BR102018067380B1 - Sistema de detecção de oscilação na rede de energia elétrica - Google Patents

Sistema de detecção de oscilação na rede de energia elétrica Download PDF

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Abstract

SISTEMAS E MÉTODOS PARA DETECTAR E AVALIAR OSCILAÇÕES NA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA. Várias realizações descritas nesta divulgação pertencem a métodos e sistemas para detectar e avaliar oscilações em uma rede de energia elétrica. As oscilações podem incluir uma ou mais condições oscilatórias, que podem ocorrer em uma ou mais das cinco faixas de frequência predefinidas. Cada uma das cinco faixas de frequência predefinidas é classificada, pelo menos em parte, por oscilações que são originadas unicamente por diferentes fontes. Em uma realização, um detector de oscilação pode ser usado para detectar a condição oscilatória e determinar uma característica de magnitude, uma característica de fase e/ou uma característica de amortecimento de pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[00001] Esta invenção geralmente refere-se à detecção de oscilação e, mais particularmente, a sistemas e métodos para detectar e avaliar oscilações na rede de energia elétrica.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[00002] Uma rede de energia elétrica tipicamente inclui vários componentes como linhas de transmissão, postes, geradores de energia elétrica, transformadores e disjuntores, que são instalados em uma grande área geográfica. No cliente final da rede de energia elétrica, uma ampla variedade de elementos, como elementos de iluminação (por exemplo, lâmpadas e luminárias), elementos de aquecimento/resfriamento (por exemplo, aquecedores e ares condicionados) e equipamentos industriais (por exemplo, motores elétricos e maquinário elétrico) operam como uma carga distribuída diversa, que puxa energia elétrica através da rede de energia elétrica. Os vários componentes que constituem a rede de energia elétrica e os vários componentes que constituem a carga na rede de energia elétrica são submetidos a várias forças elétricas, mecânicas, eletromecânicas e ambientais que podem levar a condições oscilatórias indesejáveis.
[00003] Por exemplo, um tipo de oscilação pode ser criado em uma linha de transmissão de energia devido ao movimento giratório de um rotor em um gerador de energia elétrica. Outro tipo de oscilação pode ser criado em uma linha de transmissão de energia devido a comutação provisória ou outras anomalias elétricas geradas, por exemplo, por uma fonte de alimentação de comutação que tem modo de operação de comutação. Ainda outro tipo de oscilação pode ser criado em uma linha de transmissão de energia devido à natureza da impedância (indutância distribuída e capacitância distribuída) apresentada pela linha de transmissão de energia para um gerador de energia elétrica, por exemplo.
[00004] Algumas dessas oscilações indesejáveis são amortecidas automaticamente e não têm um impacto significativo nas operações. No entanto, alguns outros tipos de oscilações, como os causados por linhas de transmissão de energia muito longas, dispositivos contendo eletrônica de potência e geradores síncronos interagindo uns com os outros, podem levar a instabilidades operacionais e danos a vários componentes da rede de energia elétrica. Essas oscilações indesejáveis pode ter efeitos adversos sobre a rede de energia elétrica e componentes acoplados à rede de energia elétrica.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[00005] Realizações da invenção são geralmente direcionadas a sistemas e métodos para detectar e avaliar oscilações em uma rede de energia elétrica.
[00006] De acordo com uma realização exemplar da invenção, um sistema pode incluir um detector de oscilação. O detector de oscilação é configurado para receber dados digitais indicativos de flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através de uma rede de energia elétrica; processar os dados digitais para detectar uma condição oscilatória em pelo menos um dentre cinco faixas de frequência predefinidas; e mediante a detecção da condição oscilatória, determinar pelo menos uma dentre uma característica de magnitude, uma característica de fase ou uma característica de amortecimento de pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória.
[00007] De acordo com outra realização exemplar da invenção, um método pode incluir receber dados digitais indicativos de flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através de uma rede de energia elétrica; processar os dados digitais para detectar uma condição oscilatória na rede de energia elétrica; e mediante a detecção da condição oscilatória, determinar pelo menos uma dentre uma característica de magnitude, uma característica de fase ou uma característica de amortecimento de pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória.
