Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T14:54:29Z No. of bitstreams: 1 SÉRGIO EDOARDO CORREA DIAS – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 7223425 bytes, checksum: 1e47ec642d6afb7c8afce2e856badae9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T14:54:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SÉRGIO EDOARDO CORREA DIAS – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 7223425 bytes, checksum: 1e47ec642d6afb7c8afce2e856badae9 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / Em sistemas críticos, o erro humano e suas implicações constituem um desafio constan-te para pesquisadores, engenheiros e demais atores envolvidos direta ou indiretamente na execução dos processos. No contexto das subestações de transmissão de energia o erro introduzido durante a execução de manobras é impactante dado que eleva o risco para a integridade de pessoas e do sistema. Este trabalho propõe uma estratégia, apoiada por ferramenta de software, que visa a redução de erros na fase de execução de mano-bras sobre o sistema elétrico, em particular sobre o sistema de automação das subesta-ções de transmissão de energia. A estratégia é fundamentada no estudo do erro e na me-todologia de execução de manobras adotada na Companhia Hidroelétrica do São Fran-cisco – CHESF. A estratégia proposta para prevenção do erro consiste em guiar o passo-a-passo da execução de manobras de rotina e é voltada para as ações executadas através do sistema supervisório. Embora a ferramenta desenvolvida possa executar, sobre o supervisório, uma manobra selecionada pelo operador sem sua intervenção, a estratégia prevê apenas a execução guiada, deixando graus de liberdade para o operador intervir durante eventos imprevistos. Para validação da estratégia foram realizados testes opera-dores de uma subestação de transmissão de energia, os quais simularam a execução de manobras utilizando a ferramenta. Os testes objetivaram avaliar tanto a eficácia da es-tratégia proposta quanto a eficiência da ferramenta quando comparada à realização das manobras sem sua utilização. Os resultados preliminares são promissores. / In critical systems, human error and its implications constitute a constant challenge for researchers, engineers and other actors involved directly or indirectly in the operation of those systems. In the context of power transmission substations the error introduced during causes an impact impacting since it increases the risk levels to the integrity of people and system. This work proposes a strategy, supported by a software tool, which aims to reduce human errors during manoeuvres on the electric system, specially the automation system of the power transmission substations. The strategy is based on the study of the human error and also on the methods employed when performing manoeu-vres at CHESF, a Brazilian Hydroelectric Company at the São Francisco (river). This error prevention strategy consists of guiding the step-by-step performance of routine manoeuvres and is restricted to actions performed through the supervisory system. Alt-hough the developed tool could completely automate a manoeuvre selected by the oper-ator, without intervention, the strategy ensures the degrees of freedom necessary for intervention during unforeseen events. To validate the strategy, tests were performed with the participation of real operators from an energy transmission substation of CHESF. Those tests simulated the execution of manoeuvres adopting the proposed strategy and associated software tool. The tests aimed to evaluate both the effectiveness of the strategy and the efficiency of the tool, when compared to performing manoeuvres without its support. The preliminary results are promising.

Devido à mudança de paradigma originada pela evolução das redes elétricas inteligentes (Smart Grid), surgiram novos requisitos em automação de subestações de distribuição, sobretudo envolvendo operação, monitoramento, controle e proteção. Um nível mais avançado de automação é esperado na rede de distribuição com implementações do conceito de Smart Grid. O objetivo dos próximos sistemas de automação da distribuição é aperfeiçoar o uso dos recursos computacionais disponíveis, objetivando aumentar a disponibilidade do sistema elétrico, a qualidade da energia e a eficiência das concessionárias. E nessa nova realidade, a troca de informação entre os vários sistemas de informação de uma empresa do setor elétrico não é apenas desejada, mas, na maioria dos casos, necessária. Nesse contexto, se propõe uma arquitetura computacional capaz de transferir todas as informações geradas a partir da implementação de funcionalidades \"inteligentes\" na subestação, envolvendo as funções de supervisão, controle, monitoramento e proteção das subestações de distribuição, para o centro de controle da concessionária (COS), o que não está previsto nos protocolos normalmente utilizados, como DNP, ICCP, e IEC 61850. Para atingir esse objetivo é feita a investigação sobre o uso dos padrões internacionais propostos na arquitetura de referência do IEC para realizar tal integração, mostrando a necessidade de modificação nos objetos de dados definidos. Com o intuito de avaliar a viabilidade da arquitetura proposta foi desenvolvido um protótipo dentro do programa de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) regulado pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), em parceria com a CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz). Nesse protótipo foram desenvolvidos módulos com funcionalidades \"inteligentes\" que promovem a migração de funções do centro de controle para a subestação. Além disso, o protótipo também implementa serviços web (Web Services) que são responsáveis pela integração da informação, tornando a troca de informação independentemente da plataforma onde os serviços são implementados. O texto contempla as anotações que refletem os passos dessa implementação do protótipo, bem como o registro dos testes exigidos pelos trabalhos, os quais compreenderam a implementação das novas funcionalidades, com a obtenção e tratamento dos dados, e seu posterior envio ao centro de controle. / Due to the paradigm shift caused by the evolution of the power grids, resulting in a new concept of Smart Grid, new requirements in automation of distribution substations emerged, especially