Ajuste de Sinais Adicionais Estabilizadores de Sistemas de Potência Utilizando Algoritmos...
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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
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IX CLAGTEE 2011
Sumrio
INTRODUO;
FORMULAO DO PROBLEMA;
COLNIA DE FORMIGAS;
ALGORITMO PROPOSTO;
ESTUDO DE CASO;
CONCLUSO.
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IX CLAGTEE 2011
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.
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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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IX CLAGTEE 2011
Objetivo
Algoritmo para ajuste de ESP;
Baseado no mtodo heurstico Colnia de Formigas;
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IX CLAGTEE 2011
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
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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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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
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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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IX CLAGTEE 2011
Colnia de Formigas
Inspirado no comportamento de colnias de formigas reais na busca por alimentos.
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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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
Algoritmo Proposto
PASSO 2 Inicializar formigueiro.
PASSO 3 Clculo da Funo Objetivo (Adequabilidade).
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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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IX CLAGTEE 2011
Algoritmo Proposto
PASSO 6 Sorteio do novo formigueiro.
PASSO 7 Evaporao das solues.
Melhor: 5%
Intermediria: 5%
Pior: 40%
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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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
Estudo de Caso
2 Ponto: Linhas 3-18 e 25-26 fora de servio
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IX CLAGTEE 2011
Estudo de Caso
3 Ponto: Linhas 16-17 e 4-14 fora de servio
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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
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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IX CLAGTEE 2011
18-006
Ajuste de Sinais Adicionais Estabilizadores de
Sistemas de Potncia Utilizando Algoritmos
Evolutivos
Agradecimentos: