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Sintonia e alocação de controladores de sistemas de potência considerando o critério N-1 utilizando um algoritmo NSGA2 paralelizado

Electric power systems are frequently subjected to disturbances caused by, for example, a sudden increase in load or a short circuit in a transmission line. Such disturbances can generate oscillations in the system and consequently cause undesired operation. To reduce these oscillations, power syste...

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Autor principal: Mazucato Júnior, Sérgio Carlos
Formato: Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:
Sistemas de energia elétrica - Estabilidade
Algoritmos
Sistemas de energia elétrica
Electric power system stability
Algorithms
Electric power systems
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27331
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spelling riut-1-273312022-02-23T06:07:22Z Sintonia e alocação de controladores de sistemas de potência considerando o critério N-1 utilizando um algoritmo NSGA2 paralelizado Mazucato Júnior, Sérgio Carlos Castoldi, Marcelo Favoretto Castoldi, Marcelo Favoretto Sanches, Danilo Sipoli Rodrigues, Carolina Ribeiro Shiguemoto, Gabriela Helena Bauab Sistemas de energia elétrica - Estabilidade Algoritmos Sistemas de energia elétrica Electric power system stability Algorithms Electric power systems CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Electric power systems are frequently subjected to disturbances caused by, for example, a sudden increase in load or a short circuit in a transmission line. Such disturbances can generate oscillations in the system and consequently cause undesired operation. To reduce these oscillations, power system controllers can be used. Among power controllers used in industry, for damping oscillations, there is the PSS (Power System Stabilizer), device capable of increasing the stability margin of an EPS (Electric Power System) adding a modulated signal through the excitation control system. However, only their addition does not ensure the desired stability of an electrical system, requiring an appropriate tuning in order to make the system robust enough ahead changes in their operating points. This proposal presents an alternative for allocating and tuning PSS's using a multi-objective algorithm based on NSGA-II algorithm and considering the N-1 criterion, established by the ONS (National System Operator). To test the efficiency of the proposed algorithm, the benchmark system New test England / New York was used, which has 68 bars and 16 generators. To broadly consider the N-1 criterion, each line was removed, one at a time, making different operation points through system topology changes. For each operation point, the system characteristics were changed, a load increase and a load decrease, so, 3 new operation points were created for each original point. The proposed algorithm was aimed to find the locations of controllers and their tunings providing a Pareto frontier for the proposed objectives. For this task, the algorithm searched solutions with the number of controllers between 6 and 16, that is, a discretized search space with more than 20 trillion possible solutions. For the tuning, the algorithm searched appropriate parameters for all controllers used, tuning them for all operation points considered. In addition, a parallel algorithm structure was proposed to reduce the computational time. The results were analyzed using the hypervolume metric and validated through linear and nonlinear simulations. It was observed that the performance obtained was satisfactory for both purposes, indicating the effectiveness of the proposed technique. Thus, a significant gain in productivity can be achieved if the engineer responsible for the project only supervise the algorithm execution, instead of perform all calculations. Sistemas elétricos de potência são frequentemente submetidos a perturbações causadas, por exemplo, por um aumento súbito de carga ou por um curto-circuito em uma linha de transmissão. Tais perturbações podem gerar oscilações eletromecânicas no sistema e consequentemente prejudicar seu funcionamento. Para reduzir estas oscilações, controladores de sistemas de potência podem ser utilizados. Dentre controladores de potência utilizados na indústria para o amortecimento de oscilações eletromecânicas, destaca-se o PSS (Power System Stabilizer), dispositivo capaz de aumentar a margem de estabilidade de um SEP (Sistema Elétrico de Potência) adicionando um sinal modulado através do sistema de controle da excitação. No entanto, somente sua adição não garante a estabilidade desejada a um sistema elétrico, sendo necessária uma sintonia adequada dos mesmos a fim de tornar o sistema robusto o suficiente frente a variações em seus pontos de operação. Esta proposta apresenta uma alternativa para alocação e sintonia de controladores PSS’s utilizando um