Um dos principais problemas que podem ocorrer em sistemas de distribuição ou de subtransmissão de energia elétrica com geração distribuída (GD) é o ilhamento. O ilhamento ocorre quando um ou mais geradores distribuídos alimentam uma porção do sistema que se encontra eletricamente isolada do restante do sistema elétrico. Logo, geradores distribuídos têm de ser equipados com esquema de proteção anti-ilhamento, pois a operação ilhada pode colocar em risco a segurança das pessoas e equipamentos e pode deteriorar a qualidade da energia elétrica suprida aos consumidores locais. Este trabalho está inserido no contexto de proteção de sistemas elétricos de distribuição com GD e propõe uma nova técnica passiva-inteligente de proteção anti-ilhamento para geradores síncronos distribuídos. O método proposto utiliza a mineração de dados do Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), o qual possui grandes potencialidades para descobrir correlações em dados complexos. Para realizar essa tarefa, três algoritmos são executados em sequência. São eles: o Normalized Compression Distance (NCD) para calcular a matriz de distância do conjunto de dados; o Neighbor-Joining (NJ) para construir as árvores filogenéticas; e por fim o Fast Newman (FN) para buscar grupos na árvore filogenética nos quais os dados apresentam alto grau de independência. O método de detecção de ilhamento nesta dissertação utiliza 10 características importantes dos sinais de tensão e corrente trifásicas no ponto de acoplamento comum (PAC). Essas 10 características são utilizadas como entrada ao DAMICORE para formular um algoritmo baseado em mineração de dados capaz de detectar ilhamento e de diferenciá-los de outros tipos de distúrbios. Os resultados mostram que o método identifica o ilhamento corretamente, detectando-o rapidamente, especialmente nos casos em que a detecção do ilhamento por relés baseados em medidas de frequência falha ou é lenta. / One of the main issues that can occur into distribution power systems with distributed generation is islanding. Islanding occurs when one or more distributed generators feed a portion of the distribution system that becomes electrically isolated from the rest of the power system. Thus, distributed generators have to be equipped with anti-islanding protection schemes, because the islanded operation may put at risk the safety of people and the equipment. It can also deteriorate the power quality supplied to local consumers. This work is in the context of the protection schemes for distribution power systems with distributed generation and it proposes a new intelligent passive anti-islanding protection scheme for distributed synchronous generators. The scheme is based on the Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), which finds the similarity within complex data sets. This task is performed by computing the following algorithms, in sequence: the Normalized Compression Distance (NCD) to calculate a distance matrix among the data sets; the Neighbor-Joining (NJ) to build the phylogenetic trees; and the Fast Newman (FN) to find clusters with high degree of independence by using the phylogenetic trees. The proposed method comprises the extraction of 10 important features of the three-phase voltages and currents measured at the point of common coupling of the distributed generator. These 10 features are then used as input to the DAMICORE in order to formulate a data mining-based algorithm capable of detecting islanding and of distinguishing it from other disturbances. The results show that the method identifies the islanding correctly, detecting it quickly, especially where the detection of islanding by frequency-based relays are slow.

Um dos principais problemas que podem ocorrer em sistemas de distribuição ou de subtransmissão de energia elétrica com geração distribuída (GD) é o ilhamento. O ilhamento ocorre quando um ou mais geradores distribuídos alimentam uma porção do sistema que se encontra eletricamente isolada do restante do sistema elétrico. Logo, geradores distribuídos têm de ser equipados com esquema de proteção anti-ilhamento, pois a operação ilhada pode colocar em risco a segurança das pessoas e equipamentos e pode deteriorar a qualidade da energia elétrica suprida aos consumidores locais. Este trabalho está inserido no contexto de proteção de sistemas elétricos de distribuição com GD e propõe uma nova técnica passiva-inteligente de proteção anti-ilhamento para geradores síncronos distribuídos. O método proposto utiliza a mineração de dados do Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), o qual possui grandes potencialidades para descobrir correlações em dados complexos. Para realizar essa tarefa, três algoritmos são executados em sequência. São eles: o Normalized Compression Distance (NCD) para calcular a matriz de distância do conjunto de dados; o Neighbor-Joining (NJ) para construir as árvores filogenéticas; e por fim o Fast Newman (FN) para buscar grupos na árvore filogenética nos quais os dados apresentam alto grau de independência. O método de detecção de ilhamento nesta dissertação utiliza 10 características importantes dos sinais de tensão e corrente trifásicas no ponto de acoplamento comum (PAC). Essas 10 características são utilizadas como entrada ao DAMICORE para formular um algoritmo baseado em mineração de dados capaz de detectar ilhamento e de diferenciá-los de outros tipos de distúrbios. Os resultados mostram que o método identifica o ilhamento corretamente, detectando-o rapidamente, especialmente nos casos em que a detecção do ilhamento por relés baseados em medidas de frequência falha ou é lenta. / One of the main issues that can occur into distribution power systems with distributed generation is islanding. Islanding occurs when one or more distributed generators feed a portion of the distribution system that becomes electrically isolated from the rest of the power system. Thus, distributed generators have to be equipped with anti-islanding protection schemes, because the islanded operation may put at risk the safety of people and the equipment. It can also deteriorate the power quality supplied to local consumers. This work is in the context of the protection schemes for distribution power systems with distributed generation and it proposes a new intelligent passive anti-islanding protection scheme for distributed synchronous generators. The scheme is based on the Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), which finds the similarity within complex data sets. This task is performed by computing the following algorithms, in sequence: the Normalized Compression Distance (NCD) to calculate a distance matrix among the data sets; the Neighbor-Joining (NJ) to build the phylogenetic trees; and the Fast Newman (FN) to find clusters with high degree of independence by using the phylogenetic trees. The proposed method comprises the extraction of 10 important features of the three-phase voltages and currents measured at the point of common coupling of the distributed generator. These 10 features are then used as input to the DAMICORE in order to formulate a data mining-based algorithm capable of detecting islanding and of distinguishing it from other disturbances. The results show that the method identifies the islanding correctly, detecting it quickly, especially where the detection of islanding by frequency-based relays are slow.

Os geradores distribuídos em sistemas de distribuição de energia elétrica devem ser desconectados em eventos de ilhamento, que ocorrem quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado pela geração distribuída. A proteção anti-ilhamento deve detectar tal condição operativa, porém pode não atuar em condições de pequenos desbalanços entre carga e geração, ou atuar incorretamente para eventos de outra natureza. Assim, um ajuste adequado dessa proteção deve desconectar o gerador rapidamente quando detecta o ilhamento e, simultaneamente, deve ser imune a eventos como curtos-circuitos e chaveamentos de carga, por exemplo. Esta pode ser uma tarefa muito difícil face às variações de carga e diferentes eventos de não ilhamento que podem ocorrer no sistema de distribuição. Portanto, nesta tese são propostas metodologias de ajuste das funções de proteção anti-ilhamento de sub/sobrefrequência, taxa de variação de frequência, salto de vetor e sub/sobretensão, que são técnicas convencionalmente utilizadas para a detecção de ilhamento de geração distribuída. O objetivo das metodologias é maximizar a detecção de ilhamento e minimizar a atuação incorreta, e são considerados cenários com múltiplos geradores distribuídos de diferentes tecnologias. Inicialmente, são explorados os principais fatores que afetam as proteções, tais como distribuição das cargas, fator de potência e desequilíbrio das cargas. Esta análise permite identificar os casos mais difíceis de detecção de ilhamento. Como segunda contribuição, foi proposta a metodologia de análise gráfica denominada Mapa de Ajustes, cuja eficácia foi comprovada por meio de casos de teste, mostrando ser capaz de melhorar a sensibilidade da proteção anti-ilhamento e minimizar atuação incorreta. Na sequência, é apresentado um método automático para ajuste e bloqueio de tensão e outro baseado em proteção adaptativa para ajuste das funções de proteção. Ambos são baseados na metodologia de mapa de ajustes. Os resultados indicam que é possível melhorar a detecção de ilhamento e diminuir a atuação incorreta quando utilizadas as metodologias propostas. / Distributed generators in power distribution systems must be disconnected after an islanding event, which occurs when part of the power grid becomes electrically isolated from the utility and the isolated subsystem continues to be energized by the distributed generation. The antiislanding protection has to detect such operating condition, which