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Título: Modelagem de cargas harmonicamente acopladas para o sistema elétrico
Autor(es): Brunoro, Marcelo
Orientador: Encarnação, Lucas Frizera
Coorientador: Fardin, Jussara Farias
Palavras-chave: Sistema elétrico de potência
Estimação de parâmetros
Modelagem de carga
Modelagem harmônica de carga
Data do documento: 9-Jan-2018
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Modelos do sistema elétrico são importantes para permitir a realização de diversos estudos, visando a redução de perdas, melhoria da qualidade da energia, entre outros. No cenário atual a realização de análises harmônicas torna-se necessária devido à crescente inserção de cargas não lineares no sistema. Uma vez que os perfis de tensão e corrente das redes são fortemente afetados pelo comportamento da carga, sua modelagem é essencial para realizar tais análises. Diferente dos outros modelos harmônicos encontrados a literatura, esta tese apresenta duas novas propostas de modelagem de carga. A primeira proposta combina o modelo ZIP e uma matriz de admitância cruzada. Esta combinação reúne os benefícios da caracterização de cargas pelo tradicional modelo ZIP, que provê algum conhecimento físico sobre a carga, bem como o cruzamento de frequências dado por uma matriz de admitância. Neste caso, procura-se limitar os coeficientes ZIP, visando identificar a proporção da potência em termos de impedância constante, corrente constante e potência constante. Além disso, é discutido o método para a determinação dos parâmetros do modelo, usando busca exaustiva e regressão linear múltipla. Na segunda proposta, o novo modelo é baseado em um circuito que agrega componentes de impedância, corrente e potência, em uma configuração diferente daquelas encontradas na literatura. O acoplamento entre várias ordens harmônicas é proporcionado por uma matriz de correntes constantes. O método de regressão linear múltipla é utilizado para determinar os parâmetros do modelo. Aspectos relacionados à seleção de dados e à determinação da quantidade de amostras são abordados nas duas propostas. Em ambos os casos foi possível determinar de forma acurada a injeção harmônica no barramento da carga, mediante o conhecimento de sua tensão alimentação. Estudos de caso com uma carga real, usando dados obtidos com um medidor de qualidade de energia, exemplificam a aplicação dos modelos em uma carga eletrônica. Vários outros estudos de caso foram implementados, utilizando um software simulador de transitórios eletromagnéticos, para evidenciar a eficácia dos modelos proposto em diferentes cargas. Em um destes estudos, foi aplicada a metodologia proposta para a modelagem harmônica de um conjunto de cargas conectadas a uma rede radial. Os resultados obtidos no estudo da carga experimental, bem como nos demais estudos de caso, mostraram que os modelos propostos foram capazes de representar o comportamento harmônico das cargas avaliadas com elevada exatidão.
Modeling of electrical systems is important to allow carrying out several studies aiming at reducing losses and improving energy quality, among others factors. In the current scenario, performing harmonic analyses has become necessary due to the increasing insertion of nonlinear loads in the system. Since the voltage and current profiles of the networks are strongly affected by the load behavior, their modeling is essential to carry out such analyses. Differently from the other harmonic models found in the relevant literature, this thesis presents two new proposals for load modeling. The first proposal combines the ZIP model and a cross admittance matrix. This combination brings together the benefits of load characterization using the traditional ZIP model, which provides some physical knowledge about the load, as well as the frequency crossing given by an admittance matrix. In this case, ZIP coefficients are intended to be limited in order to identify the power ratio in terms of constant impedance, constant current and constant power. In addition, we discussed the method for determining the model parameters, using exhaustive search and multiple linear regression. In the second proposal, the new model is based on a circuit that aggregates components of impedance, current and power, in a configuration different from those found in the relevant literature. Coupling between various harmonic orders is provided by a constant current matrix. The multiple linear regression method is used to determine the model parameters. Aspects related to data selection and number of samples are addressed in both proposals. In both cases it was possible to accurately determine the harmonic injection in the load bus, by understanding its voltage supply. Case studies with a real load, using data obtained with a power quality meter, exemplify the application of the models in an electronic load. Several other case studies were implemented using electromagnetic transient simulator software to demonstrate the effectiveness of the proposed models in different loads. In one of these studies, the proposed methodology was applied for the harmonic modeling of a set of loads connected to a radial network. The results obtained in the study of the experimental load, as well as in the other case studies, showed that the proposed models were able to represent the harmonic behavior of the evaluated loads with high accuracy. Keywords: Load modeling. Harmonic load modeling. Electrical power system. Parameter estimation.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/6917
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