This work proposes a dynamic tool for solving the problem of fault section estimation in power systems. A Binary Integer Problem (BIP) is used to identify the faulty section trough analyses of circuit breakers states and power system protection devices signalizations. For the knowledge base construction it is proposed an innovative tool able to automatically generate the pattern of events and alarms for each topology configuration change. The outputs obtained from the pattern generator are used as base of cause end effect by the BIP model. Received alarms on SCADA are used as parameters in model the restrictions. The BIP model, based on the parsimonious set covering problem, is solved by CPLEX commercial software and it is able to deal with protection devices failure, data acquisition problems and occurrence of multiple events. To validate the approach it was used part of a brazilian power system, through the proposed technique the patterns were automatically generated and several faults situations were simulated. The proposed methodology achieved optimum results to all tests applied, being capable to deal with topology changes on power systems and with the problems inherent to the fault section estimation. / Este trabalho propõe uma ferramenta dinâmica para solução do problema de estimação da seção em falta em sistemas elétricos de potência. Um modelo de programação inteira binária (PIB) é usado para identificar a seção em falta através da análise do estado dos disjuntores e sinalizações de disparo das proteções de cada equipamento do sistema elétrico. Para a montagem da base de conhecimento é proposta uma ferramenta inovadora, capaz de gerar padrões de eventos e alarmes automaticamente, cada vez que a configuração da rede é alterada. O algoritmo usa como entrada o cadastro de conexões do sistema (secções e disjuntores) e a leitura do estado dos disjuntores. A saída obtida pelo gerador de padrões é usada como base de conhecimento pelo modelo de programação inteira binária. Os alarmes recebidos no SCADA são usados como parâmetros nas restrições do modelo. O modelo de PIB, fundamentado nos princípios de recobrimento parcimonioso de conjuntos, é resolvido através do otimizador comercial CPLEX, e é capaz de lidar com falhas nos dispositivos de proteção, problemas na aquisição de dados e múltiplas ocorrências. A metodologia foi validada tendo como base parte de um sistema elétrico de potência brasileiro, para o qual, por meio da técnica proposta, os padrões foram gerados automaticamente e simuladas diversas situações de faltas. A metodologia proposta apresentou ótimos resultados para todos os testes aplicados, sendo a ferramenta capaz de lidar com as alterações topológicas dos sistemas elétricos de potência e com os problemas inerentes à estimação da seção em falta.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis proposes an Intelligent Alarm Processor for fault diagnosis in electrical power systems. The objective is to develop a methodology for automatic fault analysis using reported alarms from Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) to allow the use of diagnosis systems in large power systems. The proposal can be used in real-time decision support systems to assist control center‟s operators during the decision-making after unscheduled contingencies with relevant information to power system restoration. This work expects to contribute to the development of advanced alarm management logics that allow modifying the chronological sequence of reported alarms, event mapping and the generation of operating patterns of protection systems according to topology network. Still, mathematical programming models have been formulated as a parsimonious set covering problem to fault section estimation and identification of protective devices with improper operation. Among these models, it stands out the model that deals with integrated analysis of reported alarms, events and diagnosis that better explain the alarms. The proposed approach has been tested in different portions of the Southern Brazilian power system. The results show that alarm processing allows the practical implementation of intelligent diagnosis methods in existing supervisory systems. The proposed diagnosis methods show better performance and accurate solutions than other methods presented in literature. / Esta tese propõe um Processador Inteligente de Alarmes para diagnóstico de faltas em sistemas elétricos de potência. O objetivo é desenvolver uma metodologia para a análise automática de faltas a partir dos alarmes reportados no sistema de supervisão e aquisição de dados (SCADA) que possibilite o uso de métodos de diagnóstico em sistemas de potência de grande porte. Essa proposta pode ser empregada em sistemas de apoio à decisão em tempo real, que auxiliem operadores de centros de controle do sistema (COS) na tomada de decisão após desligamentos não programados, com informações pertinentes para o restabelecimento do sistema. O trabalho espera contribuir com o desenvolvimento de lógicas avançadas de gerenciamento de alarmes que possibilitem a reordenação cronológica dos alarmes reportados, o mapeamento dos eventos e a geração de padrões de funcionamento de sistemas de proteção de acordo à topologia da rede. Além disso, os modelos de programação matemática foram formulados como um problema de recobrimento de conjuntos parcimonioso, para estimação da seção em falta e identificação dos dispositivos de proteção com atuação indevida. Dentre esses modelos, destaca-se o modelo que analisa, de forma integrada, os alarmes reportados e determina os eventos e diagnósticos que melhor explicam os alarmes. A abordagem proposta foi testada em diferentes porções do sistema sul do sistema interligado nacional (SIN). Os resultados mostram que as rotinas desenvolvidas para o processamento de alarmes permite a implantação prática de métodos inteligentes de diagnóstico em sistemas supervisórios existentes. Os métodos propostos para diagnóstico de faltas mostraram desempenhos e precisão nos resultados superiores a outros métodos presentes na literatura.