Dispositivos baseados em eletrônica de potência, conhecidos na literatura como Dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) permitem aumentar a capacidade de transmissão diminuindo a margem de segurança necessária para uma operação segura do sistema elétrico de potência (SEP) sem construir novas linhas, permitindo controlar os fluxos nas linhas e assim permitindo que os contratos entre as empresas de transmissão sejam respeitados. Entre os dispositivos FACTS, o de maior versatilidade é o Unified Power Flow Controller (UPFC), capaz de controlar três variáveis do sistema. No entanto, a inclusão desses dispositivos traz outros problemas ao SEP, um deles, a proteção das linhas. Este trabalho apresenta uma contribuição para uma nova formulação matemática, adaptativa e compensada para a proteção de distância baseada na impedância aparente para a proteção de linhas compensadas com dispositivos UPFC. A formulação proposta se baseia em uma modelagem trifásica do sistema e na compensação da impedância aparente calculada através dos parâmetros controlados do UPFC e da estimação da impedância da falta. Resultados obtidos através da simulação exaustiva de faltas, mostram que esta formulação apresenta um excelente desempenho para a proteção de distância de linhas compensadas por dispositivos UPFC. / Power electronics-based devices, known as FACTS devices (Flexible Alternating current Transmission Systems) allow to increase transmission capacity by decreasing the safety margin required for a secure operation of the Electric Power System (EPS). It is possible without need to build new lines, allowing to control the flows in lines and thus allowing contracts between the transmission companies are respected. Among the FACTS devices, the most versatile is the Unified Power Flow Controller (UPFC) capable of controlling three variables of the system. However, the inclusion of these devices brings other problems to the EPS, one of them, the transmission lines protection. This Thesis presents a contribution to a new mathematical formulation, adaptive and compensated for the distance protection based on the apparent impedance to protect transmission lines compensated by UPFC devices. The proposed formulation is based on a three-phase frame reference and the compensation of apparent impedance by the UPFC controlled parameters and the estimation of the fault impedance. Results obtained, through the comprehensive simulation of faults, show that it formulation present excellent performance for distance protection of transmission lines compensated by UPFC devices.

This work describes the structure and function of the distance protection relay Siemens 7SA610 SIPROTEC and presents the basic theoretical knowledge of the communication standard IEC 61850 at the beginning. It focuses on the configuration of the topology of two 7SA610 distance protection relays, PC and secondary relay test set Omicron CMC256 +. These two distance protection relays were programmed by using software implement DIGSI to transmit and receive GOOSE messages. It served to testing this created network by simple function. Computer and tester simulated the control system and commanded auto-reclosure to the first distance protection. Instruction was processed and also sended to the second distance protection. The final objective was to measure the tranfer time of GOOSE message between two distance protection relays. There was used a secondary tester. This measurement was implemented the tester Omicron CMC 256 +, which involves extending the NET-1 and so is compatible with the standard IEC 61850. The results and further actions are summarized in conclusion.

With the growing load demand, Ultra high Voltage (UHV) transmission lines are utilized in many countries around the world for bulk power transmission from remote locations over long distance. UHV transmission lines have typical features and it poses a challenge to the power system design with respect to protection, insulation and reactive power compensation, etc. Protection is a key issue in UHV transmission since a relay failure can interrupt and damage the power system. There are distance and differential protection schemes in the transmission line which account for security of the power system.  This thesis report is based on analysis carried out to find out the typical features associated with the UHV transmission systems. Also the impacts of the UHV transmission line characteristics on line distance protection scheme are observed. The traditional distance relays based on the lumped line parameters are not suited for the UHV transmission lines of very long distances. In this case a simulation is carried out for a 765 kV transmission system modeled in PSCAD. In such a case the non-linearity is even more prominent and the relay is less dependable. In line with the simulation and the analysis for the challenges in UHV transmission system, it is observed that the fault impedance of the line is non-linear and this non-linearity causes the failure of relay operation for a fault location at the boundary of the zone of protection. The fault simulation was carried out in PSCAD and the quadrilateral distance relay characteristics were plotted using MATLAB. From the simulation and results, it is finally concluded that traditional distance protection relays with lumped parameter line modeling is not suitable for UHV transmission liens due to non-linearity in fault impedance and it leads to relay failure. / Ultra high voltage (UHV) transmissionsledningar används i många länder till följd av ett växande behov av överföra hög effekt från avlägset belägna produktionsanläggningar till konsumenter. UHV-transmissionsledningar har speciella egenskaper som innebär utmaningar vid designandet av kraftsystem. Några utmaningar är systemskydd, isolation, och reaktiv effektkompensering. Systemskydd är en viktig aspekt för UHV-transmission eftersom haveri av reläskydd kan orsaka driftstopp och även skada ett kraftsystem. Det finns distans- och differentialskydd i transmissionsledningar som utgör skydd för kraftsystemet.  