Separação e estimação de harmônicos e inter-harmônicos em sinais do sistema elétrico de potência baseadas na análise de componentes independentes - Oliveira, Patrick Santos de (2019)
O Sistema Elétrico de Potência (SEP) sofre cada vez mais com distúrbios eletromagnéticos que impactam nos consumidores do sistema em seus diversos níveis de fornecimento. O constante crescimento da geração distribuída e renovável contribui para a necessidade de revisão dos limites estabelecidos pelas normas reguladoras. Afundamentos de tensão, Flicker, desbalanço de fase e distorção harmônica estão entre os eventos que podem deteriorar a qualidade da energia elétrica (QEE). Neste contexto, este trabalho apresenta um novo método para separação de harmônicos e inter-harmônicos em sinais do SEP baseado na Análise de Componentes Independentes (ICA). A primeira etapa do método é a montagem de uma matriz de misturas, pelo método de Análise de Componentes Independentes de Canal Único (SCICA), com M versões atrasadas do sinal analisado, aplicando-se em seguida, o algoritmo de identificação cega de segunda ordem (SOBI) para estimação dos componentes independentes. Na sequência, os sinais são agrupados através de filtros casados sintonizados nas frequências dos harmônicos de interesse. Filtros FIR adaptativos são projetados automaticamente para realizar a filtragem de cada harmônico baseada na resposta dos componentes harmônicos detectados pelos filtros casados. Os pares de componentes inter-harmônicos são identificados por similaridade espectral, após a exclusão de componentes indesejados, sendo extraídos do sinal. Para avaliar o desempenho do método, são aplicados sinais sintéticos e reais, com harmônicos, inter-harmônicos, e distúrbios simultâneos. Os resultados são avaliados pelo de erro quadrático médio relativo (RRMSE) e diferença espectral relativa (RSD), comparando-se as saídas do método com os sinais originais. O método mostrou bom desempenho na extração dos componentes independentes, mesmo na presença de harmônicos variantes no tempo, relação sinal ruído baixa e na presença de outros distúrbios. Foram obtidos resultados com os menores RRMSE nos casos simulados com diferentes níveis de afundamento quando comparados a outros métodos de estimação e separação de harmônicos. Sinais reais de tensão e corrente foram aplicados ao método, e inúmeros componentes harmônicos foram extraídos, o que possibilitou o cálculo de níveis de distorção harmônica dos sinais, mesmo com o comportamento variante no tempo deste tipo de fonte. É exigido baixo nível de parametrização, uma vez que os harmônicos presentes no sinal são identificados e os inter harmônicos são detectados, realizando a extração de componentes adaptada ao conteúdo da janela. O método não apresentou o menor RRMSE para os sinais simulados invariantes no tempo, no entanto, manteve o erro abaixo de 3, 5.10−3. O método proposto apresentou o menor RRMSE para sinais variantes no tempo comparado aos demais métodos analisados, dentre eles, com valor inferior a 5.10−3 para um afundamento de 60%. Embora o algoritmo SOBI tenha sido utilizado com a finalidade de separação dos componentes independentes, o método permite a possibilidade de utilização de outro algoritmo de separação cega, dando maior flexibilidade de implementação. Dessa forma, o método se mostrou capaz de ser utilizado para uma grande variedade de sinais.