O crescente número de geradores distribuídos conectados em redes de distribuição de energia elétrica é uma realidade dos sistemas elétricos de todo o mundo. Embora a política atual seja desconectar os geradores distribuídos do sistema elétrico de potência (SEP) caso ocorra uma falha na rede da concessionária, conforme preconizam os principais guias técnicos nacionais e internacionais, o módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) mostra-se favorável à operação ilhada, pois afirma que este tipo de operação pode ser realizado em comum acordo entre as centrais geradoras de energia e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), permitindo alcançar uma maior disponibilidade no fornecimento de energia. No entanto, para que a operação ilhada seja possível e possa ser praticada de forma segura, o ilhamento intencional precisa superar alguns desafios, dentre os quais estão aqueles relacionados ao sistema de proteção da rede de distribuição, tais como: coordenação indevida de dispositivos de proteção, perda da sensibilidade da proteção, abertura inadequada de fusíveis e religamentos automáticos fora de sincronismo. Portanto, este trabalho avalia o impacto da geração distribuída (GD) sobre o sistema de proteção de sobrecorrente de uma rede de distribuição operando ilhada. A ideia principal é dividir a rede em regiões delimitadas pelos dispositivos de proteção existentes, para em seguida, adequá-los à nova situação operacional, certificando se os ajustes propostos atendem ao comportamento síncrono e estável do sistema de geração por meio de uma análise de estabilidade transitória. Propõe-se então um conjunto de procedimentos para tomada de ações que permitam readequar o sistema de proteção de sobrecorrente existente à operação ilhada. Os resultados obtidos demonstram que a inibição do religamento automático e da curva de atuação instantânea acrescida de reajustes nas curvas temporizadas dos relés e religadores, melhoraram a coordenação e seletividade da rede operando ilhada. / The growing number of distributed generators connected to electricity distribution networks is a reality of electrical systems throughout the world. Although the current policy is to disconnect the distributed generators from the electric power system (EPS) in the event of loss of mains, as required by main national and international technical guides, the module 3 of the Procedures for Electric Power Distribution in the Electric National System (PRODIST) shows itself in favor of islanded operation, it states that this type of operation can be carried out in agreement between power generation plants and the National Electric System Operator (ONS), allowing achieve larger availability in energy supply. However, to make the islanded operation possible and safe, the intentional islanding must overcome some challenges, among which are those related to the protection system of the distribution network, such as improper coordination of protective devices, loss of protection sensitivity, inadequate opening of fuses and automatic reclosing out of synchronism. Therefore, this work evaluates the impact of distributed generation (DG) on the overcurrent protection system of a distribution network operating islanded. The main idea is to divide the network into regions bounded by existing protection devices, to then adapt them to the new operational situation, making sure that the proposed adjustments meet the synchronous and stable behavior of the generation system by means of a transient stability analysis. Thus, a set of procedures is proposed to indicate actions that allow readjusting the existing overcurrent protection system to the islanded operation. The results demonstrate that the inhibition of automatic restart and of the instantaneous operating curve plus adjustments in time delay curves of relays and reclosers, improved the coordination and selectivity of the network operating islanded.

O crescente número de geradores distribuídos conectados em redes de distribuição de energia elétrica é uma realidade dos sistemas elétricos de todo o mundo. Embora a política atual seja desconectar os geradores distribuídos do sistema elétrico de potência (SEP) caso ocorra uma falha na rede da concessionária, conforme preconizam os principais guias técnicos nacionais e internacionais, o módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) mostra-se favorável à operação ilhada, pois afirma que este tipo de operação pode ser realizado em comum acordo entre as centrais geradoras de energia e o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), permitindo alcançar uma maior disponibilidade no fornecimento de energia. No entanto, para que a operação ilhada seja possível e possa ser praticada de forma segura, o ilhamento intencional precisa superar alguns desafios, dentre os quais estão aqueles relacionados ao sistema de proteção da rede de distribuição, tais como: coordenação indevida de dispositivos de proteção, perda da sensibilidade da proteção, abertura inadequada de fusíveis e religamentos automáticos fora de sincronismo. Portanto, este trabalho avalia o impacto da geração distribuída (GD) sobre o sistema de proteção de sobrecorrente de uma rede de distribuição operando ilhada. A ideia principal é dividir a rede em regiões delimitadas pelos dispositivos de proteção existentes, para em seguida, adequá-los à nova situação operacional, certificando se os ajustes propostos atendem ao comportamento síncrono e estável do sistema de geração por meio de uma análise de estabilidade transitória. Propõe-se então um conjunto de procedimentos para tomada de ações que permitam readequar o sistema de proteção de sobrecorrente existente à operação ilhada. Os resultados obtidos demonstram que a inibição do religamento automático e da curva de atuação instantânea acrescida de reajustes nas curvas temporizadas dos relés e religadores, melhoraram a coordenação e seletividade da rede operando ilhada. / The growing number of distributed generators connected to electricity distribution networks is a reality of electrical systems throughout the world. Although the current policy is to disconnect the distributed generators from the electric power system (EPS) in the event of loss of mains, as required by main national and international technical guides, the module 3 of the Procedures for Electric Power Distribution in the Electric National System (PRODIST) shows itself in favor of islanded operation, it states that this type of operation can be carried out in agreement between power generation plants and the National Electric System Operator (ONS), allowing achieve larger availability in energy supply. However, to make the islanded operation possible and safe, the intentional islanding must overcome some challenges, among which are those related to the protection system of the distribution network, such as improper coordination of protective devices, loss of protection sensitivity, inadequate opening of fuses and automatic reclosing out of synchronism. Therefore, this work evaluates the impact of distributed generation (DG) on the overcurrent protection system of a distribution network operating islanded. The main idea is to divide the network into regions bounded by existing protection devices, to then adapt them to the new operational situation, making sure that the proposed adjustments meet the synchronous and stable behavior of the generation system by means of a transient stability analysis. Thus, a set of procedures is proposed to indicate actions that allow readjusting the existing overcurrent protection system to the islanded operation. The results demonstrate that the inhibition of automatic restart and of the instantaneous operating curve plus adjustments in time delay curves of relays and reclosers, improved the coordination and selectivity of the network operating islanded.

O ilhamento intencional quando desenvolvido em modo seguro pode ser considerado uma solução viável à promoção da confiabilidade das redes elétricas na presença de geradores distribuídos. Diante disso, esta tese de doutorado propõe metodologias que definem os ajustes das proteções do ponto de acoplamento comum e do gerador para viabilizar tecnicamente o ilhamento intencional, permitindo também avaliar a probabilidade de sucesso deste quando não planejado por um período de operação da rede. As metodologias propostas consideram os relés de deslocamento de fase ou \"salto de vetor\", relés de taxa de variação de frequência e os relés de sub/sobrefrequência convencionais. Estas metodologias baseiam-se na associação direta do tempo de detecção do ilhamento e do tempo de restrição. Estes tempos são oriundos da capacidade de detecção de ilhamento do relé baseado em medidas de frequência do ponto de acoplamento comum e da proteção do gerador. Os resultados foram consistentes e além de determinar a viabilidade técnica do ilhamento intencional de geradores distribuídos, permitiram avaliar a probabilidade de sucesso do ilhamento intencional. Adicionalmente, as metodologias permitiram definir quando possível os ajustes das proteções mais adequados à operação segura da ilha. / The intentional islanding when perfomed in a safe way can be considered a viable solution to the promotion of the reliability of the electrical networks in the presence of distributed generators. In this context, this doctoral thesis proposes methodologies that define the adjustments of the protections of the point of common coupling and the generator to technically enable the intentional islanding and allow to evaluate the probability of successful islanded operation. The proposed methodologies consider the vector surge or \"vector jump relays\", the rate of change of frequency and conventional under/overfrequency relays for islanding detection purposes, and the under/overfrequency relays to protect the generator. These methodologies are based on the direct association of the islanding detection time and the restriction time, and on their relation with the active power imbalance of the island. The detection and restriction times are derived from the islanding detection capability of the previous-mentioned relays, and from the generator protection, respectivelly. The results showed that the methodologies were able to identify favourable conditions for a successful islanded operation, and allowed assessing its probability of occurrence given different conditions of load and generation power imbalance. Additionally, the methodologies allowed to define, when possible, the adjustments of the most adequate protections for the isolated operation of the microgrid.

