Introdução:

A análise de um sistema elétrico de potência demanda informações precisas sobre seu comportamento dinâmico, pois são essenciais para garantir uma operação segura da rede elétrica e o seu controle efetivo. Na avaliação da segurança dinâmica a pequenas perturbações, estudar e monitorar o comportamento de determinadas variáveis do gerador síncrono, tal como a velocidade angular do rotor, se faz importante para mitigar um tipo específico de oscilação, as eletromecânicas, quando mal amortecidas [1].

Objetivos:

Este trabalho propõe uma estrutura para obter o sinal de velocidade angular do rotor de geradores síncronos a partir da estimação dos coeficientes da equação diferencial que descreve o comportamento dinâmico dessa variável no modelo linearizado, a equação swing. Com essa finalidade, o método proposto utiliza medidas de tensão e corrente na barra de alta tensão da subestação que o gerador está conectado e um método de otimização, fundamentado na técnica de sensibilidade de trajetória (ST) e nos algoritmos genéticos (AG’s).

Metodologia:

O método proposto estima os coeficientes da equação swing (simbolizados por K₁, ..., K₅), os quais são formados, principalmente, pela constante de inércia da máquina H e pelo ponto de operação da rede elétrica [2]. Para estimação dos coeficientes de interesse, inicialmente, a técnica de ST é adotada para identificar quais os coeficientes que possuem maior influência no sinal medido, sendo possível adequar as estratégias do AG. Em sequência, o AG é aplicado para minimizar o erro entre os sinais de corrente terminal medido e o simulado pelo modelo, por meio da estimação dos coeficientes da equação swing.

Em conjunto com os coeficientes da equação swing, a constante H do gerador em estudo também é estimado. Na composição do AG implementado, é utilizada uma função penalidade, responsável por penalizar os indivíduos (soluções candidatas) que correspondam a um erro na estimação da constante H maior do que 5%, com relação ao respectivo valor nominal.

Resultados:

Para induzir a resposta transitória do sistema, é inserida uma perturbação no sistema teste utilizado, o de 3 Máquinas versus Barramento Infinito; sendo o registro realizado pelo software ANATEM.

Com relação aos valores nominais, a estimação dos coeficientes H, K₁ e K₄ se mostrou satisfatória, sendo os erros menores que 4%; já a estimação de K₂, K₃ e K₅ apresentou resultados com erros em torno de 6% e 8%. Quanto à estimação do sinal de velocidade angular pelo método proposto, pode-se afirmar que foi muito próxima do esperado, ou seja, dos valores medidos (simulados no ANATEM), resultando em um erro quadrático médio de 5,79E-06 para os melhores indivíduos.

Conclusões:

Os resultados obtidos demonstram a potencialidade dos AG’s para a estimação da velocidade angular a partir dos coeficientes da equação swing, em um método que utiliza a constante de inércia como um dos parâmetros a ser estimado. A aplicação de uma função penalidade trouxe melhora para a estrutura proposta, garantindo que a constante de inércia tenha uma estimação exata, independente do ponto de operação da rede em estudo.