those involving the operation, monitoring, control and protection. A more advanced level of automation is expected in the distribution network with implementations of the concepts related to Smart Grid. The goal of the next distribution automation systems is to optimize the use of available resources, intending to increase the availability of the power system, the power quality and the efficiency of the utilities. In this new context, the exchange of information between the various information systems of an electrical utility is not only desired, but in most cases, necessary. In this context, it is proposed a computational architecture capable of transferring all the information generated from the implementation of \"smart\" functions in the substation, involving supervisory, control, monitoring and protection of distribution substations, to the utility control center (COS), which is not provided for in the protocols commonly used by the utility, such as DNP, ICCP, and IEC 61850. Research on the use of international standards proposed in the IEC reference architecture to achieve such integration is also performed, revealing the necessity of modifying the defined data model. A prototype was developed in a partnership with CPFL (Companhia Paulista de Força e Luz), in order to assess the feasibility of the proposed architecture, within the R&D program regulated by ANEEL (Brazilian Electric Power Agency). Modules have been developed with the \"smart\" features that promote migration of some control center functions to the substation. In addition, the prototype also implements web services that are responsible for the data integration, with the information being exchanged regardless of the platform where the services are implemented. The text includes notes reflecting the steps of this prototype implementation, as well as the tests required to validate the model, which comprised the implementation of those new features, obtaining and processing the data, and subsequent sending to the utility control center (DMS).

O trabalho apresenta o protótipo de um conjunto de sistemas especialistas para o auxílio na operação, monitoração e a avaliação do desempenho da manutenção de uma subestação de energia. Os sistemas especialistas propostos têm como objetivos básicos: o tratamento de alarmes da subestação, para depuração e triagem dos mesmos durante perturbações facilitando a análise e ações do operador; a localização de defeitos através da iteração entre alarmes gerados (fatos), regras que relacionam alarmes a causas (base de conhecimento) e a estrutura que relaciona este conjunto de regras (máquina de inferência); a reconfiguração da subestação para transferência de cargas entre circuitos através de um conjunto de manobras gerados por algoritmos de busca e de regras ligadas aos limites das grandezas elétricas dos equipamentos da rede; e ainda a análise do desempenho da manutenção baseada no conceito de índice de mérito operativo aplicado a subestações. O protótipo prevê o desenvolvimento utilizando a linguagem PROLOG, que é voltada para o tratamento declarativo de informações. Foram utilizados dados de uma subestação de uma empresa concessionária de energia para que se pudesse avaliar melhor o desenvolvimento das bases de conhecimento e da própria arquitetura do conjunto e de sua comunicação. Os testes efetuados mostraram resultados promissores e com grau de acerto elevado, o que indica que o sistema desenvolvido, é um embrião confiável para maiores sofisticações. O trabalho termina por apresentar estas novas possibilidades de aperfeiçoamento do sistema. / This work presents a set of expert systems for operation , supervision and maintenance of a electrical energy substation. The function performed by the expert systems presented here are: alarm processing, fault diagnosis, reconfiguration and the analysis of the maintenance performance. The system was developed in PROLOG language. Substation characteristics, data and information has been provided by a São Paulo utility company. The knowledge basis for the expert systems was developed with basis in such information. Tests were carried out to verify this system performance including the architecture and communication. The results are very promising and with a high level of confidence, which means that this system can be used as a seed for future improvement. The work ends by suggesting such improvements and new applications.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementacao em uma rotina computacional, de algoritmos para a localizacao de faltas em linhas de transmissao com subestacoes conectadas em derivacao. Os algoritmos propostos neste trabalho integram uma metodologia para localizacao de faltas, que e capaz de identificar corretamente o ponto de ocorrencia do defeito utilizando as componentes de fase dos fasores de tensoes e correntes, calculadas atraves dos registros desses sinais, efetuados por oscilografos digitais e/ou reles de protecao instalados nos terminais da linha de transmissao. Alem disso, a metodologia para localizacao de faltas tem acesso aos parametros eletricos da linha e informacoes sobre o tipo de ligacao e o carregamento dos transformadores conectados aos terminais das derivacoes. Este trabalho apresenta tambem o desenvolvimento dos modelos para os elementos do sistema de transmissao, em componentes de fase. Estes modelos sao utilizados pelos algoritmos que integram a metodologia para localizacao de faltas. / This research presents the development and implementation in a computational routine, of algorithms for fault location in multi-terminal transmission lines. The algorithms proposed in this work are part of a fault location methodology, which is capable of correctly identifying the fault point based on voltage and current phase components. The voltage and current phasors are calculated using measurements of voltage and current signals from intelligent electronic devices, located on the transmission line terminals. The algorithms have access to the electrical parameters of the transmission lines and to information about the transformers loading and their connection type. This work also presents the development of phase component models for the transmission system elements used by the fault location algorithms, that are part of the fault location methodology.