[00008] De acordo com ainda outra realização exemplar da invenção, um método pode incluir obter, em tempo real, dados do sensor indicativos de flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através de uma rede de energia elétrica; converter, em tempo real, os dados do sensor para amostras de dados digitais; processar os dados digitais para detectar uma condição oscilatória na rede de energia elétrica; e mediante a detecção da condição oscilatória, determinar pelo menos uma dentre uma característica de magnitude, uma característica de fase ou uma característica de amortecimento de pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória.
[00009] Outras realizações da invenção se tornarão aparentes a partir da seguinte descrição tomada em conjunto com as Figuras a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[00010] Tendo assim descrito a invenção em termos gerais, será feita agora referência aos desenhos anexos, que não são necessariamente desenhados em escala, e em que:
[00011] A Figura 1 ilustra um sistema de monitoramento de oscilação acoplado a uma rede de energia elétrica de acordo com a uma realização exemplar da invenção.
[00012] A Figura 2 ilustra alguns elementos exemplares que podem ser incluídos no sistema de monitoramento de oscilação mostrado na Figura 1.
[00013] A Figura 3 ilustra alguns elementos exemplares que podem ser utilizados para extração envelope em uma porção de detector de sinal do sistema de monitoramento mostrado na Figura 1.
[00014] A invenção será descrita de forma mais completa a seguir com referência às Figuras, nas quais realizações da invenção são mostradas. Esta invenção pode ser, no entanto, realizada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às realizações apresentadas no presente pedido; em vez disso, estas realizações são fornecidas para que essa invenção satisfaça os requisitos legais aplicáveis. Números semelhantes se referem a elementos semelhantes no todo. Deve-se entender que determinadas palavras e termos são usados no presente pedido unicamente para conveniência e essas palavras e termos devem ser interpretados como se referindo a vários objetos e ações que são geralmente entendidos de várias formas e por técnicos no assunto. Além disso, a palavra “exemplo”, como usada no presente pedido, tem a intenção de ser por natureza não excludente e não limitante. Mais particularmente, a palavra “exemplar”, como usada no presente pedido, indica um entre diversos exemplos, e deve ser entendida que nenhuma ênfase indevida ou preferência está sendo direcionada para o exemplo particular sendo descrito.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[00015] Em termos de uma visão geral, certas realizações descritas nesta invenção pertencem a sistemas e métodos exemplares que podem ser usados para detectar e avaliar oscilações em uma rede de energia elétrica. Esses sistemas e métodos podem ser implementados, por exemplo, por um sistema de monitoramento de oscilação com um detector de oscilação. As oscilações podem incluir, por exemplo, uma condição oscilatória que pode ocorrer em uma ou mais das cinco faixas de frequência predefinidas. Cada uma das cinco faixas de frequência predefinidas é classificada, pelo menos em parte, por oscilações que são originadas unicamente por diferentes fontes. Por exemplo, uma oscilação na primeira faixa de frequência predefinida pode ser originadas por um regulador ou uma condição de controle de geração automática em um componente que é uma parte da rede de energia elétrica; uma oscilação na segunda faixa de frequência predefinida pode ser originada por uma oscilação entre áreas; uma oscilação na terceira faixa de frequência predefinida pode ser uma oscilação forçada foi originada por uma interação operacional entre dois ou mais componentes acoplados à rede de energia elétrica; uma oscilação na quarta faixa de frequência predefinida pode ser originada por uma condição de ressonância subsíncrona ou uma interação torsional subsíncrona entre dois componentes acoplados à rede de energia elétrica; e uma oscilação na quinta faixa de frequência predefinida pode ser originada por correntes geomagneticamente induzidas presentes em pelo menos um componente que é uma parte da rede de energia elétrica. Quando uma condição oscilatória é detectada, um detector de oscilação pode determinar uma característica de magnitude, uma característica de fase e/ou uma característica de amortecimento de pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória.
