Resumo: A crescente complexidade dos sistemas de potência interconectados, somada a significativa penetração de fontes renováveis intermitentes, torna desafiadora a tarefa de modelagem de sistemas de potência, bem como a definição precisa das condições de operação. Explorando a disponibilidade de dados advindos dos Wide-Area Monitoring Systems (WAMS), a presente tese investiga a utilização de estratégias baseadas em medições no problema de estabilidade angular. A pesquisa foi realizada em duas frentes distintas e os resultados são apresentados separadamente. A primeira parte do trabalho é dedicada a adaptação de um método de controle orientado a dados para o problema de estabilidade a pequenas perturbações, focando na melhoria de desempenho no amortecimento de oscilações interárea. A maioria dos métodos orientados a dados precisam de uma grande base de dados e de um processo de treinamento ou então são baseados na constante atualização leis de controle, que dependem de parâmetros iniciais. No presente trabalho, um método de controle orientado a dados chamado de Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) é aplicado para projetar controladores para o amortecimento de oscilações em sistemas de potência utilizando sinais de entrada remotos advindos de Unidades de Medição Fasorial (PMUs do inglês Phasor Measurement Units). O VRFT é um método simples que usa um conjunto de dados de entrada e saída para projetar um controlador segundo o paradigma do controle por modelo de referência (model reference control). A única exigência do método é o modelo de referência para a dinâmica em malha fechada e duas estratégias são propostas neste trabalho para a construção de tais modelos, focando nos modos de oscilação de interesse. A utilização de sinais remotos em uma abordagem Wide-Area Damping Control (WADC) resulta em controladores muito eficientes em amortecer as oscilações interárea. Além disso, a característica de rápida solução do método é explorada em uma aplicação de sintonia de controle online, onde o controlador projetado previamente é novamente sintonizado para reestabelecer o desempenho do sistema após uma mudança do ponto de operação. O método proposto é testado com dois sistemas de referência do IEEE, em que um desses sistemas é modificado para ter uma alta penetração de geração baseada em inversores (IBS do inglês Inverter-Based Source). Em ambos os casos, o modo de oscilação interárea crítico é amortecido com sucesso. Ainda, uma formulação para o caso com múltiplas entradas e saídas (MIMO do inglês Multiple-Input Multiple-Output) é apresentada como um resultado secundário. Essa formulação é aplicada para sintonizar múltiplos Estabilizadores de Sistema de Potência (PSSs do inglês Power Systems Stabilizers) do sistema de forma simultânea em uma estratégia de controle coordenado. A segunda parte da pesquisa é dedicada ao desenvolvimento de um esquema de controle para a rejeição de geração para assegurar a estabilidade transitória de sistemas com transmissão em CA e CC em paralelo. A pesquisa é motivada por um problema prático do sistema Brasileiro em que existe um Sistema Especial de Proteção (SEP) responsável por realizar a desconexão de geradores na região norte em caso de bloqueio de polo/bipolo de um sistema de transmissão High Voltage Direct Current (HVDC) crítico. A estratégia proposta faz uso de um modelo reduzido, considerado simples o suficiente para ser constantemente atualizado utilizando dados de medição do sistema. Dessa forma, o SEP pode ser constantemente ajustado para a condição de operação atual do sistema. Assumindo que tal modelo existe, uma formulação analítica é proposta para calcular o corte de geração. aseado numa premissa de operação em corrente constante, é proposta uma equação para aproximar a dinâmica potência-ângulo de sistemas duas áreas com transmissão CA e CC em paralelo. Esta equação é então utilizada para o cálculo da mínima rejeição de geração por meio do critério das áreas iguais (EAC do inglês Equal-Area Criterion). Resultados preliminares são apresentados para um sistema máquina contra barramento infinito. Em seguida, de forma a considerar uma proporção mais realista entre potência total gerada e potência transmitida em CC, bem como modelar o suporte de reativo necessário para garantir o funcionamento adequado dos elos CC, a metodologia é estendida para contabilizar os filtros capacitivos e cargas. Por fim, os resultados são apresentados para um sistema equivalente de duas máquinas Ver menos

Abstract: The growing complexity of interconnected power systems, with significant penetration of intermittent renewable sources, makes the tasks of devising power system models and defining the operating point challenging. Therefore, power systems control and protection techniques must be constantly improved to maintain the desired performance and security of operation. Exploring the availability of data from Wide-Area Monitoring Systems (WAMS), the present thesis investigates the use of measurement-based strategies for the problem of angular stability of power systems. The research was divided into two branches and the results are presented separately. The first part of this work is dedicated to the adaptation of a data-driven control design procedure for the small-signal angular stability problem, focusing on the improvement of the inter-area oscillation damping performance. Most of the data-driven methods available need a large database and a training process or rely on a constant updating of the control law that depends on initial condition setting. In the present work, a data-driven control design method, called Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT), is applied to design oscillation damping controllers for power systems using remote input signals from Phasor Measurement Units (PMUs). The VRFT method is a simple one-shot design procedure that uses a set of measure input and output data to design a controller in a model reference paradigm. The only requirement is a reference model for the closed-loop dynamics and two strategies are proposed for building such models, focusing on the inter-area oscillation mode of interest. The use of remote signals in a Wide-Area Damping Control (WADC) approach leads to very efficient inter-area damping controllers. Also, the fast-solving characteristic of the method is explored in an online implementation, where a previously designed controller is retuned to re-establish the damping performance after a change in operating condition. The proposed method is tested with two IEEE benchmark power systems, with one of them having a high penetration of Inverter-Based Source (IBS) generation. In both cases, the critical inter-area oscillation mode is successfully damped. Also, a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) formulation is presented as a secondary result. This formulation is applied to simultaneously retune multiple Power System Stabilizers (PSSs) in a coordinated control strategy, with interesting preliminary results. The second part of the research is dedicated to the development of a generator-rejection control scheme for the transient stability assurance of power systems with parallel AC and DC transmission lines. The research was inspired by a practical challenge of the Brazilian power system, where an Special Protection Scheme (SPS) is responsible for assuring the transient stability of the system by rejecting generation at the north region in case of blocking of pole/bipole of a critical High Voltage Direct Current (HVDC) system. The proposed strategy makes use of a reduced model, considered to be simple enough so it can be constantly updated using key measurements from the system. By doing so, the SPS can be constantly adjusted to the operating condition of the system. Assuming that such model exists, an analytical formulation is proposed to compute the generation rejection. Based on a constant current premise, an equation for the approximation of the power-angle dynamics of two-area systems with parallel AC and DC transmission is proposed. This equation is then used to compute the minimum generation rejection by means of the Equal-Area Criterion (EAC). Preliminary results are presented for a Single-Machine Infinite-Bus (SMIB) system. Then, in order to model a proper ratio between total generated power and DC transmission, as well as to model the reactive support needed to assure the correct functioning of the HVDC system, the methodology is extended to account for capacitive filters and loads. Lastly, the results for an equivalent two-machine system are presented Ver menos