This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB. / Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para localização de faltas em redes primárias de distribuição de energia elétrica que possuem unidades de geração distribuída conectadas ao longo dos seus alimentadores. Esses algoritmos são capazes de efetuar a localização de faltas utilizando registros dos sinais de tensões e correntes realizados por dispositivos eletrônicos inteligentes, instalados nas saídas dos alimentadores de distribuição, além de informações que permitam determinar os valores das cargas conectadas nesses alimentadores, características elétricas, e o estado operativo da rede de distribuição. Ademais, este trabalho apresenta o estudo de modelos analíticos de unidades de geração distribuída e de cargas que poderiam contribuir positivamente com o desempenho dos algoritmos propostos. A validação dos algoritmos foi realizada através de simulações computacionais, utilizando modelos de rede implementados em ATP e os algoritmos foram implementados em MATLAB.

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.

O trabalho proposto tem por objetivo avaliar a viabilidade de localização de falhas elétricas, por meio da análise de assinaturas magnéticas resultantes do sistema elétrico. Assim, diversos algoritmos - descritos na literatura científica atual e aplicáveis ao processamento de sinais conduzidos - foram analisados com o objetivo de verificar a possibilidade de complementar as metodologias já desenvolvidas para a detecção e classificação de falhas, de uma maneira não invasiva e via análise de assinaturas magnéticas resultantes. Diferentemente do processo de monitoração tradicional, cujos sensores precisam estar fisicamente conectados aos circuitos analisados, propõe-se estudar a viabilidade da análise dos sinais provenientes da assinatura magnética dos distúrbios para localizar falhas. Ressalta-se, assim, a característica não invasiva desse processo. A avaliação da metodologia proposta foi realizada através da escolha de casos de sensibilidade, cujos resultados teóricos e provenientes de simulações foram utilizados na análise de sua viabilidade. / The proposed study aims to evaluate the feasibility of determinig the fault location in electrical systems, by analyzing the resulting magnetic signatures. Thus, several algorithms - described in the current scientific literature and for the processing of conducted signals - will be analyzed in order to verify the possibility of complementing the methodologies already developed for fault detection and classification, a non-invasive way and by analysis magnetic signatures resulting. Differently from traditional monitoring process, in which the sensors need to be physically connected to the analyzed circuits. It should be noted, the characteristic of this methodology as a non-invasive procedure. The evaluation of the proposed methodology will be carried out through the choice of sensitivity cases, which theoretical results obtained from simulations will be used to analyze its viability.

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.

This research presents the development and implementation of fault location algorithms in power distribution networks with distributed generation units installed along their feeders. The proposed algorithms are capable of locating the fault based on voltage and current signals recorded by intelligent electronic devices installed at the end of the feeder sections, information to compute the loads connected to these feeders and their electric characteristics, and the operating status of the network. In addition, this work presents the study of analytical models of distributed generation and load technologies that could contribute to the performance of the proposed fault location algorithms. The validation of the algorithms was based on computer simulations using network models implemented in ATP, whereas the algorithms were implemented in MATLAB. / Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para localização de faltas em redes primárias de distribuição de energia elétrica que possuem unidades de geração distribuída conectadas ao longo dos seus alimentadores. Esses algoritmos são capazes de efetuar a localização de faltas utilizando registros dos sinais de tensões e correntes realizados por dispositivos eletrônicos inteligentes, instalados nas saídas dos alimentadores de distribuição, além de informações que permitam determinar os valores das cargas conectadas nesses alimentadores, características elétricas, e o estado operativo da rede de distribuição. Ademais, este trabalho apresenta o estudo de modelos analíticos de unidades de geração distribuída e de cargas que poderiam contribuir positivamente com o desempenho dos algoritmos propostos. A validação dos algoritmos foi realizada através de simulações computacionais, utilizando modelos de rede implementados em ATP e os algoritmos foram implementados em MATLAB.

O trabalho proposto tem por objetivo avaliar a viabilidade de localização de falhas elétricas, por meio da análise de assinaturas magnéticas resultantes do sistema elétrico. Assim, diversos algoritmos - descritos na literatura científica atual e aplicáveis ao processamento de sinais conduzidos - foram analisados com o objetivo de verificar a possibilidade de complementar as metodologias já desenvolvidas para a detecção e classificação de falhas, de uma maneira não invasiva e via análise de assinaturas magnéticas resultantes. Diferentemente do processo de monitoração tradicional, cujos sensores precisam estar fisicamente conectados aos circuitos analisados, propõe-se estudar a viabilidade da análise dos sinais provenientes da assinatura magnética dos distúrbios para localizar falhas. Ressalta-se, assim, a característica não invasiva desse processo. A avaliação da metodologia proposta foi realizada através da escolha de casos de sensibilidade, cujos resultados teóricos e provenientes de simulações foram utilizados na análise de sua viabilidade. / The proposed study aims to evaluate the feasibility of determinig the fault location in electrical systems, by analyzing the resulting magnetic signatures. Thus, several algorithms - described in the current scientific literature and for the processing of conducted signals - will be analyzed in order to verify the possibility of complementing the methodologies already developed for fault detection and classification, a non-invasive way and by analysis magnetic signatures resulting. Differently from traditional monitoring process, in which the sensors need to be physically connected to the analyzed circuits. It should be noted, the characteristic of this methodology as a non-invasive procedure. The evaluation of the proposed methodology will be carried out through the choice of sensitivity cases, which theoretical results obtained from simulations will be used to analyze its viability.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-12-07T12:33:00Z No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T11:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucianacarvalhoacacio.pdf: 3829408 bytes, checksum: 88a83782335531c4be76d1544699c7bb (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho propõe um método baseado em algoritmos genéticos para alocação ótima de medidores na rede. A partir da alocação dos medidores, é verificado a assertividade alcançada na detecção de defeitos monofásicos, por área, com impedância na média tensão de sistemas de distribuição. Assim, é avaliado o desempenho da metologia de alocação ótima dos medidores. A saída do algoritmo, indica as posições que os medidores devem ser alocados, que formarão as respectivas áreas de observações para detecção. Para realizar a detecção de defeitos em sistemas de distribuição foi desenvolvido também um método utilizando redes neurais artificiais, que é utilizado como rotina interna do método de alocação de medidores, onde as entradas são grandezas elétricas de tensão e corrente, podendo ser medições fasoriais e/ou não-fasoriais, oriundas dos medidores definidos no método de alocação. Esta variação de tipos de medições serviu para analisar o desempenho na detecção do defeito do emprego de diferentes tipos de equipamentos de medição. A escolha da detecção de defeitos monofásicos é baseada no fato de que estes são a grande maioria nos sistemas de distribuição. O método desenvolvido consegue detectar defeitos monofásicos com resistência de arco variando entre 0 a 200 ohms, considerando ainda, variação do carregamento do sistema. O método proposto para alocação, bem como a rotina para detecção de falhas foi desenvolvido no ambiente MatLab®. Os testes foram realizados em sistemas do IEEE, apresentando bons resultados. / The proposal of this work is to develop a method based on genetic algorithms for optimal allocation of measurements units the distribution grid, which aims to detect monophasic defects with impedance in the medium voltage of distribution systems. The detection is performed by artificial neural networks. The developed methodology for optimal distribution of meters indicates as output the positions that the units should be allocated, creating detection areas. Artificial neural networks were used to perform fault detection in distribution systems, which is an internal routine of the measurement units distribution method. The inputs of the artificial neural networks are voltage and current. These electrical parameters can be either phasor measurements and/or non-phasor, depending on the category of meters defined in the allocation algorithm. The performance of different types of measurement equipment was executed by the analysis of different measurement types. It was selected single-phase defects due to the fact that these are the vast majority of faults in distribution systems. The developed method is able to identify single-phase defects with arc resistance ranging from 0 to 200 ohms, and it is also capable of correctly detect faults when considering load variation. The method of measurement unit allocation and the fault detection algorithm were developed in the software MatLab®. Tests were performed in IEEE systems, presenting good results.