Denna avhandling är baserad på analyser som har utförts för att åskådliggöra de typiska egenskaperna som är sammankopplade med UHV-transmissionssystem. Även inverkan på distansskydd orsakad av karaktäristiken av UHV-transmissionsledningar utvärderas. De traditionella distansreläskydden som baseras på de sammanslagna ledningsparametrarna är inte lämpade för UHV-transmissionsledningar som stäcker sig över långa avstånd. I detta fall har en simulering utförts i PSCAD för ett transmissionssystem med spänningen 765 kV. I ett sådant fall är karaktäristiken ännu mer olinjär och reläskydden ännu mindre pålitliga. Det observeras att felimpedansen för ledningen är olinjär och till följd av detta orsakas problem med reläskydden då ett fel uppkommer vid utkanten av den skyddade zonen. Denna observation överensstämmer med simuleringarna och de förväntade utmaningarna kopplade till UHV. Simuleringar av felfall utfördes i PSCAD och karaktäristiken av reläskydden plottades med hjälp av MATLAB. Från resultat presenteras i rapporten, konkluderas det att konventionella distansskyddsreläer med modellering av sammanslagna ledningsparametrar inte är lämpliga för UHV-transmissionsledningar på grund av att den olinjära felimpedansen leder till att reläskydden havererar.

O presente trabalho visa apresentar um modelo alternativo e completo de proteção para linhas de transmissão utilizando-se de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Pela aplicação, busca-se um modelo que venha a realizar a detecção do defeito, a classificação quanto ao tipo de falta ocorrida e a localização da mesma no que diz respeito à verificação das zonas de proteção em um menor tempo se comparado com as propostas convencionais. As grandezas analisadas referem-se a valores amostrados de tensões e correntes do sistema elétrico, cujos valores foram obtidos através de simulações computacionais utilizando o software Alternative Transientes Program (ATP). O desenvolvimento do trabalho está dividido em módulos, que dizem respeito à implementação das arquiteturas para a detecção, classificação e a localização da falta. Ressalta-se que o objetivo de treinar os módulos foi o de se obter arquiteturas de RNAs fixas (software NeuralWorks), as quais representam todo o conhecimento armazenado do sistema de proteção. Com estas arquiteturas fixas, através de um algoritmo computacional apropriado e implementado na linguagem de programação \"C\", pode-se então obter as respostas sobre todas as prováveis condições de operação do sistema de transmissão. Os resultados alcançados pela aplicação deste modelo alternativo de proteção ilustram que o desempenho global das arquiteturas de RNAs é altamente satisfatório e condizente para uma possível aplicação prática. Deve ser enfatizado que o esquema proposto se mostra altamente preciso, com alta velocidade de atuação, apresentando características bastante desejáveis para um sistema de proteção moderno. Deve ser mencionado que esta pesquisa foi desenvolvida em cooperação com o Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Universidade de Bath/Inglaterra. / This work presents an alternative Artificial Neural Network (ANN) approach to simulate a complete scheme for a transmission line protection. From this application, we intend to obtain a complete model to detect the fault, to classify the fault type occurred and to locate it on the protection zones as quickly as possible when compared to conventional approaches. The voltage and current sampled values from the electric power system are analyzed and they are generated by computational simulation using the Alternative Transients Program (ATP) software. In order to perform the simulation, the study was subdivided into different neural network modules for fault detection, fault classification as well as fault location. It should be pointed out that the modules training objective was to obtain the appropriate fixed ANNs architectures (software NeuralWorks), which represent all stored knowledge from the protection system operation. With these fixed architectures, by an appropriate computational algorithm implemented in a C code language, all expected correct responses described above for different operation conditions can be obtained. The results obtained by application of this alternative protection approach, show that the global performance of the ANNs architecture was highly satisfactory and suitable to a practical application. It should be emphasized that the scheme proposed is highly precise with high speed of response, showing desirable characteristics to a modern protection system. It should be mentioned that this research was developed in cooperation with the Department of Electronic and Electrical Engineering - University of Bath/England.

Esta pesquisa apresenta a implementação de um sistema de proteção digital de distância adaptativo dispondo de um sistema multi-agentes (SMA). Tal SMA trabalhará de forma distribuída, possuindo entidades especialistas (Agentes) inseridas em locais específicos e agindo de forma eficiente na solução de problemas locais. Espera-se pela aplicação deste SMA, atribuir aos relés de distância características desejáveis e difíceis de serem alcançadas pelas técnicas convencionais. Dentre as deficiências observadas nos sistemas de proteção convencionais, tem-se a não sensibilidade à dinâmica dos sistemas elétricos de potência em função das alterações nas condições operacionais. Logo, tem-se então a necessidade de um sistema de proteção mais flexível, seletivo e eficaz para assegurar a confiabilidade e a continuidade no suprimento da energia elétrica. Para desenvolver tal proposição, foram realizadas diversas e distintas simulações computacionais dispondo do software ATP (Alternative Transients Program) para a geração das prováveis curvas de operação adaptativa. Estas, quando inseridas em um banco de dados, serão representativas das esperadas alterações nas condições operacionais de um sistema elétrico em especifico. Para a implementação e validação desta abordagem, diversos testes foram realizados, tendo como finalidade a comparação desta abordagem dispondo de SMA com a filosofia tradicional de proteção de distância. Os resultados obtidos são promissores e demonstram o alto grau de precisão e confiabilidade do método proposto. / This research presents the development of an adaptive digital distance protection system by a multi-agent system (MAS). This MAS will work in a distributed way, with expert entities (agents) inserted in specific places and acting efficiently in the solution of local problems. With the application of the MAS, the distance relays will have desirable characteristics, which are difficult to be reached by conventional techniques. Among the deficiencies observed in conventional protection systems, there is the insensitivity to the dynamics of the electrical power system due to changes in operating conditions. So, there is the necessity of a protection system which is more flexible, selective and effcient to assure reliability and continuity in the electricity supply. To improve these characteristics, several computational simulations were done using alternative transients program (ATP) to generate the desirable adaptive operation curves. These curves, when inserted into a database, will represent the expected changes in the operating conditions of an electrical system. For the implementation and validation of this approach, several tests were done with the purpose of comparison of this approach (using MAS) to the traditional philosophy of distance protection. The results obtained are promising and demonstrate a highly satisfactory degree of accuracy and reliability of the proposed method.

O presente trabalho visa apresentar um modelo alternativo e completo de proteção para linhas de transmissão utilizando-se de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Pela aplicação, busca-se um modelo que venha a realizar a detecção do defeito, a classificação quanto ao tipo de falta ocorrida e a localização da mesma no que diz respeito à verificação das zonas de proteção em um menor tempo se comparado com as propostas convencionais. As grandezas analisadas referem-se a valores amostrados de tensões e correntes do sistema elétrico, cujos valores foram obtidos através de simulações computacionais utilizando o software Alternative Transientes Program (ATP). O desenvolvimento do trabalho está dividido em módulos, que dizem respeito à implementação das arquiteturas para a detecção, classificação e a localização da falta. Ressalta-se que o objetivo de treinar os módulos foi o de se obter arquiteturas de RNAs fixas (software NeuralWorks), as quais representam todo o conhecimento armazenado do sistema de proteção. Com estas arquiteturas fixas, através de um algoritmo computacional apropriado e implementado na linguagem de programação \"C\", pode-se então obter as respostas sobre todas as prováveis condições de operação do sistema de transmissão. Os resultados alcançados pela aplicação deste modelo alternativo de proteção ilustram que o desempenho global das arquiteturas de RNAs é altamente satisfatório e condizente para uma possível aplicação prática. Deve ser enfatizado que o esquema proposto se mostra altamente preciso, com alta velocidade de atuação, apresentando características bastante desejáveis para um sistema de proteção moderno. Deve ser mencionado que esta pesquisa foi desenvolvida em cooperação com o Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Universidade de Bath/Inglaterra. / This work presents an alternative Artificial Neural Network (ANN) approach to simulate a complete scheme for a transmission line protection. From this application, we intend to obtain a complete model to detect the fault, to classify the fault type occurred and to locate it on the protection zones as quickly as possible when compared to conventional approaches. The voltage and current sampled values from the electric power system are analyzed and they are generated by computational simulation using the Alternative Transients Program (ATP) software. In order to perform the simulation, the study was subdivided into different neural network modules for fault detection, fault classification as well as fault location. It should be pointed out that the modules training objective was to obtain the appropriate fixed ANNs architectures (software NeuralWorks), which represent all stored knowledge from the protection system operation. With these fixed architectures, by an appropriate computational algorithm implemented in a C code language, all expected correct responses described above for different operation conditions can be obtained. The results obtained by application of this alternative protection approach, show that the global performance of the ANNs architecture was highly satisfactory and suitable to a practical application. It should be emphasized that the scheme proposed is highly precise with high speed of response, showing desirable characteristics to a modern protection system. It should be mentioned that this research was developed in cooperation with the Department of Electronic and Electrical Engineering - University of Bath/England.

