Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-08-01T13:14:59Z No. of bitstreams: 1 Bruno Gomes Gerude.pdf: 3290960 bytes, checksum: 9bdd883476a85e1e8d0adcf47fa16ba2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-01T13:16:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruno Gomes Gerude.pdf: 3290960 bytes, checksum: 9bdd883476a85e1e8d0adcf47fa16ba2 (MD5) Previous issue date: 2017-06-21 / As society's dependence on energy increases, the regulatory agencies' demands grow with the electric power concessionaires for quality and continuity. On the other hand, in particular, the Brazilian electrical system is much more complex due to the increase in other transmission lines, substations, direct current systems and the use of generation plants from different sources, which imposes on energy companies the adoption Strategies and procedures that guarantee greater reliability to these assets. The use of Intelligent Electronic Devices (IEDs) allows the operation of electric power systems to make faster and more assertive decisions, however, the maintenance and inspection strategies in these equipments are not even among the companies in the sector, and this has led to some professionals to abandon the idea of proactive inspection. In this work a broad approach is taken on the subject, from the perspective of manufacturers' manuals, Reliability Centered Maintenance theory (RCM) and under international norms and guidelines. It is presented a research with eight companies of the Brazilian electrical sector and a survey of information in two substations of the National Interconnected System, with evaluation of the performance of the installed IEDs which includes the construction of failure curves, stratification of defects by subsystems and comparison between the families of IEDs in these facilities. At the end, a plan of periodic inspection is proposed in these devices using a methodology based on multicriteria analysis to define periodicities. / À medida que a dependência de energia pela sociedade aumenta, crescem as exigências das agências reguladoras junto às concessionárias de energia elétrica por qualidade e continuidade. Por outro lado, em particular, o sistema elétrico brasileiro está muito mais complexo devido ao incremento de outras linhas de transmissão, subestações, sistemas de corrente contínua e a utilização de usinas de geração de diferentes fontes, o qual impõe às empresas de energia a adoção de estratégias e procedimentos que garantam maior confiabilidade a esses ativos. A utilização de Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IEDs) permite que a operação dos sistemas de energia elétrica possa tomar decisões mais rápidas e assertivas, no entanto, as estratégias de manutenções e inspeções nestes equipamentos não estão niveladas entre as empresas do setor, e isto tem levado alguns profissionais a abandonarem a ideia de inspeção proativa. Neste trabalho faz-se uma ampla abordagem sobre o tema, sob a ótica dos manuais de fabricantes, da teoria de Manutenção Centrada em Confiabilidade (RCM) e sob as normas e guias internacionais. É apresentada uma pesquisa com oito empresas do setor elétrico brasileiro e um levantamento de informações em duas subestações do Sistema Interligado Nacional, com avaliação do desempenho dos IEDs instalados a qual inclui a construção das curvas de falha, estratificação de defeitos por subsistemas e comparação entre as famílias de IEDs existentes nestas instalações. Ao final é proposto um plano de inspeção periódico nestes dispositivos utilizando uma metodologia baseada em análise multicritério para definição das periodicidades.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementação, em uma rotina computacional, de um algoritmo para localização de faltas em linhas de transmissão com compensação série baseado em método heurístico. O algoritmo de localização de faltas proposto neste trabalho é capaz de identificar o ponto de ocorrência da falta utilizando informações sobre os parâmetros da linha de transmissão, os sinais de tensões e correntes registrados nos terminais dessa linha, bem como as características das unidades de compensação série empregadas. O algoritmo desenvolvido no âmbito desta pesquisa foi codificado no ambiente Matrix Laboratory (MATLAB), bem como o método heurístico escolhido (pattern search) e a sua validação foi conduzida a partir de simulações computacionais utilizando modelos de rede implementados no Alternate Transient Program (ATP). / This work aims to describe the development and implementation in a computational routine, an algorithm to locate faults in series-compensated transmission lines based on an heuristic method. The fault location algorithm proposed in this work is capable of identifying the fault point using information about the parameters of the transmission line, voltages and currents signals recorded at the line terminals, as well as the characteristics of the series compensation units. The optimization method used for objective functions was pattern search. The algorithm developed during this research was coded using MATLAB, as well as the heuristic method chosen (pattern search) and its validation was based on computer simulations using network models implemented in ATP.

