Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico automático de falhas do tipo curto-circuito de baixa impedância em circuitos alimentadores de média tensão de sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica tipo spot network. O diagnóstico compreende a identificação do tipo de curto-circuito ocorrido e a sua localização. A metodologia está baseada no treinamento e uso de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Os parâmetros para treinamento das RNAs são obtidos a partir de padrões de comportamento elétrico de curtos circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos à terra, obtidos por simulação de um circuito de distribuição real localizado na cidade de Brasília. Para obtenção do comportamento elétrico do circuito de distribuição foi utilizado o aplicativo de simulação ATP (Alternative Transient Program); para estruturação, treinamento e testes das RNAs da metodologia de diagnóstico foi utilizado o software Matlab (aplicativo de RNA). Os principais resultados dos testes das RNAs da metodologia são apresentados. Tais resultados demonstram a viabilidade científica e tecnológica de se aplicar a metodologia desenvolvida como ferramenta de diagnóstico em tempo real de auxílio dos departamentos de engenharia de operação e manutenção de concessionárias elétricas. Este trabalho também apresenta as principais possibilidades de continuidade desta pesquisa científica e tecnológica baseada em redes neurais artificiais na área de diagnóstico automático de sistemas reticulados. / This work presents the development of an automatic failure diagnostic methodology for low impedance short circuit in mid voltage feeders of distribution spot networks systems. The developed methodology has the feature to identify the type of short circuit and its location. An Artificial Neural Network technique was employed. The parameters used to train the Artificial Neural Networks are obtained based upon patterns in simulations of real cases for short circuit behavior in mono-phase, bi-phase and tri-phase to ground configuration. The input data for the simulation was based on a real distribution circuit belonging to the Power Utility CEB located in Brasília-Brazil. The simulation program ATP (Alternative Transient Program) was used to obtain the electric behavior of the circuit in the distribution network. As for the Artificial Neural Network simulation, trainings and tests Matlab was employed. As a main contribution the results of this work shows the technical feasibility to apply such methodology as a important real time diagnostic tool to support the system operation and maintenance departments of power utilities that uses spot network topologies. Furthermore, it is presented the possibilities to continue this research related to automatic diagnostics for network distribution systems based on Artificial Neural Networks technique.

A transmissão de energia em corrente contínua, a partir de conversores fonte de tensão, é oportuna ao progresso do sistema elétrico de potência e tem permitido vantajosas aplicações. Muito se dá, devido ao emprego na conexão de sistemas com frequências distintas, além da redução de perdas na transmissão, provida pelas características operacionais destes. VSCs também promovem o controle do fluxo de potência, possibilitando uma efetiva contextualização no âmbito das redes inteligentes. Diante deste cenário, este estudo pretende construir um perfil de corrente através do Cálculo de Curto-Circuito Probabilístico, que emprega a Simulação de Monte Carlo, para prover as informações ao desenvolvimento de projetos de equipamentos, ajustes da proteção e controle de sistemas de transmissão em corrente contínua. A Simulação de Monte Carlo requer muitas iterações, tendo um custo computacional elevado. Se forem executadas em programas comerciais, exige um tempo elevado para leitura dos sinais em arquivos. Devido a isso, um programa de código livre usando linguagem C++, foi desenvolvido para possibilitar acesso aos sinais de interesse ainda em memória, reduzindo desta forma o tempo computacional. Além disso, para melhorar a performance, foram usadas técnicas de processamento paralelo e de computação em nuvem. Desta forma, este estudo contribui com informações indispensáveis ao projeto de equipamentos de proteção dos sistemas de transmissão em corrente contínua de forma a cooperar com o desenvolvimento consistente desta tecnologia. / Transmitting electrical power in direct current using a VSC is suitable for the progress of these systems and has remarkable and advantageous applications. This happens in order to connect two systems with distinct frequencies. This type of line is also used in the reduction of losses in transmission over long distances, provided by their operating characteristics. These converters also promote the control of power flow between distinct generation units, making them effective in the context of Smart Grids. Based on this, the purpose of this research is to construct a profile of a current using a Probabilistic Short-Circuit Analysis by Monte Carlo Simulation to provide basic data to the optimum development of design equipment in protection and control. The Monte Carlo Simulation requires many iterations to find an optimal result. An open source program using C++ language was developed to describe all the system models variables in order to decrease the computation time, as it is time consuming to read signals stored on a disk using commercial software. Moreover, in order to lower computation costs, parallel process techniques and cloud computing were used. Therefore, this study contributes to the literature by providing essential information for designing equipment for Direct Current transmission protection systems.