may fail for critical loading conditions, or operate incorrectly for events of other nature than islanding. Therefore, an appropriate protection setting should quickly disconnect the generator when an islanding event is detected, and simultaneously, must be immune to events such as short circuits and load switches. This can be a very difficult task due to load variations and different nonislanding events that may occur in the distribution system. Therefore, in this thesis is proposed methodologies to adjust the anti-islanding protection functions of under/overfrequency, rate of change of frequency, vector surge and under/overvoltage, which are techniques conventionally used for islanding detection of distributed generation. The methodologies goals are to maximize the performance of the anti-islanding protection and minimize the incorrect operation to events of other nature, and scenarios with multiple distributed generators of different technologies are considered. At first, the main factors that affect the frequency and voltage-based protection will be explored, such as load distribution, power factor and unbalanced loads. This analysis aims to identify the most critical cases of islanding detection. The second contribution of this thesis is the Setting Map methodology, which is a graphical analysis whose effectiveness has been proved by case studies, showing to be able to improve the sensitivity of anti-islanding protection, minimizing the chances of incorrect operation. In sequence, is presented an automatic method to adjust the protection functions and voltage blocking and other based on adaptive protection. Both methods are based on the Setting Map methodology. The results indicate that it is possible to improve the islanding detection and reduce the incorrect actuation when it is used the proposed methodologies.

Os geradores distribuídos em sistemas de distribuição de energia elétrica devem ser desconectados em eventos de ilhamento, que ocorrem quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado pela geração distribuída. A proteção anti-ilhamento deve detectar tal condição operativa, porém pode não atuar em condições de pequenos desbalanços entre carga e geração, ou atuar incorretamente para eventos de outra natureza. Assim, um ajuste adequado dessa proteção deve desconectar o gerador rapidamente quando detecta o ilhamento e, simultaneamente, deve ser imune a eventos como curtos-circuitos e chaveamentos de carga, por exemplo. Esta pode ser uma tarefa muito difícil face às variações de carga e diferentes eventos de não ilhamento que podem ocorrer no sistema de distribuição. Portanto, nesta tese são propostas metodologias de ajuste das funções de proteção anti-ilhamento de sub/sobrefrequência, taxa de variação de frequência, salto de vetor e sub/sobretensão, que são técnicas convencionalmente utilizadas para a detecção de ilhamento de geração distribuída. O objetivo das metodologias é maximizar a detecção de ilhamento e minimizar a atuação incorreta, e são considerados cenários com múltiplos geradores distribuídos de diferentes tecnologias. Inicialmente, são explorados os principais fatores que afetam as proteções, tais como distribuição das cargas, fator de potência e desequilíbrio das cargas. Esta análise permite identificar os casos mais difíceis de detecção de ilhamento. Como segunda contribuição, foi proposta a metodologia de análise gráfica denominada Mapa de Ajustes, cuja eficácia foi comprovada por meio de casos de teste, mostrando ser capaz de melhorar a sensibilidade da proteção anti-ilhamento e minimizar atuação incorreta. Na sequência, é apresentado um método automático para ajuste e bloqueio de tensão e outro baseado em proteção adaptativa para ajuste das funções de proteção. Ambos são baseados na metodologia de mapa de ajustes. Os resultados indicam que é possível melhorar a detecção de ilhamento e diminuir a atuação incorreta quando utilizadas as metodologias propostas. / Distributed generators in power distribution systems must be disconnected after an islanding event, which occurs when part of the power grid becomes electrically isolated from the utility and the isolated subsystem continues to be energized by the distributed generation. The antiislanding protection has to detect such operating condition, which may fail for critical loading conditions, or operate incorrectly for events of other nature than islanding. Therefore, an appropriate protection setting should quickly disconnect the generator when an islanding event is detected, and simultaneously, must be immune to events such as short circuits and load switches. This can be a very difficult task due to load variations and different nonislanding events that may occur in the distribution system. Therefore, in this thesis is proposed methodologies to adjust the anti-islanding protection functions of under/overfrequency, rate of change of frequency, vector surge and under/overvoltage, which are techniques conventionally used for islanding detection of distributed generation. The methodologies goals are to maximize the performance of the anti-islanding protection and minimize the incorrect operation to events of other nature, and scenarios with multiple distributed generators of different technologies are considered. At first, the main factors that affect the frequency and voltage-based protection will be explored, such as load distribution, power factor and unbalanced loads. This analysis aims to identify the most critical cases of islanding detection. The second contribution of this thesis is the Setting Map methodology, which is a graphical analysis whose effectiveness has been proved by case studies, showing to be able to improve the sensitivity of anti-islanding protection, minimizing the chances of incorrect operation. In sequence, is presented an automatic method to adjust the protection functions and voltage blocking and other based on adaptive protection. Both methods are based on the Setting Map methodology. The results indicate that it is possible to improve the islanding detection and reduce the incorrect actuation when it is used the proposed methodologies.