Nas subestações das grandes concessionárias de distribuição de energia elétrica coexistem sistemas de proteção com diferentes tecnologias, formados por relés eletromecânicos, estáticos e digitais, que, em alguns casos, continuarão funcionando por algumas décadas. Essa diversidade de tecnologias implica em sistemas com características de hardware e software diferentes, o que dificulta a implantação de funcionalidades locais e remotas que sejam interoperáveis. Dessa forma, torna-se interessante desenvolver um sistema baseado nas diferentes plataformas de proteção do mercado, com o objetivo de integrar as informações dos relés de proteção de diferentes tecnologias e que se comunicam através de protocolos distintos, criando uma base de dados homogênea. Para isso é necessário realizar uma coleta de dados provenientes dos vários relés de proteção e disponibilizar as informações do sistema de proteção para uma base de dados, através de uma interface de protocolos, onde essas informações possam ser tratadas de maneira uniforme e organizadas de forma estruturada, otimizando a funcionalidade local da instalação e podendo alimentar um sistema central de gestão. / In substations of large electric power distribution companies coexist protection systems with different technologies, comprised of electromechanical, static and digital relays that, in some cases, will continue to work for a few decades. This technology diversity implies in systems with different features of hardware and software, which hampers the implementation of local and remote functionalities that are interoperable. It would be interesting to develop a system based on integrated functional use of different protection platforms on the market, aiming to integrate the information of protective relays from different technologies that communicate with different protocols, creating a homogeneous database. It would be necessary a collection of data from the various protection relays that, through an interface protocols, provide information from the protection system for a database where information can be treated uniformly and organized in a structured manner, optimizing the local functionalities and feeding a central management system.

Nos Sistemas de Automação de Subestação atuais são utilizados equipamentos digitais chamados IED (Dispositivos Eletrônicos Inteligentes), incorporando as funções de proteção, automação e medição. Estes, para trocarem informações entre si, utilizam um canal de comunicação serial, sendo os dados transmitidos de forma digital por meio de vários protocolos, muitos deles proprietários, o que dificulta a integração entre eles. Neste cenário entra a norma IEC 61850 oferecendo um padrão a ser seguido entre os fabricantes de IED. Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo da norma e a análise de sua aplicação no Sistema de Automação de Subestação. O estudo proposto da norma a analisará utilizando os principais conceitos estabelecidos por ela para atingir os objetivos propostos: interoperabilidade, liberdade de configuração e estabilidade a longo prazo. Como ensaio de aplicação da norma será apresentado um comparativo com um protocolo utilizado atualmente e a implementação de funções de proteção. No comparativo entre protocolos foi escolhido o DNP3, um dos mais utilizados atualmente no setor elétrico, com o objetivo de verificar as principais diferenças entre eles e vantagens de cada um. Para a implementação de funções de proteção foram escolhidos dois exemplos: a falha de disjuntor e o bloqueio reverso, implementadas da forma tradicional, por meio de sinais elétricos de comando transmitidos por cabos, e por meio dos serviços de mensagens prioritárias da IEC 61850, com o objetivo de analisar suas dinâmicas, seus tempos de atuação e o comportamento frente a eventuais defeitos. / In current Substation Automation System, digital equipaments called IED (Intelligent Electronic Devices) are used with protection, automation and measurement functions incorporated. These devices, to exchange information among them, use serial communication buses with information transmitted in digital form through many procotols, many of them proprietary, making their integration very hard. In this scene, IEC61850 standard appears offering a standard to be followed by IED manufacturers. This research presents a IEC 61850 standard study and an analysis of its application in Substation Automation System. The proposed study will analise the standard through the most important topics used by the standard to reach its main goals: interoperability, free configuration and long-term stability. In the application analysis, a comparative with a protocol used nowadays and a implementation of protection functions will be presented. In the comparative between protocols the chosen was DNP3, one of most used protocols in electric plants, with the purpose of verifying the main diferences and advantages of each one. Two examples of protection functions implementation were chosen: breaker failure and reverse blocking, implemented through traditional techniques, using wires and electrical signals, and through high performance IEC 61850 services, with the purpose of analising their dynamics, their actuation times and their behavior in eventual failures.