Estimação de estados trifásica a quatro fios para sistemas de distribuição multiaterrados: uma abordagem considerando pseudomedidas associadas ao neutro - Diogo, Vinicius Moreira Rodrigues (2024)
Atualmente, há uma crescente necessidade de realizar o monitoramento de grandezas elétricas em redes de distribuição. Entretanto, as técnicas tradicionais de estimação de estados não podem ser aplicadas diretamente a essas redes devido às características intrínsecas como cargas desequilibradas, topologia predominantemente radial e número limitado de medidores instalados ao longo de alimentadores de média tensão. Neste complexo cenário, além de medidas obtidas em tempo real, é necessário utilizar informações suplementares que auxiliem na estimativa do estado operativo da rede. Tais informações são chamadas de pseudomedidas e são associadas tradicionalmente a valores de potências ativa e reativa demandadas obtidas através de dados históricos de consumo de energia mensal de cada consumidor. Devido à escassez de pesquisas considerando a estimação de estados (EE) trifásica a quatro fios para sistemas de distribuição, este trabalho apresenta uma nova abordagem para a EE em redes multiaterradas. Na metodologia proposta, o vetor de variáveis de estados é composto pelas correntes ramais em coordenadas retangulares e as medidas são obtidas preconizando o uso de PMUs (Phasor Measurement Units) instaladas ao longo de alimentadores radiais. O modelo trifásico a quatro fios é considerado para os elementos da rede representando o condutor neutro e a impedância de aterramento. Um problema de otimização é formulado para determinar o estado operativo do sistema baseado em uma função objetivo definida pelo conceito dos mínimos quadrados ponderados. Pseudomedidas referentes às cargas são modeladas por restrições de desigualdade para suprir a falta de medições em tempo real, assumindo um cenário com escassez de medidores fasoriais que permitem monitoramento em tempo real. Para demonstrar a efetividade do método proposto são conduzidas simulações utilizando o sistema teste Kersting de 21 barras e o sistema de 33 barras modificado assumindo diferentes posicionamentos de medidores, cenários de carga e impedâncias de aterramento. Análises do impacto da presença de geração distribuída no sistema de 33 barras também são inclusas no estudo realizado. Adicionalmente, o impacto do aumento de carga na determinação da tensão de neutro e fator de desequilíbrio serão abordados a fim de atestar a eficácia do método proposto. Uma importante contribuição deste trabalho é a adição de pseudomedidas, tratadas como restrições de desigualdade referentes à potência dissipada no neutro, auxiliando na redução de erros para todas as fases e permitindo estimar a magnitude da tensão de neutro, NEV (Neutral-to-Earth Voltage) e desequilíbrio entre fases, com erros de estimação reduzidos.