Um algoritmo para estimação de estado em alimentadores de distribuição de energia elétrica com base no método da soma de potências

Most algorithms for state estimation based on the classical model are just adequate for use in transmission networks. Few algorithms were developed specifically for distribution systems, probably because of the little amount of data available in real time. Most overhead feeders possess just current and voltage measurements at the middle voltage bus-bar at the substation. In this way, classical algorithms are of difficult implementation, even considering off-line acquired data as pseudo-measurements. However, the necessity of automating the operation of distribution networks, mainly in regard to the selectivity of protection systems, as well to implement possibilities of load transfer maneuvers, is changing the network planning policy. In this way, some equipments incorporating telemetry and command modules have been installed in order to improve operational features, and so increasing the amount of measurement data available in real-time in the System Operation Center (SOC). This encourages the development of a state estimator model, involving real-time information and pseudo-measurements of loads, that are built from typical power factors and utilization factors (demand factors) of distribution transformers. This work reports about the development of a new state estimation method, specific for radial distribution systems. The main algorithm of the method is based on the power summation load flow. The estimation is carried out piecewise, section by section of the feeder, going from the substation to the terminal nodes. For each section, a measurement model is built, resulting in a nonlinear overdetermined equations set, whose solution is achieved by the Gaussian normal equation. The estimated variables of a section are used as pseudo-measurements for the next section. In general, a measurement set for a generic section consists of pseudo-measurements of power flows and nodal voltages obtained from the previous section or measurements in real-time, if they exist -, besides pseudomeasurements of injected powers for the power summations, whose functions are the load flow equations, assuming that the network can be represented by its single-phase equivalent. The great advantage of the algorithm is its simplicity and low computational effort. Moreover, the algorithm is very efficient, in regard to the accuracy of the estimated values. Besides the power summation state estimator, this work shows how other algorithms could be adapted to provide state estimation of middle voltage substations and networks, namely Schweppes method and an algorithm based on current proportionality, that is usually adopted for network planning tasks. Both estimators were implemented not only as alternatives for the proposed method, but also looking for getting results that give support for its validation. Once in most cases no power measurement is performed at beginning of the feeder and this is required for implementing the power summation estimations method, a new algorithm for estimating the network variables at the middle voltage bus-bar was also developed

A grande maioria dos algoritmos de estimação de estado, que usa o modelo clássico, se destina à aplicação em sistemas de transmissão. Há poucos algoritmos para sistemas de distribuição. Isto se deve em parte, a pequena quantidade de dados de medição disponíveis em tempo real. A maioria dos alimentadores só dispõe de medição de corrente na saída do barramento de média tensão da subestação. Dessa forma, a aplicação de algoritmos tradicionais de estimação de estado para a supervisão de alimentadores pode ser inadequada, mesmo considerando dados obtidos off-line através de pseudomedições. Entretanto, a necessidade de automatização da operação dos sistemas de distribuição, principalmente no que diz respeito à seletividade quando da presença de defeitos, fez surgir alguns equipamentos telecomandados, que incorporam módulos de telemedição de algumas grandezas da rede, que podem ser transmitidas em tempo real para o centro de operação do sistema COS. Isso permite o desenvolvimento de um novo modelo de estimador de estado, envolvendo medidas reais e pseudomedidas de cargas, que são construídas a partir da definição de fatores de potência e de utilização típicos de sistemas de distribuição. O presente trabalho trata do desenvolvimento de um novo modelo de estimador de estado voltado para sistemas de distribuição, particularmente, alimentadores radiais. Baseia-se no algoritmo do fluxo de carga soma de potências. Daí o nome estimador de estado de soma de potências. O método faz a estimação de alimentador por seção, partindo da subestação para os ramais. Para cada seção é construído o modelo de medição. Isto resulta em sistemas de equações não-lineares, sobre determinados, que requerem uma solução iterativa. Obtém-se essa solução através do método dos mínimos quadrados ponderados via equação normal de Gauss. As grandezas estimadas em uma seção são usadas como pseudomedidas para estimar a seção subseqüente. O conjunto de medição de cada seção é constituído por pseudomedidas ou medidas de fluxos de potência nos trechos e tensões nodais, em tempo real, e por pseudomedidas de injeções de potências nos nós. As pseudomedidas de injeções de potência são construídas a partir das equações clássicas de potências injetadas, usadas no estudo de fluxo de carga. Assume-se ainda, que o sistema trifásico pode ser representado por seu equivalente monofásico. A grande vantagem do algoritmo está na simplicidade e rapidez do programa computacional que o implementa. Além disso, é muito eficiente no que diz respeito à exatidão das grandezas estimadas. Além do estimador soma de potências, este trabalho mostra como outros algoritmos poderiam ser adaptados para prover estimação de estado de subestações e circuitos de média tensão, isto é, o método de Schweppe e um algoritmo baseado em proporcionalidade de corrente, que normalmente é usado em estudos de planejamento de redes. Ambos os estimadores foram implementados não somente como alternativas para o método proposto, mas também procurando obter resultados para servir de suporte para sua validação. Uma vez que na maioria dos casos não há medição de potências na saída para o alimentador e esta é requerida para implementação do método da soma de potências, um novo algoritmo para estimar as grandezas de rede em barra de média tensão foi também desenvolvido