This thesis presents a methodology that allows the analysis of the time domain state estimation under transient and steady state conditions of power systems, with reference to the power quality field. The main objective is to develop the mentioned time domain methodology by means of a state space representation of the power systems. The effect of adverse power quality phenomena is analyzed, such as harmonic distortion, time varying harmonics, inter-harmonics, transients and voltage sags. The state estimation examines aspects such as the location of measurements to obtain an adequate system observability, and noisy measurements. The singular value decomposition is used to verify the system observability during the state estimation and the solution of over, normal and undetermined cases. The system solution is obtained by incorporating efficient computational numerical techniques, such as the Newton methods to obtain the periodic steady state based on the Poincaré map and extrapolation to the limit cycle. Numerical differentiation and an enhanced version based on the half wave symmetry of the waveforms are applied in case studies to solve the power quality state estimation, and provide a convenient initial state condition for the Kalman filter methods, normal, extended and unscented. These filters are applied to the time domain state estimation solving case studies about harmonics, interharmonics, transients and voltage sags. The Kalman filter algorithm is implemented using parallel processing techniques; a CPU-GPU configuration executes the parallel processing under the CUDA platform and the CUBLAS library to evaluate each time step of the Kalman filter. Power networks are replicated to analyze larger systems and verify the effect on the speed up comparing the execution time of the sequential C++ code and the CPU-GPU parallel solutions applied to solve the power quality state estimation.
Esta tesis presenta una metodología que permite el análisis de la estimación de estado en dominio del tiempo en condiciones de estado estacionario y transitorio de los sistemas de potencia, con referencia al campo de calidad de la energía. El objetivo principal es el desarrollo de la metodología mencionada en el dominio del tiempo por medio de la representación en espacio de estado del sistema de potencia. Se analiza el efecto de fenómenos adversos de calidad de energía, tales como la distorsión armónica, los armónicos variables en el tiempo, inter-armónicos, transitorios y depresiones de voltaje. La estimación de estado examina aspectos como la ubicación de las mediciones para obtener una observabilidad adecuada del sistema y mediciones con ruido. La descomposición en valores singulares se utiliza para verificar la observabilidad del sistema durante la estimación de estado y la solución de casos sobre, normal y bajo determinados. La solución del sistema se obtiene mediante la incorporación de técnicas numéricas computacionales eficientes, tales como los métodos de Newton para obtener el estado estacionario periódico basado en el mapa de Poincaré y la extrapolación al ciclo límite. La diferenciación numérica y una versión mejorada en base a la simetría de media onda de las señales se aplican en casos de estudio para resolver la estimación del estado de calidad de la energía, proporcionando una condición inicial conveniente para los métodos de filtro de Kalman, normal, extendido y unscented. Estos filtros se aplican a la solución de casos de estudio de la estimación de estado en el dominio del tiempo sobre armónicos, interarmónicos, transitorios y depresiones de voltaje.