Esta pesquisa apresenta a implementação de um sistema de proteção digital de distância adaptativo dispondo de um sistema multi-agentes (SMA). Tal SMA trabalhará de forma distribuída, possuindo entidades especialistas (Agentes) inseridas em locais específicos e agindo de forma eficiente na solução de problemas locais. Espera-se pela aplicação deste SMA, atribuir aos relés de distância características desejáveis e difíceis de serem alcançadas pelas técnicas convencionais. Dentre as deficiências observadas nos sistemas de proteção convencionais, tem-se a não sensibilidade à dinâmica dos sistemas elétricos de potência em função das alterações nas condições operacionais. Logo, tem-se então a necessidade de um sistema de proteção mais flexível, seletivo e eficaz para assegurar a confiabilidade e a continuidade no suprimento da energia elétrica. Para desenvolver tal proposição, foram realizadas diversas e distintas simulações computacionais dispondo do software ATP (Alternative Transients Program) para a geração das prováveis curvas de operação adaptativa. Estas, quando inseridas em um banco de dados, serão representativas das esperadas alterações nas condições operacionais de um sistema elétrico em especifico. Para a implementação e validação desta abordagem, diversos testes foram realizados, tendo como finalidade a comparação desta abordagem dispondo de SMA com a filosofia tradicional de proteção de distância. Os resultados obtidos são promissores e demonstram o alto grau de precisão e confiabilidade do método proposto. / This research presents the development of an adaptive digital distance protection system by a multi-agent system (MAS). This MAS will work in a distributed way, with expert entities (agents) inserted in specific places and acting efficiently in the solution of local problems. With the application of the MAS, the distance relays will have desirable characteristics, which are difficult to be reached by conventional techniques. Among the deficiencies observed in conventional protection systems, there is the insensitivity to the dynamics of the electrical power system due to changes in operating conditions. So, there is the necessity of a protection system which is more flexible, selective and effcient to assure reliability and continuity in the electricity supply. To improve these characteristics, several computational simulations were done using alternative transients program (ATP) to generate the desirable adaptive operation curves. These curves, when inserted into a database, will represent the expected changes in the operating conditions of an electrical system. For the implementation and validation of this approach, several tests were done with the purpose of comparison of this approach (using MAS) to the traditional philosophy of distance protection. The results obtained are promising and demonstrate a highly satisfactory degree of accuracy and reliability of the proposed method.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-04T18:35:38Z No. of bitstreams: 1 CECÍLIA ALVES BURITI DA COSTA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2016.pdf: 2848486 bytes, checksum: eb2cfb57825ecee909a3560f654a3038 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T18:35:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CECÍLIA ALVES BURITI DA COSTA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2016.pdf: 2848486 bytes, checksum: eb2cfb57825ecee909a3560f654a3038 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / Capes / Este trabalho apresenta o processo de modelagem de um relé de distância em um simulador digital em tempo real. O modelo inclui: i) as principais funcionalidades da arquitetura de um relé digital, incluindo filtro anti-aliasing e estimação fasorial; ii) as características de operação do tipo mho e quadrilateral, ambas com duas zonas de atuação; iii) a etapa de diagnóstico de falta, que informa as principais características do distúrbio. Para o diagnóstico da falta, foram avaliados métodos de detecção, classificação e localização por meio de simulação em massa de diferentes cenários de falta em uma linha de transmissão. Dos resultados obtidos, os melhores métodos de cada etapa foram escolhidos para compor o relé. Ao final, a atuação e o diagnóstico do relé modelado foram comparados com os resultados fornecidos pelo relé de distância disponível no próprio simulador e por um relé digital real. / This work presents the modeling process of a distance relay in a real-time digital simulator. The model contains: i) the main features of a digital relay architecture, including anti-aliasing filter and phasor estimation; ii) mho and quadrilateral operating characteristics, with two protection zones; iii) fault diagnosis, which informs the main features of the disturbance. For the fault diagnosis, detection, classification and location methods were evaluated using batch mode simulation of different fault scenarios in a transmission line. From the obtained results, the best methods were selected to be part of the modeled relay. At the end, the operation and diagnosis of the modeled relay were compared with the results presented by the distance relay model provided by the simulator manufacturer and by a digital relay.

En tranmissionsledning är delen av elsystemet som överför ström från kraftverk till slutanvändare. Därför är det av vikt att en transmissionslinje alltid ska vara skyddad. Syftet med detta examensarbete var att utveckla och prova en konfiguration av teleskyddsschema med kommunikation mellan två reläskydd med distans- och jordfelsskydd över längsdifferentialskyddets kommunikationskanaler. Detta för att skydda elnätet och koordinera utlösningstiden.  Konfigurationen av reläskydden har utvecklats med mjukvaran ABB PCM600, och funktionerna som valdes är adekvata funktioner för distansskydd, jordfelsskydd och teleskyddsschema.  Provningen delades till två delar. Först verifierades funktionaliteten av distansskyddet och jordfelsskyddet på var och en av reläskydden som självständig skydd, detta för att säkerställa självständiga funktionaliteten av var och en av reläskydden med distans- och jordfelsskydd i fall teleskyddschemat inte var fungerande. Därefter har teleskyddsschemats sändnings- och mottagningsfunktionalitet mellan reläskydden för både distansskyddet och jordfelsskyddet kontrollerats att möjligtvis fungera genom att endast använda en fiberoptisk kabel. Ett fungerande och pålitligt teleskyddsschema med kommunikation mellan två reläskydd kunde säkerställas fungerande genom användning av längsdifferentialskyddets kommunikationskanaler för distans- och jordfelsskydd. Teleskyddsschemat förstärkte distansskyddet och jordfelsskyddet genom accelerering av utlösningssignal, och som en konsekvens samordna utlösningstiden mellan reläskydden vid felavkänning, vilket förbättrade skyddet ännu mer. Direkt kommunikation mellan reläskydden har visat sig vara användbar och tillämpbar, och en användning av sådan implementation är möjlig för isolerade linjer och anläggningar samt mikronät som inte kräver en kontinuerlig övervakning och kontroll. / A transmission line is the part of the electrical system that transfers current from power stations to the end-user. Therefore, it is of importance that a transmission line stays always protected. The purpose of this bachelor thesis is to develop and test a configuration for teleprotection scheme communication between two protective relays with distance and earth fault protection using line differential protection communication channels, that is to protect the electrical grid and coordinate tripping time. The configuration has been developed with the software ABB PCM600, and the chosen functions are adequate functions for distance and earth fault protection and the Teleprotection scheme. The testing has been divided into two parts. Primarily, the functionality of distance and earth fault protection has been tested and verified on each one of the protective relays, that is to ensure the independent functionality of each one of the protective relays with distance and earth fault protection in case there is no Teleprotection scheme functioning. next, the sending and receiving functionality of the teleprotection scheme between the protective relays with distance protection and earth fault protection has been controlled to be possibly functioning through using only a fiber-optic cable. A functioning and reliable Teleprotection scheme with communication between two protective relays could be verified functioning through using line differential protection communication channels for distance and earth fault protection. The Teleprotection scheme strengthened the distance protection and earth fault protection through acceleration of trip signal, and as a consequent coordinating the trip time in case of fault detection. Direct communication between protective relay using fiber-optic cable has proven to be useful and applicable, and a using of such implementation is possible for isolated electrical line and facilities and also micro grids that does not require continuous monitoring and control.

In order to meet the high demand for power transmission capacity, some power companies have installed series capacitors on power transmission lines. This allows the impedance of the line to be lowered, thus yielding increased transmission capability. The series capacitor makes sense because it's simple and could be installed for 15 to 30% of the cost of installing a new line, and it can provide the benefits of increased system stability, reduced system losses, and better voltage regulation.1 Protective distance relays, which make use of impedance measurements in order to determine the presence and location of faults, are "fooled" by installed series capacitance on the line when the presence or absence of the capacitor in the fault circuit is not known a priori. This is because the capacitance cancels or compensates some of the inductance of the line and therefore the relay may perceive a fault to be in its first zone when the fault is actually in the second or third zone of protection. Similarly, first zone faults can be perceived to be reverse faults! Clearly this can cause some costly operating errors. The general approach of interest is a method leading to the determination of the values of series L and C of the line at the time of the fault. This is done by analyzing the synchronous and subsynchronous content of the V and I signals seperately which provides adequate information to compute the series L and C of the line. / Master of Science