Processo de Estimação de Estado trifásica em Sistemas Elétricos de Potência

Já foi mencionado, no capítulo 1, que a maioria das pesquisas desenvolvidas, tratando do processo EESEP, faz uso do modelo por - fase, ou monofásico (modelo de seqüência positiva), que é mais simples do que o modelo trifásico (MONTICELLI, 1999; ABUR e EXPOSITO, 2004).

No modelo por – fase, considera-se que as cargas são balanceadas e as redes equilibradas, ou seja, admite-se a hipótese de sistema equilibrado, onde as grandezas elétricas nas fases apresentam a mesma magnitude, porém com defasagem angular de 120°, e os parâmetros da rede trifásica, bem como as cargas, sejam equilibrados. Esse modelo é adequado para maioria dos sistemas de transmissão em extra-alta e ultra-alta tensão. Entretanto, em muitas situações os desbalanços nas cargas e os desequilíbrios na rede são bastante acentuados, inviabilizando a utilização do modelo por – fase (HANSEN e DEBS, 1995; ZHONG e ABUR, 2002; MELIOPOULOS et al., 2005); ALMEIDA et al., 2006ab; STEFOPOULOS et al., 2007).

Vale apena destacar que os desbalanços nas cargas aparecem principalmente nos sistemas de distribuição e ocorrem em virtude da impossibilidade de distribuir uniformemente as cargas entre os alimentadores, bem como em virtude da presença de cargas monofásicas e bifásicas.

Com o intuito de desenvolver um estimador de estado para as redes de distribuição, muitas pesquisas utilizaram diretamente os métodos desenvolvidos para sistemas de transmissão, como por exemplo, em (BARAN e KELLEY, 1994). Entretanto, algumas características das redes de distribuições impossibilitam essa aplicação direta. Conforme apontado em (BARAN et al., 2009), uma das principais

características, que difere as redes de distribuição das redes de transmissão e dificultam a aplicação de um método de estimação de estado tradicional em Sistemas de Distribuição, é a pouca quantidade de medições disponíveis em tempo real. Além disso, vale lembrar que um Sistema de Distribuição é caracterizado por possuir:

- Estrutura radial ou fracamente malhada;

- É desbalanceado, em razão principalmente pela presença de cargas desbalanceadas e diferentes números de fases por circuito;

- Números altos de ramos e nós; - Uma razão R/X elevada;

- Diferentemente do que ocorre em sistemas de transmissão, normalmente os estados de dispositivos seccionadores e de banco de capacitores, bem como a posição de taps de transformadores não são monitorados de forma direta.

Assim sendo, não é possível a aplicação direta das metodologias de estimação de estado desenvolvidas para os sistemas de transmissão nos sistemas de distribuição. Para isso, devem ser utilizadas diferentes técnicas, que façam uso da modelagem trifásica da rede e considerem diferentes tipos de medições.

Por outro lado, no que diz respeito aos desequilíbrios na rede, eles são mais acentuados nos sistemas de transmissão, causados, por exemplo, pela não-transposição das fases das linhas (HANSEN e DEBS, 1995).

Em virtude dessas características, não seria consistente a utilização de um estimador de estado que faz uso do modelo por fase, voltado para sistemas com essas características. Além disso, a modelagem trifásica possibilita um grau de detalhamento maior que a modelagem por – fase, permitindo assim a obtenção de estimativas mais precisas para as variáveis de estado. Ressalta-se também o fato de a modelagem trifásica possibilitar o tratamento, sem distinção, dos sistemas de distribuição e transmissão. Importa destacar ainda, que tendo em vista o interesse crescente pela monitoração em tempo-real dos sistemas de distribuição, haja vista o desenvolvimento e implantação das redes inteligentes (Smart Grids) (MELIOPOULOS, 2011), torna-se necessário o desenvolvimento de pesquisas tratando das diversas etapas do processo de estimação de estado, considerando a modelagem trifásica da rede.

Vale salientar que um estimador de estado considerando a modelagem trifásica dos componentes da rede pode ser aplicado simultaneamente, para ambos os sistemas (distribuição e transmissão), nos diversos níveis de tensão da rede.

Além das vantagens supracitadas do estimador de estado trifásico, em relação ao monofásico, em (HANSEN e DEBS, 1995) destacam-se: melhor entendimento do estado de operação corrente, tendo em vista a melhor precisão das estimativas obtidas; detecção de desbalanceamentos prejudiciais ao sistema; processamento de EGs mais eficiente, devido à diminuição de erros sistemáticos de modelagem; e, determinação de perdas devido ao desbalanceamento das cargas.

Face ao exposto, torna-se necessário o desenvolvimento de pesquisas tratando das diversas etapas do processo de EESEP, considerando a modelagem trifásica da rede. Nesse sentido vale destacar que alguns trabalhos descrevem o problema de estimação de estado trifásica de uma forma geral (HANSEN e DEBS, 1995), outros focam no problema de estimação trifásica em sistemas de distribuição (MELIOPOULOS e ZHANG, 1996; KE LI, 1996).

Deve-se destacar, entanto, que na maioria desses trabalhos desprezam-se os efeitos dos acoplamentos mútuos das linhas de transmissão, os desbalanços nas cargas e a não transposição das linhas de transmissão.

No contexto de estimação de estado trifásica, o desenvolvimento de metodologias para o tratamento de questões relacionadas à observabilidade e redundância de medidas é outro ponto de muita relevância.

Em (ALMEIDA et al., 2006a) apresenta-se uma adaptação, do algoritmo para análise de observabilidade apresentado em (MONTICELLI e WU, 1985ab), para modelagem trifásica. O algoritmo baseia-se na fatoração triangular da matriz Ganho e exige a solução de um sistema de equações algébricas. Em (ALMEIDA et al., 2006ab) foi apresentado também um algoritmo para alocação de pseudo-medidas para restauração da observabilidade trifásica, baseado na fatoração da matriz de Gram do conjunto de medidas. Posteriormente, os mesmos autores desenvolveram, em (ALMEIDA et al., 2009), um método para análise de redundância de medidas para estimação de estado trifásica, também baseado na obtenção e análise da matriz de Gram.