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes a methodology which is able to accomplish alarms processing and to estimate fault section in electrical power systems. The purpose is to filter alarms generated during a shutdown and indicate which equipment is at fault. To solve this problem, the methods employed are Constructive Heuristic (CH) and Integer Programming (IP) through their integration. Initially, CH method performs an analysis of fault direction in each power system equipment through alarms signaled by protective relays and circuit breakers status. Thus, by having as much information as possible, CH carries out an analysis on the level of equipment (busbars, power transformers and transmission lines) which can or cannot identify the direction in which disturbance occurred. The final processing is performed by IP, which analyzes the response of protection system as a whole (system-level analysis), using post-fault topology of power grid along with response of CH, indicating the fault section (s) and possible failures in the opening of circuit breakers. / Este trabalho propõe uma metodologia capaz de realizar o processamento de alarmes e estimar a seção em falta em sistemas elétricos de potência. A finalidade é filtrar os alarmes gerados durante um desligamento e indicar qual equipamento está sob falta. Para resolver o problema, são utilizados os métodos da Heurística Construtiva (HC) e da Programação Inteira (PI), através de sua integração. Inicialmente, o método da HC realiza, através dos alarmes sinalizados por relés de proteção e estado de disjuntores, uma análise quanto à direção da falta em cada equipamento do sistema de energia elétrica. Assim, a HC na posse de tantas informações quanto possível realiza uma análise em nível de equipamento (barramentos, transformadores de potência e linhas de transmissão), podendo ou não identificar a direção em que o distúrbio ocorreu. O processamento final é feito pela PI, que analisa a resposta do sistema de proteção como um todo (análise em nível de sistema), usando a topologia pós-falta da rede juntamente com a resposta da HC, indicando a(s) seção(ões) em falta(s) e as possíveis falhas de abertura em disjuntores.

This works proposes a novel methodology for Fault Section Estimation in Power Systems. This document describes a computational tool to assist operators of electrical system in decision-making, thus ensuring the reliability of the energy supply and the reduction of reestablishment time after of fault occurrence. The proposed methodology is based on the interpretation of alarms provided by the Supervisory and Data Acquisition System (SCADA) and the electrical characteristics of the system, as well as impedance of transmission lines and transformers, circuit breakers states and settings of distance protective relays. The methodology is deterministic and uses the interception between zones of distance protective relays as base for the section estimation and the circuit breaker states to associate physically isolated sections in the system after of fault occurrence, making use of a shortest path search algorithm. Possible fault scenarios were simulated on the IEEE-30 Bus System in order to validate the methodology. The results show that the approach can provide satisfactory solutions, even in cases of multiple faults or failure of protections devices. / Este trabalho propõe uma nova metodologia para a estimação da seção de falta em sistemas elétricos de potência. O presente documento descreve uma ferramenta computacional capaz de auxiliar os operadores do sistema elétrico na tomada de decisão, favorecendo a confiabilidade do fornecimento da energia e a redução do tempo de reestabelecimento quando da ocorrência de falta. A metodologia proposta esta baseada na interpretação dos alarmes fornecidos pelo Sistema de Supervisão e Aquisição de dados (SCADA) e nas características elétricas do sistema, assim como impedâncias de linhas de transmissão e transformadores; nos estados dos disjuntores e nos sinais e ajustes dos relés de proteção de distância. A metodologia é determinística e utiliza a intercepção entre as zonas de proteção dos relés de distância como base para a estimação da seção e os estados dos disjuntores para associar as seções fisicamente isoladas no sistema ante a ocorrência de falta, fazendo uso de um algoritmo de busca do caminho mais curto. Possíveis cenários de falta foram simulados no sistema IEEE-30 barras a fim de validar a metodologia. Os resultados mostram que a abordagem consegue fornecer soluções satisfatórias, mesmo em casos de faltas múltiplas ou em caso de falha de dispositivos de proteção.