Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T13:03:43Z No. of bitstreams: 1 jonatasmarquesrodrigues.pdf: 2003412 bytes, checksum: fb579eea66dff19ee24178f7353acdf8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T15:14:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jonatasmarquesrodrigues.pdf: 2003412 bytes, checksum: fb579eea66dff19ee24178f7353acdf8 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T15:14:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jonatasmarquesrodrigues.pdf: 2003412 bytes, checksum: fb579eea66dff19ee24178f7353acdf8 (MD5) Previous issue date: 2015-08-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho propõe uma metodologia capaz de restaurar um sistema elétrico radial frente a uma contingência em qualquer ponto do sistema, necessitando de poucas informações, reenergizando o maior número de cargas possível ou trechos prioritários. A principal contribuição deste trabalho consiste que o processo de decisão empregado na metodologia é baseado apenas nas condições de estados das chaves e religadores do sistema e nos dados de tensão e corrente pré-falta provenientes dos transformadores de instrumentos do sistema, que são informações facilmente obtidas na prática, diferentemente de outras metodologias que são dependentes de outros parâmetros da rede, muitas vezes ausentes ou cheios de incertezas. Destaca-se que não é necessário o conhecimento dos valores de impedâncias das linhas, demanda das cargas e controles, dentre outras características. A metodologia pode ser resumida da seguinte forma. A partir dos dados adquiridos pelos transformadores de instrumentos e das ligações entre os dispositivos de manobra, o algoritmo é capaz de identificar a área compreendida entre dispositivos de manobra na qual o defeito ocorreu, e determinar quais barras ficam impossibilitadas de reenergização frente a uma restauração. Após isso, é realizada a reenergização das cargas possíveis, respeitando os limites de carregamento de alimentadores e mantendo o sistema radial. Simplificadamente, o método é baseado em árvores de decisões. A topologia de restauração escolhida pelo algoritmo depende de critério pré-estabelecido pelo usuário, que pode ser o maior número de barras reenergizadas ou a reenergização de trechos prioritários do sistema em questão. / This work proposes a methodology able to restore a radial electrical system in front of a contingency in any point of the system, needing little information, reenergizing the largest number of loads or priority sections. The main contribution of this work consists that the decision process used in this methodology is based only at the conditions of system’s switches and reclosers and of the pre-fault voltage and current data from system’s instrument transformers, that are information easily obtained in practice, differently of other methodologies that are dependent of other network parameters, often absent or full of uncertainties. It can be highlighted that in the proposed methodology it is not necessary the knowledge of the network impedances, load demands and controls, among other characteristics. The methodology can be summarized as follows. From the instrument transformers acquired data and the links of maneuvering devices, the algorithm is able to identify the area between the disconnectors devices where the fault occurs, and to determine which bars are unable to re-energizing in front of a restoration. After this, a load re-energizing is accomplished, respecting the feeders load limits and keeping the system radial. The restoration topology chosen by the algorithm depends of the criteria predetermined by the user, that can be the largest number of re-energized bars or the reenergization of priority system sections.

Os smart grids são tidos como a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas distribuídos e inteligência artificial para prover maiores funcionalidades sobre acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta abordagem alteraria fundamentalmente a maneira como se dá o planejamento e a operação de sistemas de distribuição, e há grandes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca de implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem a partir do uso de sistemas multiagentes para estudar o gerenciamento de sistemas de distribuição, do ponto de vista da reconfiguração da topologia da rede, simulando as características de um smart grid. Nesta dissertação, foi desenvolvido um sistema multiagente para simulação computacional de um sistema de distribuição elétrico do tipo smart grid, buscando executar a reconfiguração topológica do sistema a partir de dados de carga capturados de forma distribuída pelos agentes dispersos na rede elétrica. Espera-se que o desenrolar da pesquisa conduza à vários estudos sobre algoritmos e técnicas que melhor implementem tais funcionalidades a serem transpostas para um ambiente de produção. / Smart grids are taken as the new generation of electric power systems, combining advances in computing, distributed systems and artificial intelligence to provide more features on real-time monitoring of demand and consumption of electricity, managing large-scale distributed generators, among others, from a distributed control system on the grid. This approach fundamentally alter the way how is the planning and operation of distribution systems, and there are great possibilities for research and development offered in the quest to implement these features. With that environment, this text uses an approach through the use of multi-agent systems to study the management of the distribution system, from the reconfiguration of grid topology, simulating the characteristics of a smart grid. In this text, was developed a multiagent system to computational simulation of a distribution system like smart grid to topological reconfiguration, from datas collected for agents in electrical grid. It is expected that the conduct of research leads to several studies about better algorithms and techniques that would implement such functionality in a production environment.