O ilhamento intencional quando desenvolvido em modo seguro pode ser considerado uma solução viável à promoção da confiabilidade das redes elétricas na presença de geradores distribuídos. Diante disso, esta tese de doutorado propõe metodologias que definem os ajustes das proteções do ponto de acoplamento comum e do gerador para viabilizar tecnicamente o ilhamento intencional, permitindo também avaliar a probabilidade de sucesso deste quando não planejado por um período de operação da rede. As metodologias propostas consideram os relés de deslocamento de fase ou \"salto de vetor\", relés de taxa de variação de frequência e os relés de sub/sobrefrequência convencionais. Estas metodologias baseiam-se na associação direta do tempo de detecção do ilhamento e do tempo de restrição. Estes tempos são oriundos da capacidade de detecção de ilhamento do relé baseado em medidas de frequência do ponto de acoplamento comum e da proteção do gerador. Os resultados foram consistentes e além de determinar a viabilidade técnica do ilhamento intencional de geradores distribuídos, permitiram avaliar a probabilidade de sucesso do ilhamento intencional. Adicionalmente, as metodologias permitiram definir quando possível os ajustes das proteções mais adequados à operação segura da ilha. / The intentional islanding when perfomed in a safe way can be considered a viable solution to the promotion of the reliability of the electrical networks in the presence of distributed generators. In this context, this doctoral thesis proposes methodologies that define the adjustments of the protections of the point of common coupling and the generator to technically enable the intentional islanding and allow to evaluate the probability of successful islanded operation. The proposed methodologies consider the vector surge or \"vector jump relays\", the rate of change of frequency and conventional under/overfrequency relays for islanding detection purposes, and the under/overfrequency relays to protect the generator. These methodologies are based on the direct association of the islanding detection time and the restriction time, and on their relation with the active power imbalance of the island. The detection and restriction times are derived from the islanding detection capability of the previous-mentioned relays, and from the generator protection, respectivelly. The results showed that the methodologies were able to identify favourable conditions for a successful islanded operation, and allowed assessing its probability of occurrence given different conditions of load and generation power imbalance. Additionally, the methodologies allowed to define, when possible, the adjustments of the most adequate protections for the isolated operation of the microgrid.

Neste trabalho, um novo método grafo-algébrico para o projeto de ilhamento intencional é proposto. O ilhamento intencional é um dos últimos recursos utilizados pelos operadores para evitar um colapso total do sistema elétrico. Ele objetiva dividir um sistema elétrico em dois ou mais subsistemas estáveis quando não é possível garantir a estabilidade do sistema interligado. O método desenvolvido é uma extensão de um método grafo-algébrico, baseado na fatoração da matriz incidência ramo-nó e que foi desenvolvido para a identificação de ilhamento não intencional, para o problema de projeto de ilhamento intencional. A aplicação da fatoração da matriz incidência ramo-nó no problema de projeto de ilhamento é contribuição inédita deste trabalho. O método proposto identifica os conjuntos de corte, compostos por linhas de transmissão/transformadores (ramos), aptos a dividir um sistema elétrico de potência conexo em dois ou mais subsistemas (ilhas), sob a condição de um número mínimo, previamente estabelecido, de ramos interrompidos ou uma interrupção mínima de fluxo de potência ativa. A identificação dos conjuntos de cortes é realizada por meio de uma fatoração ordenada da matriz incidência nó-ramo e por um processo de regularização de cortes. O método foi testado com resultados promissores em alguns sistemas elétricos de pequeno e médio porte. Apresentou boas características que sugerem que o mesmo seja adequado para aplicações em tempo real. O método fornece a informação das barras que formam cada ilha, adapta-se facilmente a mudanças na topologia e pode ser facilmente implementado com rotinas já existentes nos programas de computador comumente utilizados para análise de sistemas elétricos de potência. Trabalhos futuros são necessários para testar a metodologia em sistemas de maior porte, para avaliar a eficiência computacional do método e comparar com a eficiência de outros métodos relatados na literatura. / In this work , a new graph-algebraic method for the design of intentional islanding is proposed. Intentional islanding is one of the last resources used by the Power Electrical System Operators to avoid a total collapse of the electrical system. It aims to divide a power system into two or more stable subsystems when it is not possible to guarantee the stability of the interconnected system. The developed method is an extension of a graph-algebraic method, which is based on a factorization of the branch-node incidence matrix and which was developed to identify unintended islanding, to the problem of intended. The unprecedented contribution of this work is the application of the factorization of the incidence branch-node matrix in the design of islanding control. The proposed method identifies the cutsets, composed of transmission lines / transformers (branches) , able to divide a connected Electrical Power System in two or more subsystems (islands), under the constraint of a minimum number of interrupted branches or minimal interruption of power flow. The identification of cutsets are made through an ordered factorization of the incidence branch node matrix and a regularization process of cutsets. The method has been tested with promising results in some electrical systems of small and medium size. It has shown good characteristics which suggests that it is suitable for real-time applications. The method automatically provides the set of buses that form each island, it easily adapts to changes in topology and can be easily implemented with routines that are already developed in existing computer programs commonly used for analysis of electric power systems. Further work is needed to test the methodology in larger systems to evaluate the computational efficiency of the method and compare with the efficiency of other methods reported in the literature.

Neste trabalho, um novo método grafo-algébrico para o projeto de ilhamento intencional é proposto. O ilhamento intencional é um dos últimos recursos utilizados pelos operadores para evitar um colapso total do sistema elétrico. Ele objetiva dividir um sistema elétrico em dois ou mais subsistemas estáveis quando não é possível garantir a estabilidade do sistema interligado. O método desenvolvido é uma extensão de um método grafo-algébrico, baseado na fatoração da matriz incidência ramo-nó e que foi desenvolvido para a identificação de ilhamento não intencional, para o problema de projeto de ilhamento intencional. A aplicação da fatoração da matriz incidência ramo-nó no problema de projeto de ilhamento é contribuição inédita deste trabalho. O método proposto identifica os conjuntos de corte, compostos por linhas de transmissão/transformadores (ramos), aptos a dividir um sistema elétrico de potência conexo em dois ou mais subsistemas (ilhas), sob a condição de um número mínimo, previamente estabelecido, de ramos interrompidos ou uma interrupção mínima de fluxo de potência ativa. A identificação dos conjuntos de cortes é realizada por meio de uma fatoração ordenada da matriz incidência nó-ramo e por um processo de regularização de cortes. O método foi testado com resultados promissores em alguns sistemas elétricos de pequeno e médio porte. Apresentou boas características que sugerem que o mesmo seja adequado para aplicações em tempo real. O método fornece a informação das barras que formam cada ilha, adapta-se facilmente a mudanças na topologia e pode ser facilmente implementado com rotinas já existentes nos programas de computador comumente utilizados para análise de sistemas elétricos de potência. Trabalhos futuros são necessários para testar a metodologia em sistemas de maior porte, para avaliar a eficiência computacional do método e comparar com a eficiência de outros métodos relatados na literatura. / In this work , a new graph-algebraic method for the design of intentional islanding is proposed. Intentional islanding is one of the last resources used by the Power Electrical System Operators to avoid a total collapse of the electrical system. It aims to divide a power system into two or more stable subsystems when it is not possible to guarantee the stability of the interconnected system. The developed method is an extension of a graph-algebraic method, which is based on a factorization of the branch-node incidence matrix and which was developed to identify unintended islanding, to the problem of intended. The unprecedented contribution of this work is the application of the factorization of the incidence branch-node matrix in the design of islanding control. The proposed method identifies the cutsets, composed of transmission lines / transformers (branches) , able to divide a connected Electrical Power System in two or more subsystems (islands), under the constraint of a minimum number of interrupted branches or minimal interruption of power flow. The identification of cutsets are made through an ordered factorization of the incidence branch node matrix and a regularization process of cutsets. The method has been tested with promising results in some electrical systems of small and medium size. It has shown good characteristics which suggests that it is suitable for real-time applications. The method automatically provides the set of buses that form each island, it easily adapts to changes in topology and can be easily implemented with routines that are already developed in existing computer programs commonly used for analysis of electric power systems. Further work is needed to test the methodology in larger systems to evaluate the computational efficiency of the method and compare with the efficiency of other methods reported in the literature.

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.