algoritmo multiobjetivo baseado no algoritmo NSGA-II e considerando o critério N-1 estabelecido pelo ONS (Operador Nacional do Sistema). Para testar a eficiência do algoritmo proposto foi utilizado o sistema teste benchmark New England/New York, o qual possui 68 barras e 16 geradores. Para considerar de modo amplo o critério N-1, foi feita a remoção de cada uma das linhas, uma por vez, do sistema elétrico teste, originando diferentes pontos de operação através de mudanças na topologia do sistema. Em cada ponto de operação foram alteradas as características do sistema elétrico, um incremento de carga e uma redução, criando 3 novos pontos de operação para cada ponto original. O algoritmo proposto teve como objetivos encontrar as localizações dos controladores a serem inseridos e suas respectivas sintonias, fornecendo uma fronteira de Pareto para os objetivos propostos. Para esta tarefa, o algoritmo buscou soluções com número de controladores entre 6 e 16, ou seja, um espaço de busca discretizado com mais de 20 trilhões de possíveis soluções. Para a sintonia, o algoritmo buscou parâmetros adequados para todos os controladores utilizados, sintonizando os controladores para todos os pontos de operação considerados. Além disso, uma estrutura paralela do algoritmo é proposta para minimizar o tempo computacional. Os resultados foram analisados através da métrica hipervolume de desempenho e validados através simulações lineares e não lineares. Foi observado que o desempenho obtido foi satisfatório para ambos os objetivos, evidenciando a eficácia da técnica proposta. Desta maneira, um significativo ganho de produtividade pode ser atingido se o engenheiro responsável pelo projeto apenas supervisionar a execução do algoritmo, ao invés de efetuar todos os cálculos. 2022-02-22T23:51:37Z 2022-02-22T23:51:37Z 2014-11-24 bachelorThesis MAZUCATO JUNIOR, Sérgio Carlos. Sintonia e alocação de controladores e sistemas de potência considerando o critério N-1 utilizando um algoritmo NSGA-II paralelizado. 2014. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2014. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27331 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornelio Procopio Brasil Engenharia Elétrica UTFPR
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Mazucato Júnior, Sérgio Carlos
Sintonia e alocação de controladores de sistemas de potência considerando o critério N-1 utilizando um algoritmo NSGA2 paralelizado
description Electric power systems are frequently subjected to disturbances caused by, for example, a sudden increase in load or a short circuit in a transmission line. Such disturbances can generate oscillations in the system and consequently cause undesired operation. To reduce these oscillations, power system controllers can be used. Among power controllers used in industry, for damping oscillations, there is the PSS (Power System Stabilizer), device capable of increasing the stability margin of an EPS (Electric Power System) adding a modulated signal through the excitation control system. However, only their addition does not ensure the desired stability of an electrical system, requiring an appropriate tuning in order to make the system robust enough ahead changes in their operating points. This proposal presents an alternative for allocating and tuning PSS's using a multi-objective algorithm based on NSGA-II algorithm and considering the N-1 criterion, established by the ONS (National System Operator). To test the efficiency of the proposed algorithm, the benchmark system New test England / New York was used, which has 68 bars and 16 generators. To broadly consider the N-1 criterion, each line was removed, one at a time, making different operation points through system topology changes. For each operation point, the system characteristics were changed, a load increase and a load decrease, so, 3 new operation points were created for each original point. The proposed algorithm was aimed to find the locations of controllers and their tunings providing a Pareto frontier for the proposed objectives. For this task, the algorithm searched solutions with the number of controllers between 6 and 16, that is, a discretized search space with more than 20 trillion possible solutions. For the tuning, the algorithm searched appropriate parameters for all controllers used, tuning them for all operation points considered. In addition, a parallel algorithm structure was proposed to reduce the computational time. The results were analyzed using the hypervolume metric and validated through linear and nonlinear simulations. It was observed that the performance obtained was satisfactory for both purposes, indicating the effectiveness of the proposed technique. Thus, a significant gain in productivity can be achieved if the engineer responsible for the project only supervise the algorithm execution, instead of perform all calculations.
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