Orientador: Prof. Dr. Ricardo Caneloi dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / Com a expansão e o crescimento das redes elétricas, surge a necessidade de usar novas fontes de energia para suprir toda a demanda requerida pelos consumidores. Para atender esta demanda, geradores de pequeno porte (GDs) são instalados ao longo das redes elétricas, para assim aproveitar as diversas fontes de energia que se encontram espalhadas pelo país. No entanto, para conectar estes GDs nas redes elétricas é preciso considerar o evento de ilhamento. Uma condição de ilhamento ocorre quando uma parte do sistema de potência fica ilhado eletricamente da rede da concessionária, podendo causar assim sérios problemas à qualidade da energia suprida aos consumidores. Em virtude da dificuldade, diante de algumas condições de operação, em diferenciar uma situação de ilhamento de outros eventos transitórios que ocorrem em uma rede elétrica, se faz necessária a busca por novos métodos de detecção de ilhamento, em alternativa aos métodos tradicionais. Neste trabalho é apresentado o estudo de um algoritmo baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs) para a detecção de ilhamento de geradores distribuídos. O presente algoritmo detecta as condições de ilhamento ao analisar os sinais de tensão da barra do GD, por meio de uma RNA do tipo Multilayer Perceptron (MLP). Baseando-se no algoritmo estudado, é proposta uma arquitetura de relé digital para ser implementada em hardware utilizando o software LabVIEW e os chassis cDAQ-9172 e cRIO-9073 (plataformas comerciais de hardware). O algoritmo implementado em hardware foi avaliado com sinais elétricos reais e mostrou-se adequado para a detecção de ilhamento na rede elétrica adotada. Um estudo sobre a implementação do algoritmo com diferentes tipos de plataformas (real time e não real time) e com diferentes taxas de amostragem foi desenvolvido, permitindo avaliar precisamente a relação "recurso de hardware x precisão dos resultados". / Since the power demand is increasing, additional electrical power sources are required to properly supply all consumers. To meet this new increased demand small generators (DGs) are installed in the power grid, thus allowing to use electrical power sources available around the country. However, to connect such DGs in the power grid the islanding event must be considered. An islanding condition takes place when a section of the grid is inadvertently isolated from the utility, thus resulting in problems related to the power quality delivered to the consumers, among others. Depending on the operational condition, it is a complex task to distinguish an islanding situation from other possible events in the power system, new methods are needed to develop this task. This work presents an islanding detection algorithm based on artificial neural network (ANN), more specifically by using a multilayer perceptron (MLP). Considering the presented algorithm a digital relay architecture is proposed to be implemented in hardware by using the software LabVIEW and its commercial platforms (cDAQ-9172 and cRIO-9073). The proposed algorithm was evaluated in hardware using real signals and its expected behavior was checked. Besides, a study considering different sampling rates and different types of hardware (real time and not real time) platforms was developed, thus allowing to precisely verify the relation "hardware x accuracy".