[00016] Em geral, e de acordo com as várias realizações da invenção, a primeira faixa de frequência predefinida podem se estender de cerca de 0,01 Hz a cerca de 0,1 Hz, a segunda faixa de frequência predefinida pode se estender de cerca de 0,1 Hz a cerca de 1,0 Hz, a terceira faixa de frequência predefinida pode se estender de cerca de 1,0 Hz a cerca de 10 Hz, a quarta faixa de frequência predefinida pode se estender de cerca de 10 Hz a cerca de 45 Hz (ou 55 Hz dependendo da frequência de operação nominal do sistema) e a quinta faixa de frequência predefinida pode incluir um componente de corrente contínua (DC). A quinta faixa de frequência predefinida ainda pode incluir as correntes induzidas eletromagneticamente que são originadas por fontes como o sol.
[00017] A Figura 1 ilustra um sistema de monitoramento de oscilação (150) acoplado a uma rede de energia elétrica (110) de acordo com uma realização exemplar da invenção. A rede de energia elétrica (110) pode, em certos casos, incluir um número relativamente grande de componentes e sistemas que estão conectados entre si, de modo a permitir transporte de energia elétrica gerada por usinas de energia geograficamente dispersas para usuários finais geograficamente dispersos, como consumidores industriais, consumidores residenciais e/ou consumidores comerciais. Alguns exemplos de componentes e sistemas que podem ser uma parte da rede de energia elétrica (110) incluem geradores de energia (111), transformadores de energia (112), equipamento de proteção (113) (relês, disjuntores, fusíveis, etc.) e linhas de energia (114). Alguns exemplos de componentes e sistemas que podem ser acoplados à rede de energia elétrica (110) podem incluir equipamento comercial (105) usado por consumidores comerciais (equipamento de escritório (106), controle de temperatura (107), sistemas de computador (108), etc.), equipamento industrial (115) usado por consumidores industriais (motor AC (116), sistema de comutação (117), conversor AC-para-DC (118), etc.) e equipamento residencial (120) usado por consumidores residenciais (iluminação (121), aquecimento (122), refrigeração (123), etc.).
[00018] Os vários componentes que são uma parte da rede de energia elétrica (110) e/ou são acoplados à rede de energia elétrica (110) podem, individualmente ou em cooperação entre si criar oscilações indesejáveis que podem causar danos se deixados não detectados e não endereçados. Uma fonte adicional de oscilações indesejáveis pode ser atribuída à energia eletromagnética (104) irradiada pelo sol. A energia eletromagnética (104) pode facilitar as correntes induzidas eletromagneticamente na rede de energia elétrica (110).
[00019] A detecção e o endereçamento dessas oscilações indesejáveis pode ser realizado pelo uso de vários sensores que são acoplados à rede de energia elétrica (110) para fornecer dados de sensor para o sistema de monitoramento (150). Por exemplo, o sensor (130) pode ser acoplado a uma ou mais linhas de energia (114) para obter dados de frequência de linha de energia (frequência de linha de energia, bem como qualquer frequência de oscilação que pode estar presente nas linhas de energia (114)). O sensor (125) pode ser acoplado a um dos geradores (111) e/ou a um dos transformadores (112), por exemplo, a fim de obter dados de frequência pertencentes às frequências de oscilação que podem estar presentes nos geradores (111) e/ou nos transformadores (112). Os dados de frequência coletados pelos sensores, como pelo sensor (125) e pelo sensor (130) são acoplados a uma interface de sistema (135) do sistema de monitoramento de oscilação (150).
[00020] Em uma realização exemplar, a interface de sistema (135) pode incluir um ou mais filtros de frequência como, por exemplo, um ou mais filtros de faixa de passagem, cada um tendo uma característica de faixa de passagem que impede a distorção de qualquer uma das respectivas quatro primeiras faixas de frequência predefinidas. Um filtro passa-baixa pode ser usado no lugar de um filtro passa-faixa para a quinta faixa de frequência predefinida porque a quinta faixa de frequência predefinida pode incluir um componente DC.