Neste trabalho foi desenvolvido um método de localização de faltas em linhas de transmissão constituídas de circuito simples e continuamente transpostas com derivações. Este método utiliza fasores de tensão e corrente pré-falta e pós-falta medidos apenas nos terminais local e remoto, para determinar as informações da falta, as quais são: local, distância, resistência e tipo. O método de localização de faltas proposto neste trabalho é composto pelo processo de obtenção dos fasores, pelo algoritmo de determinação do tipo de falta, pelos algoritmos de estimativa de cargas e de localização de faltas, onde o algoritmo de localização de faltas foi proposto neste trabalho. A principal característica deste novo método é a de não haver necessidade de reduzir a linha para uma linha equivalente de dois terminais para aplicação do método de localização de faltas usando dados de um ou dois terminais para determinar o possível ou os possíveis locais de ocorrência da falta, uma vez que o algoritmo de localização de faltas proposto neste trabalho possui uma função objetivo que determina de forma direta o trecho de ocorrência da falta. Com o objetivo de avaliar a eficiência do método de localização de faltas proposto, este foi submetido a simulações de variação de distância de falta, de resistência de falta, de tipo de falta e simulações de erros nos fasores e nos parâmetros da linha de transmissão. / In this work was developed a fault location method on single circuit continuously transposed transmission lines with derivations. This method uses pre-fault and post-fault voltage and current phasors, measured at local and remote terminals only, to determine the information about the fault, which are: location, distance, resistance and type. The fault location method proposed in this work is composed by the phasor obtaining process, the fault type determination algorithm, the load estimation algorithm and the fault location algorithm, where the fault location algorithm has been proposed in this work. The main characteristic of this new method is no need to reduce the line to two terminals equivalent line to application of the one or two terminal fault location method which determine the possible fault location occurrence, since the fault location algorithm proposed in this work has an objective function that determines by direct way the exact path of fault occurrence. In order to evaluate the efficiency of the proposed fault location method, it was subjected to fault distance, fault resistance and fault type variation simulations and phasors and transmission lines parameters errors simulations.

Submitted by ESAU FIGUEROA ESCOTO null (figueroaescoto@yahoo.es) on 2016-08-16T07:02:27Z No. of bitstreams: 1 Figueroa - Dissertação .pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-17T20:01:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 figueroaescoto_e_me_ilha.pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-17T20:01:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 figueroaescoto_e_me_ilha.pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O problema de estimação de faltas ou diagnóstico de alarmes em sistemas de energia elétrica é identificar faltas em seções ou falhas em dispositivos através dos alarmes dos relés de proteção, disjuntores e outras informações recebidas pelo Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA). Este trabalho apresenta uma metodologia para resolver o problema de diagnóstico de alarmes em sistemas de energia, através de um modelo de otimização de programação binária irrestrita. Este modelo é desenvolvido com base no conjunto de coberturas mínimas que abrange a lógica e a filosofia dos projetos de proteção empregados por empresas de energia elétrica. A ideia principal é associar os alarmes dos relés de proteção relatados pelo sistema SCADA e com os estados esperados das funções de relé de proteção. Os estados esperados são modelados usando a filosofia de proteção utilizada por especialistas em empresas de energia elétrica. Um Algoritmo Genético Adaptativo (AGA) é desenvolvido para resolver o modelo de otimização de programação binária irrestrita. O AGA proposto tem a característica de usar somente dois parâmetros de controle, ou seja, o número de indivíduos na população e o número máximo de gerações. O algoritmo tem taxas de recombinação e mutação calibradas de forma dinâmica com base na saturação da população atual, tendo uma resposta imediata a possível convergência prematura para ótimos locais. A metodologia proposta para resolver o problema da localização de faltas foi implementada na linguagem de programação C ++ e os testes foram feitos em um computador com processador Intel Core i7 com 2,2 GHz e 12 GB de memória RAM. O desempenho do algoritmo foi testado usando dados de um sistema elétrico real da região sul brasileira. A fim de mostrar o desempenho do AGA, os resultados do algoritmo foram comparados com um algoritmo genético clássico e um algoritmo imune. Os resultados mostraram que o AGA é superior aos algoritmos genético clássico e imune apresentando robustez e eficiência computacional. Além disso, a metodologia provou ser rápida e robusta e tem grande potencial para a localização de faltas em tempo real. / The fault section estimation in electric power systems is to identify faults in sections or devices using information from protective relays, circuit breakers and other information received from Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA). This work presents a methodology to solve the fault section estimation problem in power systems, through a model based on an unconstrained binary programming optimization model. This model is developed based on the parsimonious set covering theory and the protection philosophy logic employed by electric companies. The main idea is to associate the alarms of the relay protection functions reported by the SCADA system with the expected states from the protective relay functions. The expected states are modeled using protection philosophy logic employed by experts in electric companies. An Adaptive Genetic Algorithm (AGA) is developed to solve the unconstrained binary programming optimization model. The proposed AGA has the characteristic to use only two control parameters, i.e., number of individuals in the population and maximum number of generations. The algorithm has automatic and dynamically calibrated recombination and mutation rates based on the saturation of the current population, having an immediate response to possible premature convergence to local optima. The methodology proposed to solve the problem of shortages sections location was implemented in the C ++ programming language and the tests are done on a computer with Intel Core 7 Processor with 2.2 GHz and 12 GB of memory. The algorithm’s performance was tested using data from the Brazilian Southern electric power system. In order to show the AGA performance, the algorithm results was compared with a classical genetic algorithm and an immune algorithm. The results have shown that AGA presents robustness and the efficiency was successfully verified. Considering the solutions of the tests, the AGA demonstrates better computational processing time, getting the right solution for every simulation. Furthermore, the method was proven to be fast and robust and has great potential for locating faults in electric power systems in real time.

