Neste teste é apresentada a capacidade de operação da D-PMU durante ocor- rências no SIN. Trata-se de um evento de perda de carga ocorrida em 22/03/19 as virtude do desligamento automático da segunda barra de 230 kV da subestação Messias e o total desligamento da subestação Maceió, conforme apresentado na Figura 4.18. O monitora- mento deste evento pela D-PMU ocorreu pois o protótipo estava ligado e conectado ao barramento elétrico durante a data de ocorrência.
Capítulo 4. Validação e Resultados 83
Neste evento, houve a interrupção de 225 MW de cargas da Eletrobras Dis- tribuição Alagoas que representava cerca de 1.30% do total de operação do SIN. A Fi- gura 4.19 retrata os sincrofasores (Frequências) das PMUs ativas do SIN no momento da falta. 21:54:05 21:54:15 21:54:25 21:54:35 21:54:45 21:54:55 21:55:05 21:55:15 21:55:25 21:55:35
Time (UTC)
59.7 59.8 59.9 60.0 60.1 60.2 60.3Frequency (Hz)
COPPE UFAC UFBA UFC UFES UFMA UFMG UFMS UFPA UFPE UFRGS UFSC UFT UNB UNICAMP UNIFAP UNIFEI UNIPAMPA USP_SC UTFPRFigura 4.19 – Oscilografias das PMUs do SIN durante o evento.
Observa-se que as PMUs mais próximas são as mais sensibilizadas, logo a PMU Pernambuco (representada pela UFPE) que apresenta variações de frequência mais elevadas por conta do desligamento da barra e dos efeitos decorrentes desta falha.
Na Figura 4.20 são apresentados os dados monitorados pelo protótipo (D- PMU) e pela PMU de referência (RPV-311), também afetadas pela pertubação em todo o SIN.
Capítulo 4. Validação e Resultados 84 21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC 59.95 60 60.05 60.1 60.15 60.2 Hz Oscilografia de 22/3/2019 RPV-311 D-PMU
(a) Valores de Frequência Instantâneos.
21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC 0 1 2 3 4 Hz #10-3 Erro de Frequência em 22/3/2019 FE Instantâneo FE Médio <2 =3.0614e-07 0.000610
(b) Erro de Frequência Instantânea.
Figura 4.20 – Oscilografias de Frequência Durante Evento da D-PMU e RPV-311.
O parâmetro de RFE é apresentado na Figura 4.21.
21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Hz/s Erro de ROCOF em 22/3/2019 RFE Instantâneo RFE Médio <2 =0.00084211 0.033418
Capítulo 4. Validação e Resultados 85
Os maiores erros de ROCOF são registrados justamente durante a ocorrência no SIN por conta das diferenças no tratamento dos dados entre as PMUs estudadas. Os parâmetros de magnitude da sequência positiva são apresentados na Figura 4.22.
21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC 122.5 123 123.5 124 Mag Oscilografia de 22/3/2019 RPV-311 D-PMU
(a) Magnitude Instantânea.
21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 Diferença angular ( ° ) Oscilografia de 22/3/2019 Ref: RPV-311 Media do Sinal 0.002662
(b) Diferença Angular Instantânea.
Figura 4.22 – Fasores da Sequência Positiva.
As divergências físicas e lógicas das PMUs ficam evidenciadas na Figura 4.22. Estruturas diferentes de filtragem e condicionamento dos sinais bem com os algoritmos empregados para estimação dos sincrofasores acabam por influenciar na resposta do sis- tema como um todo. Entretanto é possível observar que estes desvios de magnitude e angulo não extrapolam os limiares permitidos de TVE, conforme pode ser observado pela Figura 4.23
Capítulo 4. Validação e Resultados 86 21:53:50 21:54:00 21:54:10 21:54:20 21:54:30 21:54:40 21:54:50 21:55:00 21:55:10 21:55:20 UTC 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Erro (%) TVE de 22/3/2019 TVE Instantâneo TVE Médio <2 =1.6069e-07 0.066119
Figura 4.23 – TVE relativo à RPV-311.
4.8
Comentários Finais
Neste capítulo do trabalho, os resultados obtidos a partir do emprego teórico- prático da D-PMU foram apresentados sob as referências MatLab e PMU comercial. Observa-se, para ambos os casos a elevada similaridade nos sincrofasores obtidos.
Para operação Offline é possível verificar a flexibilidade de aplicação para a D- PMU. Neste modo é possível testar alterações no algoritmo de estimação dos sincrofasores de plataforma pois, a partir de uma base de dados conhecida é verificado o efeito e desempenho desta alteração na arquitetura. Na operação Online o desempenho da D- PMU é abordada de forma prática sob a avaliação das métricas de erro propostas em (STD, 2011b) em relação a um equipamento comercial. A operação da D-PMU durante o a ocorrência apresentada na seção 4.7 demonstra capacidade da aplicação deste dispositivo nos SEs de distribuição.
O capítulo seguinte apresenta as conclusões e considerações finais a respeito deste trabalho.
87
5 Conclusão e considerações finais
A plataforma de hardware D-PMU apresentada é uma alternativa de baixo custo aos grupos de pesquisas que desejam iniciar ou que já realizam pesquisas na área de medição fasorial sincronizada pois, além de apresentar desempenho semelhante à equi- pamentos comerciais, é distribuída sob a forma de código aberto.