[00021] O sinal analógico que é a saída pela interface de sistema (135) é acoplado a um conversor analógico para digital (ADC) (140) que converte o sinal analógico para amostras de dados digitais. As amostras de dados digitais, as quais indicam flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através da rede de energia elétrica (110), são fornecidas para o detector de oscilação (145) a uma taxa de amostragem desejada (como 3840 amostras por segundo) para detectar e avaliar uma ou mais condições oscilatórias que podem estar presentes na rede de energia elétrica (110). Em uma realização exemplar, as amostras de dados digitais podem ser processadas por um processador de dados (155) a fim de obter dados digitais processados que representam, por exemplo, medições de tensão, medições de corrente e/ou medições de energia. Os dados digitais processados são fornecidos para o detector de oscilação (145) para detectar e avaliar uma ou mais condições oscilatórias que podem estar presentes na rede de energia elétrica (110).
[00022] Em outra realização exemplar, o processador de dados (155) pode ser configurado para operar como um filtro de frequência programável. O filtro de frequência programável pode ser, por exemplo, um filtro de impulso finito (FIR) que fornece uma dentre uma característica de uma passa- faixa (bandpass) que corresponde a uma das quatro faixas de frequência predefinidas ou a uma característica passa-baixa (lowpass) que corresponde à quinta faixa de frequência predefinida (baseada em uma frequência de oscilação de interesse). Desta forma, quando o sistema de monitoramento de oscilação (150) é configurado em um primeiro instante no tempo para detectar e avaliar uma frequência de oscilação na quarta faixa de frequência predefinida, o FIR é configurado durante o primeiro instante no tempo para propagar frequências presentes na quarta faixa de frequência predefinida, e reconfigurado em um instante posterior para propagar frequências presentes na terceira faixa de frequência predefinida a fim de permitir o sistema de monitoramento de oscilação (150) para detectar e avaliar uma frequência de oscilação na terceira faixa de frequência predefinida.
[00023] A Figura 2 ilustra alguns elementos exemplares que podem ser incluídos no detector de oscilação (145). Os elementos exemplares do detector de oscilação (145) são mostrados como blocos funcionais. Estes blocos funcionais podem ser implementados em hardware, software ou uma combinação de hardware e software. Por exemplo, a detecção de oscilação (211) que é uma parte de um detector de sinal exemplar (210) pode ser implementada com o uso de dispositivos lógicos, e cada dizimação (212), extração de magnitude fundamental (213) e blocos de extração do envelope (214), que também estão incluídos no detector de sinal (210), podem ser implementados com o uso de um processador de sinal digital (DSP) e/ou de um processador que executa instruções legíveis e executáveis por computador.
[00024] O detector de sinal exemplar (210) recebe as amostras de dados digitais fornecidas pelo ADC (140) através da ligação (141) e executa um ou mais dos blocos exemplares que incluem detecção de oscilação (211), dizimação (212), extração de magnitude fundamental (213) e extração do envelope (214). A detecção de oscilação (211) pode incluir um ou mais filtros para detectar uma frequência de oscilação que contribui para uma condição oscilatória indesejável na rede de energia elétrica (110). A dizimação (212) pode ser usada para converter a taxa de amostragem das amostras de dados digitais para uma taxa de amostragem diferente, tais como a partir de 3840 amostras por segundo para 480 amostras por segundo, por exemplo. A extração de magnitude fundamental (213) determina uma característica de magnitude de uma ou mais frequência de oscilação. Em uma realização exemplar, a característica de magnitude é definida em uma base por unidade que é calculada com o uso de técnicas de Fourier.
[00025] A extração do envelope (214) pode ser usada particularmente quando operando com amostras de dados digitais que têm componentes de frequência na quarta faixa de frequência. Mais detalhes pertinentes à extração do envelope (214) serão descritos abaixo com o uso da Figura 3.
[00026] A saída do detector de sinal (210) constitui amostras de dados digitais que foram filtradas, bem como operadas de várias maneiras como as descritas acima. As amostras de dados digitais, as quais podem pertencer a qualquer uma das cinco faixas de frequência predefinidas, é validada através de validação (215) para verificar que as amostras de dados digitais pertencem a uma faixa de frequência específica entre as cinco faixas de frequência predefinidas. Em uma realização exemplar, a validação 215 pode ser realizada, por uma verificação de validação de domínio no tempo. A validação 215 também podem incluir outras operações, como verificação de faixa inativa para determinar se amostras de AC positivas consecutivas excedem um limiar de faixa inativa superior e/ou amostras de AC negativas consecutivas excedem um limiar de faixa inativa inferior. Os limiares de faixa inativa podem incluir níveis de tolerância para acomodar condições de estado estacionário nas amostras de dados digitais e evitar processamento adicional mediante as amostras de dados digitais quando ruído de baixa magnitude estiver presente.
