Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Trata-se de um estudo descritivo, exploratório sobre a técnica da modelagem de objetos aplicados como interface de comunicação entre os equipamentos de campo de uma subestação elétrica, utilizando o padrão “Utility Communications Architecture - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment" que permite a redução da quantidade de protocolos com os quais trabalham os diferentes equipamentos de campo de uma subestação em geral. A pesquisa procurou explicar quais são as características de uma subestação automatizada (requisitos e comportamento), em que consiste essa nova tecnologia da modelagem de objetos e suas aplicações dentro dos sistemas elétricos. O trabalho explica e aplica os diferentes modelos contidos no padrão dentro das funções de proteção, medição, controle, etc, de uma Subestação Elétrica. Estes modelos são incluídos nos novos equipamentos que levam a informação dos sensores e atuadores colocados nos equipamentos de campo a seu respectivo sistema “Supervisory Control & Data Acquisition". Os novos equipamentos permitem realizar tarefas como sistema de eleição “voting", função de bloqueio de barramento “bus blocking", função de rejeição de carga “load shedding", entre outros, de uma maneira mais eficaz aumentando, assim o desempenho do trabalho da subestação. Como aplicação final, trata de fazer a modelagem de comunicação dos equipamentos de campo da subestação de Bateias, da Companhia Paranaense de Energia com o emprego dos equipamentos providos pelos principais fornecedores do mercado brasileiro: General Electric, Siemens e ABB; tendo para isso como esquemas de referência os modelos das subestações apresentadas na bibliografia. A modelagem demonstrou ser eficaz na comunicação dos equipamentos de campo de uma Subestação Elétrica, já que é possível mediante a mesma padronizar os protocolos que utiliza, permitindo assim a compatibilidade entre os equipamentos de diferentes fabricantes com a respectiva redução dos custos dos projetos de implementação, programação e treinamento dentro da subestação. / This is a descriptive study concerning the modeling technique applying object-oriented models for a communication interface among the equipments in the field of an electric substation. The standard architecture UCA - Utility Communications Architecture and GOMSFE - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment are used, allowing the reduction of the number of protocols in the different equipment's in the yard. This work also addresses the characteristics and the requisites of an automated substation, in what this new modeling technology is about and its applications for the electric power systems. The different models used for the functions of protection, measurement, control, etc. of an Electric Substation are considered, including the new equipment which carry the information from sensors and actuators in the field to their respective SCADA - Supervisory Control & Data Acquisition - system. The performance of the substation is enhanced by new functions as “voting" in protection relays, “bus blocking" in busbars, "load shedding" in load dispatch. Finally the modeling of the communication functions of the field equipments in the substation Bateias, of Copel - Companhia Paranaense de Energia Elétrica is carried out. The equipment's are the ones found in the Brazilian electric market and the reference schemes are from the bibliography. It is shown that the modeling is effective for the communication among the equipment's in the field of an electric substation, and that it is possible to standardize the different protocols employed there. Consequently the compatibility among the equipment's from different manufacturers occurs, and also the reduction of the costs of implementation, programming and personnel training within the substation.

Trata-se de um estudo descritivo, exploratório sobre a técnica da modelagem de objetos aplicados como interface de comunicação entre os equipamentos de campo de uma subestação elétrica, utilizando o padrão “Utility Communications Architecture - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment” que permite a redução da quantidade de protocolos com os quais trabalham os diferentes equipamentos de campo de uma subestação em geral. A pesquisa procurou explicar quais são as características de uma subestação automatizada (requisitos e comportamento), em que consiste essa nova tecnologia da modelagem de objetos e suas aplicações dentro dos sistemas elétricos. O trabalho explica e aplica os diferentes modelos contidos no padrão dentro das funções de proteção, medição, controle, etc, de uma Subestação Elétrica. Estes modelos são incluídos nos novos equipamentos que levam a informação dos sensores e atuadores colocados nos equipamentos de campo a seu respectivo sistema “Supervisory Control & Data Acquisition”. Os novos equipamentos permitem realizar tarefas como sistema de eleição “voting”, função de bloqueio de barramento “bus blocking”, função de rejeição de carga “load shedding”, entre outros, de uma maneira mais eficaz aumentando, assim o desempenho do trabalho da subestação. Como aplicação final, trata de fazer a modelagem de comunicação dos equipamentos de campo da subestação de Bateias, da Companhia Paranaense de Energia com o emprego dos equipamentos providos pelos principais fornecedores do mercado brasileiro: General Electric, Siemens e ABB; tendo para isso como esquemas de referência os modelos das subestações apresentadas na bibliografia. A modelagem demonstrou ser eficaz na comunicação dos equipamentos de campo de uma Subestação