Este trabalho apresenta uma metodologia computacional para coordenação automática de dispositivos de proteção contra sobrecorrente em sistemas elétricos industriais radiais, tendo como principais vantagens a exatidão nos cálculos dos ajustes e a proposição automática de soluções para eventuais problemas de coordenação, sempre que possível. A metodologia é utilizada tanto para proteção individual contra sobrecorrente dos equipamentos quanto para coordenação dos dispositivos de proteção do sistema. É feito um estudo detalhado dos requisitos de proteção de sobrecorrente dos equipamentos empregados em sistemas elétricos industriais, como motor, cabo e transformador, bem como dos dispositivos mais utilizados, fusível e disjuntor de baixa tensão, com ênfase para a proteção por meio de relés digitais de sobrecorrente. O método é usado para o desenvolvimento de uma ferramenta computacional. Há uma exposição dos algoritmos utilizados para busca e cálculo dos ajustes dos dispositivos de cada equipamento. Por fim é realizado um teste da ferramenta com dois exemplos de sistemas elétricos industriais, mostrando que o mesmo apresenta bom desempenho quanto à exatidão no cálculo dos ajustes e na redução do tempo despendido em estudos de coordenação da proteção e seletividade. / This work presents a computational methodology for automatic overcurrent coordination of protection devices in radial industrial electrical systems, which main advantages are the accuracy in the devices\' settings calculation and the automatic proposition of solutions to coordination problems, whenever it is possible. The methodology is used both for equipment individual overcurrent protection and for protection devices coordination. A detailed study of the overcurrent protection requirements of the equipments used in industrial electrical systems, such as motor, cable and transformer is carried out, as well as of the most used protection devices, fuses and low voltage circuit breaker, with emphasis on the protection by means of overcurrent digital relays. The method is used to develop a computational tool. There is an explanation of the search and settings calculation algorithms applied to the devices of each equipment. Finally, two examples of industrial electrical systems are used to assess the performance of the proposed methodology. It is shown that it presents good performance on the accuracy in the calculation of the devices settings and on amount of time spent on protection coordination and selectivity studies.

Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico automático de falhas do tipo curto-circuito de baixa impedância em circuitos alimentadores de média tensão de sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica tipo spot network. O diagnóstico compreende a identificação do tipo de curto-circuito ocorrido e a sua localização. A metodologia está baseada no treinamento e uso de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Os parâmetros para treinamento das RNAs são obtidos a partir de padrões de comportamento elétrico de curtos circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos à terra, obtidos por simulação de um circuito de distribuição real localizado na cidade de Brasília. Para obtenção do comportamento elétrico do circuito de distribuição foi utilizado o aplicativo de simulação ATP (Alternative Transient Program); para estruturação, treinamento e testes das RNAs da metodologia de diagnóstico foi utilizado o software Matlab (aplicativo de RNA). Os principais resultados dos testes das RNAs da metodologia são apresentados. Tais resultados demonstram a viabilidade científica e tecnológica de se aplicar a metodologia desenvolvida como ferramenta de diagnóstico em tempo real de auxílio dos departamentos de engenharia de operação e manutenção de concessionárias elétricas. Este trabalho também apresenta as principais possibilidades de continuidade desta pesquisa científica e tecnológica baseada em redes neurais artificiais na área de diagnóstico automático de sistemas reticulados. / This work presents the development of an automatic failure diagnostic methodology for low impedance short circuit in mid voltage feeders of distribution spot networks systems. The developed methodology has the feature to identify the type of short circuit and its location. An Artificial Neural Network technique was employed. The parameters used to train the Artificial Neural Networks are obtained based upon patterns in simulations of real cases for short circuit behavior in mono-phase, bi-phase and tri-phase to ground configuration. The input data for the simulation was based on a real distribution circuit belonging to the Power Utility CEB located in Brasília-Brazil. The simulation program ATP (Alternative Transient Program) was used to obtain the electric behavior of the circuit in the distribution network. As for the Artificial Neural Network simulation, trainings and tests Matlab was employed. As a main contribution the results of this work shows the technical feasibility to apply such methodology as a important real time diagnostic tool to support the system operation and maintenance departments of power utilities that uses spot network topologies. Furthermore, it is presented the possibilities to continue this research related to automatic diagnostics for network distribution systems based on Artificial Neural Networks technique.