[00027] A estimativa de frequência de oscilação (220) pode ser executada imediatamente após a validação (215), particularmente para detectar uma oscilação de baixa frequência entre áreas. Um procedimento de estimativa de frequência de domínio de tempo ode ser usado para estimar uma frequência bruta de uma frequência de oscilação, seguido por magnitude de oscilação e estimativa de fase (225). A magnitude de oscilação e estimativa de fase (225) podem ser realizadas usando uma transformada de Fourier de ciclo de comprimento inteiro de janela adaptativa. O comprimento da janela (por exemplo, quantidade de dados a ser operado) na transformada de Fourier pode ser ajustado com base na frequência de oscilação estimada.
[00028] A estimativa de razão de amortecimento de oscilação (230) pode ser então realizada pelo processamento das amostras de dados digitais. O processamento, que pode incluir o uso de um algoritmo para determinar um coeficiente de amortecimento, fornece uma indicação da natureza das características de amortecimento (se a magnitude é crescente ou decrescente com o tempo).
[00029] Será pertinente salientar que uma ou mais estimativas de frequência de oscilação (220), magnitude de oscilação e estimativa de fase (225), e/ou razão de amortecimento de oscilação (230), podem ser omitidas ou devidamente modificadas quando as amostras de dados digitais fornecidas pelo detector de sinal (210) correspondem ao componente DC ou a um componente de frequência muito baixa na quinta faixa de frequência predefinida.
[00030] A lógica de alarme e manobra (235) pode rapidamente gerar uma ação corretiva, uma operação de proteção e/ou um aviso quando uma magnitude, uma fase e/ou um coeficiente de amortecimento excede os limiares predefinidos. Por exemplo, uma ação corretiva pode ser iniciados assim que a estimativa de frequência de oscilação (220) e a magnitude de oscilação e a estimativa de fase (225) forneçam resultados dentro de uma faixa de ou abrangendo cerca de 1,25 a cerca de 1,75 ciclos de oscilação mediante início da frequência de oscilação e/ou quando a razão de amortecimento de oscilação (230) fornece resultados dentro de uma faixa de ou abrangendo cerca de 2,5 a cerca de 3,5 ciclos de oscilação mediante início da frequência de oscilação. Os presentes limiares podem ser determinados por várias entidades, como um operador local, um técnico, um projetista ou um fabricante do sistema de monitoramento de oscilação (150). Um exemplo de um limiar predefinido é uma razão de amortecimento que é estabelecida por uma das várias entidades.
[00031] Medidas corretivas podem incluir a oposição à condição oscilatória, modificando e/ou interrompendo a operação de um ou mais elementos que contribuem para a condição oscilatória. Por exemplo, a lógica de alarme e manobra (235) pode transmitir um sinal de controle através da linha (146) para equipamentos de proteção (113) a fim de evitar que o sistema de comutação (117), por exemplo, a partir da injeção de sinais na rede de energia elétrica (110) que contribui para uma condição oscilatória na rede de energia elétrica (110). O sinal de controle pode ser usado para operar um disjuntor, um fusível e/ou um interruptor, por exemplo, para isolar o sistema de comutação (117) da rede de energia elétrica (110). Em outro exemplo, a lógica de alarme e manobra (235) pode transmitir um sinal de alarme através da linha 146 para uma instalação de controle ou para um técnico para a tomada de ação corretiva.
