Estimación de estado en sistemas eléctricos de potencia considerando atques cibernéticos

Abstract

In this thesis, three different approaches to the commonly used in order to solve the state estimation problem associated with electric power distribution systems. Instead of using direct methods for the solution of the equations system obtained through the Gauss-Newton quasilinearization, the application of two homotopy-based methods is proposed to attain the solution. In addition, the application of a regularization method based on Krylov subspaces is used to solve the quasi-linearized system in a robust form. The formulation of the state estimation problem in distribution systems is developed in the positive sequence frame of reference, which remarkably reduces the complexity of developing a poly-phase unbalanced distribution system state estimator. Also, the distribution network is also modeled through positive-sequence equivalent models. The validity and the effectiveness of the proposed method are numerically demonstrated in several test distribution systems. In the context of power system state estimation, cyber-attacks based on false-data injections consist of corrupting a defined set of measurements in such a way that the corresponding residual value of each measurement is very small. Hence, these erroneous measurements are undetectable when a bad data analysis is performed, causing a false state estimation to be considered correct. This thesis also reports the way in which a cyber-attack can be performed to corrupt an available set of measurements associated with the operation of electronic-based controllers: the thyristorcontrolled series compensator (TCSC), the Static VAR Compensator (SVC), the Phase Shifter (PS), the Load Tap Changer (LTC) and the Universal Power Flow Controller (UPFC).

En esta tesis se proponen tres métodos diferentes a los comúnmente usados para resolver el problema de estimación de estado asociado con los sistemas eléctricos de potencia de distribución. En vez de usar métodos directos para la solución del sistema de ecuaciones obtenido por medio de la cuasi-linealización de Gauss-Newton, se propone la aplicación de dos métodos basados en homotopía para obtener la solución. Además, se propone la aplicación de un método de regularización basado en subespacios de Krylov para resolver en forma robusta el sistema cuasilinealizado. La formulación de problema de estimación de estado en sistemas de distribución es desarrollada en el marco de referencia de secuencia positiva, lo cual reduce significativamente la complejidad de programar un estimador de estado polifásico para sistemas desbalanceados. Así mismo, la red de distribución es también modelada a través de modelos equivalentes de secuencia positiva. La validez y efectividad de los métodos propuestos son numéricamente demostradas en varios sistemas de prueba de distribución. En el contexto de la estimación de estado de un sistema de potencia, los ciber ataques basados en inyección de datos falsos consisten de corromper un determinado conjunto de mediciones de tal manera que los correspondientes valores residuales de cada medición son muy pequeños. Entonces, estas mediciones erróneas son indetectables cuando un análisis de datos erróneos es realizado, causando una falsa estimación de estado que se considera correcta. Esta tesis también reporta la manera en la cual un ciber ataque puede ser intentado para corromper un conjunto de mediciones disponibles asociadas con la operación de controladores basados en electrónica de potencia: el compensador serie controlado por tiristores (Thyristor-Controlled Series Compensator-TCSC), por sus siglas en inglés, el compensador estático de VARs (Static VAR Compensator-SVC), el transformador defasador (Phase Shifter-PS), el cambiador de tap bajo carga (Load Tap Changer- LTC) y el controlador universal de flujos de potencia (Universal Power Flow Controller, UPFC).