Análisis teórico-experimental e implementación en tiempo real de estimación de estado bajo condiciones de distorsión armónica en redes eléctricas

Abstract

In this thesis, a time domain harmonic steady state estimator in real time is presented. This algorithm is applied to electrical power systems. The real time implementation is conducted by an OP5600 real time simulator, produced by the Canadian company OPALRT technologies. The state estimation methods based on the optimization by least squares are presented as a theoretical base for the Kalman Filter. The Kalman Filter is used as the main periodic state estimator. After that, the method is generalized to conduct estimations under harmonic distortion conditions. The dynamic and measurement models for the conventional components from the power grid are described. Add to that, it is proposed to estimate the no linear loads currents and synchronous generator internal voltages as unknowns errors. The optimal placement of measurements is made by an exhaustive search algorithm. The search criteria are the numerical observability and the minimization of the covariance estimation error matrix trace. With the purpose of reduce the computation time, an ordering method for the search algorithm is proposed. The validation tests are conducted through a pair of experimental test systems. These systems were built in the machine laboratory of the Division de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingenieria electrica de la Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo. Both systems are tested under off-line and on-line conditions.

En esta tesis se presenta la implementación en tiempo real de un estimador de estado estacionario periódico bajo condiciones de distorsión en el dominio del tiempo, aplicado a sistemas eléctricos de potencia. La implementación en tiempo real se realiza con el simulador en tiempo real OP5600 de la empresa canadiense OPAL-RT Technologies. Se presentan los métodos de estimación de estado basados en la optimización por mínimos cuadrados como base teórica del Filtro de Kalman; mismo que es utilizado como estimador de estado estacionario periódico. Posteriormente, se generaliza la metodología de estimación de estado estacionario periódico para estimar las variables de sistemas bajo condiciones de distorsión armónica. Se describe la metodología empleada para obtener los modelos dinámicos y de medición de los componentes y variables convencionales de la red. Adicionalmente, se propone estimar las cargas no lineales y los voltajes internos generados por los generadores síncronos de la red, como errores desconocidos. Se realiza la ubicación óptima de medidores mediante un algoritmo de búsqueda exhaustiva, cuyos criterios de búsqueda son la obtención de la observabilidad numérica completa de los estados de la red y la minimización de la traza de la matriz de covarianza del error de estimación. Para reducir el tiempo de computo, se propone un método de ordenamiento para el algoritmo de búsqueda. La validación de la metodología expuesta en esta tesis se realiza mediante un par de redes de prueba experimentales, construidas en el laboratorio de máquinas de la División de Estudio de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Ambos sistemas de prueba se validan tanto fuera de línea, como en tiempo real. |