[00032] A Figura 3 ilustra alguns elementos exemplares que podem ser utilizados para extração do envelope (214) no detector de sinal 210 mostrado na Figura 2. A extração do envelope (214) é particularmente associada à quarta faixa de frequência predefinida (cerca de 10 Hz a cerca de 45/55 Hz). A frequência de 45 Hz é aplicável quando a frequência nominal do sistema de energia elétrica transmitida através da rede de energia elétrica (110) é de cerca de 50 Hz, e os 55 Hz são aplicáveis quando a frequência nominal do sistema de energia elétrica transmitida através da rede de energia elétrica (110) é de cerca de 60 Hz. Nesta realização exemplar, os dados digitais são fornecidos pela ADC (140) (mostrado na Fig. 1) através da ligação (141) a uma taxa de 64 amostras por ciclo. Em outras realizações, outras taxas de amostra podem ser usadas.
[00033] O filtro de resposta de impulso infinito de passa-alta (IIR) (305) opera sob as amostras de dados digitais (64 amostras por ciclo) para a saída de um primeiro fluxo de dados digitais filtrados “yH” por que, em seguida, é operado por um filtro de resposta de impulso finito passa-baixa (FIR) (310). A saída do filtro FIR passa-baixa (310) é um segundo fluxo de dados digitais filtrados “yL”, que é acoplado a um par de filtros ortogonais (filtro FIR (315) e filtro FIR (325)). O filtro FIR (315) opera mediante um componente de quadratura “hs” do segundo fluxo de dados digitais filtrados “yL” e produz um fluxo de dados digitais filtrado “ys”. O filtro FIR (325) opera mediante um componente real “hc” do segundo fluxo de dados digitais filtrados “yL” e produz um fluxo de dados digitais filtrados “yc”. Cada fluxo de dados digitais “ys” e o fluxo de dados digitais “yc” está em uma taxa de dados exemplares de 64 amostras por ciclo.
[00034] A dizimação (320) altera o fluxo de dados digitais “ys” para um fluxo de dados digitais “xs” dizimando a taxa de dados exemplares de 64 amostras por ciclo para uma taxa de dados mais baixa como 8 amostras por ciclo. De maneira similar, a dizimação (330) altera o fluxo de dados digitais “yc” para um fluxo de dados digitais “xc” dizimando a taxa de dados exemplares de 64 amostras por ciclo para uma taxa de dados mais baixa como 8 amostras por ciclo. A extração de envelope (335) é então realizada mediante cada fluxo de dados digitais “xs” e o fluxo de dados digitais “xc”.
[00035] A extração do envelope (335) inclui aplicar a Equação 1 (mostrada abaixo) para cada amostra digital em cada fluxo de dados digitais “xs” e o fluxo de dados digitais “xc” para obter o sinal de saída “x(n)”.
[00036] A saída de extração do envelope (335) é filtrada por um filtro passa-alta IIR (340) e filtro passa-baixa FIR (345). O filtro passa-alta IIR (340) incorpora a Equação 2 (mostrada abaixo) e o filtro passa-baixa FIR (345) incorpora a Equação 3 (mostrada abaixo), onde “a” e “b” são arranjos de coeficientes de filtro, “LB” e “LA” são os comprimentos de filtro dos arranjos, “x” é o sinal de entrada (isto é, “x(n)” na Figura 3), e “y” é o sinal de saída (isto é, “y(n)”) na Figura 3).
[00037] O sinal de saída “y(n)” é propagado para validação (215) através da ligação (216) (mostrado na Figura 2). Conforme indicado acima, a extração de envelope (214) é particularmente associada com a quarta faixa de frequência predefinida. Além disso, certas operações executadas na magnitude de oscilação e estimativa de fase (225) (mostrado na Figura 2) também são particularmente associadas com a quarta faixa de frequência predefinida. As Equações 4 a 7 (mostradas abaixo) podem ser usadas para executar a magnitude de oscilação e estimativa de fase (225), onde “N” é o número de amostras de dados digitais em um ciclo, “FS” é a taxa de amostragem, “freq” é um valor atual de uma frequência calculada em Hz, “OFFSET” baseia-se em uma fração para calcular um deslocamento em uma série de amostras de dados digitais, “fração” é um deslocamento na fração de um ciclo completo, u(n) é um sinal de oscilação, t(n) é um registro de data e hora (timestamp) correspondente ao sinal de oscilação, e “n” é o índice de amostragem presente.
