Orientadores: Andre Luiz Morelato França, Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VieiraJunior_JoseCarlosdeMelo_D.pdf: 1983649 bytes, checksum: 2abfcaa471b650a7138b798950c476a7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Uma das principais funções dos sistemas de proteção de geradores distribuídos conectados em redes de subtransmissão ou de distribuição de energia elétrica é desconectá-los tão logo uma situação de ilhamento seja detectada. O ilhamento ocorre quando parte da rede elétrica é desconectada do restante do sistema da concessionária, mas continua a ser energizada por um ou mais geradores distribuídos conectados a ela, formando um subsistema isolado da concessionária. Esta ocorrência deve ser evitada porque coloca em risco a segurança de pessoas e equipamentos e pode deteriorar a qualidade da energia suprida aos consumidores locais. Neste contexto, esta tese de doutorado propõe novas metodologias para avaliar de forma sistemática e ajustar alguns dos principais relés de proteção anti-ilhamento de geradores síncronos. As técnicas analisadas compreendem os relés de deslocamento de fase ou ¿salto de vetor¿, relés de taxa de variação de freqüência, relés de sub/sobrefreqüência convencionais e os relés de sub/sobretensão convencionais. A aplicação das metodologias desenvolvidas mostrou que elas são ferramentas eficientes para avaliar e determinar o desempenho desses relés quanto à detecção de ilhamentos, auxiliando na seleção dos esquemas de proteção e ajustes mais adequados / Abstract: One of the main functions of distributed generators¿ protection systems is the capability to disconnect the generators immediately after an islanding occurrence is detected. Islanding occurs when a portion of the distribution system is disconnected from the utility grid, yet remains energized by one or more distributed generators connected to it. This operating condition should be avoided because it poses safety risks to utility personnel and equipments as well as it can cause power quality problems to the local costumers. In this context, this thesis proposes new methodologies to systematically evaluate and adjust some anti-islanding techniques applied to synchronous generators. The techniques analyzed are the under/over frequency relays, the rate of change of frequency (ROCOF) relays, the vector surge or vector jump relays and the under/overvoltage relays. The results have shown that the proposed methodologies can be efficient tools to evaluate and to determine the performance of these anti-islanding relays, consequently, they can help protection engineers to select the most proper protection devices and their settings / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:02:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_M.pdf: 3608719 bytes, checksum: b040f49f75941ae11cb16f7beb51b76d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A necessidade de desenvolvimento de modelos dinâmicos para estudos de sistemas de proteção de redes de distribuição de energia elétrica tem sido acentuada, recentemente, devido ao grande número de geradores síncronos que estão sendo conectados nestas redes. Assim, o objetivo desta dissertação de mestrado é desenvolver uma biblioteca de modelos dinâmicos para representar os principais relés empregados em sistemas de proteção de redes de distribuição e subtransmissão de energia elétrica na presença de geradores síncronos. Os modelos desenvolvidos são adequados para utilização juntamente com programas de simulação de transitórios eletromagnéticos de sistemas de potência (simulação com realimentação ? close loop), para verificar a influência do sistema de proteção no desempenho da rede, ou independentemente (simulação sem realimentação - open loop), para investigar os algoritmos empregados no relé ou para validar os modelos desenvolvidos. A complexidade adotada para representar os diversos tipos de relés foi decidida tendo-se em mente que tais modelos devem ser precisos o suficiente para desenvolvimento de pesquisas na área de proteção de sistemas de distribuição na presença de geradores síncronos e simples o suficiente para que eles possam ser utilizados para ensino da teoria de sistemas de proteção de redes de distribuição em nível de graduação e pós-graduação. Os modelos foram desenvolvidos para uso no ambiente Matlab/Simulink. Conseqüentemente, estes modelos podem ser utilizados com diversos programas de simulação de transitórios eletromagnéticos tais como o PSCAD/EMTDC, o SimPowerSystems e o ATP. Os modelos desenvolvidos foram validados através da comparação dos resultados obtidos por simulação com o comportamento real de relés comerciais. Adicionalmente, tal validação dos modelos foi realizada através de duas metodologias. Na primeira metodologia, dados obtidos em campo através de oscilografias de relés foram utilizados como entrada para os modelos desenvolvidos. Então, o comportamento do relé comercial foi comparado com o comportamento do modelo simulado. Na segunda metodologia, os dados de tensão e corrente foram gerados através de simulações de transitórios eletromagnéticos