Un ilot non-intentionnel peut se former lorsque d’une petite partie du réseau est déconnectée du reste du système électrique, et continue pourtant de fonctionner à l’insu du gestionnaire de réseau en raison de la présence de générateurs locaux. Cet événement n’est pas voulu : le comportement des ilots n’est pas maitrisé, ce qui entraîne des risques potentiels pour les personnes et équipements électriques. L’ilotage non-intentionnel est un phénomène complexe et mal connu, aujourd’hui considéré comme rare, mais dont la probabilité d’apparition tend actuellement, a priori, à s’accroître progressivement. Cet accroissement est dû à l’effet conjugué de plusieurs phénomènes : premièrement, le développement des installations de production de petite et moyenne puissance, raccordées directement au réseau de distribution ; deuxièmement, l’élargissement des seuils de détection qui sont utilisés dans leurs protections de découplage ; et troisièmement, l’implémentation dans ces installations d’automatismes de régulation de puissance active et réactive. Dans ce contexte, la chaire industrielle Smartgrid d’Enedis a financé ces travaux de thèse afin de mieux caractériser ces phénomènes d’ilotage et d’améliorer leur détection.Afin d’atteindre ces objectifs, une première priorité de la thèse a été d’améliorer la compréhension des ilots non-intentionnels au travers d’une approche analytique. Celle-ci a notamment permis la résolution formelle d’un modèle simple capable d’expliquer le comportement en fréquence d’un îlot. Ces résolutions ont été enrichies par de nombreuses expérimentations en laboratoire et par des simulations numériques. Les modèles ont fait l’objet d’une étude bibliographique approfondie, notamment pour le choix des modèles de charge.Une seconde priorité de la thèse a été d’estimer l’efficacité des méthodes passives de détection d’ilotage au travers du calcul de la zone de non-détection (ZND). L'influence de plusieurs charges sur la ZND a été analysé, ce qui a permis d’améliorer la compréhension du phénomène complexe que sont les ilots non-intentionnels. L’efficacité des nouvelles protections anti-ilotage utilisant des seuils sur la dérivée en fréquence (ROCOF) a aussi fait l’objet d’évaluations approfondies. Enfin, les méthodes de calcul de ZND ont été améliorés par rapport aux méthodes préexistantes, ce qui a permis de radicalement améliorer l’estimation faite de l'impact des nouvelles régulations de puissance P(f) et Q(U). / Unintentional islands might appear when a subpart of the grid is disconnected from the power system and keeps working because of local generation. These events are unwanted: their behavior is not controlled and leads to potential risks for people and for electric equipment. Unintentional islanding is a complex phenomenon and badly understood. Nowadays it is considered to be rare, but a priori its occurrence probability is currently steadily increasing. This rising is the consequence of several phenomena: firstly, the development of distributed generation of small and average size directly connected to the distribution grid; secondly, the enlargement of frequency thresholds used by isolating protections; and thirdly, the implementation of power regulations of active and reactive power in the generation unit. Within this context, the Smart Grid chair of Enedis financed this PhD thesis in order to better characterize these islanding phenomena and to improve their detection.To achieve these targets, a first priority of the PhD was to improve the comprehension of unintentional islanding through symbolic calculation. This approach makes it possible to solve a simple model and to explain the evolution of the frequency during an island. These results are completed with several laboratory experiments and by numeric simulations. Models are designed based on a thorough bibliography, in particular for load modeling.A second priority of the PhD was to estimate the efficiency of anti-islanding protections through the computation of non-detection zone (NDZ). The impact of several loads on the NDZ is analyzed to improve the understanding of unintentional islanding, which is a complex phenomenon. The efficiency of new anti-islanding protections using thresholds on the rate of change of frequency (ROCOF) is also thoroughly evaluated. It is shown that the computation method used by the protection plays a key role. At last, the calculation methods of the NDZ is improved regarding previous methods. Among other things, it allows to radically change the estimations of the impact of new power regulations P(f) and Q(U).