[00038] A estimativa da razão de amortecimento de oscilação (230) (mostrada na Figura 2) pode ser realizada mediante qualquer uma dentre a primeira faixa de frequência predefinida, a segunda faixa de frequência predefinida, a terceira faixa de frequência predefinida ou a quarta faixa de frequência predefinida. A Equação 8 (mostrada abaixo) pode ser usada para definir um sinal de oscilação senoidal com modulação de magnitude, onde “A” é a magnitude do sinal senoidal, “f1” é a frequência do sistema, “w”“m” é a frequência angular do sinal de modulação (esta é a frequência de oscilação que foi estimada na estimativa de frequência de oscilação (220)), “m” é a magnitude do sinal de modulação (na fração de magnitude A, note que é a magnitude de oscilação que foi obtida na magnitude de oscilação e estimativa de fase (225)), o é a taxa crescimento exponencial (ou decaimento) do sinal de modulação, u(t) é a função de etapa, isto é, quando t > t0, a oscilação se inicia.
[00039] A razão de amortecimento do sinal de oscilação pode ser definida pela Equação 9 mostrada abaixo, em que quando o é um número negativo, a razão de amortecimento é positiva, o que significa que a oscilação é amortecida, isto é, a magnitude de oscilação será cada vez menor com o tempo; e quando o é um número positivo, a taxa de amortecimento é negativa, o que significa que a oscilação não é amortecida isto é, a magnitude de oscilação se tornará cada vez maior com o tempo.
[00040] A taxa de amortecimento pode ser estimada com o uso da Equação 10 e Equação 11 mostrada abaixo, onde (t1, y1) e (t2, y2) são as coordenadas de dois pontos em uma curva de crescimento exponencial (ou uma curva de atraso exponencial), z é uma variável, e E, é razão de amortecimento calculada. A equação 11 pode ser expressa como uma porcentagem, se assim desejado.
[00041] As várias operações descritas acima em relação às várias Figuras podem ser realizadas em tempo real ou quase em tempo real, ao contrário das soluções tradicionais em que o processamento de dados é realizado após sofrer atrasos associados com as atividades como a coleta de dados (esperando para reunir quantidade suficiente de dados) e o transporte de dados (por exemplo, com o uso de vários tipos de mídias de armazenamento).
[00042] Além disso, em algumas realizações, as amostras de dados digitais que são operadas pelo sistema de monitoramento de oscilação (150) podem ser registradas com data e hora (com uma referência de tempo absoluto, por exemplo). Ao registrar a data e hora, a magnitude de oscilação e a estimativa de fase (225) e a estimativa de razão de amortecimento de oscilação (230) fornecem informação de sincrofasores de um ou mais frequências de oscilação em uma faixa de frequência predefinida, como a quarta faixa de frequência predefinida ou a quinta faixa de frequência predefinida. Esta informação de sincrofasores pode ser usada para propósitos de comparação entre dois locais geograficamente separados com a mesma frequência de oscilação. Dessa forma, essa informação de ângulo de fase de sincrofasor obtida em uma primeira localização pode ser comparada em oposição à informação de ângulo de fase de sincrofasor obtida em um segundo local. A informação de sincrofasor obtida de acordo com algumas realizações da invenção pode ter certas tolerâncias que podem ocorrer quando a compensação não é realizada por deslocamentos de fase e atrasos causados por vários filtros. Nesses casos, a informação de sincrofasor pode ser interpretada como informação quase de sincrofasor e citada como SynchroOscPhasor, de acordo com a invenção.
[00043] Muitas modificações e outras realizações das descrições apresentadas no presente pedido para as quais estas descrições pertencem virão em mente como tendo o benefício dos ensinamentos apresentados em as descrições anteriormente mencionadas e as figuras associadas. Dessa forma, considera-se que a invenção pode realizada em muitas formas e não deve ser limitada às realizações descritas acima. Portanto, deve-se entender que a invenção não está limitada às realizações específicas divulgadas e que modificações e outras realizações são destinadas a serem incluídas no escopo das reivindicações anexas. Apesar de termos específicos serem empregados no presente pedido, eles são usados em um sentido genérico e descritivo e não apenas para propósitos de limitação.