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6847_1.pdf: 7683147 bytes, checksum: 3107765a8c93d85d4953a52691f81e8d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Estudos recentes têm trazido evidências e preocupações sobre os impactos dos campos elétricos e magnéticos nos seres humanos e nos equipamentos (Compatibilidade eletromagnética). Torna-se importante conhecer o ambiente eletromagnético de forma a assegurar a operação adequada e segura dos sistemas elétricos, respeitando os níveis máximos aceitáveis para o ser humano. A principal contribuição deste trabalho reside no desenvolvimento de uma nova metodologia para estimar a distribuição de campos elétricos e magnéticos provenientes de condutores curvos em áreas próximas de linhas de transmissão incluindo pátios de subestações. Nesta nova formulação, as curvaturas reais dos condutores são aproximadas por pequenos trechos de linhas retas, normalmente desprezadas em subestações e no caso de linhas de transmissão consideram-se linhas infinitas. Como contribuição adicional, os resultados das simulações são representados graficamente onde é possível visualizar a distribuição dos campos e dos acoplamentos eletromagnéticos da instalação facilitando o diagnóstico do perfil eletromagnético do ambiente. Este método resulta em uma maior precisão na estimativa dos campos eletromagnéticos no solo a partir dos condutores reais permitindo assim que um projeto mais eficiente com maior proximidade do solo seja avaliado. Este projeto mais eficiente por sua vez pode acarretar em redução de custos em projetos de linhas e subestações respeitando os limites das normas para equipamentos e exposição humana

Nas subestações das grandes concessionárias de distribuição de energia elétrica coexistem sistemas de proteção com diferentes tecnologias, formados por relés eletromecânicos, estáticos e digitais, que, em alguns casos, continuarão funcionando por algumas décadas. Essa diversidade de tecnologias implica em sistemas com características de hardware e software diferentes, o que dificulta a implantação de funcionalidades locais e remotas que sejam interoperáveis. Dessa forma, torna-se interessante desenvolver um sistema baseado nas diferentes plataformas de proteção do mercado, com o objetivo de integrar as informações dos relés de proteção de diferentes tecnologias e que se comunicam através de protocolos distintos, criando uma base de dados homogênea. Para isso é necessário realizar uma coleta de dados provenientes dos vários relés de proteção e disponibilizar as informações do sistema de proteção para uma base de dados, através de uma interface de protocolos, onde essas informações possam ser tratadas de maneira uniforme e organizadas de forma estruturada, otimizando a funcionalidade local da instalação e podendo alimentar um sistema central de gestão. / In substations of large electric power distribution companies coexist protection systems with different technologies, comprised of electromechanical, static and digital relays that, in some cases, will continue to work for a few decades. This technology diversity implies in systems with different features of hardware and software, which hampers the implementation of local and remote functionalities that are interoperable. It would be interesting to develop a system based on integrated functional use of different protection platforms on the market, aiming to integrate the information of protective relays from different technologies that communicate with different protocols, creating a homogeneous database. It would be necessary a collection of data from the various protection relays that, through an interface protocols, provide information from the protection system for a database where information can be treated uniformly and organized in a structured manner, optimizing the local functionalities and feeding a central management system.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementacao em uma rotina computacional, de algoritmos para a localizacao de faltas em linhas de transmissao com subestacoes conectadas em derivacao. Os algoritmos propostos neste trabalho integram uma metodologia para localizacao de faltas, que e capaz de identificar corretamente o ponto de ocorrencia do defeito utilizando as componentes de fase dos fasores de tensoes e correntes, calculadas atraves dos registros desses sinais, efetuados por oscilografos digitais e/ou reles de protecao instalados nos terminais da linha de transmissao. Alem disso, a metodologia para localizacao de faltas tem acesso aos parametros eletricos da linha e informacoes sobre o tipo de ligacao e o carregamento dos transformadores conectados aos terminais das derivacoes. Este trabalho apresenta tambem o desenvolvimento dos modelos para os elementos do sistema de transmissao, em componentes de fase. Estes modelos sao utilizados pelos algoritmos que integram a metodologia para localizacao de faltas. / This research presents the development and implementation in a computational routine, of algorithms for fault location in multi-terminal transmission lines. The algorithms proposed in this work are part of a fault location methodology, which is capable of correctly identifying the fault point based on voltage and current phase components. The voltage and current phasors are calculated using measurements of voltage and current signals from intelligent electronic devices, located on the transmission line terminals. The algorithms have access to the electrical parameters of the transmission lines and to information about the transformers loading and their connection type. This work also presents the development of phase component models for the transmission system elements used by the fault location algorithms, that are part of the fault location methodology.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.