Esta dissertação tem por propósito analisar os impactos da geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e sobre a proteção das redes de média tensão das concessionárias de distribuição de energia elétrica usando uma abordagem paramétrica. A principal motivação deste trabalho são os recentes incentivos regulatórios que estão fomentando a geração distribuída no Brasil. Contudo, as redes de distribuição convencionais foram projetadas para serem passivas e a introdução da geração poderá causar problemas de ordem técnica que ainda precisam ser resolvidos. Tais problemas foram pesquisados e aqueles relacionados com os impactos sobre as correntes de curto-circuito foram enfatizados. As normas técnicas das concessionárias também foram investigadas porque seus requisitos, como a ligação dos transformadores de acoplamento, influem nas correntes de curto-circuito. Para se calcular as correntes de curto-circuito, desenvolveu-se uma planilha eletrônica cujos resultados foram validados com programas comerciais de análise de redes elétricas. Esta ferramenta foi utilizada para demonstrar, através de exemplos, o impacto causado pela geração distribuída sobre as correntes de curto-circuito e, posteriormente, para realizar as análises paramétricas nas quais a influência de cada variável foi avaliada. A aplicação do método paramétrico permitiu o estudo de possíveis limites para a potência de um gerador distribuído em função dos impactos admissíveis, de seu ponto de conexão, de seus parâmetros elétricos e dos parâmetros elétricos da rede. / The purpose of this thesis is to analyse the impacts of distributed generation on short-circuit currents and protection of the distribution utilities medium voltage networks using a parametric approach. The new regulations that are promoting the distributed generation in Brazil are the main motivation for this work. However, the conventional distribution networks were designed to be passive; therefore the integration of generation may cause some technical problems yet to be solved. Such problems were researched and those related to the impacts on short-circuit currents were emphasized. The utilities technical standards were also explored as their requirements affect the short-circuit currents (e.g. the transformers connections). A spreadsheet was developed in order to calculated the short-circuit currents and it was validated comparing its results to those of a commercial network analysis software. This tool was used to expose the impacts of distributed generation on short-circuit currents through examples and also to carry out parametric analysis in which the influence of every variable was evaluated. The application of a parametric method made it possible to define the maximum installed capacity of a distributed generator as a function of the allowed limits to the impacts on the short-circuit currents, its point of coupling, its electrical parameters and the electrical parameters of the network.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-09T19:03:09Z No. of bitstreams: 1 107110001.pdf: 3453553 bytes, checksum: fb266cf11dce80833ef41b2adb20cd21 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-09T19:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 107110001.pdf: 3453553 bytes, checksum: fb266cf11dce80833ef41b2adb20cd21 (MD5) Previous issue date: 2012-10-19 / As distribuidoras de energia elétrica devem estar preparadas para restabelecer o fornecimento de forma ágil, sempre respeitando os critérios de segurança e os índices de continuidade e qualidade compatíveis com o estabelecido na legislação vigente. A possibilidade de localizar defeitos remotamente acelera o processo de restabelecimento. Apesar dos próprios relés e religadores microprocessados fornecerem uma indicação com base na impedância de curto-circuito, ela não é precisa para sistemas de distribuição, uma vez que as redes apresentam várias bifurcações (ramais) protegidas por elementos fusíveis e diferentes bitolas de condutores. Entretanto, atualmente há vários métodos como revelam as pesquisas, que tentam estabelecer maior precisão dos dados e resultados ali envolvidos, buscando criar uma inovação e satisfação às empresas do setor elétrico. Assim, a proposta deste projeto é desenvolver uma metodologia diferencial para localização de faltas em redes de distribuição a partir de estudos da rede combinados com a monitoração remota de dispositivos de proteção (relés e religadores microprocessados). Estas variáveis de entrada: corrente de carga (corrente pré-falta), corrente de curto-circuito, corrente pós-falta; serão obtidas em tempo real pelo SCADA no momento da ocorrência de uma falta na rede. As medidas obtidas serão comparadas e classificadas por Mapas Auto-Organizáveis ou SOM (Self-Organizing Map) de acordo com os padrões de dados simulados pelos estudos da rede. A partir do método proposto será possível estimar o local do defeito ocorrido na rede elétrica por meio do mapa que melhor se identifica com os dados medidos. Essa pesquisa foi aplicada no estudo de caso de uma concessionária da região central gaúcha, a qual alcançou resultados bastante satisfatórios, obtidos a partir de dados reais. / The power utilities must be prepared to restore the supply in an agile way constantly respecting the safety criteria and indexes of continuity and quality consistent with the current legislation. The ability to remotely locate defects accelerates this healing process. Despite own microprocessor relays and reclosers provide an indication based on the short circuit impedance, it is not applicable to distribution systems, since the networks present various bifurcations (branch lines) protected by fuse elements and different wire gauges. However, today there are several methods such as surveys show, trying to establish more precisely the data and results here involved, seeking to create an innovation and satisfaction to the electric companies. Thus, the aim of this project is to develop a methodology for distinct fault location in distribution feeders. It will combine network studies with remote monitoring of protective devices (microprocessor relays and reclosers). These input variables: load current (pre-fault current), short circuit current, post-fault current; will be obtained in real time by SCADA when a fault occurs in the network. These measures will be compared and ranked by Self- Organizing Maps (SOM) according to the patterns obtained by simulation studies of the network. With this method, it will be possible to assess the location of the defect occurring in the power grid, identifying the best map that resembles with the measured data. This research was applied in a power utility in the South of Brazil as case study, which achieved satisfactory results obtained from real data.