A conexão de geradores distribuídos em sistemas de distribuição deve ser cuidadosamente avaliada para que os mesmos auxiliem efetivamente na melhoria do desempenho das redes elétricas, buscando reduzir ou eliminar eventuais situações que causem a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores, entre outros aspectos. Neste contexto, existem vários trabalhos que analisam a influência da conexão de geradores distribuídos no perfil de tensão da rede elétrica, frequência, desequilíbrio de fases e distorção harmônica. No entanto, há poucos trabalhos analisando os efeitos da desconexão de geradores distribuídos na qualidade da energia fornecida aos consumidores. Uma vez operando em paralelo com a rede de distribuição, esses geradores influenciam o perfil de tensão e o comportamento dos dispositivos reguladores de tensão. Como consequência, sua desconexão pode provocar variações de tensão intensas causando danos ou mau funcionamento às cargas. A desconexão pode ser repentina ou devido à atuação da proteção anti-ilhamento, seguida dos procedimentos de religamento automático do alimentador, se houver. Visando estudar este problema, o qual tende a se tornar uma nova preocupação das concessionárias de energia elétrica, e no intuito de minimizar e/ou eliminar os possíveis efeitos negativos dessas variações de tensão, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de um método de controle dos taps dos reguladores de tensão. Neste método, o controle dos taps foi modelado como um problema de otimização, minimizando as violações de tensão mencionadas anteriormente e também a quantidade de operações dos reguladores de tensão ao longo de um dia típico. A otimização foi solucionada com um Algoritmo Genético e os resultados obtidos indicaram que é possível minimizar as variações de tensão usando a curva de carga do sistema para planejar a operação dos reguladores de tensão. / The connection of distributed generators in an electric power system should be evaluated carefully to ensure that they effectively assist in improving the performance of electrical networks, reducing or eliminating any situations that cause degradation of the power quality of the consumers, and other issues. In this context, there are several studies that analyze the influence of generators connected to distribution systems and how they affect the frequency, cause variations in voltage magnitude, voltage unbalance and harmonic distortion. However, there are a few studies analyzing the effects that the disconnection of distributed generators induces to the power quality of consumers. Once operating in parallel with the distribution network, these generators have an effect on voltage variations and voltage regulator devices. As a result, disconnection can cause severe voltage variations causing damage or malfunction to the loads. The disconnection may be sudden or due to the action of anti-islanding protection, followed by the procedure to reconnect the substation, if it is possible. In order to study this problem, which tends to become a new power quality concern for electric utilities, and in order to minimize and / or eliminate the possible side effects of the voltage variations, this research proposes the development of a control method of voltage regulators\' taps. In this method, the control of taps was modeled as an optimization problem which aimed to minimize these voltage variations aforementioned and also the amount of voltage regulator operations over a typical day. The optimization was solved by a Genetic Algorithm and the results obtained demonstrate that it is possible to minimize the voltage variation by using the system load curve to plan the operation of voltage regulators.

