Resumo: Este trabalho apresenta um novo modelo de programação matemática para o fluxo de potência ótimo com restrições de estabilidade transitória, considerando um modelo detalhado de quarta ordem para geradores síncronos e seus controles. Esses controles são o sistema de excitação simplificado para magnitude de tensão e um sistema de controle de frequência formado por um governor e uma turbina. Além disso, para gerenciar os problemas de convergência, se inclui corte de carga. O modelo proposto considera, na mesma expressão matemática, o estado de pré-falha, o estado de falha e a pós-falha. As equações diferenciais que representam as restrições de estabilidade do ângulo do rotor foram transformadas em equações algébricas usando o método de integração trapezoidal. O modelo de programação não linear proposto foi implementado usando a linguagem de programação matemática AMPL e resolvido usando o solver não linear IPOPT. O conhecido WSCC 9-bus|3-generator, o IEEE 39-bus|10-generator, e o IEEE 68-bus|16-generator sistemas foram usados para testar a precisão e eficiência. Uma análise comparativa também foi realizada com fluxo de potência ótimo com restrições de estabilidade transitória usando o modelo de gerador de segunda ordem para ser capaz de observar não somente as diferenças econômicas, mas também para ser capaz de comparar o desempenho dos sistemas, ou seja, se a configuração do sistema atende aos requisitos normalmente exigidos pelo operador do sistema de transmissão. Os resultados mostram a habilidade do modelo proposto em prever o comportamento dinâmico do sistema sob contingência, e despachar adequadamente os recursos de geração para suportar essas perturbações. Conclui-se que um modelo mais detalhado provoca uma melhoria geral da estabilidade do sistema, ao mesmo tempo em que realiza decisões de despacho econômicas e confiáveis Ver menos

Abstract: This work presents a novel mathematical programming model for the optimal power flow with transient stability constraints, considering a detailed fourth-order model for synchronous generators and their controls. Such controls are the simplified excitation system for voltage magnitude and a frequency control system formed by a governor and a turbine. Moreover, in order to manage convergence issues, load shedding is included. The proposed model considers, in the same mathematical expression, the prefault or the initial steady stage, the fault stage, and the postfault. The differential equations that represent the rotor angle stability constraints were transformed into algebraic equations using the trapezoidal integration method. The proposed nonlinear programming model was implemented using the mathematical programming language AMPL and solved using the non-linear solver IPOPT. The well-known WSCC 9-bus|3-generator, the IEEE 39-bus|10-generator, and the IEEE 68-bus|16-generator systems were used for testing accuracy and efficiency. A comparative analysis was also carried out with transient stability-constrained optimal power flow using the second-order generator model to be able to observe not only the economic differences but also to be able to compare the performance of the systems, that is, if the system configuration satisfies the requirements usually demanded by the transmission system operator. The results show the ability of the proposed model to predict the dynamic behavior of the system under contingency and to properly dispatch the generation resources to withstand these perturbations. It is concluded that a more detailed model provokes an overall improvement of the system stability, while performing economical and reliable dispatch decisions Ver menos