Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-03-24T19:57:30Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Lopes Mota - 2015.pdf: 2620143 bytes, checksum: c895dad8e571f14172d9b7e9506f3d94 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-28T11:35:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Lopes Mota - 2015.pdf: 2620143 bytes, checksum: c895dad8e571f14172d9b7e9506f3d94 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T11:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Lopes Mota - 2015.pdf: 2620143 bytes, checksum: c895dad8e571f14172d9b7e9506f3d94 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / In this dissertation, we present a detailed study of techniques for islanding detection of distribution systems in the presence of distributed generators in various forms of access and connection. The aim is to set up protection system solutions capable of ensuring the detection of the islanding based on local passive techniques, which have lower costs with respect to remote techniques, for example, the transfer trip. The objective of this work is to achieve through the association of several islanding detection techniques in order to achieve adequate reliability of distributed synchronous generators protection system. Among the existing techniques, the protection functions studied were the overfrequency and underfrequency (ANSI 81 o/u), rate of change of frequency (ROCOF or ANSI 81 df/dt), vector jump (ANSI 78) and directional reactive power (ANSI 32Q). It was found that the 32Q function for loads with inductive power factor less than one complements the functions based on frequency precisely in the range where these are insensitive to islanding, wherein the threshold for operation of this relay depends on the equivalent load power consumed locally. For cases of islanding caused the intentional opening of the distribution feeder, the islanding detection for loads with a inductive power factor can be guaranteed with the use of passive local techniques without the need to burden the installation of synchronous generators protection systems distributed. Although in practice it is very unlikely a distribution circuit has a unity power factor, the association of these protective functions arises as a good solution for the detection of islanding of distributed synchronous generators. / Nesta dissertação de mestrado apresenta-se um estudo das principais técnicas de detecção de ilhamento de geradores distribuídos considerando dados reais de 3 acessantes com diferentes capacidades de geração e diferentes tensões de conexão com o sistema interligado. Visa definir soluções de composição de sistemas de proteção capazes de garantir a detecção do ilhamento baseados em técnicas locais passivas, que apresentam custos mais reduzidos com relação às técnicas remotas, como por exemplo, a teleproteção. O objetivo deste trabalho é alcançar, por meio de associação de várias técnicas de detecção de ilhamento, um grau de confiabilidade adequado do sistema de proteção de geradores síncronos distribuídos. Dentre as técnicas existentes, foram estudadas as funções de proteção de sub e sobrefrequência (ANSI 81 o/u), taxa de variação de frequência (ROCOF ou ANSI 81 df/dt), salto de vetor (ANSI 78) e direcional de potência reativa (ANSI 32Q). Constatouse que a função 32Q, para cargas com fator de potência indutivo e menor que um, complementa as funções baseadas em frequência justamente na faixa onde estas são insensíveis a ilhamentos, sendo que o limite para a operação deste relé depende da potência equivalente da carga consumida localmente. Para os casos de ilhamento provocado pela abertura intencional do alimentador de distribuição, a detecção de ilhamento para cargas com fator de potência indutivo poderá ser garantida com a utilização das técnicas locais passivas sem a necessidade de se onerar a instalação dos sistemas de proteção de geradores síncronos distribuídos. Apesar de que na prática é muito improvável um circuito de distribuição possuir um fator de potência unitário, a associação das referidas funções de proteção surge como uma boa solução para a detecção de ilhamentos de geradores síncronos distribuídos.

A proteção de Sistemas de Distribuição (SDs) é de fundamental importância considerando as condições adversas de operação e faltas elétricas a que os mesmos podem estar submetidos. A crescente utilização de Geradores Distribuídos (GDs) conectados aos SDs e as possíveis operações em ilhamento promovem interferências consideráveis aos dispositivos de proteção. Dessa forma, evidencia-se a importância de estudos para esses novos cenários. Neste contexto, esta pesquisa tem como proposta analisar o desempenho do sistema de proteção, quando na presença de uma elevada contribuição de geração distribuída, e aprimorar a proteção tradicional, quando tem-se a mudança do cenário de operação para o modo ilhado. Sendo assim, evidencia-se através de simulações no Real-Time Digital Simulator (RTDS) os efeitos da perturbação nos Relés de Sobrecorrente (RSC). Na metodologia desenvolvida implementa-se um sistema de proteção adaptativo, cujos parâmetros são definidos por um algoritmo de otimização. Também são adicionadas as proteções associadas aos GDs, recomendadas por norma. Tal prática é dificilmente abordada em trabalhos correlatos a pesquisa, no entanto através dos resultados observou-se que esses dispositivos podem influenciar na respostas dos elementos de proteção implementados nos SDs. Como diferencial também buscou-se implementar todo o sistema de controle dos GDs e utilizou-se da simulação em malha fechada com relés comerciais, afim de aproximar a modelagem da realidade encontrada nos SDs. Por fim, evidenciou-se que a utilização de relés adaptativos pode viabilizar a operação em ilhamento. / The protection of Distribution Systems (DSs) is of fundamental importance, considering the adverse operating conditions and electrical faults to which they may be submitted. The increasing usage of Distributed Generators (DGs) connected to DSs, and possible islanded operations promote considerable interference to protective devices. Thus, it is evident the importance of studies for these new scenarios.This research aims to analyze the performance of the protection system, when in the presence of a massive contribution of distributed generation, and to improve the traditional protection when there is a change from the operating scenario to island mode. Thus, via simulations, carried out in the Real-Time Digital Simulator (RTDS), the effects of the disturbance on the Overcurrent Relays (OCs) were evident. The developed methodology implements an adaptive protection system, whose parameters are defined by an optimization algorithm. The protections associated with DGs were also added, as recommended by the standard. This practice is hardly approached in related studies however, through the results, it was observed that these devices could influence the responses of the protective elements implemented. The closed-loop simulations carried out considering the standard controls systems regarding DGs and commercial intelligent eletronic devices, ensuring the test bed verisimilitude to actual DSs. This approach is not standard on the literature related. Finally, it was evidenced that the use of adaptive relays can contribute to the islanded operation.

Submitted by Carmen Torres (carmensct@globo.com) on 2018-02-09T18:27:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoGeradoresConectados.pdf: 3677555 bytes, checksum: cacdc89995e90a3cb08a7b651b188a31 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-02-21T16:54:16Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoGeradoresConectados.pdf: 3677555 bytes, checksum: cacdc89995e90a3cb08a7b651b188a31 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T16:54:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImpactoGeradoresConectados.pdf: 3677555 bytes, checksum: cacdc89995e90a3cb08a7b651b188a31 (MD5) Previous issue date: 2017-08-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apesar de suas vantagens indiscutíveis, a geração distribuída (GD) pode afetar negativamente alguns aspectos da operação dos sistemas de energia elétrica, especialmente um ponto pouco explorado: a proteção das redes de distribuição de energia elétrica e sua interação com os sistemas de geração de energia baseados em inversores. Nesta dissertação, o impacto da GD conectada via inversor na coordenação religador-fusível de esquemas de proteção em redes de distribuição é minuciosamente estudado. Simulações são realizadas por meio do software DIgSILENT PowerFactory através de curtos-circuitos monofásicos e trifásicos considerando diferentes localizações de faltas e da GD, níveis de penetração e de operação, e outros aspectos que influem na descoordenação da proteção em um sistema de distribuição teste real do IEEE de 34 barras. A contribuição à corrente de curto-circuito de geradores baseados em inversores é também investigada por meio de simulações no modelo de transitórios eletromagnéticos do software. Os resultados mostraram que a elevada penetração da GD conectada via inversores aumenta a corrente de curto-circuito que passa pelo fusível e o faz operar mais rapidamente do que o religador em uma condição de falta, levando à perda de coordenação religador-fusível. É feita uma discussão geral dos resultados, identificando os eventuais cuidados adicionais que devem ser considerados a fim de manter a coordenação e seletividade entre as proteções de um sistema de distribuição. / Despite its many benefits, the Distributed Generation (DG) can adversely affect some aspects related to the operation performance of electrical power systems, especially a no so deeply explored point: the interaction between the protection systems and inverter-based power generation units. In this dissertation, the impact of inverter-based DGs units on the fuse-recloser coordination schemes used in distribution networks is thoroughly studied. The simulations were conducted using the software package DIgSILENT Power Factory through several single-phase and three-phase short circuits along the distribution network, considering different fault locations, penetration levels of DGs, operating conditions, and other aspects that impact over the protection miscoordination in an IEEE real test distribution system of 34 busbars. The contribution to the short-circuit current of inverter-based generators is also investigated through simulations on electromagnetic transients models available in the software. The simulation results shows that significant inverter-based DG penetration levels on distribution feeders increase the short-circuit current that passes through the fuse and make it operate faster than the recloser in a fault condition, leading to loss of fuse-recloser coordination in a time frame base. A general discussion of the results is performed, identifying some recommended corrective actions that should be considered in order to maintain the coordination and selectivity between the distribution system protection devices located throughout the network.

