Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation proposes two methodologies for the phasor estimation on protective relays in Electrical Power Systems. Firstly, a theoretical introduction of signal processing, the structure of a protective relay and phasor estimation algorithms is presented, including some of the algorithms used on the electrical system, as well as the two proposed methodologies. The first one makes use of the concept of curve-fitting, while the other uses Artificial Neural Networks, both with the goal of performing the real-time estimation of the signal amplitude and phase angle. Secondly, it is made a comparative analysis of the two proposed methods with four well-known and currently used algorithms. This comparison is made through the creation of several test signals with different simulation parameters. From these simulations, six performance indexes are used for the quantitative evaluation of each algorithm, from where the most effective method can be determined through the arithmetic mean of these indexes. Lastly, after all the simulation cases have been presented, a summary of the characteristics of each algorithm is made, based in their numerical results. Then, based on the values obtained on each performance index, the strong and weak points are highlighted, as well as the general classification of each method. / Essa dissertação propõe duas metodologias para a estimação fasorial em relés de proteção em Sistemas Elétricos de Potência. Primeiramente é apresentada uma introdução teórica ao processamento de sinais, à estrutura do relé de proteção, e aos algoritmos de estimação fasorial propriamente ditos, incluindo alguns dos algoritmos utilizados no sistema elétrico, assim como as duas metodologias propostas. A primeira delas faz uso do conceito de ajuste de curvas, enquanto que a segunda utiliza Redes Neurais Artificiais, ambas com o objetivo de realizar a estimação da amplitude e ângulo de fase de um sinal em tempo real. Em um segundo momento, é feita a análise comparativa dos dois métodos propostos com quatro algoritmos bastante conhecidos e utilizados nos relés numéricos. A comparação é feita através da criação de diversos sinais de teste com diferentes parâmetros de simulação. A partir dessas simulações, são usados seis índices de desempenho para a avaliação quantitativa de cada algoritmo, de onde, a partir da média aritmética destes índices, pode-se determinar o método mais eficaz para cada caso. Por fim, após todos os testes terem sido realizados, com base em seus resultados numéricos, é realizada uma condensação das características de cada algoritmo. Com base nos valores obtidos em cada índice de desempenho, são destacados os pontos fortes e fracos, bem como a classificação geral de cada método.

This Master's thesis is focused on creating of an algorithm which calculates changes of negative-sequence voltages and currents from their instantaneous values. That allows to conduct localization of asymmetrical faults in MV network in line with the Vdip method, which is based on monitoring the changes of negative-sequence components at distribution substations and at a sub-transmission station. The algorithm is being developed in Matlab environment with continuous implementation of partial procedures which are being assessed and compared with each other. A study of phasor estimating methods is carried out with pointing out related problems which are mainly caused by Ripple control and deviation of system frequency from its nominal value. Optimization precautions are designed to mitigate these problems. For elimination of the Ripple control effects a method based on averaging is presented. The deviation of system frequency is dealt with by resampling the original data recordings. The analysis processes are tested by both simulation signals and real measured data. The optimized algorithm enables precise calculation of negative-sequence components changes which is the main contribution of this thesis. The constructed algorithm is used in verification of the Vdip method on physical model of MV network. For these purposes a simple distribution network is created within which ground faults on different places and with different resistances are realised. The results of localization are not convincing which is mainly caused by specific features of laboratory power line models which are constructed with heterogenous parameters.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiegoAF_DISSERT.pdf: 1045785 bytes, checksum: 38dd893df9531c8e71f483fc22aa3802 (MD5) Previous issue date: 2012-12-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work proposes a new technique for phasor estimation applied in microprocessor numerical relays for distance protection of transmission lines, based on the recursive least squares method and called least squares modified random walking. The phasor estimation methods have compromised their performance, mainly due to the DC exponential decaying component present in fault currents. In order to reduce the influence of the DC component, a Morphological Filter (FM) was added to the method of least squares and previously applied to the process of phasor estimation. The presented method is implemented in MATLABr and its performance is compared to one-cycle Fourier technique and conventional phasor estimation, which was also based on least squares algorithm. The methods based on least squares technique used for comparison with the proposed method were: forgetting factor recursive, covariance resetting and random walking. The techniques performance analysis were carried out by means of signals synthetic and signals provided of simulations on the Alternative Transient Program (ATP). When compared to other phasor estimation methods, the proposed method showed satisfactory results, when it comes to the estimation speed, the steady state oscillation and the overshoot. Then, the presented method performance was analyzed by means of variations in the fault parameters (resistance, distance, angle of incidence and type of fault). Through this study, the results did not showed significant variations in method performance. Besides, the apparent impedance trajectory and estimated distance of the fault were analysed, and the presented method showed better results in comparison to one-cycle Fourier algorithm / Prop?e-se neste trabalho uma nova t?cnica de estima??o fasorial, a ser utilizada em rel?s num?ricos microprocessados digitais para prote??o de dist?ncia de linhas de transmiss?o, baseada no m?todo dos m?nimos quadrados recursivo, denominada m?nimos quadrados em caminhada aleat?ria modificada. Os m?todos de estima??o fasorial t?m seu desempenho comprometido devido, principalmente, ? componente DC de decaimento exponencial presente nas correntes de falta. Para reduzir a influ?ncia da componente DC, agregou-se ao m?todo de m?nimos quadrados um Filtro Morfol?gico (FM) aplicado previamente ao processo de estima??o fasorial. O m?todo apresentado foi implementado em ambiente MATLABr e o seu desempenho comparado aos m?todos convencionais de estima??o fasorial, tamb?m baseados em m?nimos quadrados, e ao algoritmo de Fourier de um ciclo. Os m?todos baseados na t?cnica de m?nimos quadrados utilizados para compara??o com o m?todo proposto foram: recursivo ponderado, com reinicializa??o da covari?ncia e caminhada aleat?ria. As an?lises de desempenho das t?cnicas foram realizadas por meio de sinais sint?ticos e sinais oriundos de simula??es no Alternative Transient Program (ATP). Em compara??o aos demais m?todos de estima??o fasorial, o m?todo proposto apresentou resultados satisfat?rios no que se refere ? velocidade de resposta, oscila??o em regime permanente e percentual de overshoot. Em seguida, o m?todo proposto teve seu desempenho analisado frente ?s varia??es nos par?metros de falta (resist?ncia, dist?ncia, ?ngulo de incid?ncia e tipo de falta). Nesse estudo, constatou-se que o m?todo n?o sofreu varia??es significativas em seus resultados. Al?m disso, analisou-se a trajet?ria da imped?ncia aparente e dist?ncia estimada da falta, ao qual o m?todo proposto apresentou melhores resultados em compara??o ao algoritmo de Fourier de um ciclo

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-22T11:06:45Z No. of bitstreams: 1 rodrigovianello.pdf: 847018 bytes, checksum: 7ad17011832e8156b0fa361091a1375a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-22T12:53:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigovianello.pdf: 847018 bytes, checksum: 7ad17011832e8156b0fa361091a1375a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:53:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigovianello.pdf: 847018 bytes, checksum: 7ad17011832e8156b0fa361091a1375a (MD5) Previous issue date: 2010-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho apresenta a proposição de duas metodologias inovadoras no campo da estimação fasorial. A primeira delas propõe a estimação do fasor da componente fundamental na presença de harmônicos e decaimento CC exponencial e é baseada na aplicação de filtros DFT (Discrete Fourier Transform) e de alguns métodos de processamento de sinais, tais como janelamento, modulação e DTFT (Discrete Time Fourier Transform). A segunda metodologia também propõe a estimação do fasor da componente fundamental, mas em um cenário mais complexo onde estão presentes no sinal, além dos harmônicos e decaimento CC exponencial, as oscilações subsíncronas. Esta metodologia é baseada na aplicação de redes neurais artificiais e de alguns métodos de processamento de sinais. Ambas as metodologias foram avaliadas frente a métodos tradicionais de estimação fasorial e apresentaram desempenhos superiores na presença de ruídos. / Thisthesispresents thepropositionoftwonovelmethodsin thefieldofphasor estimation. The first proposes to estimate the phasor of the fundamental component in the presence of harmonicsandexponentialdecayingDC.ThismethodologyisbasedontheapplicationoffiltersDFT (Discrete Fourier Transform) and some methods of signal processing such as windowing, modulation and DTFT (Discrete Time Fourier Transform). The second approach also proposes to estimate the phasor of the fundamental component, but in a more complex scenario formed for harmonics, exponential decaying DC and the sub-synchronous oscillations . This methodology isbasedontheapplicationofartificialneuralnetworksandsomemethodsofsignalprocessing. Both methods were evaluated against traditional methods of phasor estimation and the simulations showed that the two proposed methods were more accurate then others in presence of noise.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-12T19:44:42Z No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:29:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) Previous issue date: 2015-12-08 / Este trabalho propõe um método para detectar a saturação dos núcleos dos transformadores de corrente (TCs) utilizados na proteção de sistemas elétricos de potência (SEPs), além de promover a compensação de seus efeitos através da correção do sinal de corrente secundária distorcido pela saturação. Técnicas de processamento de sinais baseadas no filtro diferenciador de segunda ordem de Savitzky-Golay são utilizadas para localizar os pontos de transição entre partes do sinal de corrente distorcidas e não distorcidas pela saturação. Em seguida, um processo de estimação baseado no critério dos mínimos quadrados que utiliza exclusivamente amostras do sinal contidas nas regiões não distorcidas é efetuado, extraindo os parâmetros necessários à promoção da correção do sinal. As influências do ruído e dos desvios de frequência de operação do SEP foram analisadas, tendo sido desenvolvidos e incorporados