Claims (8)

1. SISTEMA DE DETECÇÃO DE OSCILAÇÃO NA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA (150), caracterizado por compreender: um detector de oscilação (145) configurado para: receber dados digitais indicativos de flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através de uma rede de energia elétrica (110); processar os dados digitais para detectar (211) uma condição oscilatória em pelo menos uma dentre cinco faixas de frequência predefinidas, em que a condição oscilatória para uma primeira dentre as cinco faixas de frequência predefinidas é associada com um regulador ou uma condição de controle de geração automática, a condição oscilatória para uma segunda dentre as cinco faixas de frequência predefinidas é associada com uma oscilação entre áreas, a condição oscilatória para uma terceira dentre as cinco faixas de frequência predefinidas é associada com uma oscilação forçada originada por uma interação operacional entre dois ou mais componentes acoplados à rede de energia elétrica (110), a condição oscilatória para uma quarta dentre as cinco faixas de frequência predefinidas é associada com uma condição de ressonância subsíncrona ou uma interação torsional subsíncrona entre dois componentes acoplados à rede de energia elétrica (110), a condição oscilatória para uma quinta dentre as cinco faixas de frequência predefinidas é associada com correntes geomagneticamente induzidas presentes em pelo menos um componente que é uma parte da rede de energia elétrica (110); validar (215) que os dados digitais processados pertencem a faixa de frequência com base em determinar que amostras de AC consecutivas associadas com os dados digitais processados excedem um limite de faixa neutra; mediante a validação, estimar (220) uma frequência de oscilação dentro da faixa de frequência, a frequência de oscilação contribuindo para a condição oscilatória; mediante detecção da condição oscilatória, determinar pelo menos uma dentre uma característica de magnitude, uma característica de fase ou uma característica de amortecimento pelo menos uma frequência de oscilação que contribui para a condição oscilatória; e com base pelo menos em parte de determinar a característica de magnitude, característica de fase ou característica de amortecimento, gerar uma ação corretiva, uma operação de proteção ou um aviso quando um limite predefinido for excedido para a magnitude característica, fase característica ou um coeficiente de amortecimento característico; em que as cinco faixas de frequências predeterminadas incluem a primeira faixa de frequência abrangendo de 0,01 Hz a 0,1 Hz, a segunda faixa de frequência abrangendo de 0,1 Hz a 1 Hz, a terceira faixa de frequência abrangendo de uma frequência de oscilação maior do que 1,0 Hz a 10,0 Hz, a quarta faixa de frequência abrange de 10 Hz a 55 Hz, e a quinta faixa de frequência compreende um componente DC.
2. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma frequência de oscilação estar dentro da primeira faixa de frequência e ser originada por pelo menos um regulador ou uma condição de controle de geração automática em um segundo componente que é uma parte da rede de energia elétrica (110).
3. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma frequência de oscilação estar dentro da segunda faixa de frequência e ser indicativa da oscilação entre áreas.
4. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma frequência de oscilação estar dentro da terceira faixa de frequência e ser indicativa da oscilação forçada originada por uma interação operacional entre dois ou mais componentes acoplados à rede de energia elétrica (110).
5. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por pelo menos um dos dois ou mais componentes ser um dispositivo que usa um modo de operação de comutação e em que o detector de oscilação é ainda configurado para comparar uma magnitude da oscilação forçada contra um limite de referência.
6. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma frequência de oscilação estar dentro da quarta faixa de frequência e ser indicativa de pelo menos uma condição de ressonância subsíncrona ou interação torsional subsíncrona entre os dois componentes acoplados à rede de energia elétrica (110).
7. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma frequência de oscilação estar dentro da quinta faixa de frequência e ser indicativa das correntes geomagneticamente induzidas presentes no primeiro componente.
8. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda: um ou mais sensores acoplados a pelo menos um componente que faz parte da rede de energia elétrica (110); e um conversor analógico para digital (140) configurado para receber dados de sensor de um ou mais sensores e para converter os dados de sensor em dados digitais indicativos de flutuações de amplitude na eletricidade transmitida através da rede de energia elétrica (110).
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