IX CLAGTEE 2011

The 9th Congress Latin American on Electricity Generation and Transmission

6th-9th November 2011, Mar del Plata, Argentina

Code:

Title:

Authors:

Institute/Company:

Universidad Nacional de Mar del Plata Argentina

Universidade Estadual Paulista Brasil

Pontificia Universidad Catlica de Valparaso Chile

Ajuste de Sinais Adicionais Estabilizadores de Sistemas de Potncia Utilizando Algoritmos

Evolutivos 18-006

Wesley Peres Edimar Oliveira Joo Alberto Passos Ivo Junior Marcelo Tomim

Universidade Federal de Juiz de Fora

IX CLAGTEE 2011

Sumrio

INTRODUO;

FORMULAO DO PROBLEMA;

COLNIA DE FORMIGAS;

ALGORITMO PROPOSTO;

ESTUDO DE CASO;

CONCLUSO.

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Introduo

SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA :

Operao dentro de limites de tenso e freqncia;

Regime permanente;

Flexveis s perturbaes.

UNIDADES GERADORAS:

Regime Permanente : Equilbrio entre torques eltrico e mecnico;

Equilbrio desfeito : acelerao ou desacelerao.

IX CLAGTEE 2011

Introduo

ESTABILIZADORES DE SISTEMAS DE POTNCIA (ESP)

Adicionam amortecimentos s oscilao da mquina atravs do controle da excitao.

AJUSTE DE ESP:

nico para todos os pontos de operao;

Atender um critrio de amortecimento mnimo.

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Objetivo

Algoritmo para ajuste de ESP;

Baseado no mtodo heurstico Colnia de Formigas;

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Formulao do Problema

Representao do Sistema:

Funo de Transferncia:

Matrizes provenientes do programa PACDYN (CEPEL).

x t A.x t B.u t

y t C.x t D.u t

1

P s C. s.I A .B D

IX CLAGTEE 2011

Formulao do Problema

Sistema de Controle:

i pontos de operao.

p estabilizadores.

Critrio de amortecimento mnimo min .

iP s

pESP s

espV

u y

V

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Formulao do Problema

ESP Adicionar amortecimentos s oscilaes do rotor do gerador

atravs do controle de excitao da mquina.

Compensao de fase

necessria.

Filtro de caracterstica

derivativa.

Ganho.

.

1 .

w

w

T s

T s

pK

1 .

1 .

nbT s

T s

Ganho Washout Avano Atraso

V

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Formulao do Problema

ESP Adicionar amortecimentos s oscilaes do rotor do gerador

atravs do controle de excitao da mquina.

O objetivo do trabalho fazer o ajuste dos ganhos.

.

1 .

w

w

T s

T s

pK

1 .

1 .

nbT s

T s

Ganho Washout Avano Atraso

V

IX CLAGTEE 2011

Formulao do Problema

Fechamento da malha de controle (Realimentao).

Clculo dos autovalores da matriz de estados para todos os pontos de operao.

iP s

pESP s

espV

u y

V

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Colnia de Formigas

Inspirado no comportamento de colnias de formigas reais na busca por alimentos.

IX CLAGTEE 2011 Colnia de Formigas

Evaporao do feromnio: perda de memria na busca por solues timas;

Evita estagnao da soluo em timos locais de m qualidade.

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Algoritmo Proposto

PASSO 1

Definio de parmetros;

Importao das matrizes da formulao em Espao de Estados.

OPES_KP

a e

b f

c g

d h

MF_KP FORMIGAS

1

2

Kp1 Kp2Kp1 Kp2Kp1 Kp2

1

2

3

4

1

2

3

4

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Algoritmo Proposto

PASSO 2 Inicializar formigueiro.

PASSO 3 Clculo da Funo Objetivo (Adequabilidade).

IX CLAGTEE 2011

Algoritmo Proposto

PASSO 4 Guardar melhor soluo: Rainha.

Supor formiga 1.

PASSO 5 Depsito de feromnio nas posies relativas cada soluo.

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Algoritmo Proposto

PASSO 6 Sorteio do novo formigueiro.

PASSO 7 Evaporao das solues.

Melhor: 5%

Intermediria: 5%

Pior: 40%

IX CLAGTEE 2011

Algoritmo Proposto

PASSO 8 Critrio de Convergncia;

Nmero mximo de iteraes.

PASSO 9 Convergiu? SIM : Soluo.

NO: Sortear novo formigueiro e continuar.

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Estudo de Caso

Estabilizao do Sistema New England. 39 barras;

10 geradores.

30 2 1

39

9 8

43 5

7 6 31

25

26 17

18 14 13 12 1137

27

1032

15 16 1933

2829

24

23

2122

36 35

383420

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Estudo de Caso

1 Ponto: Caso Base.

30 2 1

39

9 8

43 5

7 6 31

25

26 17

18 14 13 12 1137

27

1032

15 16 1933

2829

24

23

2122

36 35

383420

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Estudo de Caso

2 Ponto: Linhas 3-18 e 25-26 fora de servio

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Estudo de Caso

3 Ponto: Linhas 16-17 e 4-14 fora de servio

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Estudo de Caso

4 Ponto: Aumento de 360 MW na carga

30 2 1

39

9 8

43 5

7 6 31

25

26 17

18 14 13 12 1137

27

1032

15 16 1933

2829

24

23

2122

36 35

383420

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Estudo de Caso

Parmetros

21 formigas;

600 iteraes.

Ganhos 0 a 100 discretizados em 0,5.

Especificaes:

4 pontos de operao.

Amortecimento mnimo de 10 %

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Estudo de Caso

Funo Objetivo

0 se qualquer 0 instvel

1 se todos 0 e se qualquer 0,01

2 se todos 0,01 e se qualquer 0,02

3 se todos 0,02 e se qu

j i

j ji i

j ji i

j i

f

min ji

alquer 0,03

10 se todos 0,09 e se qualquer 0,10

se todos 0,10

j i

j ji i

j i

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Estudo de Caso

Modelo do ESP

Tw = 10 s;

3 blocos de compensao;

Constantes do Compensador provenientes da literatura.

.

1 .

w

w

T s

T s

pK

1 .

1 .

nbT s

T s

Ganho Washout Avano Atraso

V

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Estudo de Caso

Ganhos Ajustados

94,5 87 91

92,5

43,5

99

42

59,5

34

0

20

40

60

80

100

120

30 31 32 33 34 35 36 37 38

GERADORES

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Estudo de Caso

Estabilidade

AMORTECIMENTO

(%)

PONTO DE

OPERAO

SEM ESPS INSTVEL 3

COM ESPS 26,88 2

PONTO DE

OPERAO SEM ESPS COM ESPS

1 1,53 28,06

2 INSTVEL 26,88

3 INSTVEL 27,98

4 1,52 27,07

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Estudo de Caso

Plos : Malha Aberta Malha Fechada

-5 -4 -3 -2 -1 0 1-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0.1

0.1

Parte Real (Hz)

Part

e I

magin

ria

(rad/s

)

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Estudo de Caso

Desempenho Computacional

Tempo 74,07 minutos;

Computador Intel Core i7 ;

2,93 GHz e 8 GB de RAM ;

Sistema operacional Windows 7 64 bits.

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Concluso

Ajuste de ESP;

Colnia de Formigas: Fcil ajuste de parmetros;

Fcil programao;

Resultados Satisfatrios;

Desenvolvimentos Futuros: Ajuste dos Compensadores;

Simulao Paralela.

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18-006

Ajuste de Sinais Adicionais Estabilizadores de

Sistemas de Potncia Utilizando Algoritmos

Evolutivos

Agradecimentos: