Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-03-27T12:32:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-03-27T14:27:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T14:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaissa de Melo Cesar - 2018.pdf: 17977918 bytes, checksum: aef850db04513a76a546a025583e8e42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents a study on the application of the wavelet transform in the monitoring and analysis of the power quality and in the detection of islanding conditions in distributed generation systems, addressing a grid connected photovoltaic system as a case study. Initially, an introduction about distributed generation systems, standards and requirements for operation was made. Next, the concepts and parameters related to electric power quality and islanding conditions are presented. Then a review of the wavelet transform is presented, showing the concept of multiresolution analysis and the main applications in the topic addressed. The wavelet transform is an important contribution to time-frequency localization methods for the analysis of transient signals. A multiresolution analysis was proposed through the discrete wavelet transform for voltage analysis at the common coupling point between the generation system and the electric grid. The standard deviation and the variation of the details coefficients of the wavelet transform were used for the detection and classification of disturbances. In the application of the method, pure sine-wave voltages with different types of disturbances were considered: voltage sag, voltage sweel, interruption, oscillatory transients and noise. And three cases of dynamic island detection were simulated with a grid connected photovoltaic system. The results obtained are presented and discussed for validation of the wavelet transform application in the analysis of grid connected photovoltaic systems. / Este trabalho apresenta um estudo sobre a aplicação da transformada wavelet no monitoramento e análise da qualidade da energia elétrica e na detecção de ilhamento em sistemas de geração distribuída, abordando como estudo de caso um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Inicialmente é feita uma introdução sobre os sistemas de geração distribuída, as normas e requisitos para operação. Em seguida são apresentados os conceitos e parâmetros relativos à qualidade de energia elétrica e condições de ilhamento. Depois é mostrada uma revisão da transformada wavelet, apresentando o conceito de análise multirresolução e as principais aplicações no tema abordado. A transformada wavelet é uma importante contribuição para métodos de localização tempo-frequência na análise de sinais transitórios. Foi proposta uma análise multirresolução através da transformada wavelet discreta para análise da tensão no ponto de acoplamento comum entre o sistema de geração e a rede. O desvio padrão e a variação dos coeficientes de detalhes da transformada foram utilizados para a detecção e a classificação dos distúrbios. Na aplicação do método, foram consideradas tensões senoidais puras e com diferentes tipos de distúrbios: afundamento, elevação, interrupção, transitórios oscilatórios e ruídos. E foram simulados três casos de detecção de ilhamento dinâmica em um sistema fotovoltaico conectado à rede. Os resultados obtidos validam a proposta de aplicação da transformada wavelet na análise de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.

A inserção de geradores distribuídos nas redes de distribuição de energia elétrica está aumentando consideravelmente devido à possibilidade de maior proximidade destes geradores com os mercados consumidores, fatores ambientais, aprimoramentos das tecnologias atuais de geração de energia elétrica e desenvolvimentos de outras novas, alterações de legislações e incentivos governamentais. Este novo cenário traz também a necessidade de maior atenção devido à possibilidade de ocorrência de ilhamentos não intencionais. Nestas situações, o gerador distribuído deve ser desconectado imediatamente após a detecção do evento. Métodos tradicionais, como relés de tensão e de frequência, mostram bom desempenho quando há um elevado desbalanço entre as potências geradas e as potências das cargas ilhadas. Nos casos de pequenos desbalanços de potência, o ilhamento pode não ser detectado por esses métodos. Neste contexto, este trabalho visa desenvolver um sistema de detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição por meio da utilização de uma rede neural artificial do tipo Perceptron multicamadas. Utilizando-se uma rede neural devidamente treinada para o sistema elétrico estudado, obteve-se um bom desempenho na detecção de ilhamento, obtendo-se elevadas taxas de acerto. Além disso, o método proposto foi capaz de diferenciar corretamente situações normais de operação do sistema, tais como chaveamento de blocos de cargas, das situações de ilhamento. Os mesmos cenários foram testados utilizando as proteções convencionais de tensão, frequência e de taxa de variação de frequência, a fim de obter a comparação com o método proposto. Como resultado, o método baseado na rede neural apresentou desempenho superior aos demais sistemas de proteção, detectando o ilhamento dentro da faixa de 2 segundos em todos os casos simulados neste trabalho. / The penetration of distributed generators into the power distribution systems has been increasing significantly due to the possibility of generating power next to the consumers, environmental issues, improvement and development of the generation technologies, regulatory changes and governmental incentives. This new scenario requires special attention to the possibility of unintentional islanding. In this situation, the distributed generator must be disconnected immediately after an islanding occurrence. Traditional anti-islanding protection schemes, such as voltage and frequency-based relays, are effective to detect islanding if there is a big power imbalance between generation and load inside the island. On the other hand, they may fail if the power imbalance is small. In this context, this work presents a new islanding detection method based on a Perceptron Multi-layer neural network. By using a neural network properly trained for the distribution system under study, the method has presented good performance with high islanding detection successful rates. Moreover, the proposed method was capable of distinguish the islanding occurrence from normal transient operating conditions, such as load switching. The same operating scenarios were used to test voltage, frequency and rate of change of frequency protection in order to perform a comparison with the proposed method. As result, the method presented superior performance detecting the islanding faster than 2 seconds in all the cases simulated in this work.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-04-27T13:33:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-04T12:41:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T12:41:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiaAtivaDeteccao.pdf: 2813652 bytes, checksum: 9236c5852241046962c0c168aef08ef5 (MD5) Previous issue date: 2016-10-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho realiza-se o estudo de uma técnica ativa para detecção de ilhamento adequada para aplicação em Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR). A técnica é baseada na injeção de sinais de testes afetando a sequência negativa de tensão após a situação de ilhamento. São apresentadas definições e explicações sobre o sistema de distribuição de potência e sobre os elementos que pertencem a Geração Distribuída (GD). Regulamentos sobre o funcionamento de inversores e o modelo de célula fotovoltaica são apresentados. Detalha-se o conceito de ilhamento e sua Zona de Não Detecção (ZND) bem como as principais técnicas atuais para sua detecção. É apresentada a técnica de sequência negativa. São desenvolvidas algumas aplicações de instrumentação relacionadas a medição de sequência negativa, inversor senoidal e PLL. São projetados modelos que efetuam a injeção e medição de sequência negativa por meio de um VSI: controlador e filtro. São realizadas simulações para detecção de ilhamento sob condições comuns a SFCR: variação de irradiância e sombreamento de célula; e sob condições comuns em um sistema de potência de distribuição: variação e desbalanceamento de carga. Por fim, o desempenho do método aplicado é validado e comparado. / In this paper, is made a study of a active technique for detection of islanding that is proper for application in Grid-Connected Photovoltaic System (GCPS). The technique is based on injection of testing signals which affect negative-sequence of voltage after islanding case. Definitions and explanations are presented about power distributing system and about the elements which belong to Distributed Generation (DG). Standards about inverter’s function and about model of photovoltaic cell are presented. Details of islanding concept and its Non-Detection Zone (NDZ) as well as main current techniques for its detection are exhibited. It is shown the sequence-negative technique. Some instrumental applications related to negative-sequence measurement, sinusoidal inverter and PLL are developed. Models are designed to accomplish the injection and measurement of negative-sequence through VSI: controller and filter. Simulations were made to detect islanding under ordinary conditions of GCPS: irradiance variation and shading of photovoltaic cell; and under ordinary conditions of a power distribution system: charging variation and unbalanced charge. At last, the applied method performance is validated and compared.