Elétrica, já que é possível mediante a mesma padronizar os protocolos que utiliza, permitindo assim a compatibilidade entre os equipamentos de diferentes fabricantes com a respectiva redução dos custos dos projetos de implementação, programação e treinamento dentro da subestação. / This is a descriptive study concerning the modeling technique applying object-oriented models for a communication interface among the equipments in the field of an electric substation. The standard architecture UCA - Utility Communications Architecture and GOMSFE - Generic Object Models for Substation & Feeder Equipment are used, allowing the reduction of the number of protocols in the different equipment's in the yard. This work also addresses the characteristics and the requisites of an automated substation, in what this new modeling technology is about and its applications for the electric power systems. The different models used for the functions of protection, measurement, control, etc. of an Electric Substation are considered, including the new equipment which carry the information from sensors and actuators in the field to their respective SCADA - Supervisory Control & Data Acquisition - system. The performance of the substation is enhanced by new functions as “voting” in protection relays, “bus blocking” in busbars, "load shedding" in load dispatch. Finally the modeling of the communication functions of the field equipments in the substation Bateias, of Copel - Companhia Paranaense de Energia Elétrica is carried out. The equipment's are the ones found in the Brazilian electric market and the reference schemes are from the bibliography. It is shown that the modeling is effective for the communication among the equipment's in the field of an electric substation, and that it is possible to standardize the different protocols employed there. Consequently the compatibility among the equipment's from different manufacturers occurs, and also the reduction of the costs of implementation, programming and personnel training within the substation.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-30T19:06:38Z No. of bitstreams: 1 CAMILLA FALCONI CRISPIM - DISSERTAÇÃO PPGCC 2013..pdf: 21498692 bytes, checksum: 0ddcf6e67e912aaa0d984982e73f8e76 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-30T19:06:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAMILLA FALCONI CRISPIM - DISSERTAÇÃO PPGCC 2013..pdf: 21498692 bytes, checksum: 0ddcf6e67e912aaa0d984982e73f8e76 (MD5) Previous issue date: 2013-03-15 / Manobras são executadas na rede elétrica para que não haja interrupção no fornecimento de energia, causada por eventos aleatórios, como falha ou sobrecarga de equipamentos; ou para a realização de manutenção preventiva nestes equipamentos. A geração de manobras é normalmente manual e a sua elaboração pode demorar de uma hora e a um dia, dependendo da sua complexidade e do número de equipamentos envolvidos. O pouco tempo para a geração das manobras, principalmente em situações de contingência, aumenta a probabilidade de ocorrência de erros nas manobras elaboradas. Os fatores relacionados à demora na geração, às falhas na análise dos efeitos da manobra na rede elétrica e à alta susceptibilidade de erros, podem afetar negativamente o sistema elétrico e a companhia elétrica, diminuindo a segurança no sistema e aumentando as perdas monetárias associadas principalmente à indisponibilidade de equipamentos e à interrupção do fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova abordagem para a geração automática de manobras para sistemas eletroenergéticos. Esta abordagem tem as principais características de uma solução ideal para o problema: (i) se baseia na topologia de tempo real da rede elétrica; (ii) usa regras de intertravamento baseadas na configuração topológica da rede e nos princípios elétricos dos dispositivos, garantindo assim a segurança do sistema e do pessoal da companhia elétrica; e (iii) usa algoritmos genéricos que independem dos tipos de arranjos topológicos, bem como do número de equipamentos na subestação. Para verificar a corretude da solução no escopo de uma companhia elétrica real, as manobras geradas automaticamente são comparadas às manobras padrão elaboradas manualmente pelos operadores e/ou supervisores da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF). Ao todo, mais de 1300 roteiros foram comparados. Para a liberação de disjuntor, o percentual de acerto foi de 91,1%; e para a normalização de disjuntor, o percentual de acerto foi de 90,4%. A mediana dos tempos de geração automática destas manobras foram de 14ms e 16ms para liberação e normalização de disjuntor, respectivamente. Estes tempos apontam ganho significativo no tempo gasto para a geração de uma manobra. A outra forma de validação da técnica proposta baseia-se em um sistema prova-de-conceito (SmartSwitch). Esse sistema se destina aos operadores e supervisores da CHESF. Um grupo selecionado de especialistas na geração de manobras é responsável pela avaliação da usabilidade do sistema SmartSwitch e da corretude das manobras geradas automaticamente. A avaliação inicial feita por este grupo mostra que a técnica é capaz de gerar, em situações normais de topologia, operações de seccionamento corretas e seguras do ponto de vista elétrico. Percebeu-se também alto nível de aceitação do sistema SmartSwitch por parte dos operadores e supervisores de operação da CHESF, o que prova a contribuição do sistema para a eficácia do processo de geração de manobras na companhia colaboradora. / Switching sequences executed in the electrical grid aim to prevent electric power provision