Orientador: Fábio Bertequini Leão / Resumo: O problema de estimação de faltas ou diagnóstico de alarmes em sistemas de energia elétrica é identificar faltas em seções ou falhas em dispositivos através dos alarmes dos relés de proteção, disjuntores e outras informações recebidas pelo Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA). Este trabalho apresenta uma metodologia para resolver o problema de diagnóstico de alarmes em sistemas de energia, através de um modelo de otimização de programação binária irrestrita. Este modelo é desenvolvido com base no conjunto de coberturas mínimas que abrange a lógica e a filosofia dos projetos de proteção empregados por empresas de energia elétrica. A ideia principal é associar os alarmes dos relés de proteção relatados pelo sistema SCADA e com os estados esperados das funções de relé de proteção. Os estados esperados são modelados usando a filosofia de proteção utilizada por especialistas em empresas de energia elétrica. Um Algoritmo Genético Adaptativo (AGA) é desenvolvido para resolver o modelo de otimização de programação binária irrestrita. O AGA proposto tem a característica de usar somente dois parâmetros de controle, ou seja, o número de indivíduos na população e o número máximo de gerações. O algoritmo tem taxas de recombinação e mutação calibradas de forma dinâmica com base na saturação da população atual, tendo uma resposta imediata a possível convergência prematura para ótimos locais. A metodologia proposta para resolver o problema da localização de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The fault section estimation in electric power systems is to identify faults in sections or devices using information from protective relays, circuit breakers and other information received from Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA). This work presents a methodology to solve the fault section estimation problem in power systems, through a model based on an unconstrained binary programming optimization model. This model is developed based on the parsimonious set covering theory and the protection philosophy logic employed by electric companies. The main idea is to associate the alarms of the relay protection functions reported by the SCADA system with the expected states from the protective relay functions. The expected states are modeled using protection philosophy logic employed by experts in electric companies. An Adaptive Genetic Algorithm (AGA) is developed to solve the unconstrained binary programming optimization model. The proposed AGA has the characteristic to use only two control parameters, i.e., number of individuals in the population and maximum number of generations. The algorithm has automatic and dynamically calibrated recombination and mutation rates based on the saturation of the current population, having an immediate response to possible premature convergence to local optima. The methodology proposed to solve the problem of shortages sections location was implemented in the C ++ programming language and the tests are done ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O conhecimento das características experimentais das faltas de alta impedância é de suma importância para o desenvolvimento de sistemas e equipamentos voltados a detecção eficiente das mesmas em sistemas de distribuição de energia elétrica. Este trabalho apresenta um conjunto de estratégias experimentais que visam orientar passo a passo a realização de ensaios de faltas fase-terra com alta impedância, contemplando-se desde os dispositivos de proteção usados na viabilização dos experimentos até os equipamentos de oscilografias utilizados para registrar as grandezas elétricas advindas dessas situações de faltas. São ainda apresentados os resultados obtidos pelos ensaios realizados de queda de condutor energizado (lado fonte) em solo seco, queda de condutor energizado (lado fonte) em brita seca, queda de condutor energizado sobre a cruzeta e queda de condutor energizado (lado carga) em solo seco. / The knowledge of experimental characteristics of high-impedance fault is of highest importance for developing both systems and equipments addressed to its efficient detection in electric power distribution systems. This work presents a set of practical strategies to guide step by step the accomplishment of experiments involving phase-ground faults with high impedance, being also contemplated from protection devices used in the experiments to oscillograph equipments dedicated to register the electric signals produced in those situations. It is still presented the results produced by fault experiments involving drop of energized cable (source side) in dry soil, drop of energized cable (source side) in dry broken stones, drop of energized cable on crossarm and drop of energized cable (load side) in dry soil.