Este trabalho aborda a detecção da condição de ilhamento e de seus impactos em redes de distribuição e em gerações distribuídas que empregam conversores CC-CA. Na literatura são encontradas dois grupos de técnicas para este tipo de aplicação. As técnicas passivas, que identificam a condição de ilhamento através do ajuste dos limites de variação dos relés de proteção, e as técnicas ativas, que inserem um sinal de realimentação positiva de forma a tornar o sistema instável no momento da desconexão. As técnicas ativas, por apresentarem um menor tempo de detecção e simples implementação em hardware, são preferencialmente utilizadas, apesar da injeção de distúrbios no sistema de controle da geração distribuída. O estado-da-arte em termos de detecção de ilhamento consiste em desenvolver uma técnica que possua alta capacidade de detecção, porém sem injeção de distúrbios no sistema de geração distribuída quando conectado à rede de distribuição. Neste trabalho, são abordadas duas formas para a redução da injeção de distúrbios e do tempo de detecção. Em uma primeira abordagem é proposto um projeto ótimo para o algoritmo de sincronização PLL (phase-locked loop), o qual permite a redução do ganho de realimentação positiva para técnicas em frequência e, consequentemente, a redução da injeção de distúrbios. Em uma segunda abordagem é utilizada a metodologia fuzzy de forma a garantir a detecção da condição de ilhamento sem nenhuma injeção de distúrbios no sistema de controle. Resultados de simulação e experimentais, obtidos por meio de uma bancada experimental controlada por DSP, são apresentados para validar as propostas presentes nesta dissertação / This thesis deals with the islanding detection and its impact on distribution networks when distributed generation systems are driven by DC-AC converters. Two groups of techniques are found in the literature. The passive techniques in which adjusting the variation limits of protective relays identify the islanding condition, and the active techniques that insert a positive feedback signal in order to make the system unstable when the contingency is on progress. The active techniques present a reduced detection time and simple hardware implementation. They are preferably used in despite of the injection of disturbances in the control system. In this thesis two ways to reduce injection of disturbances and detection time are proposed. In a first approach is shown an optimal design for the synchronization algorithm PLL (Phase-Locked Loop) which allows to reduce the positive feedback gain in frequency techniques in order to decrease the injection of disturbances. In a second approach a fuzzy methodology is used to ensure the islanding detection with the aforementioned requirements. Simulation analysis and experimental results are presented to validate the proposed approach

Nowadays due to the increase of renewable energy sources, Distributed Generations (DGs) assumed an important role in distribution and sub transmission systems. However, abnormal operating conditions of the distribution system may cause that the DG remains isolated from the main system and connected to part of distribution system feeding its local loads. This operating condition is known as DG islanding. There are many island detection techniques however they can fail in some situation, such as in cases of low power unbalance. This work aims to present three news passive island detection technique for synchronous Distributed Generation that has better performance than the traditional one. The first technique aims to attenuates the oscillations caused in the frequency by short circuits and load switching using Mathematical Morphology. The MM reduces frequency oscillations, and in this way it allows to reduce the thresholds. With smaller thresholds is possible the detection of small power mismatch and in a much smaller time. The second technique is based on Frequency Oscillation Estimation in order to distinguish the islanding from other events that may occur in distribution systems. This island detection algorithm uses a small time window to estimate the oscillation frequency, obtaining faster responses than the existing methods which use larger windows to estimate the damping and frequency of oscillation. The third method aims to recognize de frequency shape through a pattern recognition algorithm. The algorithm uses singular value decomposition and linear discrimination analysis to classify the events. The algorithms performances have been tested considering several generation and load scenarios including short circuits, load and capacitor switching, DG outage and islanding. The proposed methods were compared with the island detection method commonly used, i.e. Rate of Change of Frequency and Under / Overfrequency. The proposed methods are reliable since they do not trip for the most of non-islanding event. Among the tested methodologies, the method of the Frequency Oscillation Estimation has the best performance. Its detection time is less than 40ms and it Non Detection Zone is smallest than the range between + 3.2% and -1.6% of the GD rated power. The mathematical simplicity of EFO is adequate for practical relay implementation and the results show that EFO performs better than the other techniques. / Atualmente, devido ao aumento das fontes de energia renováveis, a Geração Distribuída (GD) assumiu um papel importante nos sistemas de distribuição e subtransmissão. No entanto, condições anormais de operação podem fazer com que a GD seja desconectada do sistema principal e permaneça conectada a uma parte menor do sistema, alimentando apenas suas cargas locais. Esta condição de operação é conhecida como ilhamento não intencional da GD. Existem diversas técnicas de detecção de ilhamento, porém, estas podem falhar em determinadas situações como em casos de baixo desbalanço de potência. Este trabalho apresenta três novas técnicas para detecção de ilhamento de gerações distribuídas com geradores síncronos, as quais apresentam melhores desempenhos que as técnicas tradicionais. A primeira metodologia proposta utiliza a Morfologia Matemática (MM) e visa atenuar as oscilações de frequência causadas por curtos-circuitos e comutação de carga. A MM reduz as oscilações e desta forma permite a redução dos limiares de detecção. Com limiares menores é possível detectar desbalanços de potência menores e em um tempo muito menor. A segunda técnica utiliza a Estimação da Frequência de Oscilação (EFO) e busca distinguir ilhamentos de outros eventos que podem ocorrer no sistema de distribuição. Nesse caso, o algoritmo de detecção de ilhamento utiliza uma pequena janela de tempo para estimar a frequência de oscilação. Assim, obtém uma resposta mais rápida do que os métodos até então existentes, que estimam o amortecimento e a frequência de oscilação. O terceiro visa reconhecer a forma da frequência através de um algoritmo de reconhecimento de padrão. O algoritmo utiliza decomposição em valores singulares e análise linear discriminante para promover a classificação dos eventos. Os desempenhos dos algoritmos foram avaliados com base em diversos cenários de geração e de carga, incluindo curtos-circuitos, chaveamentos de carga e de banco de capacitores, saída de GD e ilhamento. Os métodos propostos foram comparados com os algoritmos de detecção de ilhamentos comumente utilizados, ou seja, a Taxa de Variação da Frequência e Sub/Sobrefrequência. Os métodos propostos se mostraram confiáveis uma vez que não operam para a maioria dos eventos que não se caracterizam como ilhamentos. Dentre as metodologias testadas, o método da estimação da frequência de oscilação é o que apresentou melhor desempenho. Seu tempo de detecção é menor que 40ms e sua Zona de Não Detecção (ZND) é inferior a faixa situada entre +3,2% e -1,6% da potência nominal da GD. A simplicidade matemática da EFO favorece sua implementação prática, e os resultados mostram um desempenho bem superior quando comparado a outras técnicas já implementadas.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T13:39:03Z No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T14:45:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) Previous issue date: 2011-04-29 / Esta dissertação apresenta uma estratégia de controle para sistemas de geração fotovoltaicos, de único estágio, trifásicos, conectados à rede elétrica de distribuição. São desenvolvidos modelos matemáticos para representar as características dinâmicas dos painéis fotovoltaicos, do conversor fonte de tensão (VSC -“Voltage Source Converter”) e da rede de distribuição. A modelagem do sistema de geração disperso (SGD) é feita no sistema de coordenadas síncrono (dq), fornecendo um sistema de equações diferenciais que pode ser usado para descrever o comportamento dinâmico do sistema quando as tensões da rede estão equilibradas ou desequilibradas. O conversor é controlado no modo de corrente, através da estratégia de modulação vetorial (Space Vector Modulation - SVM). São projetadas duas malhas de controle em cascata para controlar o conversor estático. A malha interna controla a corrente injetada na rede enquanto que a externa controla a tensão no barramento CC do conversor. O controle da tensão CC permite rastrear o ponto de máxima potência do painel PV além de controlar a quantidade de potência ativa injetada na rede CA. Um método ativo de detecção de ilhamento baseado na injeção de corrente de sequência negativa é incorporado ao sistema de controle. Resultados de simulações digitais obtidos com o programa ATP (Alternative Transient Program ) são utilizados para validar os modelos matemáticos e as estratégias de controle. Finalmente, um protótipo experimental de pequena escala é montado em laboratório. Todo o sistema de controle do protótipo experimental foi implementado no DSP TMS320F28212. Os resultados obtidos demonstram o funcionamento do sistema e podem ser usados para validar a estratégia de controle utilizada. / This dissertation presents a control strategy for a single-stage, three-phase, photovoltaic systems to be connected to a distribution network. Mathematical models are developed to represent the dynamic characteristics of the photovoltaic panels, the voltage-source converter (VSC) and the distribution network. The modeling of the dispersed generation system (DGS) is done in the synchronous reference frame (dq), providing a system of differential equations that describes the dynamic behavior of the system when the network voltages are balanced or unbalanced. The converter is controlled in current mode through the space vector modulation (SVM) strategy. Two control loops are designed to control the static converter. The inner loop controls the injected current into the network while the external loop controls the converter DC bus voltage. The DC voltage regulator allows to track the PV maximum power point and to control the active power injected into the AC grid. An active islanding detection method based on negative-sequence current injection is incorporated into the control system. Digital simulations results obtained with Alternative Transients Program (ATP) is used to validate the mathematical models and the control strategies. Finally, a small-scale experimental prototype is implemented in the laboratory. The whole control system of the experimental prototype was programmed in DSP TMS320F2812 of Texas Instruments. The results demonstrate that the operation of the system can be used to validate the applied control strategy.