Este trabalho tem como foco de estudo a análise automática de registros de perturbações em unidades geradoras do sistema elétrico. Propõe-se um método, baseado na transformada wavelet, para aplicar aos registros de perturbações de curta duração (forma de onda) e detectar instantes de faltas em geradores, realizar a segmentação dos registros e extrair informações que caracterizem a falta. Como saída deste método, se obtém um conjunto de informações representativas dos sinais monitorados em unidades geradoras. Essas informações podem ser aplicadas a um sistema especialista voltado para a classificação de faltas e demais condições anormais de operação. O grande volume de dados, produzidos pelos registradores digitais de perturbações do sistema elétrico, justifica a pesquisa e a busca por métodos de análise automática que auxiliem o trabalho dos analistas em busca das causas das perturbações. A revisão bibliográfica apontou as possíveis aplicações para as oscilografias e o estado da arte dessas. A revisão conceitual do padrão COMTRADE e da transformada wavelet embasa a escolha do método adequado à solução do problema. Testes foram realizados para determinar a melhor wavelet mãe no processo de segmentação. O método proposto foi aplicado a cinco estudos de casos com registros de oscilografias reais e o resultado obtido confirmou a eficiência deste. Espera-se, com esta pesquisa, aperfeiçoar o processo de análise pós-operação de ocorrências no Sistema Interligado Nacional, tendo como resultado direto a redução no tempo de indisponibilidade de equipamentos, como geradores. / The focus of this work is the automatic analysis of disturbance records for electrical power generating units. The main proposition is a method based on wavelet transform applied to short-term disturbance records (waveform records). The goal of the method is to detect the time instants of recorded disturbances and extract meaningful information that characterize the faults. The result is a set of representative information of the monitored signals in power generators. This information can be further classified by an expert system (or other classification method) in order to classify the faults and other abnormal operating conditions. The large amount of data produced by digital fault recorders during faults justify the research of methods to assist the analysts in their task of analysing the disturbances. The literature review pointed out the state of the art and possible applications for oscillography records. The review of the COMTRADE standard and wavelet transform underlines the choice of the method for solving the problem. The conducted tests lead to the determination of the best mother wavelet for the segmentation process. The application of the proposed method to five case studies with real oscillographic records confirmed the accuracy and efficiency of the proposed scheme. With this research, the post-operation analysis of occurrences is improved and as a direct result is the reduction of the time that generators are offline.

Este trabalho tem como foco de estudo a análise automática de registros de perturbações em unidades geradoras do sistema elétrico. Propõe-se um método, baseado na transformada wavelet, para aplicar aos registros de perturbações de curta duração (forma de onda) e detectar instantes de faltas em geradores, realizar a segmentação dos registros e extrair informações que caracterizem a falta. Como saída deste método, se obtém um conjunto de informações representativas dos sinais monitorados em unidades geradoras. Essas informações podem ser aplicadas a um sistema especialista voltado para a classificação de faltas e demais condições anormais de operação. O grande volume de dados, produzidos pelos registradores digitais de perturbações do sistema elétrico, justifica a pesquisa e a busca por métodos de análise automática que auxiliem o trabalho dos analistas em busca das causas das perturbações. A revisão bibliográfica apontou as possíveis aplicações para as oscilografias e o estado da arte dessas. A revisão conceitual do padrão COMTRADE e da transformada wavelet embasa a escolha do método adequado à solução do problema. Testes foram realizados para determinar a melhor wavelet mãe no processo de segmentação. O método proposto foi aplicado a cinco estudos de casos com registros de oscilografias reais e o resultado obtido confirmou a eficiência deste. Espera-se, com esta pesquisa, aperfeiçoar o processo de análise pós-operação de ocorrências no Sistema Interligado Nacional, tendo como resultado direto a redução no tempo de indisponibilidade de equipamentos, como geradores. / The focus of this work is the automatic analysis of disturbance records for electrical power generating units. The main proposition is a method based on wavelet transform applied to short-term disturbance records (waveform records). The goal of the method is to detect the time instants of recorded disturbances and extract meaningful information that characterize the faults. The result is a set of representative information of the monitored signals in power generators. This information can be further classified by an expert system (or other classification method) in order to classify the faults and other abnormal operating conditions. The large amount of data produced by digital fault recorders during faults justify the research of methods to assist the analysts in their task of analysing the disturbances. The literature review pointed out the state of the art and possible applications for oscillography records. The review of the COMTRADE standard and wavelet transform underlines the choice of the method for solving the problem. The conducted tests lead to the determination of the best mother wavelet for the segmentation process. The application of the proposed method to five case studies with real oscillographic records confirmed the accuracy and efficiency of the proposed scheme. With this research, the post-operation analysis of occurrences is improved and as a direct result is the reduction of the time that generators are offline.