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Type: Tese
Title: Multiscale simulation of frequency dependent line models and network equivalents
Author(s)/Inventor(s): Camara Neto, Felipe
Advisor: Lima, Antonio Carlos Siqueira de
Abstract: A análise de sistemas elétricos engloba fenômenos com diferentes constantes de tempo, o que acarreta na utilização de diversas ferramentas de simulação. Como exemplo, transitórios rápidos envolvendo surtos de manobra demandam passos de integração na ordem de microssegundos enquanto para transitórios lentos, advindos da troca de energia entre geradores, adotam-se passos de integração de milissegundos. O presente trabalho investiga a utilização de modelos baseados em matrizes de admitância variantes na frequência para representação de linhas de transmissão aéreas, cabos submarinos e equivalentes de rede em coordenadas de fase para o desenvolvimento de algoritmos para simulação multiescala. Ao invés da utilização do Método das Características, a matriz de admitância nodal e duas decomposições alternativas são consideradas de modo a contornar a limitação do passo de integração em função do tempo de tráfego de linhas, a saber: o Folded Line Equivalent e a Decomposição Idempotente. O conceito de Latência será também investigado de modo a prover uma realização mais eficiente de modelos variantes na frequência. As formulações desenvolvidas neste trabalho encontram aplicação imediata em programas para simulação de transitórios eletromagnéticos, tais como PSCAD, EMTP-RV e ATP dado que é mantida a representação através dos equivalentes de Norton. Por meio de fasores dinâmicos, torna-se viável a representação de fenômenos eletromagnéticos e eletromecânicos com o mesmo modelo computacional. Casos teste são empregados na avaliação do desempenho e precisão das formulações propostas. O Método das Características e a transformada numérica de Laplace são utilizados para fins de comparação. Com reduzido esforço computacional, resultados com excelente precisão são obtidos sem a presença de oscilações numéricas ou descontinuidades nas formas de onda.
Abstract: The evaluation of power systems encompasses phenomenon of distinct timeframes and so leads to the adoption of different simulation tools. For instance, fast transients related to switching maneuvers require time-steps of microseconds while slow transients, related to energy exchange between generators, demand timesteps of milliseconds. However, the need to assess conditions where slow frequency oscillations might be combined with fast transients is becoming more common. This research evaluates the use of frequency dependent admittance-based models in the development of multiscale algorithms for phase-coordinate modeling of overhead lines, subsea cables and frequency dependent network equivalents. Unlike the modeling with the Method of Characteristics, the direct fitting of the nodal admittance matrix and two alternative schemes are considered to cope with the trade-off between time-step and traveling times, namely: the Folded Line Equivalent and Idempotent Decomposition. The concept of Latency is also addressed in a distinct way to provide more efficient realization frequency dependent models to allow the so-called multirate simulation. The major advantage of the designed models is the straightforward implementation in EMTP-like programs such as PSCAD, EMTP-RV and ATP since they attain the same Norton-type structure. In addition, dynamic phasors allowed the unification of electromagnetic and electromechanical modeling into a single model. Both numerical performance and accuracy of the proposed schemes are evaluated through several test cases. The Method of Characteristics and the Numerical Laplace Transform are used for comparison. The computational burden is considerably reduced without significant loss of accuracy and with no numerical oscillations or discontinuities in the waveforms.
Keywords: Engenharia elétrica
Transientes eletromagnéticos
Simulação multiescala
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::TRANSMISSAO DA ENERGIA ELETRICA, DISTRIBUICAO DA ENERGIA ELETRICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Sep-2017
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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