[pt] O primeiro material supercondutor de alta temperatura foi descoberto em 1986. Desde então foram sintetizados mais de 150 novos supercondutores (cupratos, bismutatos, boretos e fulerenos) com temperatura crítica superior à temperatura de 23,3 K, a temperatura crítica mais alta entre os materiais supercondutores de baixa temperatura. Muitos destes novos materiais supercondutores têm provocado interesse acadêmico, sendo utilizados, por exemplo, para a compreensão do fenômeno de supercondutividade a alta temperatura. No entanto, há famílias supercondutoras que possuem propriedades atraentes para o desenvolvimento de novas tecnologias voltadas particularmente para sistemas elétricos de potência, medicina e transporte (veículo Maglev). Dois supercondutores da família BSCCO, Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) e Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223), estão entre os mais pesquisados para aplicação em escala industrial no setor elétrico. Uma projeção do mercado de dispositivos para o setor elétrico, à base de supercondutores de alta temperatura, aponta que este mercado deve movimentar em torno de 47 bilhões de dólares em 2020, tendo como destaques, com quase 90% deste mercado, limitadores de corrente de curtocircuito, transformadores e SMES (Sistema Magnético Supercondutor de Armazenagem de Energia). A presente tese se propôs a contribuir para o desenvolvimento de uma nova tecnologia de produção de limitadores de corrente de curto-circuito (LCC) à base da fase supercondutora Bi-2212. Esta tecnologia baseia-se na produção de formas maciças (blocos) da fase Bi-2212, para a confecção de LCC, através da fusão parcial e solidificação peritéticas desta fase. Este método difere substancialmente do método de fusão completa, usualmente empregado para a obtenção destes blocos. Para o desenvolvimento e o aperfeiçoamento desta nova tecnologia foi necessário estudar a fusão e a solidificação peritéticas da fase Bi- 2212. Com este intuito, para acompanhar esses dois processos foram utilizadas técnicas de observação in situ, assim como análise de amostras temperadas. As propriedades supercondutoras foram estudadas por meio das caracterizações eletromagnéticas. Com base nestes estudos foi desenvolvido um ciclo térmico que proporciona uma densidade de corrente crítica da fase Bi-2212 na forma maciça superior a 1000A/cm2, em corrente direta, a 77K e sem campo magnético externo. Este valor confirma a viabilidade do método para a produção de material para LCC. / [en] High temperature superconductivity was discovered in 1986. Since then more than 150 new superconductors (cuprates, bismuthates, borides and fullerite) with critical temperature higher then 23,3K (the highest critical temperature for low temperature superconductors) have been synthesized. Many of them rise interest from the scientific viewpoint and are suitable for investigations focusing the phenomena of high temperature superconductivity. However, some superconducting families display properties that are attractive for applications in electrical power systems, medicine and transport. Two superconductors from the BSCCO family, Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) e Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223), are among the most studied for application in electrical power systems at industrial scale. One prognostic for the market of superconducting electrical devices points out that this market will represent more than 47 billion dollars in the year 2020. More than 90% of this market will be dominated by devices such as: fault current limiters (FCL), transformers and superconducting magnetic energy storage systems (SMES). The present thesis aims to contribute for the development of a new technology for production of fault current limiters, based on the Bi-2212 phase, the partial melt method. This method involves peritectic fusion and solidification of the Bi-2212 phase and is substantially different from the complete melt processing usually used for production of Bi- 2212 blocks. The peritectic fusion and solidification of the Bi-2212 phase were investigated by quenching and in situ techniques. Superconducting properties were also studied by electromagnetic measurements. Based on these studies, a thermal cycle was established which results in a critical current density in bulk form, of the Bi-2212 phase, superior to 1000A/cm2, in direct current, at 77K and zero field. This value confirms the potential of the method to produce material for FCL.