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gertrudes_JoaoBosco_D.pdf: 5500576 bytes, checksum: ef85206048f845d1bff89f7c8948d288 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese tem como objetivo o desenvolvimento de modelos mais precisos para o cálculo de parâmetros elétricos de linhas aéreas de transmissão para estudos de transitórios na faixa de frequência 0 a 2 MHz. Esta faixa de frequência cobre a maioria das perturbações eletromagnéticas nos sistemas elétricos: energização, faltas simétricas e assimétricas, rejeições de carga, descargas atmosféricas, perturbações harmônicas, etc. Na faixa de frequência citada, em consequência da dependência dos parâmetros do solo com a frequência, a condutividade elétrica do solo (sg) tem a mesma ordem de grandeza que o produto entre a frequência angular do sinal incidente no solo (w) e a permissividade elétrica do solo (eg). Portanto, as suposições de baixa frequência tradicionalmente adotadas - sg constante e weg desprezível (sg >> weg) - podem levar a modelos que não representam de forma adequada a resposta da linha no caso de transitórios rápidos (com espectro de frequência acima de 1 kHz). O objetivo central desta tese é verificar a influência da dependência dos parâmetros do solo no cálculo da impedância longitudinal e admitância transversal por unidade de comprimento em comparação com os modelos tradicionais de cálculo. As análises são feitas inicialmente para o caso de um único condutor acima do solo e posteriormente através de um estudo para uma linha de transmissão trifásica, 440 kV, em operação no sistema elétrico brasileiro. As impedâncias longitudinais e as admitâncias transversais de retorno pelo solo são avaliadas através de métodos tradicionais de cálculo e através de integração numérica das formulações de Carson modificadas para inclusão do modelo de solo que considera a depêndencia de sg e weg em função da frequência / Abstract: This thesis aims to propose more accurate models for calculating the electrical parameters of overhead power transmission lines. The influence of earth's conductivity and permittivity frequency dependence is evaluated when calculating transversal and longitudinal transmission lines' parameters in the frequency range 0 to 2 MHz. This frequency range covers the majority of the electromagnetic transients in electrical systems (switching transients, faults' transients, load rejections, harmonic disturbances, etc). Between 1 kHz to 2 MHz, the product of the signal angular frequency (w) by the dielectric constant (eg) of the soil may have the same order of magnitude as the conductivity (sg), due to the variation of these parameters with frequency. Therefore, the assumptions of low frequency traditionally used - the soil conductivity (sg) considered as constant and weg that can be negligible (sg >> weg) - can lead to incorrect models that do not adequately represent the transmission line's response, in cases of fast transients phenomena (with frequency spectrum above 1 kHz). The importance of properly considering the frequency dependent soil model is presented for the one-conductor case and for a single three-phase transmission line (440 kV, considered ideally transposed). The aim is to compare the transmission line parameters calculated considering the conductivity and weg frequency dependence ground model in relation to the common ground representation, with constant conductivity and weg that may be neglected. It is also compared the results obtained from the complex plane method with those obtained from the Carson's modified expressions for longitudinal parameters and between Carson's modified potential-coefficient correction factors and from the most common approximated methods for transversal admittance parameters / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Pissolato Filho, Eduardo Coelho Marques da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T04:23:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_JoseHumbertoAraujo_D.pdf: 2599049 bytes, checksum: 247f68cef0523b44c3d1e9c69dc48119 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de linha de transmissão trifásica utilizando uma nova implementação do efeito pelicular, além do estudo da resposta transitória obtida a partir do referido modelo quando surtos de manobra são simulados. A metodologia tradicionalmente utilizada para o cálculo da impedância interna de cabos sólidos cilíndricos faz uso das funções de Bessel, o que a torna complexa. A metodologia descrita por Gatous é tão precisa quanto a metodologia que utiliza as funções de Bessel e possui a vantagem de ser mais simples, visto que a solução final é um somatório cuja precisão depende da frequência estudada. O modelo desenvolvido neste trabalho emprega a metodologia de Gatous em uma linha de transmissão trifásica, cujos modos de propagação independentes são obtidos a partir da aplicação da matriz de Clarke. Para validar a metodologia de Gatous, foram calculadas a resistência e a indutância interna de cabos com raios variados em uma ampla faixa de frequências. Os resultados foram comparados aos obtidos a partir da metodologia tradicional. A metodologia de Gatous reproduziu com precisão a variação da impedância interna com a frequência. Para avaliar o funcionamento do modelo de linha de transmissão trifásico no domínio do tempo, um caso base foi estabelecido. Uma linha de transmissão trifásica de 69kV, circuito simples, foi submetida a chaveamentos de carga em duas situações distintas: chaveamento sendo executado no ponto de cruzamento com o zero da tensão e; chaveamento no ponto de 90° da tensão. Os transitórios de tensão e corrente foram obtidos a partir do modelo elaborado e comparados com os resultantes do software de análise de transitórios ATP. Os resultados alcançados reproduzem com fidelidade o comportamento transiente descrito pelo software supracitado / Abstract: This paper presents the development of a three-phase transmission line model using a new skin effect calculation and its transient response when some switching surges are applied to it. The methodology commonly used to calculate the internal impedance of solid conductors with cylindrical cross sectional area employs Bessel functions, which makes it a hard task to accomplish. Gatous, in his doctoral work, presented a new method to calculate skin effect impedance as accurate as Bessel¿s methodology with advantage of simplicity, whereas that final solution is an algebraic sum whose precision depends of frequency studied. The transmission line model developed in this work utilizes Gatous¿s method for skin effect impedance calculation in a three-phase transmission line, whose independent modes of propagation are obtained from the application of Clarke's matrix. In order to validate the mentioned methodology, internal resistances and inductances of cables with different size radii were calculated for a wide range of frequencies. The results were compared with those obtained through the traditional method, reproducing correctly the variation of the internal impedance with frequency. A base case was established to evaluate the operation of the three-phase transmission line in the time-domain model. A 69kV three-phase transmission line, single circuit, was subjected to switching load in two distinct situations: switching at zero crossing voltage and switching at voltage peak. Voltage and current transients were obtained from the developed model and compared with those derived from transient analysis software ATP. The results faithfully reproduced the transient behavior described by the above software / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

A dissertation submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in ful lment of the requirements for the degree of Master of Science in Engineering. Johannesburg, 2015 / The work presented extends and contributes to research in Non-Intrusive Load Monitoring (NILM), focussing on steady-state and transient power measurement disaggregation techniques for circuits containing household ap- pliances. Although previous work in this area has produced and evaluated a wide range of NILM approaches, much of it has involved the use of datasets captured from real-world household implementations. In such cases, the lack of accurate ground truth data makes it di cult to assess disaggregation tech- niques. In the research presented, three NILM techniques are comparatively evaluated using measurements from typical household appliances assembled within a laboratory environment, where accurate ground truth data could be compiled to complement the measurements. This allows for the accu- racy of the various disaggregation approaches to be precisely evaluated. It is demonstrated that the correlation of transient event edges in aggregated power measurements to individual appliance transient exemplars performs better than the matching of steady-state power levels against individual ap- pliance state combinations. Furthermore, the transient approach is shown to be the most appropriate technique for further development. / MT2017

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).

Ever increasing demand for electricity, exploitation of large hydro and nuclear power at remote location has led to power evacuation by long EHV/UHV transmission systems. This thesis concentrates on transient analysis of EHV/UHV transmission systems for improved planning and protection. In this thesis, the uncontrolled and controlled switching methods to limit the switching surges during energization of 765kV and 1200k VUHV transmission lines are studied. The switching surge over voltages during the energization of series compensated line are compared with uncompensated line. A Generalized Electromagnetic Transients Program has been developed. The program incorporates specific models for studying the effectiveness of various means for control of switching surge over voltages during UHV transmission line energization and also simulation of various types of faults. Since power grids may adopt next higher UHV transmission level 1200kV, these studies are necessary for insulation coordination as well as transmission line protection relay settings. A new fault detection/location technique is presented for transmission line using synchronized fundamental voltage and current phasors obtained by PMUs at both ends of line. It is adaptive to fault resistance, source impedance variation, line loading and fault incidence angle. An improved Discrete Fourier Transform (DFT) algorithm to estimate and eliminate the decaying dc component in a fault current signal is proposed for computing the phasors. The settings for digital distance relays under different operating conditions are obtained. The relay should operate faster and be more sensitive to various faults under different conditions without loosing selectivity. An accurate faulted transmission line model which considers distributed shunt capacitance has been presented. The relay trip boundaries are obtained considering transmission line model under realistic fault conditions. For different loading conditions ideal relay characteristic has been developed. The obtained trip boundaries can be used for proper settings of practical relay. An adaptive relaying scheme is proposed for EHV/UHV transmission line using unsynchronized/synchronized fundamental voltage and current phasors at both ends of line. For fault location, the redundancy in equations is achieved by using two kinds of Clarke’s components which makes the calculations non-iterative and accurate. An operator for synchronization of the unsynchronized measurements is obtained by considering the distributed parameter line model. The distance to fault is calculated as per the synchronized measurements. Support Vector Machine(SVM) is used for high speed protection of UHV line. The proposed relaying scheme detects the fault and faulted phase effectively within few milli seconds. The current and voltage signals of all phases at the substation are fed to SVM directly at a sampling frequency of 1.0kHZi.e20 samples/cycle . It is possible to detect faulted phase with in 3msec, using the data window of 1/4th cycle. The performance of relaying scheme has been checked with a typical 765kV Indian transmission System which is simulated using the developed EMTP.