Este trabalho apresenta novas explorações do uso de sistemas agentes aplicados à proteção de sistemas elétricos de potência (SEP). Os sistemas agentes são definidos como softwares capazes de interagir com seu ambiente. Todos estudos apresentados focam o uso de agentes dentro de um SEP, através de uma rede privada de comunicação (intranet) baseada na tecnologia da internet. O objetivo final deste trabalho é o desenvolvimento de agentes que possam ser examinados em situações reais. Para facilitar esta tarefa, uma plataforma computacional foi desenvolvida denominada como EPOCHS (Electric Power and Communication Synchronizing Simulator). A principal função desta plataforma é permitir a integração dos agentes a um ambiente que combine simuladores que ofereçam informações sobre um SEP, assim como dados sobre uma rede intranet. Dentro deste contexto, um método para proteção primária e de retaguarda foi desenvolvido e testado dentro da plataforma EPOCHS. Os agentes desenvolvidos apresentaram resultados melhores que as técnicas tradicionais. Resultados ilustrando o desempenho e viabilidade deste sistema de proteção baseado em agentes são apresentados. / This work presents new explorations into the use of agent technology applied to the protection of power systems. We broadly define an agent to be an autonomous piece of software capable of interacting with its environment. Our investigation centers on the use of agents within an electric power grid using a private communication network, termed a utility intranet, based on internet technology. Our goal is to create practical agents that can be examined in realistic situations. To facilitate this aim, a new platform has been developed, EPOCHS, which allows agents to operate in an environmental that combines proven electric power electromagnetic and electromechanical transient simulators with a popular network communication simulation engine. We developed primary and a backup protection system using agent technology and evaluated this system within the EPOCHS environment. The agent-based system studied improved on traditional methods. Results illustrating the performance and viability of agent-based protection system are presented.

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.

Este trabalho apresenta uma metodologia computacional para coordenação automática de dispositivos de proteção contra sobrecorrente em sistemas elétricos industriais radiais, tendo como principais vantagens a exatidão nos cálculos dos ajustes e a proposição automática de soluções para eventuais problemas de coordenação, sempre que possível. A metodologia é utilizada tanto para proteção individual contra sobrecorrente dos equipamentos quanto para coordenação dos dispositivos de proteção do sistema. É feito um estudo detalhado dos requisitos de proteção de sobrecorrente dos equipamentos empregados em sistemas elétricos industriais, como motor, cabo e transformador, bem como dos dispositivos mais utilizados, fusível e disjuntor de baixa tensão, com ênfase para a proteção por meio de relés digitais de sobrecorrente. O método é usado para o desenvolvimento de uma ferramenta computacional. Há uma exposição dos algoritmos utilizados para busca e cálculo dos ajustes dos dispositivos de cada equipamento. Por fim é realizado um teste da ferramenta com dois exemplos de sistemas elétricos industriais, mostrando que o mesmo apresenta bom desempenho quanto à exatidão no cálculo dos ajustes e na redução do tempo despendido em estudos de coordenação da proteção e seletividade. / This work presents a computational methodology for automatic overcurrent coordination of protection devices in radial industrial electrical systems, which main advantages are the accuracy in the devices\' settings calculation and the automatic proposition of solutions to coordination problems, whenever it is possible. The methodology is used both for equipment individual overcurrent protection and for protection devices coordination. A detailed study of the overcurrent protection requirements of the equipments used in industrial electrical systems, such as motor, cable and transformer is carried out, as well as of the most used protection devices, fuses and low voltage circuit breaker, with emphasis on the protection by means of overcurrent digital relays. The method is used to develop a computational tool. There is an explanation of the search and settings calculation algorithms applied to the devices of each equipment. Finally, two examples of industrial electrical systems are used to assess the performance of the proposed methodology. It is shown that it presents good performance on the accuracy in the calculation of the devices settings and on amount of time spent on protection coordination and selectivity studies.