meios adaptativos para mitigar seus efeitos. Os algoritmos desenvolvidos foram implementados em MATLAB e a avaliação de desempenho foi realizada utilizando sinais extraídos de simulações de falta ocorridas em um sistema modelado em um simulador digital em tempo real (RTDS). Os resultados indicaram que o método proposto atingiu desempenho satisfatório, independente dos parâmetros do TC e dentro de uma ampla gama de cenários da falta analisados. Além disso, o método mostrou-se robusto em relação ao ruído e eficiente na mitigação dos erros provocados pelos desvios de frequência. Ainda, os recursos técnicos e computacionais necessários para sua execução indicam que o método proposto é passível de implementação nos atuais dispositivos de proteção disponibilizados pela indústria. / This work proposes a method for detecting the saturation of the current-transformer cores used in the protection of electric power systems and promote the compensation for its effects by correcting the secondary current signal distorted due to the saturation. Signal processing techniques based on the second order differentiator Savitzky-Golay filter are used for locating the transition points between distorted and undistorted parts of the current signal. Then, an estimation process based on the least squares criteria that uses exclusively signal samples included in the undistorted regions is performed, extracting the parameters needed for the signal correction. The influences of the noise and the frequency offset were analysed, and adaptive means to mitigate their effects were developed and incorporated. The developed algorithms were implemented in MATLAB and performance evaluation was performed using the signals taken from fault simulations in a system modeled on a real time digital simulator (RTDS). The results indicated that the proposed method reaches a satisfactory performance, regardless of the CT parameters and within a wide range of analysed fault scenarios. Moreover, the method showed to be robust relative to the noise and effective in mitigating the errors due to the frequency offsets.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-04-10T14:04:24Z No. of bitstreams: 1 renatoribeiroaleixo.pdf: 11717772 bytes, checksum: 92418eff47ec8bfa0e099a19d849c068 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-04-10T14:22:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 renatoribeiroaleixo.pdf: 11717772 bytes, checksum: 92418eff47ec8bfa0e099a19d849c068 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T14:22:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 renatoribeiroaleixo.pdf: 11717772 bytes, checksum: 92418eff47ec8bfa0e099a19d849c068 (MD5) Previous issue date: 2018-03-01 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo a proposta de uma Unidade de Medição Fasorial (do inglês, Phasor Measurement Unit)(PMU), de baixo custo, voltada para o monito-ramento da distribuição de energia elétrica. O medidor proposto pode ser conectado à rede de baixa tensão, possibilitando assim o monitoramento dos sistemas de dis-tribuição e transmissão de energia. O algoritmo de estimação fasorial que compõe o software embarcado do equipamento faz uso do filtro Savitzky-Golay como aproxima-ção da derivada, necessária no processo de estimação da frequência do componente fundamental do sinal. O hardware utilizado é composto pelo microprocessador ARM TM4C1294NCPDT da Texas Instruments, um módulo GPS NEO-6M da uBlox, um módulo Wi-Fi ESP8266, além de um circuito de condicionamento do sinal analógico. O sincronismo das medições realizadas é garantido graças ao sinal composto por um pulso por segundo fornecido pelo GPS. Para o envio dos dados gerados pelo medidor pro-posto, o protocolo definido na norma vigente para PMUs foi utilizado. As estimações podem ser armazenadas e vizualizadas em tempo real através de um software monitor de dados de sincrofasores. Os resultados contemplam os testes exigidos pela norma, avaliando-se o erro total da estimação do fasor, o erro de frequência e o erro de taxa de variação da frequência. Por último, a fim de se reafirmar o sincronismo existente entre as medições realizadas por mais de um equipamento, estimou-se os fasores e a frequência em pontos distintos do sistema 4 Barras do IEEE, simulado em tempo real no RTDS, onde pode-se observar a estimação correta da defasagem entre duas barras desse sistema. / The present work proposes of a low cost Phasor Measurement Unity (PMU), for monitoring the power distribution system. The proposed meter can be connected at the low voltage level, making possible the monitoring of the distribution system and the transmission system. The algorithm used to compute the phasor estimation that composes the embedded software in the equipment uses the Savitzky-Golay filter to approximate the differentiation process, necessary in the frequency estimation of the fundamental component of the signal. The hardware of the equipment is composed by a microprocessor AMR TM4C1294NCPDT of Texas Instruments, a uBlox GPS NEO-6M module, a Wi-Fi ESP8266 module and an analog conditioning circuit. The synchronism of the measurements is guaranteed due to a pulse per second signal from the GPS module. For the transmission of the data generated by the PMU, the protocol suggested by the standard is used. The estimated parameters can be visualized in real time through the Synchrophasor Data Monitor Software. The results contemplate the tests required by the IEEE standard C37.118.1 and the analyses of the total vector error, frequency error and rate of change of frequency error. Finally, to attest the synchronism between different PMUs, a test in a Real Time Digital Simulator (RTDS) was made, where the 4 bus IEEE system was simulated. The difference of the angles estimated for different buses was computed and the obtained values were according to the expected.