Como apresentado no Capítulo 4 os resultados obtidos na D-PMU, sob o modo de operação online, apresentam elevada exatidão em relação ao equipamento comercial RPV-311. Para o critério de TVE da diferença, os índices obtidos ficaram abaixo do valor médio de 0.1%. Estes resultados apresentam spykes de divergência, possivelmente, por conta das diferentes técnicas de estimação e filtragem entre as arquiteturas, mesmo assim os erros obtidos ficam sempre abaixo do valor máximo de erro de TVE definido por norma 𝐶37.118 (STD, 2011b). Além disso, segundo exigências sugeridas por (Von Meier et al., 2017) e (ROMANO et al., 2017) para esta aplicação, os resultados obtidos pela D-PMU viabilizam o emprego deste dispositivo em sistemas de distribuição. Entretanto, não há ainda norma que especifique os parâmetros mínimos de erro para aplicação em sistemas de distribuição. Neste âmbito, a PMU de distribuição deve ser capaz de atender as exigências do operador de distribuição.
No modo de operação offline, os valores parâmetros de erros abordados entre o algoritmo MatLab e os resultados da D-PMU são significativamente menores que os obtidos nos casos de operação online. Isto deve-se à similaridade entre as arquiteturas do MatLab e a implementada na Beaglebone Black.
O principal diferencial da D-PMU é o utilização do módulo de PWM para geração e controle da FS do ADC. Mesmo a Beaglebone Black possuindo as PRUs, que são recomendadas para isto, estas unidades precisam executar um conjunto de instruções e operações matemáticas a cada iteração do código. Caso as PRUs sejam utilizadas para geração de FS, estas poderão apresentar diferentes tempos de processamento para cada iteração do algoritmo e, no contexto da D-PMU, causar variações na FS do ADC. O PWM contorna estas irregularidades pois possui uma arquitetura dedicada apenas a geração dos pulsos de conversão que são enviados ao ADC, ou seja, cada iteração nos contadores do PWM será de período constante e independente do número de operações matemáticas que a PRU executa.
Por outro lado, o emprego destas PRUs é necessário pois permitem gerenciar o PWM e decodificar as amostras coletadas pelo ADC em tempo real sem comprometer ou consumir recursos computacionais do processador principal da Beaglebone Black, onde
Capítulo 5. Conclusão e considerações finais 88
o SO está em execução.
Esta plataforma será distribuída sob a forma de desenvolvimento cooperativo e de código aberto pois, desta forma, o usuário final terá maior flexibilidade na aplicação do dispositivo D-PMU bem como poder participar no contínuo desenvolvimento do projeto. Neste âmbito, é possível alterar dispositivos de hardware, como GPS e ADC bem como, no fluxo lógico dos dados, substituir os algoritmos estimadores dos sincrofasores.
Por ser voltada para aplicações de distribuição, a plataforma D-PMU é conce- bida visando aplicações em locais compactos ou de difícil acesso. Desta forma, é dispen- sável o emprego de racks de servidores para instalação deste dispositivo. A sua instalação é simplificada e necessita apenas da ramificação dos sinais do barramento elétrico, uma tomada para alimentação da parte lógica, um meio de comunicação física com o exterior para interface com a antena magnética de GPS e um ponto de conexão com a internet através de adaptador Ethernet ou Wi-FI.
A plataforma de D-PMU torna-se, então, uma ferramenta versátil e flexível no desenvolvimento de novas soluções em hadrware e software além de ser uma alternativa de baixo custo e flexível para projetos de monitoramento de redes de distribuição.
A processo de embarcar um algoritmo matemático em um dispositivo de hard- ware genérico implica em uma série de escolhas que vão da configuração adequada de hardware à maneira com que o sistema gerenciará o fluxo de dados. Por exemplo, baseado no algoritmo do MatLab, além de ser necessário o controle da amostragem do ADC em função do sincronismo do GPS, é também alterado o número de iterações do algoritmo ao longo de um ciclo. No MatLab tem-se um novo fasor obtido a cada nova amostra da base de dados enquanto na D-PMU, os fasores são estimados a cada janela de um ciclo.
O acréscimo do sincronismo pela unidade de GPS apresenta forte influência sobre a operação real da plataforma uma vez que desvios na FS causam erros sob o ângulo do fasores estimados. Este erro tem efeito acumulativo para cada fasor estimado e, ao evento de 1PPS, é eliminado por conta do sincronismo do ADC. Como solução paliativa na D-PMU, o emprego do PWM aliado ao algoritmo de ajuste pontual sob a FS permite reduzir os efeitos do sincronismo por GPS
A comparação com dispositivos reais é ideal para formalizar e caracterizar o dispositivo D-PMU como uma prova de conceito, entretanto, isto não dispensa a validação em estrutura laboratorial adequada para a finalidade de aplicação do dispositivo (com geradores de sinais sincronizados, e equipamentos de medição adequados para a validação) permitindo a obtenção dos parâmetros de erros totais da D-PMU. Desta forma, este trabalho limitou-se na avaliação de TVE, FE e RFE da diferença com equipamentos comerciais e algoritmos de referência.
Capítulo 5. Conclusão e considerações finais 89
Embora passível de alteração, demais frequências de amostragem não puderam ser estudadas e comparadas uma vez que a D-PMU, na sua versão 1.0, apresenta insta- bilidades no fluxo de dados para frequências de amostragem maiores que 3840 Hz. Por outro lado, os resultados em condições reais já demonstram o elevado grau de precisão nos resultados em relação a dispositivos que operam à FS quatro vezes à atual empregada na D-PMU.