É importante que as redes elétricas tenham altos índices de confiabilidade, de forma a se manter a agilidade e a manutenção ideais para um melhor funcionamento. Por outro lado, o crescimento inesperado da carga, falhas em equipamentos e uma parametrização inadequada das funções de proteção tornam a análise de eventos de proteção mais complexas e demoradas. Além disso, a quantidade de informações que pode ser obtida de relés digitais modernos tem crescido constantemente. Para que seja possível uma rápida tomada de decisão e manutenção, esse projeto de pesquisa teve como objetivo a implementação de um sistema completo de diagnóstico que é ativado automaticamente quando um evento de proteção ocorrer. As informações a serem analisadas são obtidas de uma base de dados e de relés de proteção, via protocolo de comunicação IEC 61850 e arquivos de oscilografia. O trabalho aborda o sistema Smart Grid completo incluindo: a aquisição de dados nos relés, detalhando o sistema de comunicação desenvolvido através de um software com um cliente IEC61850 e um servidor OPC e um software com um cliente OPC, que é ativado por eventos configurados para dispará-lo (por exemplo, atuação da proteção); o sistema de pré-tratamento de dados, onde os dados provenientes dos relés e equipamentos de proteção são filtrados, pré-processados e formatados; e o sistema de diagnóstico. Um banco de dados central mantém atualizados os dados de todas essas etapas. O sistema de diagnóstico utiliza algoritmos convencionais e técnicas de inteligência artificial, em particular, um sistema especialista. O sistema especialista foi desenvolvido para lidar com diferentes conjuntos de dados de entrada e com uma possível falta de dados, sempre garantindo a entrega de diagnósticos. Foram realizados testes e simulações para curtos-circuitos (trifásico, dupla-fase, dupla-fase-terra e fase-terra) em alimentadores, transformadores e barras de uma subestação. Esses testes incluíram diferentes estados do sistema de proteção (funcionamento correto e impróprio). O sistema se mostrou totalmente eficaz tanto no caso de disponibilidade completa quanto parcial de informações, sempre fornecendo um diagnóstico do curto-circuito e analisando o funcionamento das funções de proteção da subestação. Dessa forma, possibilita-se uma manutenção muito mais eficiente pelas concessionárias de energia, principalmente no que diz respeito à prevenção de defeitos em equipamentos, rápida resposta a problemas, e necessidade de reparametrização das funções de proteção. O sistema foi instalado com sucesso em uma subestação de distribuição da Companhia Paulista de Força e Luz. / It is important that electrical networks have high levels of reliability in order to maintain the ideal agility and maintenance for better functioning. On the other hand, the often unexpected load growth, failures of protectionrelated equipment and inadequate parameterization of protection functions make the analyses of protection events more complex and time-consuming. Besides, the amount of information that can be retrieved from modern digital relays is constantly increasing. In order to aid a quick decision-making and maintenance practices, this research project aimed to implement a complete diagnosis system that is automatically activated whenever a protection-related event occurs. Information to be analyzed is obtained from a database and from the protection relays, via IEC 61850 communication protocol and oscillography files. The full smart grid system is addressed, including: the data acquisition and communication system developed through a software with an IEC61850 client and an OPC server and another software with an OPC client, which is activated by set triggering events (e.g. protection tripping); the data pre-processing system, in which the data is filtered, preprocessed and formatted; and the diagnostic system. A central database maintains updated all the data. For the diagnostic system, conventional algorithms and artificial intelligence techniques are applied; particularly, an expert system is implemented. The expert system was designed to deal with different sets of input information and uses different techniques to deal with a possible lack of data, always ensuring the delivery of diagnoses. Tests and simulations were performed for short-circuits (three-phase, phase-to-phase, double-phase-to-ground and phase-to-ground) on feeders, transformers and bus bars of a substation. These tests included different states of the protection system (proper functioning and malfunctioning). The diagnostic system proved to be fully effective under both complete and partial availability of information, always providing the fault diagnosis and the analysis of the protection functions. In brief, the system enables a much more efficient maintenance to power distribution utilities, especially when preventing equipment malfunctioning, quick responses towards system problems and the need to re-define some protection functions are required. It was successfully installed in a distribution substation of Companhia Paulista de Força e Luz, a Brazilian power distribution utility.