Relés de distância são muito utilizados para proteger linhas de transmissão. Porém, há baixa precisão dos limites de sua zona de proteção devido a fenômenos de subalcance e sobrealcance. Assim, nesta dissertação de mestrado é proposto um algoritmo com compensação da resistência de falta, baseado em coordenadas de fase, objetivando aumentar a precisão dos limites da zona de proteção. A formulação proposta utiliza uma estimativa da corrente de falta para estimar a resistência de falta e compensar a impedância aparente calculada. Foram realizados o equacionamento e desenvolvimento do algoritmo para faltas tipo fase. Simulações e testes numéricos comparativos com formulações estado-da-arte verificaram a eficiência do método proposto. / Distance Relays are widely used to protect transmission lines. However, due to underreaching and overreaching phenomena, there is a low precision in protection zone limits of distance relays. Thus, in this dissertation, a new algorithm based in phase coordinates is proposed to increase the precision in zone protection limits. The proposed method uses the fault corrent to estimate the fault resistance and compensate the apparent impedance calculated. The equation development was done for phase type faults. Comparative tests with state-of-the-art formulations verified the efficiency of the proposed method.

Este trabalho apresenta novas explorações do uso de sistemas agentes aplicados à proteção de sistemas elétricos de potência (SEP). Os sistemas agentes são definidos como softwares capazes de interagir com seu ambiente. Todos estudos apresentados focam o uso de agentes dentro de um SEP, através de uma rede privada de comunicação (intranet) baseada na tecnologia da internet. O objetivo final deste trabalho é o desenvolvimento de agentes que possam ser examinados em situações reais. Para facilitar esta tarefa, uma plataforma computacional foi desenvolvida denominada como EPOCHS (Electric Power and Communication Synchronizing Simulator). A principal função desta plataforma é permitir a integração dos agentes a um ambiente que combine simuladores que ofereçam informações sobre um SEP, assim como dados sobre uma rede intranet. Dentro deste contexto, um método para proteção primária e de retaguarda foi desenvolvido e testado dentro da plataforma EPOCHS. Os agentes desenvolvidos apresentaram resultados melhores que as técnicas tradicionais. Resultados ilustrando o desempenho e viabilidade deste sistema de proteção baseado em agentes são apresentados. / This work presents new explorations into the use of agent technology applied to the protection of power systems. We broadly define an agent to be an autonomous piece of software capable of interacting with its environment. Our investigation centers on the use of agents within an electric power grid using a private communication network, termed a utility intranet, based on internet technology. Our goal is to create practical agents that can be examined in realistic situations. To facilitate this aim, a new platform has been developed, EPOCHS, which allows agents to operate in an environmental that combines proven electric power electromagnetic and electromechanical transient simulators with a popular network communication simulation engine. We developed primary and a backup protection system using agent technology and evaluated this system within the EPOCHS environment. The agent-based system studied improved on traditional methods. Results illustrating the performance and viability of agent-based protection system are presented.

Short circuit, electrical overloads, power line losses and electrical injury, but also circuit breaker and fuse, leakage current protector, power transformation and protection against electric shock. All these terms are connected with the mystery of operation in eletric power distribution systems. Let us join electricity on its journey from power station to everyone's socket. What do we experience on this adventurous journey? Sometimes there may be even a risk of death! Fortunately, thanks to the sophisticated application of physical principles of electricity and magnetism, most of the threats are avoided. Will we be able to uncover the veil of physical electricity site or will it defend its secrets?

The rapidly expanding power system grid infrastructure and the need to reduce the occurrence of major blackouts and prevention or hardening of systems against cyber-attacks, have led to increased interest in the improved resilience of the electrical grid. Distributed and decentralized control have been widely applied to computer science research. However, for power system applications, the real-time application of decentralized and distributed control algorithms introduce several challenges. In this dissertation, new algorithms and methods for decentralized control, protection and energy management of Wide Area Monitoring, Protection and Control (WAMPAC) and the Active Distribution Network (ADN) are developed to improve the resiliency of the power system. To evaluate the findings of this dissertation, a laboratory-scale integrated Wide WAMPAC and ADN control platform was designed and implemented. The developed platform consists of phasor measurement units (PMU), intelligent electronic devices (IED) and programmable logic controllers (PLC). On top of the designed hardware control platform, a multi-agent cyber-physical interoperability viii framework was developed for real-time verification of the developed decentralized and distributed algorithms using local wireless and Internet-based cloud communication. A novel real-time multiagent system interoperability testbed was developed to enable utility independent private microgrids standardized interoperability framework and define behavioral models for expandability and plug-and-play operation. The state-of-theart power system multiagent framework is improved by providing specific attributes and a deliberative behavior modeling capability. The proposed multi-agent framework is validated in a laboratory based testbed involving developed intelligent electronic device prototypes and actual microgrid setups. Experimental results are demonstrated for both decentralized and distributed control approaches. A new adaptive real-time protection and remedial action scheme (RAS) method using agent-based distributed communication was developed for autonomous hybrid AC/DC microgrids to increase resiliency and continuous operability after fault conditions. Unlike the conventional consecutive time delay-based overcurrent protection schemes, the developed technique defines a selectivity mechanism considering the RAS of the microgrid after fault instant based on feeder characteristics and the location of the IEDs. The experimental results showed a significant improvement in terms of resiliency of microgrids through protection using agent-based distributed communication.