A conexão de geradores distribuídos em sistemas de distribuição deve ser cuidadosamente avaliada para que os mesmos auxiliem efetivamente na melhoria do desempenho das redes elétricas, buscando reduzir ou eliminar eventuais situações que causem a degradação da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores, entre outros aspectos. Neste contexto, existem vários trabalhos que analisam a influência da conexão de geradores distribuídos no perfil de tensão da rede elétrica, frequência, desequilíbrio de fases e distorção harmônica. No entanto, há poucos trabalhos analisando os efeitos da desconexão de geradores distribuídos na qualidade da energia fornecida aos consumidores. Uma vez operando em paralelo com a rede de distribuição, esses geradores influenciam o perfil de tensão e o comportamento dos dispositivos reguladores de tensão. Como consequência, sua desconexão pode provocar variações de tensão intensas causando danos ou mau funcionamento às cargas. A desconexão pode ser repentina ou devido à atuação da proteção anti-ilhamento, seguida dos procedimentos de religamento automático do alimentador, se houver. Visando estudar este problema, o qual tende a se tornar uma nova preocupação das concessionárias de energia elétrica, e no intuito de minimizar e/ou eliminar os possíveis efeitos negativos dessas variações de tensão, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de um método de controle dos taps dos reguladores de tensão. Neste método, o controle dos taps foi modelado como um problema de otimização, minimizando as violações de tensão mencionadas anteriormente e também a quantidade de operações dos reguladores de tensão ao longo de um dia típico. A otimização foi solucionada com um Algoritmo Genético e os resultados obtidos indicaram que é possível minimizar as variações de tensão usando a curva de carga do sistema para planejar a operação dos reguladores de tensão. / The connection of distributed generators in an electric power system should be evaluated carefully to ensure that they effectively assist in improving the performance of electrical networks, reducing or eliminating any situations that cause degradation of the power quality of the consumers, and other issues. In this context, there are several studies that analyze the influence of generators connected to distribution systems and how they affect the frequency, cause variations in voltage magnitude, voltage unbalance and harmonic distortion. However, there are a few studies analyzing the effects that the disconnection of distributed generators induces to the power quality of consumers. Once operating in parallel with the distribution network, these generators have an effect on voltage variations and voltage regulator devices. As a result, disconnection can cause severe voltage variations causing damage or malfunction to the loads. The disconnection may be sudden or due to the action of anti-islanding protection, followed by the procedure to reconnect the substation, if it is possible. In order to study this problem, which tends to become a new power quality concern for electric utilities, and in order to minimize and / or eliminate the possible side effects of the voltage variations, this research proposes the development of a control method of voltage regulators\' taps. In this method, the control of taps was modeled as an optimization problem which aimed to minimize these voltage variations aforementioned and also the amount of voltage regulator operations over a typical day. The optimization was solved by a Genetic Algorithm and the results obtained demonstrate that it is possible to minimize the voltage variation by using the system load curve to plan the operation of voltage regulators.

