Voltage sag state estimation based on l_1-norm minimization methods in radial electric power distribution system

• Autores: Jairo Blanco Solano, Nelson Kagan, Carlos Frederico Almeida, Johann Farith Petit Suárez, Gabriel Ordóñez Plata
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 17, Nº. 2, 2018 (Ejemplar dedicado a: Revista UIS Ingenierías), págs. 309-318
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estimación de estado de hundimientos de tensión basada en métodos de minimización de la norma-l_1 en sistemas radiales de distribución de energía eléctrica
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• Resumen
  • español

    Los hundimientos de tensión tienen un alto impacto sobre la correcta operación de equipos y en la continuidad de los procesos en el usuario final de energía eléctrica. Las pérdidas económicas son un problema en crecimiento para las empresas operadoras, para los mismos reguladores y por supuesto para los consumidores finales del servicio de energía eléctrica; es así como se hace necesario la formulación de nuevos métodos matemáticos para el diagnóstico de los hundimientos de tensión. En este sentido, los métodos de estimación de estado buscan determinar la frecuencia o el número de hundimientos de tensión que experimenta un usuario final. En esta área de investigación se han formulado problemas de optimización basados en técnicas como la descomposición en valores singulares, el ajuste de perfiles de tensión y la localización de las fuentes generadoras de los hundimientos de tensión. Los resultados obtenidos usando estas técnicas son imprecisas cuando se consideran las corrientes pre-falla, las fallas con impedancia diferente de cero y los desbalances. Es así como en este artículo se evidenciará que, al considerar estas condiciones reales de las fallas, se obtienen resultados imprecisos para el caso del método de descomposición en valores singulares. A su vez, en este trabajo se propone una nueva formulación matemática del problema de estimación de estado de hundimientos de tensión usando la minimización de la norma-ℓ1. Esta propuesta matemática es aplicada y validada en la red de distribución de prueba de 33 nodos del IEEE.  Únicamente los hundimientos de tensión causados por fallos en la red de distribución serán considerados. Los resultados obtenidos validan una notable mejora en comparación con el método de descomposición en valores singulares y resaltan una innovadora herramienta para la estimación de estado de los hundimientos de tensión en redes radiales de distribución.

  • English

    Voltage sags have a high impact on the proper equipment operation and the electric power end-user processes continuity. Economic losses are a growing problem for the electric utilities, regulators and electric energy final customers and therefore, the formulation of new mathematical methods for voltage sags diagnosis are needed. In this sense, the state estimation methods seek the determination of the frequency or the number of voltage sags that an end-user would experience. In this research area, optimization problems based on techniques such as singular value decomposition, voltage profile curve fitting and voltage sag source location have been formulated. The results of these approaches may be inaccurate when the pre-fault currents, non-zero fault impedances and unbalanced conditions are considered. We will evidence that the results from singular value decomposition method are inaccurate considering these real fault conditions. Also, a new mathematical formulation of the voltage sag state estimation problem based on ℓ1-norm minimization is proposed in this work. The proposed method is applied and validated to the IEEE 33-node test distribution network. Voltage sags caused for network faults are only considered. The results validate a remarkable improvement in comparison with the singular value decomposition method and show an innovative tool for voltage sags state estimation in radial electric power distribution systems