Estágio realizado na EDP Distribuição - e orientado pelo Eng. Pedro Terras Marques / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de Especialização de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SauloLR_Dissert.pdf: 2026827 bytes, checksum: 844a5bebdb8c74bcc97253da6842843e (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work is carried out a detailed study of the electrical and mechanical behavior of a doubly fed induction machine that operates as wind generator (DFIG), when it is faced with disturbances from both the grid as wind variations. The dynamic analysis becomes closer to the wind turbine connection to a three-phase electrical network containing several bars. The wind turbine has a classical control system, commonly found in the literature, which is to use PI controllers. From the junction of the control system, the power grid model and the turbine model, serial information will be analyzed. The way the system is designed makes possible, simply, changes of parameters and characteristics of the systems, making it possible to perform simulation of many different wind turbines. By the representation adopted of the electrical grid, it was possible to simulate different types of disturbances, enabling a detailed analysis of the system response in front of the disturbances / Nesse trabalho é realizado um estudo detalhado do comportamento elétrico e mecânico de uma máquina de indução duplamente alimentada que opera como gerador eólico (DFIG), quando esta se encontra diante de perturbações provenientes tanto da rede elétrica quanto de variações de vento. A análise da dinâmica torna-se mais detalhada com a conexão do aerogerador a uma rede elétrica trifásica que contem diversas barras. O aerogerador possui um sistema clássico de controle, comumente encontrado na literatura, que é a utilização de controladores do tipo PI. A partir da junção do sistema de controle, do modelo da rede elétrica e do modelo do aerogerador, uma série de dados serão analisados, tais como velocidade de rotação, corrente e potências fornecidas pelo DFIG, tensão elétrica nos barramentos, dentre outros. Ao utilizar uma representação trifásica na rede elétrica, qualquer forma de perturbação elétrica é facilmente implementada e analisada. A forma como o sistema foi elaborado viabiliza, de maneira simples, modificações de parâmetros e características dos sistemas, tornando possível realizar simulação de diversos modelos de aerogeradores. Através da representação adotada na rede elétrica, foi possível simular diferentes tipos de perturbações, viabilizando uma análise detalhada da resposta do sistema diante das mesmas

The increasing demand for energy, coupled with the difficulties inherent in the implementation of large generation projects, significantly increased the use of energy resources from renewable energy sources, in order to better meet the energy market. Recent research shows that there are several benefits of using the Distributed Generation in relation to large enterprises Centralized Generation. In this sense, this work shows the results of studies conducted in order to verify the feasibility of taking advantage of the Distributed Generation to meet the remaining local loads in any power shortages Distributor. This operation is called Intentional Islanded Operation. In order to implement the intentional islanding operation of Distributed Generation, it is necessary to carry out specific studies to meet the levels of quality and continuity established by regulations and to ensure the safety of the electrical system. Thus, this work presents an analysis of the technical feasibility of intentional islanded operation of distributed generators, given the restrictions imposed resulting from Power Flow studies, Transient Stability and Short Circuit. / O crescente aumento da demanda de energia, associado às dificuldades inerentes à implantação de empreendimentos de geração de grande porte, aumentou significativamente o aproveitamento dos recursos energéticos a partir de fontes de energia renováveis, visando um melhor atendimento do mercado de energia. Pesquisas recentes mostram que há diversas vantagens em se utilizar a Geração Distribuída em relação aos grandes empreendimentos de Geração Centralizada. Neste sentido, esta dissertação mostra os resultados de estudos realizados com o objetivo de verificar a viabilidade em se aproveitar as Gerações Distribuídas para o atendimento das cargas locais remanescentes, em eventuais faltas de energia da Distribuidora. Esta operação é denominada de Operação Ilhada Intencional. Para que a operação ilhada de Geradores Distribuídos possa ser admitida, estudos específicos devem ser realizados, a fim de que os níveis de qualidade e continuidade exigidos pelos órgãos reguladores sejam atendidos e que a segurança do sistema elétrico seja preservada. Desta forma, esta dissertação apresenta uma análise da viabilidade técnica da operação ilhada intencional de Geradores Distribuídos, considerando as restrições resultantes impostas a partir de estudos de Fluxo de Potência, Estabilidade Transitória e Curto-Circuito.