Controle suplementar de equipamento FACTS para melhoria da estabilidade para pequenas perturbações de sistemas de potência

Abstract

Condições de operação com elevados fluxos entre áreas podem reduzir o amortecimento de modos de oscilação inter-áreas. Um fator adicional à redução do amortecimento destes modos são as características de sistemas de potência modernos em que investimentos na expansão da rede são limitados, não acompanhando o aumento do carregamento, conduzindo a operação para a proximidade dos limites de segurança. A solução convencional para elevação do amortecimento dos modos inter-áreas é a aplicação de sinais estabilizadores nos reguladores de tensão das máquinas síncronas das unidades geradoras do sistema, considerando como sinais de entrada, dentre outros, a velocidade angular do rotor do gerador ou a potência acelerante do gerador, ambos sinais locais. A baixa controlabilidade dos modos de oscilação inter-áreas a partir das unidades geradores, ou até a baixa observabilidade destes modos nos sinais locais de entrada dos estabilizadores instalados nas máquinas síncronas, representam as principais dificuldades para elevar o amortecimento destes modos. A controlabilidade das unidades geradoras não pode ser aumentada por se tratarem de instalações fixas. Já para a observabilidade, utilizando métodos de medição fasorial sincronizada, pode-se obter um sinal remoto portador de informações melhores do que aquelas obtidas com o sinal local. Os equipamentos FACTS desenvolvidos para controle de tensão e fluxo de potência também podem ser fontes de amortecimento para elevar as margens de segurança do sistema e permitir aumento do carregamento. Com a flexibilidade de instalação dos equipamentos FACTS, pode-se determinar a instalação em local que proporcione elevada controlabilidade dos modos de oscilação de interesse e, através de medição fasorial, considerar na entrada do controlador qualquer sinal que apresente elevada observabilidade deste mesmo modo. No Sistema Interligado Nacional os equipamentos FACTS são utilizados principalmente para controle de tensão e fluxo de potência. Neste trabalho são propostos sinais estabilizadores para os equipamentos FACTS já instalados no Sistema Interligado Nacional para prover amortecimento aos modos inter-áreas que apresentam amortecimento insatisfatório. Para o projeto dos sinais estabilizadores adicionais, aplicam-se técnicas de controle clássico e de controle robusto. Os desempenhos de amortecimento e robustez dos controladores clássicos e dos controladores robustos são comparados através da aplicação de contingências e avaliação do pseudo-espectro do sistema compensado.

Conditions of operation with high power flow between areas can reduce the oscillation damping of inter-area modes. An additional factor that reduce the damping of these modes are the modern characteristics of power systems in which investments in the grid expansion are limited, do not follow the increasing load, leading to the operation close to the security limits. The conventional solution to increase the damping of inter-area modes is the use of stabilizing signals. These signals are applied to the voltage regulators of the synchronous machine at generating units and are derived from the angular velocity of the generator, the accelerating power of de generator, among others. The low controllability of the inter-areas oscillation modes from the generating units, or low observability of this modes at the usually local input signals of the stabilizers installed in synchronous machines, are the major difficulties to increase the damping of these modes. The problem of controllability of the generating units can not be solved since the machines are fixed. For the observability, using phasor measurement, a remote signal can be obtained with better information content on the mode of interest than that obtained with the local signal. The FACTS devices developed for power flow and voltage control can also be sources of damping to increase the security margins of the system and allow increasing load. Due to the FACTS installation flexibility, one can determine the installation location to provide high controllability of the oscillation modes of interest and through phasor measurement, the controller can use the input signal that provides high observability of the same mode. In the Brazilian National Interconnected System FACTS devices are mainly used for voltage and power flow control. This work propose stabilizing controls for FACTS devices already installed in the National Interconnected System to provide additional damp to poorly damped inter-area modes. For the design of the additional stabilizers signals design classic and robust control techniques are applied. The damping and robustness of the classical and robust controllers are compared by the application of contingencies and evaluation of the pseudo-spectrum of the controlled system.