Estimating status for microgrids in island mode of operation

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2018-05-02T19:23:15Z No. of bitstreams: 1 KarlianeJesus.pdf: 4349508 bytes, checksum: ffbc4bbb3d21651de8970a6c8947e74d (MD5) Made available in DSpace on 2018-05-02T19:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KarlianeJesus.pdf: 4349508 bytes, checksum: ffbc4bbb3d21651de8970a6c8947e74d (MD5) Previous issue date: 2018-03-15 CNPq In recent years, the distribution systems have become more complex due to different factors, such as: insertion of conventional and renewable Distributed Generation (DG), installation of Phasor Measurement Units (PMU), utilization of Smart Meters, etc.. In this way, the microgrid concept has emerged as an implementer to accommodate all these changes in electrical systems. Islanded microgrids are more vulnerable to voltage and frequency deviation that increase their complexity of control e operation. This complexity requires the introduction of new functions in the distribution management systems to aid the operator in the decision make process and in the new reality of the distribution networks. Thus, the State Estimation (SE) function becomes essential since it is responsible for providing reliable information about the current system operation point based on available measurements. This dissertation proposes a methodology for SE in islanded microgrid that is able to estimate the complex voltage at all the bus and the frequency of operation in steady state. Frequency measurements and inertia characteristics of the distributed generators were introduced in the proposed formulation aiming to provide a tool with ability of representing more realistically and accurately the microgrid operation. The developed methodology is based on the distributed slack bus power flow to model the absence of the swing bus and the primary control in the islanded operation of the microgrid. This power flow evaluates the network state and the frequency deviations in steady state that are utilized to generate the true values of the measurements used in SE. A microgrid of 38 bus and 5 distributed generators was used to validate the proposed formulation through statistical indices such as: average relative errors between true and estimated values, bias, consistency, quality and risks of the relative errors violate their specified values. The tests results demonstrated that the proposed methodology is more accurate and robust, with regard to bad data, than the conventional state estimator Ao longo dos últimos anos, os sistemas de distribuição têm se tornado mais complexos devido a diversos fatores, tais como: inserção de Geração Distribuída (GD) convencional e renovável, instalação de unidades de medição fasorial (UMF), utilização de medição inteligente (“Smart Meters”), etc.. Neste contexto, o conceito de microrrede surgiu como elemento facilitador para acomodar essas mudanças que vêm ocorrendo nos sistemas elétricos. As microrredes ilhadas apresentam maior vulnerabilidade aos desvios de tensão e frequência, aumentando a complexidade de controle e operação da mesma. Esta complexidade exige a introdução de novas funções nos centros de operação da rede de distribuição para auxiliar o operador no processo de tomada de decisões na nova realidade das redes de distribuição. Assim, a função de Estimação de Estado (EE) torna-se fundamental visto que ela é responsável por fornecer informações confiáveis do ponto atual de operação do sistema, a partir das medições disponíveis. Esta dissertação apresenta uma metodologia de EE em microrredes ilhadas que, além de estimar as tensões complexas nos barramentos, é capaz de estimar a frequência de operação em regime permanente. Medições de frequência e as características de estatismo dos geradores foram inseridos na formulação proposta visando disponibilizar uma ferramenta com a capacidade de representar de forma mais realista e precisa o funcionamento da microrrede. A metodologia desenvolvida se baseia no fluxo de potência com barra de folga distribuída para modelar a ausência de uma barra de folga e o controle primário na operação ilhada da microrrede. Este fluxo é usado para calcular o estado da rede e os desvios de frequência em regime permanente que são usados para gerar os valores verdadeiros das medições utilizadas na EE. Uma microrrede de 38 barras com 5 geradores foi utilizada para validar a formulação proposta através de índices estatísticos, entre eles: erros relativos médios entre valores verdadeiros e estimados, tendência, consistência, qualidade e riscos dos erros relativos violarem limites especificados. Os resultados dos testes mostraram que a metodologia proposta é mais precisa e robusta, com relação a medidas com erros grosseiros, que o estimador de estado convencional.