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The requirement for reliability and security in power system is increasing every passingday with the increase in complexity of the power system. To ensure highest level ofreliability, protection relays have to receive correct measurements. One of the most importantmeasurement that is needed by a relay as an input is current. However, currentmeasurements received from current transformer (CT) can become inaccurate due to aphenomenon called CT saturation. This Master's thesis objective is to build a novel algorithmfor the protection relays to detect CT saturation. The algorithm should be basedon a stand-alone method that is able to detect CT saturation within 1-2 ms for a samplingfrequency of 4 kHz.This project comprises a study of the background about CTs and CT saturation. Therelated work done to detect CT saturation is also studied. Later, major existing methodsused in the industry to deal with CT saturation are investigated in detail and modelledin Simulink. A novel method is proposed to exclusively detect CT saturation, keeping inmind the strict requirements, set in the beginning of the project. The proposed methodis implemented in Simulink and HiDraw(in-house software in ABB to create C code forprotection functions). Lastly, the proposed method and the existing methods are testedin Simulink for more than 1300 test cases based on dierent power system conditions,IEC-60255-187-1 and real current recordings from relays.The results of the tests showed that the proposed method successfully detect CT saturationand was better than the existing methods in terms of speed and accuracy. It was concludedthat the proposed method successfully detects CT saturation and hence, can be used withany protection function in a relay where there is a need to detect CT saturation. / Kraven pa tillforlitlighet och sakerhet i kraftsystem okar varje dag i samband med allthogre komplexitet i kraftsystemet. For att uppna den hogsta nivan av tillforlitlighetbehover relaskydden ta emot korrekta matvarden fran kraftsystemet. Ett av de mest viktigamatvardena som behovs for ett relaskydd ar strom. Emellertid, kan matvarden franen stromtransformator bli felaktiga pagrund av ett fenomen som kallas stromtransformatormattning. Malet for detta examensarbete ar att skapa en ny algoritm for relaskydd somdetekterar stromtransformatormattning. Algoritmen ska baseras pa en fristaende metodsom klarar av att detektera stromtransformatormattning inom 1-2 ms for en samplingsfrekvenspa 4 kHz.Detta projekt omfattar, forutom en studie av hur stromtransformatormattning kan detekteras,aven en bakgrundsstudie om stromtransformatorer och stromtransformatormattning.Viktigare existerande metoder, som anvands i industrin for att detektera stromtransformatormattning, undersoks i detalj och modelleras i Simulink. En ny metod foreslas foratt exklusivt detektera stromtransformatormattning med hansyn till de strikta krav somfaststalldes i borjan av projektet. Den foreslagna metoden ar implementerad i Simulinkoch i HiDraw (en intern ABB mjukvara for att skapa C-kod for skyddsfunktioner). Slutligenar den nya foreslagna metoden och de existerande metoderna testade i Simulinkmed er an 1300 testfall baserade paolika forhallanden i kraftsystemet, IEC-60255-187-1standarden och med verkliga inspelningar av strom gjorda av relaskydd i drift.Resultatet av testerna visar att den nya foreslagna metoden framgangsrikt detekterarstromtransformatormattning och gor det battre an existerande metoder med avseende pasnabbhet och noggrannhet. Det konstaterades att den nya foreslagna metoden framgangsriktdetekterar stromtransformatormattning och darfor kan anvandas for vilken relaskyddsfunktionsom helst i ett relaskydd dar behovet av att detektera stromtransformatormattningnns.

This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB. / Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para localização de faltas em redes primárias de distribuição de energia elétrica que possuem unidades de geração distribuída conectadas ao longo dos seus alimentadores. Esses algoritmos são capazes de efetuar a localização de faltas utilizando registros dos sinais de tensões e correntes realizados por dispositivos eletrônicos inteligentes, instalados nas saídas dos alimentadores de distribuição, além de informações que permitam determinar os valores das cargas conectadas nesses alimentadores, características elétricas, e o estado operativo da rede de distribuição. Ademais, este trabalho apresenta o estudo de modelos analíticos de unidades de geração distribuída e de cargas que poderiam contribuir positivamente com o desempenho dos algoritmos propostos. A validação dos algoritmos foi realizada através de simulações computacionais, utilizando modelos de rede implementados em ATP e os algoritmos foram implementados em MATLAB.