O ilhamento em sistemas elétricos contendo geração distribuída ocorre quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado por geradores distribuídos. É importante detectar essa condição, que pode, por exemplo, levar a problemas como alteração da qualidade da energia elétrica e religamento automático fora de sincronismo, causando danos irreversíveis aos equipamentos da rede elétrica. Uma forma de detecção do ilhamento é o uso de funções de proteção de frequência e suas variações, tais como a função de taxa de variação de frequência e a função de deslocamento de fase (ou salto de vetor). Neste contexto, é importante que se tenham modelos computacionais e analíticos confiáveis dessas funções de proteção para que sejam executadas simulações, permitindo validar ajustes e verificar condições anormais de operação. O objetivo desta dissertação é desenvolver e validar modelos computacionais e analíticos das funções de proteção de sub/sobre frequência, taxa de variação de frequência e deslocamento de fase, empregados na detecção de ilhamento de geradores distribuídos. Os modelos computacionais são desenvolvidos em uma plataforma que permite realizar simulações dinâmicas em tempo real. A validação dos modelos é efetuada utilizando funções de proteção existentes em relés comerciais. A avaliação de desempenho dos modelos em relação à proteção anti-ilhamento é realizada utilizando o conceito das curvas de desempenho, as quais foram obtidas a partir de simulações computacionais em tempo real e em malha fechada pelo uso de um simulador digital em tempo real. Os resultados permitem comprovar a efetividade dos modelos para representar as funções de proteção dos relés comerciais ensaiados, com erros abaixo de 3% para uma ampla faixa de pontos de operação do sistema elétrico e do gerador distribuído. / Islanding in power distribution systems with distributed generators occurs when part of the electrical network becomes isolated from the electrical company and the isolated area is still energized by distributed generation. It is important to detect this condition which can lead to problems such as low power quality levels and out of step reclosing, causing severe equipment damages. One of the island detection methods is the use of frequency protection functions and their variations, such as the rate of change of frequency relay and phase shift relay (or vector surge relay). In this context, it is important to obtain reliable relay computational and analytical models to execute simulations that allow verifying and validating settings, and investigating abnormal operation conditions. This dissertation aims to develop and validate computational and analytical models of under and over frequency, rate of change of frequency and phase shift protection functions applied to distributed generation islanding detection. The computational model development is performed on a real time dynamic simulation platform. The model validations are performed using protection functions of commercial relays. The models performance evaluation and validation were carried out by using the performance curves, which are obtained through real time closed loop simulations using a real time digital simulator. The results prove the model effectiveness to represent commercial protection functions, with errors below 3% for a wide range of distribution system and distributed generator operating conditions.

O ilhamento em sistemas elétricos contendo geração distribuída ocorre quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado por geradores distribuídos. É importante detectar essa condição, que pode, por exemplo, levar a problemas como alteração da qualidade da energia elétrica e religamento automático fora de sincronismo, causando danos irreversíveis aos equipamentos da rede elétrica. Uma forma de detecção do ilhamento é o uso de funções de proteção de frequência e suas variações, tais como a função de taxa de variação de frequência e a função de deslocamento de fase (ou salto de vetor). Neste contexto, é importante que se tenham modelos computacionais e analíticos confiáveis dessas funções de proteção para que sejam executadas simulações, permitindo validar ajustes e verificar condições anormais de operação. O objetivo desta dissertação é desenvolver e validar modelos computacionais e analíticos das funções de proteção de sub/sobre frequência, taxa de variação de frequência e deslocamento de fase, empregados na detecção de ilhamento de geradores distribuídos. Os modelos computacionais são desenvolvidos em uma plataforma que permite realizar simulações dinâmicas em tempo real. A validação dos modelos é efetuada utilizando funções de proteção existentes em relés comerciais. A avaliação de desempenho dos modelos em relação à proteção anti-ilhamento é realizada utilizando o conceito das curvas de desempenho, as quais foram obtidas a partir de simulações computacionais em tempo real e em malha fechada pelo uso de um simulador digital em tempo real. Os resultados permitem comprovar a efetividade dos modelos para representar as funções de proteção dos relés comerciais ensaiados, com erros abaixo de 3% para uma ampla faixa de pontos de operação do sistema elétrico e do gerador distribuído. / Islanding in power distribution systems with distributed generators occurs when part of the electrical network becomes isolated from the electrical company and the isolated area is still energized by distributed generation. It is important to detect this condition which can lead to problems such as low power quality levels and out of step reclosing, causing severe equipment damages. One of the island detection methods is the use of frequency protection functions and their variations, such as the rate of change of frequency relay and phase shift relay (or vector surge relay). In this context, it is important to obtain reliable relay computational and analytical models to execute simulations that allow verifying and validating settings, and investigating abnormal operation conditions. This dissertation aims to develop and validate computational and analytical models of under and over frequency, rate of change of frequency and phase shift protection functions applied to distributed generation islanding detection. The computational model development is performed on a real time dynamic simulation platform. The model validations are performed using protection functions of commercial relays. The models performance evaluation and validation were carried out by using the performance curves, which are obtained through real time closed loop simulations using a real time digital simulator. The results prove the model effectiveness to represent commercial protection functions, with errors below 3% for a wide range of distribution system and distributed generator operating conditions.