computacional, mostrando-se superior em alguns quesitos frente aos métodos convencionais, como o ajuste de curva de erro de mínimos quadrados (do inglês, least-squares error curve fitting) (LSCF) e a transformada discreta de Fourier, (do inglês, Discrete Fourier Transform) (DFT). As principais contribuições deste trabalho são: (i) o método de extração proposto pode contribuir para sistematização e ampliação do escopo de utilização da cossimulação, já que usa bases sólidas de definição de TVP; e (ii), a metodologia de estudo de estabilidade proposta é genérica e pode ser usada para verificação da estabilidade de outros métodos de extração, protocolos de comunicação, ou sistemas mais complexos, contribuindo para novas pesquisas e avanços da tecnologia de cossimulação. |
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Neste contexto, o objetivo geral do trabalho é desenvolver uma interface de cossimulação de transitórios eletromagnéticos (do inglês, Electromagnetic Transients) (EMT)-estabilidade transitória (do inglês, Transient Stability) (TS) mais precisa quando se considera defeitos e falhas que ocasionam variações de frequência da rede. Dessa forma, é proposto um novo método de extração fasorial baseado no sinal complexo (do inglês, Complex Signal) (CS) e na Transformada de Hilbert (HT). A topologia usada para sintetizar a definição de fasor variante no tempo (do inglês, Time-Varying Phasor) (TVP) foi o do integrador generalizado de segunda ordem (do inglês, Second Order Generalized Integrator) (SOGI)-TVP, pois ela se adéqua aos requisitos da barra de interface. Além disso, foi proposta uma metodologia de modelagem dinâmica da cossimulação para estudo de estabilidade. Os resultados numéricos, os estudos de estabilidade e a aplicação em um sistema de médio porte mostraram que o método proposto é rápido, estável, possui capacidade de rastrear a frequência com boa precisão e é capaz de rejeitar distúrbios, além de ter baixa carga computacional, mostrando-se superior em alguns quesitos frente aos métodos convencionais, como o ajuste de curva de erro de mínimos quadrados (do inglês, least-squares error curve fitting) (LSCF) e a transformada discreta de Fourier, (do inglês, Discrete Fourier Transform) (DFT). As principais contribuições deste trabalho são: (i) o método de extração proposto pode contribuir para sistematização e ampliação do escopo de utilização da cossimulação, já que usa bases sólidas de definição de TVP; e (ii), a metodologia de estudo de estabilidade proposta é genérica e pode ser usada para verificação da estabilidade de outros métodos de extração, protocolos de comunicação, ou sistemas mais complexos, contribuindo para novas pesquisas e avanços da tecnologia de cossimulação.Co-simulation has concentrated attention on the context of smart grids and the increasing complexity of power systems. However, it is not fully developed and some points are not addressed in the literature. For example, phasor extraction and the discrete nature of communication, introduce errors and delays into the interface. In this context, the general objective of the work is to develop a more accurate Electromagnetic Transients (EMT)–Transient Stability (TS) co-simulation interface when considering faults and failures that cause network frequency variations. Thus, a new phasor extraction method based on complex Signals (CS) and Hilbert Transform (HT) is proposed. The topology used to synthesize the definition of Time–Varying Phasor (TVP) was the Second Order Generalized Integrator (SOGI)–(TVP), as it fits the requirements of the interface bus. In addition, it was proposed a dynamic co-simulation modeling methodology for stabilities studies. The numerical results, the stability studies, and the application in a medium-sized system have shown that the proposed method is fast, stable, can track the frequency with accuracy, and is capable of rejecting disturbances, in addition to having a low computational burden. SOGI-TVP has shown itself superior in some items compared to the conventional methods, Least-Squares Error Curve Fitting (LSCF) and Discrete Fourier Transform (DFT). The main impacts of this work are (i) that the proposed extraction method can contribute to systematization and expansion of the scope of use of co-simulation, since it uses solid bases for the definition of TVP; and (ii) that the proposed stability study methodology is generic and can be used to verify the stability of other extraction methods, communication protocols, or more complex systems, contributing to new research and advances in the technology of co-simulation.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaUFJFBrasilFaculdade de EngenhariaAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICACossimulaçãoSOGITOGIExtração fasorialEstabilidade da cossimulaçãoCo-simulationPhasor extractionCo-simulation stabilityNovo método de extração fasorial baseado no integrador generalizado de segunda ordem para cossimulação de transitórios eletromagnéticos e eletromecânicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFTEXTthainansantostheodoro.pdf.txtthainansantostheodoro.pdf.txtExtracted texttext/plain364444https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14523/4/thainansantostheodoro.pdf.txtf0feffac543ce99a5e395073e94dba40MD54THUMBNAILthainansantostheodoro.pdf.jpgthainansantostheodoro.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1166https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14523/5/thainansantostheodoro.pdf.jpg603b82264444d5aa6726f7f9b10dd786MD55ORIGINALthainansantostheodoro.pdfthainansantostheodoro.pdfPDF/Aapplication/pdf20422891https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14523/1/thainansantostheodoro.pdf437a679879181102d36b60a8d5733bc6MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14523/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14523/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53ufjf/145232022-11-17 12:21:10.553oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2022-11-17T14:21:10Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
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