As instalações de geradores distribuídos têm sido impulsionadas pela necessidade da diversificação da matriz energética nos países, por fatores ambientais e por revelar benefícios aos sistemas elétricos. No Brasil, estas conexões têm apresentado um crescimento bastante significativo nos últimos anos, devido às novas regulamentações estabelecidas pela ANEEL. Entretanto, alterações no sistema elétrico em grandes escalas acarretam consequências à operação segura, confiável e de qualidade do mesmo. Neste contexto, ainda há poucos trabalhos que analisam tais problemas em sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica e, com base nisso, o presente trabalho visa avaliar os impactos que elevados níveis de geração fotovoltaica podem acarretar aos níveis de tensões nodais, às perdas técnicas e também à proteção destes sistemas, adotando como referência uma rede reticulada real de 81 barras e a rede do IEEE 390 barras. Uma vez que tais condições são avaliadas têm-se as análises de adição de funções de proteção (direcional de potência, direcional de sobrecorrente, subtensão e desbalanço de tensão) a fim de buscar alternativas para que os protetores de rede não se sensibilizem para fluxos reversos de potência provenientes dos geradores distribuídos e, assim, estes se limitem a atuarem para distúrbios no lado de média tensão. Para tanto, as simulações foram realizadas no programa OpenDSS e os resultados mostraram que a função de desbalanço de tensão é a que se apresenta com maior potencial para ser aplicada na prática, uma vez que foi possível minimizar o número de atuações dos protetores de rede devido aos geradores distribuídos. / The installation of distributed generators have been boosted by the need to diversify the energy matrix in the countries, by environmental issues and by revealing benefits to the electrical systems. In Brazil, these connections have shown a very significant growth in the last years, due to the new regulations established by the National Agency of Electric Energy. However, large-scale changes in the electrical system lead to consequences for its safe, reliable and well-qualified operation. In this context, there are still few studies that analyze such problems in low-voltage secondary distribution networks, and based on this, the present work aims to analyze the performance of these systems based an actual Brazilian 81-nodes low-voltage secondary network and on the IEEE 390-nodes system. The objective is to evaluate the impacts of high levels of distributed generation on the power quality and protection of the grid. Once such conditions are evaluated, some protection functions are considered (directional power, directional overcurrent, undervoltage and voltage unbalance) with the purpose of finding alternatives so that the network protectors are not sensitized to reverse power flows from the distributed generators and, thus, they only trip for disturbances an the medium voltage side. Therefore, the simulations were performed in the OpenDSS software and the results showed that the voltage unbalance protection function was the one with the highest potential to be applied in practice, since it was possible to minimize the reverse power flow due to distributed generators.

As instalações de geradores distribuídos têm sido impulsionadas pela necessidade da diversificação da matriz energética nos países, por fatores ambientais e por revelar benefícios aos sistemas elétricos. No Brasil, estas conexões têm apresentado um crescimento bastante significativo nos últimos anos, devido às novas regulamentações estabelecidas pela ANEEL. Entretanto, alterações no sistema elétrico em grandes escalas acarretam consequências à operação segura, confiável e de qualidade do mesmo. Neste contexto, ainda há poucos trabalhos que analisam tais problemas em sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica e, com base nisso, o presente trabalho visa avaliar os impactos que elevados níveis de geração fotovoltaica podem acarretar aos níveis de tensões nodais, às perdas técnicas e também à proteção destes sistemas, adotando como referência uma rede reticulada real de 81 barras e a rede do IEEE 390 barras. Uma vez que tais condições são avaliadas têm-se as análises de adição de funções de proteção (direcional de potência, direcional de sobrecorrente, subtensão e desbalanço de tensão) a fim de buscar alternativas para que os protetores de rede não se sensibilizem para fluxos reversos de potência provenientes dos geradores distribuídos e, assim, estes se limitem a atuarem para distúrbios no lado de média tensão. Para tanto, as simulações foram realizadas no programa OpenDSS e os resultados mostraram que a função de desbalanço de tensão é a que se apresenta com maior potencial para ser aplicada na prática, uma vez que foi possível minimizar o número de atuações dos protetores de rede devido aos geradores distribuídos. / The installation of distributed generators have been boosted by the need to diversify the energy matrix in the countries, by environmental issues and by revealing benefits to the electrical systems. In Brazil, these connections have shown a very significant growth in the last years, due to the new regulations established by the National Agency of Electric Energy. However, large-scale changes in the electrical system lead to consequences for its safe, reliable and well-qualified operation. In this context, there are still few studies that analyze such problems in low-voltage secondary distribution networks, and based on this, the present work aims to analyze the performance of these systems based an actual Brazilian 81-nodes low-voltage secondary network and on the IEEE 390-nodes system. The objective is to evaluate the impacts of high levels of distributed generation on the power quality and protection of the grid. Once such conditions are evaluated, some protection functions are considered (directional power, directional overcurrent, undervoltage and voltage unbalance) with the purpose of finding alternatives so that the network protectors are not sensitized to reverse power flows from the distributed generators and, thus, they only trip for disturbances an the medium voltage side. Therefore, the simulations were performed in the OpenDSS software and the results showed that the voltage unbalance protection function was the one with the highest potential to be applied in practice, since it was possible to minimize the reverse power flow due to distributed generators.