interruptions, which may be caused by random events, such as equipment faults or overloads; or equipment maintenance. Switching sequence generation is usually manual, and can last between one hour and one day, according to the switching sequence complexity and the number of equipment involved. The limited time for switching sequence generation, especially in contingency circumstances, increases the probability of errors in the resulting switching sequences. Factors such as delay in switching sequence generation, failure in analyzing the switching sequence's effects on the electrical grid, and susceptibility to errors can negatively affect the electric system and the electric power company, decreasing system security, and increasing monetary losses mainly associated with equipment unavailability and electric power provision interruption. This study presents and evaluate a new approach for automatically generating switching sequences in electric substations; the proposal possesses the main characteristics to ideally solve the problem. The technique, for automatically generate switching sequences, (i) is based on the power grid's real-time topology; (ii) uses interlocking rules based on the grid's topological configuration in order to guarantee security for the system and for the workers; (iii) uses algorithms that are independent of the equipment's topological disposition and the substation's size. To verify the correctness of solution in the scope of a real electric company, the automatically generated switching sequences was compared to standard switching sequences made manually by CHESF operation supervisors or operators. In ali, more the 1300 scripts were compared. For switching sequences to release circuit breaker during maintenance periods, the percentage of correct switching sequence was 91,1%; and for switching sequence to restore circuit breaker, the percentage of correct switching sequence was 90,4%. The execution time was 14ms and 16ms, respectively. The second validation stage is based on proof-of-concept system, named SmartSwitch. The system is presented in this work and is intended to be used by CHESF operation supervisors and operators. A selected group of specialists in switching sequence generation is responsible for evaluating the system regarding its usability and correctness. The initial evaluation made by specialists group showed that technique is able to generate, in normal topology, correct and safe switching operations from electric point of view. Also, it was noticed that the tool has a high levei of acceptance by the company's operators and supervisors, due to its low maintenance needs.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-24T14:18:42Z No. of bitstreams: 1 Diogo Luis.pdf: 4371869 bytes, checksum: adf1274b2033821c3c2a6cca3766a2e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T14:18:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diogo Luis.pdf: 4371869 bytes, checksum: adf1274b2033821c3c2a6cca3766a2e6 (MD5) Previous issue date: 2012-10-03 / Power system operation and maintenance require attention, precise diagnostics on failure and agility on system recovery. On the other hand, power systems involve high risks, where each operation needs to be carefully planned and executed, once errors can be fatal. Power system satisfactory operation and maintenance consist on finding equilibrium between these extremes, acting on a cautious, but agile, way. For this purpose, we propose the development of an intelligent system with the ability of detecting abnormal patterns on the electrical signal, providing support for decisions on Power Distribution System real time operation, from the analysis of power substation transformers primary and secondary currents, including learning at each new information acquired by the system. The challenge of this study is to research and develop a method based on ANN for classifying patterns and providing support for decisions, aiming fault detection and/or fault recovery. The method di↵erentiates disturbances that will lead to faults from disturbances generated by transients on power system (for example an undervoltage caused by powering on an engine). A SCADA supervisory system was developed to contain ANN implementation code and also to provide an interface for Operators, generating visual and sound alarms and messages guiding system recovery. The proposed method was evaluated using real data collected from transformers protection digital relays of CEMAR system substations, achieving excellent results. The ANN developed on this study presented satisfactory performance classifying signals and detecting faults properly. / A operação e manutenção do sistema elétrico requerem atenção, diagnósticos precisos em caso de falhas e agilidade na recomposição do sistema. Por outro lado, sistemas elétricos têm um elevado risco, onde cada manobra precisa ser cuidadosamente planejada e executada, pois erros podem ser fatais. A boa operação e manutenção do sistema elétrico consistem em encontrar o ponto de equilíbrio entre esses dois extremos, atuando de forma cautelosa, porém ágil. Com esse intuito, propomos o desenvolvimento de um sistema inteligente dotado da capacidade de detectar padrões anormais no sinal elétrico, fornecendo apoio à decisão na operação em tempo real do SDEE, a partir da análise das correntes primárias e secundárias de transformadores de força de subestações de energia elérica, incluindo aprendizado a cada nova informação integrada ao sistema. O desafio deste estudo é pesquisar e desenvolver um método baseado em RNA para classificação de padrões e apoio à decisão, visando a detecção e/ou recuperaçao de falhas. O método diferencia perturbações que culminarão em uma falta de perturbações geradas por transitórios na rede elétrica (por exemplo o afundamento de tensão gerado pela partida de uma máquina). Um sistema supervisório SCADA foi desenvolvido para hospedar o código de implementação da RNA, além de fornecer uma interface para o Operador, gerando alarmes visuais e sonoros e mensagens orientando a retomada do sistema. O método proposto foi avaliado utilizando-se dados reais coletados diretamente de relés digitais de proteção de transformadores de subestações do sistema da CEMAR, obtendo-se excelentes resultados. A RNA desenvolvida neste estudo apresentou desempenho satisfatório na classificação dos sinais a ela apresentados, detectando corretamente as faltas.