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Enhanced power flow methods in complex plane for VSC-MTDC hybrid AC/DC transmission grids

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dc.creator CHAGAS, Guilherme Souto
dc.date.issued 2022-08-24
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3434
dc.description.abstract The power flow problem is composed of phasor variables and quantities and thus can be naturally formulated in the complex domain; however, their applications are commonly developed in the real domain. The solution via the Newton-Raphson method, for example, would be restricted in the real domain once the Taylor series expansion in terms of complex variables alone does not exist. Thanks to the Wirtinger calculus, a Newton-Raphson method based on Taylor series expansions of nonlinear functions of complex variables and their complex conjugates becomes possible. As new technologies are implemented in power systems, such as the incorporation of FACTS devices, the development of power flow applications becomes increasingly intricate, and maintaining their formulations in the real domain is preceded by an arduous algebra task. To overcome this difficulty, a series of power flow solution methods are proposed in this work, specified to solve multiterminal AC/DC hybrid systems, being formulated in the complex plane without any loss of precision. Both sequential and unified approaches for solving hybrid AC/DC power flow are derived in the complex plane. In order to improve the performance of the algorithms, an exact second-order power flow algorithm in the complex domain is also proposed. Such power flow models in the complex plane are naturally developed in Cartesian coordinates; therefore, most constraint equations can be written as quadratic functions. Consequently, the Taylor series expansion stops at its second order and the exact non-linearity of complex quadratic power flow equations is maintained. Minor changes in the code structure are required to transform the Newton-Raphson method into the exact power flow approach in the complex plane. The new algorithm exhibits either a superior behavior in fully AC or hybrid AC/DC networks. In order to show the validity of its formulations, the proposed algorithms are implemented in Matlab for well-established case studies of the IEEE-14, -30, -57 and -118 bus, a modified version of the IEEE Two Area RTS-96, and the Brazilian Southern-equivalent of 1916-buses, termed as SIN-1916. The features and advantages of the proposed algorithms are illustrated through the test systems interconnected across a DC network prone to several scenarios, e.g., topology, voltage control, and interchanging of active power. pt_BR
dc.language eng pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Fluxo de carga AC/DC sequencial pt_BR
dc.subject Fluxo de carga AC/DC unificado pt_BR
dc.subject Fluxo de carga de segunda ordem pt_BR
dc.subject Método Newton-Raphson no domínio complexo pt_BR
dc.subject Redes de transmissão MTDC pt_BR
dc.subject VSC-HVDC pt_BR
dc.subject Wirtinger calculus pt_BR
dc.title Enhanced power flow methods in complex plane for VSC-MTDC hybrid AC/DC transmission grids pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2022-11-29
dc.date.available 2022-11-29T17:17:48Z
dc.date.accessioned 2022-11-29T17:17:48Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/0586763522925200 pt_BR
dc.contributor.advisor1 PIRES, Robson Celso
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/2131526170951254 pt_BR
dc.description.resumo O problema de fluxo de carga é composto por variáveis e grandezas fasoriais e pode ser naturalmente formulado no domínio complexo; porém, suas aplicações são comumente desenvolvidas no domínio real. A solução via o método de Newton-Raphson, por exemplo, estaria restrita ao domínio real uma vez que a expansão em séries d Taylor em termos somente das variáveis complexas não existe. Mas, graças ao cálculo de Wirtinger, um método de Newton-Raphson baseado em expansões em série de Taylor de funções não lineares de variáveis complexas e seus conjugados complexos se faz possível. A medida em que novas tecnologias são implementadas nos sistemas de potência, como a incorporação de dispositivos FACTS, o desenvolvimento de aplicações de fluxo de carga se torna cada vez mais complexa, e manter suas formulações no domínio real necessita de uma árdua tarefa de álgebra. Para superar esta dificuldade, uma série de métodos de solução de fluxo de potência é proposta neste trabalho, especificados para solucionar sistemas híbridos AC/DC multi-terminal, sendo formuladas no plano complexo sem qualquer perda de precisão. Tanto a abordagem sequencial quanto a unificada para a solução do fluxo de potência híbrido AC/DC são derivadas no plano complexo. Com o objetivo de melhorar o desempenho dos algoritmos, também é proposto um algoritmo exato de fluxo de potência de segunda ordem no domínio complexo. Tais modelos de fluxo de potência no plano complexo são naturalmente desenvolvidos em coordenadas cartesianas; logo, a maioria das equações de restrições pode ser escrita como funções quadráticas. Consequentemente, a expansão em séries de Taylor se encerra na sua segunda ordem e a não linearidade exata das equações complexas quadráticas de fluxo de potência é mantida. Pequenas alterações na estrutura do código são necessárias para transformar o método de Newton-Raphson na abordagem exata do fluxo de potência no plano complexo. O novo algoritmo exibe um comportamento superior em redes totalmente AC ou híbridas AC/DC. A fim de mostrar a validade de suas formulações, os algoritmos propostos são implementados em Matlab para estudos de casos bem estabelecidos dos sistemas teste IEEE-14, -30, -57 e -118 barras, uma versão modificada do sistema de duas áreas IEEE RTS-96, e o sistema interligado nacional SIN-1916 barras. As características e vantagens dos algoritmos propostos são ilustradas através dos sistemas teste interligados através de uma rede DC propensa a vários cenários sob diferentes topologias, controles de tensão e injeções de potência ativa, por exemplo. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA pt_BR
dc.relation.references CHAGAS, Guilherme Souto. Enhanced power flow methods in complex plane for VSC-MTDC hybrid AC/DC transmission grids. 2022. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2022. pt_BR


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