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Type: Tese
Title: Estimação da impedância de transferência baseada em ICA para redes com múltiplas fontes harmônicas
Author: Oliveira, Mateus Mostaro de
First Advisor: Duque, Carlos Augusto
Co-Advisor: Ribeiro, Paulo Fernando
Referee Member: Ferreira, Danton Diego
Referee Member: Bretas, Arturo Suman
Referee Member: Silva, Leandro Rodrigues Manso
Referee Member: Melo, Igor Delgado de
Resumo: Atualmente, o uso crescente de cargas não lineares e equipamentos baseados em eletrônica de potência tem contribuído significativamente para o aumento das distorções harmônicas nos sinais elétricos. Esse crescimento contínuo nos níveis de distorção harmônica nas redes elétricas de distribuição tem gerado sérias preocupações tanto para as concessionárias quanto para os clientes do sistema, uma vez que a presença dessas fontes harmônicas pode comprometer a eficiência na geração, transmissão e utilização da energia elétrica. Tradicionalmente, a análise da contribuição da distorção harmônica em um ponto específico do sistema elétrico é realizada considerando apenas as contribuições do lado da carga e do lado da fonte principal. No entanto, para uma avaliação mais precisa e confiável, é fundamental quantificar as contribuições individuais das diferentes fontes harmônicas. Diante desse contexto, este trabalho apresenta uma metodologia inovadora para estimar as impedâncias de transferência harmônica em sistemas elétricos de potência com múltiplas fontes harmônicas. O objetivo é determinar a responsabilidade de cada fonte harmônica pela distorção harmônica total em um barramento específico dentro do sistema, abordando uma questão crítica no campo da qualidade de energia. Para atingir esse objetivo, é necessário estimar não apenas as fontes harmônicas individuais, mas também as impedâncias de transferência entre cada fonte e o barramento em análise. A maioria dos métodos para resolver esse problema baseia-se em uma modelagem adequada da rede ou restringe as variações das fontes harmônicas a uma única fonte por vez. A metodologia proposta supera essa limitação. Para isso, fasores de corrente e tensão sincronizados são medidos no barramento em análise. Após a coleta das medições, o método de Análise de Componentes Independentes (ICA) é aplicado para estimar o equivalente de Norton. A impedância de transferência harmônica é então determinada utilizando as informações fornecidas pela ICA. Para melhorar a precisão da estimativa da impedância harmônica de transferência, três procedimentos são empregados para analisar os dados dos parâmetros fornecidos pela ICA ao longo do tempo, gerando um sistema bem condicionado. Uma vez que a impedância harmônica de transferência é satisfatoriamente determinada, as contribuições harmônicas individuais, ou seja, as responsabilidades harmônicas, podem ser estimadas com precisão. A eficácia e o desempenho do método são demonstrados por meio de simulações computacionais aplicadas a sistemas de distribuição e transmissão. Além disso, a metodologia é validada com dados reais coletados de um sistema de transmissão brasileiro monitorado por unidades de medição de qualidade de energia sincronizadas. Os resultados simulados mostram que o Total Vector Error (TVE) é inferior a 0,4%, e para o teste com dados reais, o TVE é inferior a 2%.
Abstract: Currently, the increasing use of nonlinear loads and power electronics-based equipment has significantly contributed to the rise of harmonic distortions in electrical signals. This continuous growth in harmonic distortion levels in distribution electrical networks has raised serious concerns for both utilities and system customers, as the presence of these harmonic sources can compromise the efficiency of energy generation, transmission, and utilization. Traditionally, the analysis of harmonic distortion contributions at a specific point in the electrical system is conducted by considering only the contributions from the load side and the main source side. However, for a more accurate and reliable evaluation, it is essential to quantify the individual contributions of different harmonic sources. In this context, this paper presents an innovative methodology to estimate harmonic transfer impedances in power systems with multiple harmonic sources. The objective is to determine the responsibility of each harmonic source for the total harmonic distortion at a specific bus within the system, addressing a critical issue in the field of power quality. To achieve this objective, it is necessary to estimate not only the individual harmonic sources but also the transfer impedances between each source and the bus under analysis. Most methods to solve this problem rely on proper network modeling or restrict harmonic source variations to a single source at a time. The proposed methodology overcomes this limitation. For this purpose, synchronized current and voltage phasors are measured at the bus under analysis. After collecting the measurements, the Independent Component Analysis (ICA) method is applied to estimate the Norton equivalent. The harmonic transfer impedance is then determined using the information provided by ICA. To enhance the accuracy of harmonic transfer impedance estimation, three procedures are employed to analyze the data of the parameters provided by ICA over time, generating a well-conditioned system. Once the harmonic transfer impedance is satisfactorily determined, the individual harmonic contributions, i.e., harmonic responsibilities, can be accurately estimated. The effectiveness and performance of the method are demonstrated through computational simulations applied to distribution and transmission systems. Furthermore, the methodology is validated using real data collected from a Brazilian transmission system monitored by synchronized power quality measurement units. The simulated results show that the Total Vector Error (TVE) is less than 0.4%, and for the real data test, the TVE is less than 2%.
Keywords: Qualidade de energia elétrica
Smart-grids
Estimação de impedância harmônica
Análise de componentes independentes
Responsabilidade harmônica
Transferência harmônica
Identificação de fontes
Electric power quality
Harmonic impedance estimation
Independent component analysis
Harmonic responsibility
Harmonic transfer
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/18836
Issue Date: 28-Feb-2025
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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