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2017-09-13T17:03:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Geração de manobras finais.pdf: 4641365 bytes, checksum: 7510c97c05590ec2f85789b4b018a86a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T17:03:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Geração de manobras finais.pdf: 4641365 bytes, checksum: 7510c97c05590ec2f85789b4b018a86a (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / No contexto da Companhia Hidro-Elétrica do São Francisco (CHESF), a recomposição do sistema elétrico está sujeita a falhas causadas por erros na interpretação, durante a execução em tempo real, das IOs (Instruções de Operação). Uma IO é um documento normativo que descreve o plano de recomposição de uma subestação; IOs são documentos complexos, caracterizados pelo uso de linguagem natural e estrutura limitada, o que possibilita a presença de ambiguidades no texto e favorece a ocorrência de erros de interpretação durante a execução. Qualquer instrução executada erradamente pode causar graves danos à rede elétrica, o que tende a atrasar ainda mais o processo de recomposição. A demora na restauração do sistema, porsuavez, causa enorme prejuízoà sociedade e perda de receita à companhia, em virtude da interrupção no fornecimento de energia elétrica. Este trabalho tem como objetivo propor uma solução inovadora para diminuir a quantidade de erros operacionais durante a execução de uma IO. A solução desenvolvida é composta por três passos fundamentais: (i) estruturação dos planos de recomposição da companhia utilizando uma linguagem de alto nível criada para este propósito; (ii) tradução dos planos estruturados em manobras de recomposição,compostas apenas por comando satômicos e (iii) exportação das manobras para uma ferramenta capaz de controlar a execução destas e auditá-as através do sistema SCADA da companhia. A validação da pesquisa foi conduzida em parceria com especialistas na recomposição do sistema elétrico da CHESF. Ao todo, seis IOs da CHESF foram convertidas para o modelo proposto, com o intuito de verificar a corretude da nova abordagem. Além disso,dois engenheiros da companhia analisaram e aprovaram o modelo de solução apresentado. Entre os principais benefícios da solução apontados pelos especialistas, destacam-se: (i) diminuição do esforço de manutenção dos planos de recomposição, (ii) diminuição dos erros de caráter técnico e de digitação na elaboração dos planos de recomposição e na interpretação das manobras e (iii) introdução de auditoria no fluxo de execução da manobra, o que automatiza parcialmente a tarefa e elimina a necessidade de análises em tempo real pelo operador. / In the context of the Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF), power system restoration is subject to failures by virtue of mis interpretation,during real-time execution,of the OIs (Operation Instructions). An OI is a normative document that describes the power restoration plan of a electrical substation; OIs are complex documents, characterized by the use of natural language and poor structure, thus the text may contain ambiguities and the probability of misinterpretation is higher. Misinterpreting OI instructions during execution can severely harm the electrical grid, which tends to slow down the restorationprocess. The delay in this activity may cause enormous damage to the society and financial losses to the company, due to power supply interruption. Concerning this problem, this work presents an innovative approach to reduce operational errors when restoring the system. Our solution consists of three fundamental steps: (i) power restoration plans are structured through a high-level language created to serve this purpose; (ii) we translate these structured plans into switching sequences, composed of atomic commands and (iii) we export these final switching sequences to another existing tool, responsible for managing the execution of OIs in real time and auditing them by accessing the company’s SCADA system. The research was validated in partner ship with CHESF’s power system restoration specialists. Altogether, six CHESF’s operating OIs were converted to this approach, aiming to verify its correctness. Besides that, we presented the solution model to two engineers of the company, which analyzed and approved the proposed solution. As main advantages of the technique pointed out bythe specialists,standout: (i) itlowers themaintenance effortofthe power restoration plans; (ii) it decreases the number of technical errors and typographical errors on the power restoration plan generation and interpretation; (iii) it introduces auditing in the execution flow of the power restoration switching sequences, which partially automates the task and eliminates the need of real-time analysis by the operators.