Os smart grids são tidos como a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas distribuídos e inteligência artificial para prover maiores funcionalidades sobre acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta abordagem alteraria fundamentalmente a maneira como se dá o planejamento e a operação de sistemas de distribuição, e há grandes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca de implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem a partir do uso de sistemas multiagentes para estudar o gerenciamento de sistemas de distribuição, do ponto de vista da reconfiguração da topologia da rede, simulando as características de um smart grid. Nesta dissertação, foi desenvolvido um sistema multiagente para simulação computacional de um sistema de distribuição elétrico do tipo smart grid, buscando executar a reconfiguração topológica do sistema a partir de dados de carga capturados de forma distribuída pelos agentes dispersos na rede elétrica. Espera-se que o desenrolar da pesquisa conduza à vários estudos sobre algoritmos e técnicas que melhor implementem tais funcionalidades a serem transpostas para um ambiente de produção. / Smart grids are taken as the new generation of electric power systems, combining advances in computing, distributed systems and artificial intelligence to provide more features on real-time monitoring of demand and consumption of electricity, managing large-scale distributed generators, among others, from a distributed control system on the grid. This approach fundamentally alter the way how is the planning and operation of distribution systems, and there are great possibilities for research and development offered in the quest to implement these features. With that environment, this text uses an approach through the use of multi-agent systems to study the management of the distribution system, from the reconfiguration of grid topology, simulating the characteristics of a smart grid. In this text, was developed a multiagent system to computational simulation of a distribution system like smart grid to topological reconfiguration, from datas collected for agents in electrical grid. It is expected that the conduct of research leads to several studies about better algorithms and techniques that would implement such functionality in a production environment.

A ocorrência de faltas em sistemas elétricos de distribuição de energia é algo indesejável, porém, inerente ao mesmo devido a sua topologia normalmente aérea. Entre essas faltas, destacam-se as de alta impedância devido às características de corrente de baixa magnitude que surgem quando de sua ocorrência. No presente trabalho, um método baseado em três módulos é apresentado para a detecção e localização de faltas de alta impedância (FAI). No Módulo 1, é realizado um monitoramento contínuo dos sinais de corrente de forma a detectar a ocorrência de uma descontinuidade que pode estar vinculada a ocorrência de uma FAI. Caso haja essa detecção, o Módulo 2 é ativado de forma a analisar se o evento é realmente uma FAI. Por último, depois de detectada a FAI, o Módulo 3 é inicializado e a localização da falta, estimada. Para possibilitar a análise do método proposto e validar os resultados obtidos, um sistema de distribuição real, em conjunto com todas as etapas do sistema de aquisição de dados, foi modelado no software ATP/EMTP. Essa modelagem foi validada a partir de dados reais obtidos quando da ocorrência em campo de um curto-circuito bifásico. Vale ressaltar que um estudo de caso referente à importância da detecção e localização de um evento relacionado a uma FAI em uma concessionária de energia foi também analisado no início do trabalho de forma a mostrar o possível impacto da localização de FAIs nos indicadores de qualidade de serviço na mesma. Pelos resultados observados, a abordagem como um todo se mostra promissora e passível de aplicação no sistema real simulado e avaliado. / The occurrence of faults in overhead distribution networks is undesirable but common based on its topology. Among these events, High Impedance Faults (HIF) is one of the most important due to the fact that it has a small magnitude current. In this dissertation, a modular three-phase method is presented to enable HIF´s detection and location in a distribution system. In the Module 1, the phase currents are monitored in order to detect a discontinuity that can be associated with a HIF´s occurrence. If the Module 1 detected a discontinuity, the Module 2 is initiated and it analyses if the event can be classified as a HIF. Finally, if the Module 2 returns the event as a HIF, the Module 3 is initiated and the possible location of the HIF is estimated. To enable analysis of the proposed method and to validate the results, a real-based distribution system and the acquisition system of a digital relay were modeled in ATP/EMTP software. In order to validate the model, a simulated twophase fault were compared with the data obtained in a real event occurred in the analyzed distribution system. In order to present the importance of detecting and locating a HIF to a distribution utility, a case study was developed in the beginning of its work. Its importance is based on the improvement of the service quality indicators. Based on the results, the proposed method seems to be promising and applicable in a real distribution system.

Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico automático de falhas do tipo curto-circuito de baixa impedância em circuitos alimentadores de média tensão de sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica tipo spot network. O diagnóstico compreende a identificação do tipo de curto-circuito ocorrido e a sua localização. A metodologia está baseada no treinamento e uso de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Os parâmetros para treinamento das RNAs são obtidos a partir de padrões de comportamento elétrico de curtos circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos à terra, obtidos por simulação de um circuito de distribuição real localizado na cidade de Brasília. Para obtenção do comportamento elétrico do circuito de distribuição foi utilizado o aplicativo de simulação ATP (Alternative Transient Program); para estruturação, treinamento e testes das RNAs da metodologia de diagnóstico foi utilizado o software Matlab (aplicativo de RNA). Os principais resultados dos testes das RNAs da metodologia são apresentados. Tais resultados demonstram a viabilidade científica e tecnológica de se aplicar a metodologia desenvolvida como ferramenta de diagnóstico em tempo real de auxílio dos departamentos de engenharia de operação e manutenção de concessionárias elétricas. Este trabalho também apresenta as principais possibilidades de continuidade desta pesquisa científica e tecnológica baseada em redes neurais artificiais na área de diagnóstico automático de sistemas reticulados. / This work presents the development of an automatic failure diagnostic methodology for low impedance short circuit in mid voltage feeders of distribution spot networks systems. The developed methodology has the feature to identify the type of short circuit and its location. An Artificial Neural Network technique was employed. The parameters used to train the Artificial Neural Networks are obtained based upon patterns in simulations of real cases for short circuit behavior in mono-phase, bi-phase and tri-phase to ground configuration. The input data for the simulation was based on a real distribution circuit belonging to the Power Utility CEB located in Brasília-Brazil. The simulation program ATP (Alternative Transient Program) was used to obtain the electric behavior of the circuit in the distribution network. As for the Artificial Neural Network simulation, trainings and tests Matlab was employed. As a main contribution the results of this work shows the technical feasibility to apply such methodology as a important real time diagnostic tool to support the system operation and maintenance departments of power utilities that uses spot network topologies. Furthermore, it is presented the possibilities to continue this research related to automatic diagnostics for network distribution systems based on Artificial Neural Networks technique.

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

A ocorrência de faltas em sistemas elétricos de distribuição de energia é algo indesejável, porém, inerente ao mesmo devido a sua topologia normalmente aérea. Entre essas faltas, destacam-se as de alta impedância devido às características de corrente de baixa magnitude que surgem quando de sua ocorrência. No presente trabalho, um método baseado em três módulos é apresentado para a detecção e localização de faltas de alta impedância (FAI). No Módulo 1, é realizado um monitoramento contínuo dos sinais de corrente de forma a detectar a ocorrência de uma descontinuidade que pode estar vinculada a ocorrência de uma FAI. Caso haja essa detecção, o Módulo 2 é ativado de forma a analisar se o evento é realmente uma FAI. Por último, depois de detectada a FAI, o Módulo 3 é inicializado e a localização da falta, estimada. Para possibilitar a análise do método proposto e validar os resultados obtidos, um sistema de distribuição real, em conjunto com todas as etapas do sistema de aquisição de dados, foi modelado no software ATP/EMTP. Essa modelagem foi validada a partir de dados reais obtidos quando da ocorrência em campo de um curto-circuito bifásico. Vale ressaltar que um estudo de caso referente à importância da detecção e localização de um evento relacionado a uma FAI em uma concessionária de energia foi também analisado no início do trabalho de forma a mostrar o possível impacto da localização de FAIs nos indicadores de qualidade de serviço na mesma. Pelos resultados observados, a abordagem como um todo se mostra promissora e passível de aplicação no sistema real simulado e avaliado. / The occurrence of faults in overhead distribution networks is undesirable but common based on its topology. Among these events, High Impedance Faults (HIF) is one of the most important due to the fact that it has a small magnitude current. In this dissertation, a modular three-phase method is presented to enable HIF´s detection and location in a distribution system. In the Module 1, the phase currents are monitored in order to detect a discontinuity that can be associated with a HIF´s occurrence. If the Module 1 detected a discontinuity, the Module 2 is initiated and it analyses if the event can be classified as a HIF. Finally, if the Module 2 returns the event as a HIF, the Module 3 is initiated and the possible location of the HIF is estimated. To enable analysis of the proposed method and to validate the results, a real-based distribution system and the acquisition system of a digital relay were modeled in ATP/EMTP software. In order to validate the model, a simulated twophase fault were compared with the data obtained in a real event occurred in the analyzed distribution system. In order to present the importance of detecting and locating a HIF to a distribution utility, a case study was developed in the beginning of its work. Its importance is based on the improvement of the service quality indicators. Based on the results, the proposed method seems to be promising and applicable in a real distribution system.

Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico automático de falhas do tipo curto-circuito de baixa impedância em circuitos alimentadores de média tensão de sistemas reticulados de distribuição de energia elétrica tipo spot network. O diagnóstico compreende a identificação do tipo de curto-circuito ocorrido e a sua localização. A metodologia está baseada no treinamento e uso de Redes Neurais Artificiais (RNAs). Os parâmetros para treinamento das RNAs são obtidos a partir de padrões de comportamento elétrico de curtos circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos à terra, obtidos por simulação de um circuito de distribuição real localizado na cidade de Brasília. Para obtenção do comportamento elétrico do circuito de distribuição foi utilizado o aplicativo de simulação ATP (Alternative Transient Program); para estruturação, treinamento e testes das RNAs da metodologia de diagnóstico foi utilizado o software Matlab (aplicativo de RNA). Os principais resultados dos testes das RNAs da metodologia são apresentados. Tais resultados demonstram a viabilidade científica e tecnológica de se aplicar a metodologia desenvolvida como ferramenta de diagnóstico em tempo real de auxílio dos departamentos de engenharia de operação e manutenção de concessionárias elétricas. Este trabalho também apresenta as principais possibilidades de continuidade desta pesquisa científica e tecnológica baseada em redes neurais artificiais na área de diagnóstico automático de sistemas reticulados. / This work presents the development of an automatic failure diagnostic methodology for low impedance short circuit in mid voltage feeders of distribution spot networks systems. The developed methodology has the feature to identify the type of short circuit and its location. An Artificial Neural Network technique was employed. The parameters used to train the Artificial Neural Networks are obtained based upon patterns in simulations of real cases for short circuit behavior in mono-phase, bi-phase and tri-phase to ground configuration. The input data for the simulation was based on a real distribution circuit belonging to the Power Utility CEB located in Brasília-Brazil. The simulation program ATP (Alternative Transient Program) was used to obtain the electric behavior of the circuit in the distribution network. As for the Artificial Neural Network simulation, trainings and tests Matlab was employed. As a main contribution the results of this work shows the technical feasibility to apply such methodology as a important real time diagnostic tool to support the system operation and maintenance departments of power utilities that uses spot network topologies. Furthermore, it is presented the possibilities to continue this research related to automatic diagnostics for network distribution systems based on Artificial Neural Networks technique.

In Electric Power Systems understand the future behavior of electric loads is crucial to make a decision. The long, medium and short term load forecast is essential power systems. Considering the gradual transformation of the traditional distribution systems to smart grids, where the electric system automation and online communication are effective, the forecast in very short term gets new challenges. Based on these facts, the objective of this thesis is to identify the most appropriate methods to accomplish these forecasts to contribute to decision-making in distribution systems operation. Various techniques of forecasting and simulations in different methods were studied, in order to identify which of these offers the best results regarding demand the forecast in the very short term. The quantities considered to make predictions and, which have more relevance to the horizon under study are electrical and climate. The methods used in the simulations were the Artificial Neural Networks (ANN) type recurrent Elman e NARX and Neurofuzzy. / Em Sistemas Elétricos de Potência conhecer o comportamento futuro das cargas elétricas é de fundamental importância para tomada de decisões. A previsão de cargas elétricas é essencial nos horizontes de longo, médio, curto e curtíssimo prazo. Tendo em vista a gradual transformação dos sistemas de distribuição tradicionais para sistemas inteligentes de distribuição, onde a automação do sistema elétrico e a comunicação online estejam efetivas, a previsão no curtíssimo prazo ganha novos desafios. Com base nesses fatos esta dissertação busca identificar os métodos mais adequados para realizar essas previsões de forma a contribuir com a tomada de decisões na operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica. Foram estudadas várias técnicas de previsão e realizadas simulações em diferentes métodos de forma a identificar qual desses apresenta melhor resultado com relação à previsão de demanda no curtíssimo prazo. As grandezas consideradas para realizar as previsões e que apresentam maior relevância para o horizonte em estudo são elétricas e climáticas. Os métodos utilizados nas simulações foram as Redes Neurais Artificiais (RNAs) do tipo recorrente Elman e NARX e Neurofuzzy.