This work aims to allocate, size and coordinate protective devices in electric power systems with directly coupled distributed generation and also to adequate protection systems to accommodate these sources. Currently, it is possible to observe distributed generation penetration growth in distribution systems, being encouraged by new laws and implementation costs reduction, the last one due to technological maturity. Dispersed generation brings several benefits in electric networks operation such as: reduction of technical losses, voltage profiles maintenance, increase in energy quality, etc. However, this rise in distributed generation penetration in traditional distribution systems also causes important issues that must be considered. Distribution systems candidate to receive distributed generation have their protection systems already sized and coordinated. Distributed generation contribution alters the devices sensibility, causing miscoordination and the need for new protection studies. These problems are separately treated by authors, however, they are connected. In this work, the objective is to determine protective devices allocation and develop a solution to accommodate distribution generation. Firstly, the allocation, sizing and coordination of protective device is carried out, aiming to reduce reliability indices. Else, it was developed a method to reduce recloser - fuse miscoordination in the presence of distributed generation. To solve the miscoordination problem, Fault Current Limiters are sized and placed. These are inert devices in normal operation, but insert a high impedance in series with a feeder in a short circuit situation, limiting distributed generation contribution for a fault. The protective devices allocation problem is treated using a multiobjective particle swarm algorithm, aiming to reduce reliability indices, which priority is defined by the weight associated with each index. With the optimal protective devices placement established, distributed generation penetration is considered. Then, fault current limiters allocation and sizing is carried out to the best solutions of the protective devices allocation problem. To determine fault current limiters placement, a multiobjective particle swarm algorithm is also applied, aiming to reduce current differences due to distributed generation penetration, maintaining fuse cutout selectivity and also minimize fault current limiter size. The proposed method was tested in two IEEE test systems, presenting quality solutions for protective devices placement and also in adequating these systems to receive distributed generation. / Este trabalho tem o intuito de alocar, dimensionar, coordenar e adequar o sistema de proteção em redes de distribuição de energia elétrica na presença de fontes de geração distribuída (GD) diretamente acopladas à rede. Atualmente, é possível observar o crescimento na inserção de fontes de GD em sistemas de distribuição, sendo isso incentivado por novas legislações e pela redução no custo de implantação dessas fontes, devido à crescente maturidade tecnológica alcançada. A geração dispersa de energia traz diversos benefícios na operação da rede elétrica, podendo-se citar a redução de perdas técnicas, manutenção de perfis de tensão, aumento da qualidade de energia, entre outros. Porém, esse incremento na penetração da GD nas redes elétricas tradicionais também traz problemas que devem ser considerados. Um sistema de distribuição passível à inserção de fontes de GD, possuí dispositivos de proteção já alocados e sua coordenação determinada. A contribuição das fontes de GD para a corrente de falta altera a sensibilidade desses dispositivos, provocando diversas descoordenações e a necessidade de novos estudos de proteção. Esses problemas são tratados separadamente por pesquisadores, porém, são relacionados. Neste trabalho, buscou-se realizar a alocação de dispositivos de proteção e desenvolver uma solução para acomodar as fontes de GD. Primeiramente, é realizada a alocação, dimensionamento e coordenação dos dispositivos de proteção, visando a redução dos indicadores de continuidade responsáveis por avaliar quantitativamente a qualidade do serviço de energia elétrica. Aliado à isto, foi desenvolvido um método para reduzir a descoordenação entre dispositivos religadores e elos fusíveis na presença de GD. Para isso, foi considerada a instalação de Limitadores de Corrente de Falta (LCF), que são dispositivos que não causam interferência no sistema quando em funcionamento normal, porém, na ocorrência de um curto-circuito, inserem uma impedância considerável, limitando assim a contribuição da GD para a corrente de falta. O problema de alocação de dispositivos de proteção foi tratado utilizando algoritmo de enxame de partículas multiobjetivo, visando minimizar os indicadores de continuidade com sua prioridade definida pelo peso que cada um desses recebe do operador na função objetivo. Com as soluções obtidas, é considerada a inserção de fontes de GD no sistema. Então a alocação e dimensionamento de LCF é realizada para as melhores soluções obtidas de alocação de dispositivos de proteção. Para determinar essa alocação, o algoritmo de enxame de partículas multiobjetivo também foi utilizado, com o intuito de reduzir a diferença entre as correntes de falta com e sem GD, garantindo a seletividade entre elos fusíveis e a coordenação religador – elo fusível, bem como reduzir a dimensão do LCF (minimização do custo). Complementando o método, a filosofia operacional dos religadores é verificada, buscando evitar a contribuição da GD para faltas durante a operação rápida deste. O método proposto foi testado em dois sistemas IEEE, apresentando soluções de qualidade tanto na alocação dos dispositivos de proteção quanto na eficiência operacional do sistema de proteção em redes de distribuição com geração distribuída.