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Desempenho e Impacto dos Algoritmos

Para se avaliar o desempenho computacional devido aos algoritmos, aplicou-se em dois casos de estabilidade os algoritmos propostos (OTM3, OTM4, OTM5 e OTMX). São os casos:

Reduzido: caso de referência de estabilidade eletromecânica do SIN de Novembro de 2017

Completo: caso de referência de estabilidade eletromecânica do SIN de Novembro de 2017 com modelos dinâmicos de parques eólicos e parques fotovoltaicos

Os casos foram avaliados quanto ao tempo de simulação e quantidade de blocos desligados, frente a uma simulação de curto-monofásico em Mossoró II (barra 5441) com desligamento da linha (5441-5461 / Mossoró II – Açu II) e extinção do curto em 100 ms. Não foram provocados eventos em blocos do tipo ENTRAD e não foram pedidas plotagem de variáveis de CDU. Todos os testes foram realizados nas versões 11.4.0 e 11.5.0 do programa, em ambiente computacional dedicado com sistema operacional Linux, com múltiplas execuções de cada combinação de cenário/algoritmo. A diferença entre as versões reside no algoritmo OTM5 introduzido na versão 11.5.0.

Métricas

Define-se a expressão de speedup a ser utilizada como métrica para o desempenho dos algoritmos:

\[S=\frac{E[t]}{E[t]_\text{w/otm}}-1\]

sendo:

E[t]

Esperança do tempo de simulação

S

Speedup observado

É possível ainda definir speedup máximo teórico (\(S_{max}\)), estimado a partir da divisão entre o número de blocos desabilitados pelo algoritmos e o número de blocos ativos. São premissas deste indicador:

  • O tempo de processamento de cada bloco é aproximadamente o mesmo;

  • O tempo despendido com o processamento de controles em CDU é elevado o suficiente para se desconsiderar o tempo gasto com processamento de modelos built-in e com rede.

  • A remoção desses blocos não altera a trajetória de convergência do método.

Resultados

As tabelas a seguir apresentam os resultados da simulação dos casos propostos, sendo \(E[t]\) o valor esperado e \(\sigma[t]\) o desvio padrão dos tempos encontrados.

Tabela 5 Alcance dos algoritmos de detecção de malhas inativas (número de blocos)

Blocos Detectados

Blocos no caso

otm3

otm4

otm5

otmx (11.4)

otmx (11.5)

sem otm

Caso reduzido

3.865

795

492

4.568

5.066

49.704

Caso completo

14.893

6.287

1.105

19.008

19.812

128.512

Tabela 6 Impacto dos algoritmos de detecção de malhas inativas para o sistema reduzido

Sistema Reduzido

otm3

otm4

otmx 11.4

sem otm

E[t]

06:30,381

06:35,455

06:30,132

06:36,129

\(\sigma[t]\)

00:01,292

00:02,038

00:00,771

00:02,897

S

1,50%

0,20%

1,50%

-

Smax

7,80%

1,60%

9,20%

-

Tabela 7 Impacto dos algoritmos de detecção de malhas inativas para o sistema completo

Sistema Completo

otm3

otm4

otmx 11.4

sem otm

E[t]

15:58,078

17:02,081

15:34,918

17:36,530

\(\sigma[t]\)

00:02,728

00:03,080

00:02,213

00:03,564

S

10,30%

3,40%

13,00%

-

Smax

11,60%

4,90%

14,80%

-

Os algoritmos de detecção de malhas inativas foram capazes de reduzir o tempo de simulação em ambos os casos, sendo recomendado o seu uso corriqueiro. O algoritmo ainda produz um relatório (RELA OTMX) informando os blocos de CDU que foram desabilitados, como na Listagem 123.

Listagem 123 Excerto do relatório de blocos em malhas inativas gerado pelos algoritmos
X------------------------------------------X
|  RELATÓRIO DE BLOCOS EM MALHAS INATIVAS  |
|   CONTROLADOR               BLOCO        |
| Número   Nome do CDU     Número  Variável|
X--------X---------------X--------X--------X
      101       RT_ANGRA2        1     VREF
                                42   VRMAX1
(...)
Número de blocos desligados durante otimização:  19812