Esta pesquisa tem como objetivo apresentar um método para a coordenação dos Relés Direcionais de Sobrecorrente (RDS) associados ao sistema de proteção de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) malhado. O SEP malhado, referente a uma parte do sistema de subtransmissão da rede básica brasileira, em concessão da Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista (CTEEP), foi simulado via o software CAPE (Computer-Aided Protection Engineering) a partir da base de dados, para estudos de curtos-circuitos, disponibilizada pelo Operador Nacional do Sistema (ONS). Dada a topologia e a operação do SEP malhado em análise, um método de otimização híbrido foi implementado baseado na combinação e aplicação de Programação Linear (PL) e Algoritmo Genético (AG). O algoritmo desenvolvido permitiu a realização de diversos estudos de curtos-circuitos necessários para a obtenção e avaliação da coordenação dos pares de RDS, tanto para a topologia principal do SEP em análise, como para outras configurações de operação caracterizadas, principalmente, pela alteração topológica do SEP. Os resultados demonstram que o algoritmo foi capaz de fornecer uma coordenação adequada para os RDS, respeitando todas as restrições impostas pelo problema de coordenação. / The aim of this work is to present a method for directional overcurrent relays coordination in a meshed power system which is part of the Brazilian power transmission system operated by São Paulo State Electric Power Transmission Company (CTEEP - Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista). This power system was simulated by CAPE (Computer-Aided Protection Engineering) software using the database of short circuits studies which is provided by the Electric System National Operator (ONS - Operador Nacional do Sistema). Given a specific power system topology and its operating conditions, the hybrid algorithm was developed based on the combination and execution of linear programming and genetic algorithm. Several short circuits scenarios were evaluated in order to obtain and assess the coordination between the pairs of directional overcurrent relays. In such scenarios, it was considered the main network topology, as well as other network operating conditions, mainly caused by certain topological variations. The results show that the hybrid algorithm provided a feasible coordination solution for the considered directional overcurrent relays.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz. / It is important that electrical networks have high levels of reliability in order to maintain the ideal agility and maintenance for better functioning. On the other hand, the often unexpected load growth, failures of protectionrelated equipment and inadequate parameterization of protection functions make the analyses of protection events more complex and time-consuming. Besides, the amount of information that can be retrieved from modern digital relays is constantly increasing. In order to aid a quick decision-making and maintenance practices, this research project aimed to implement a complete diagnosis system that is automatically activated whenever a protection-related event occurs. Information to be analyzed is obtained from a database and from the protection relays, via IEC 61850 communication protocol and oscillography files. The full smart grid system is addressed, including: the data acquisition and communication system developed through a software with an IEC61850 client and an OPC server and another software with an OPC client, which is activated by set triggering events (e.g. protection tripping); the data pre-processing system, in which the data is filtered, preprocessed and formatted; and the diagnostic system. A central database maintains updated all the data. For the diagnostic system, conventional algorithms and artificial intelligence techniques are applied; particularly, an expert system is implemented. The expert system was designed to deal with different sets of input information and uses different techniques to deal with a possible lack of data, always ensuring the delivery of diagnoses. Tests and simulations were performed for short-circuits (three-phase, phase-to-phase, double-phase-to-ground and phase-to-ground) on feeders, transformers and bus bars of a substation. These tests included different states of the protection system (proper functioning and malfunctioning). The diagnostic system proved to be fully effective under both complete and partial availability of information, always providing the fault diagnosis and the analysis of the protection functions. In brief, the system enables a much more efficient maintenance to power distribution utilities, especially when preventing equipment malfunctioning, quick responses towards system problems and the need to re-define some protection functions are required. It was successfully installed in a distribution substation of Companhia Paulista de Força e Luz, a Brazilian power distribution utility.

Esta pesquisa tem como objetivo apresentar um método para a coordenação dos Relés Direcionais de Sobrecorrente (RDS) associados ao sistema de proteção de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) malhado. O SEP malhado, referente a uma parte do sistema de subtransmissão da rede básica brasileira, em concessão da Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista (CTEEP), foi simulado via o software CAPE (Computer-Aided Protection Engineering) a partir da base de dados, para estudos de curtos-circuitos, disponibilizada pelo Operador Nacional do Sistema (ONS). Dada a topologia e a operação do SEP malhado em análise, um método de otimização híbrido foi implementado baseado na combinação e aplicação de Programação Linear (PL) e Algoritmo Genético (AG). O algoritmo desenvolvido permitiu a realização de diversos estudos de curtos-circuitos necessários para a obtenção e avaliação da coordenação dos pares de RDS, tanto para a topologia principal do SEP em análise, como para outras configurações de operação caracterizadas, principalmente, pela alteração topológica do SEP. Os resultados demonstram que o algoritmo foi capaz de fornecer uma coordenação adequada para os RDS, respeitando todas as restrições impostas pelo problema de coordenação. / The aim of this work is to present a method for directional overcurrent relays coordination in a meshed power system which is part of the Brazilian power transmission system operated by São Paulo State Electric Power Transmission Company (CTEEP - Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista). This power system was simulated by CAPE (Computer-Aided Protection Engineering) software using the database of short circuits studies which is provided by the Electric System National Operator (ONS - Operador Nacional do Sistema). Given a specific power system topology and its operating conditions, the hybrid algorithm was developed based on the combination and execution of linear programming and genetic algorithm. Several short circuits scenarios were evaluated in order to obtain and assess the coordination between the pairs of directional overcurrent relays. In such scenarios, it was considered the main network topology, as well as other network operating conditions, mainly caused by certain topological variations. The results show that the hybrid algorithm provided a feasible coordination solution for the considered directional overcurrent relays.