utilizando-se o ATP. Então, tais dados foram utilizados para verificar o comportamento de um relé comercial, através do uso de caixa de teste, e do relé simulado. Os resultados comprovam que os modelos desenvolvidos são suficientemente precisos para determinar o comportamento de relés comerciais operando em campo / Abstract: Recently, the need for the development of protection device dynamic models for analysis of distribution network protection systems has increased due to the usage of distributed generators. Therefore, the objective of this dissertation is to develop a dynamic model library torepresent the main relays used in the subtransmission and distribution network protection systems in the presence of synchronous generators. The developed models can be used with transient electromagnetic programs (close loop), in order to analyze the influence of the protection system on the network performance, or individually (open loop), in order to investigate new algorithms as well as to validate the models. The developed models are sufficiently detailed to conduct researches on distribution network protection in the presence of distributed generators, however, in the same time, they are simple enough to be used to teach undergraduate and graduate students. The models were developed to use with Matlab/Simulink. As a result, they can be used with several electromagnetic transient programs such as PSCAD/EMTDC, SimPowerSystems, and ATP. The developed models were validated by comparing the results obtained through simulation with the performance of real, commercial relays. Moreover, two approaches were used to validate the models. In the first one, field data obtained from relay oscillograms were used as an input to the developed models. Then, the commercial relay behavior was compared with simulated relay. In the second approach, voltage and current signals were generated by using the ATP. Then, these signals were used to verify the behavior of the commercial relays, through an amplifier, and of the developed model. The results show that the developed models are accurate enough to determine the behavior of commercial relays / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meira_PauloCesarMagalhaes_M.pdf: 4399317 bytes, checksum: abd35262b6780f553e52831e63c6947c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Em redes de distribuição, ilhamento ocorre quando parte da rede elétrica é desconectada do restante do sistema da concessionária, mas continua a ser energizada por um ou mais geradores distribuídos conectados a ela. Esta ocorrência deve ser evitada porque coloca em risco a segurança de pessoas e equipamentos. Diversos trabalhos têm sido desenvolvidos na análise do comportamento ilhado e da proteção antiilhamento de geradores síncronos e de geradores não-rotativos conectados via conversores eletrônicos. No entanto, pouca atenção tem sido dada aos casos envolvendo geradores de indução, sejam eles geradores duplamente alimentados ou com rotor tipo gaiola de esquilo. Portanto, o objetivo desta dissertação de mestrado é investigar o comportamento destes geradores durante ilhamentos, bem como analisar a eficiência dos relés baseados em medidas de freqüência e tensão para a realização de proteção antiilhamento. A ferramenta empregada para análise da proteção antiilhamento é a zona de não-detecção, a qual é definida como a região no espaço de desbalanço de potência reativa versus desbalanço de potência ativa em que o sistema de proteção antiilhamento não consegue detectar a situação de ilhamento dentro do tempo especificado. Tais zonas foram obtidas através de numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos utilizando o programa PSCAD/EMTDC / Abstract: In distribution systems, islanding occurs when part of the electric system is disconnected from the remaining utility system, but continues to be fed by one or more distributed generators operating in the island. This occurrence should be avoided as it represents a safety risk to equipment and customers. There have been several research papers which analyze the islanding behavior and the anti-islanding protection of synchronous generators and non-rotating generators connected to the grid using electronic converters. Nonetheless, little attention has been spent to analyze the situations involving induction generators, either doubly-fed generators or squirrel-cage generators. Therefore, the objective of this dissertation is to investigate the behavior of these generators during islanded operation, as well as analyze the efficiency of anti-islanding protection schemes based on frequency and voltage relays. The analysis is conducted by using the non-detection zone, which is defined in the active versus reactive power imbalance space where the anti-islanding protection fails. These zones were determined by numerous electromagnetic transient simulations by using the software PSCAD/EMTDC / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:21:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MorenoMartinez_RodolfoManuel_D.pdf: 3227759 bytes, checksum: b66cea18c73d62eee160d3b5cf012d1f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho estuda problemas do controle de fluxo de potência e de gestão de ilhamento em sistemas de geração distribuída de pequeno porte nos quais a interface com a rede elétrica sejam feitas por meio de conversores eletrônicos de potência. O sistema completo apresenta conversor "on-line", no qual a potência produzida localmente é totalmente processada pelo conversor, juntamente com uma estrutura "interativa com a rede", na qual o conversor opera para manter determinados padrões de desempenho sem, no entanto, processar potência ativa. É também focalizado o problema de qualidade da energia elétrica, analisando-se maneiras de operar os conversores de modo a mitigar problemas relacionados a harmônicos. Além de estudos de modelagem e simulação, avança-se na implementação experimental de algumas das técnicas analisadas / Abstract: This work studies problems of power flow control and islanding management in small power distributed generation systems in which the interface with the grid is made through electronic power converters. The complete system has "on-line" behavior, in which the power produced locally is fully processed by the converter, and also a structure "line-interactive," in which the converter operates to maintain certain performance standards without, however, process active power. It is also focused on the problem of power quality, analyzing ways to operate the converter in order to mitigate problems related to harmonics. In addition to modeling and simulation, some experimental implementation of the proposed techniques are realized / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Walmir de Freitas Filho, Jose Carlos de Melo Vieira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T06:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SallesCorrea_Diogo_M.pdf: 1373306 bytes, checksum: a6a2357bf0c337089786c03c519bbd7d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica estão sujeitos a operarem de forma ilhada após contingências como, por exemplo, curtos-circuitos. Ilhamento ocorre quando uma parte da rede de distribuição opera eletricamente isolada da subestação da concessionária, mas continua a ser energizada por geradores distribuídos. Devido a um conjunto de implicações técnicas e de segurança, a prática atualmente utilizada pelas concessionárias e recomendada pelos principais guias técnicos é desconectar todos os geradores da rede isolada tão logo ocorra um ilhamento. Existem diversas técnicas de proteção desenvolvidas para detectar ilhamentos e a maioria delas possui limitações técnicas e são propensas a falharem em determinadas situações. Neste contexto, torna-se importante conhecer a probabilidade ou risco da proteção falhar na detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição de energia elétrica com geradores distribuídos e, por conseguinte, decidir se o sistema de proteção utilizado é adequado ou não. A falha da detecção de uma situação de ilhamento é tecnicamente denominada ilhamento não intencional. Esta dissertação de mestrado apresenta uma série de metodologias desenvolvidas para analisar o risco da ocorrência de ilhamentos não intencionais devido à falha do sistema de proteção de geradores síncronos. O sistema de proteção antiilhamento considerado neste trabalho é composto por relés baseados em medidas de freqüência e/ou tensão visto que atualmente estes são considerados os dispositivos mais eficientes para realizar tal tarefa. Como os desempenhos desses relés estão fortemente relacionados aos desbalanços de potência ativa e reativa na rede ilhada, respectivamente, as metodologias desenvolvidas baseiam-se nas curvas de carga do sistema de distribuição, nos patamares de geração de potência ativa e reativa e no cálculo de um índice numérico que indica o risco de falha da proteção antiilhamento. Diversos métodos eficientes foram desenvolvidos para calcular diretamente este índice de risco sem a necessidade de executar numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos. Ressalta-se que os principais fatores que afetam o desempenho do sistema de proteção antiilhamento podem ser prontamente determinados com a aplicação das metodologias desenvolvidas. Os resultados obtidos mostraram-se precisos quando comparados aos obtidos por meio de repetidas simulações do tipo de transitórios eletromagnéticos / Abstract: Distributed synchronous generators connected to distribution power systems are prone to operate islanded after contingencies such as short circuits. Islanding occurs when a portion of the distribution network operates electrically isolated from the utility grid substation, yet continues to be energized by local distributed generators connected to the isolated system. Due to a number of technical and safety concerns, the procedure currently adopted by utilities and recommended by the main technical guides is to disconnect all the generators immediately after an islanding event. There are several anti-islanding techniques and the majority of them present technical limitations so that they are likely to fail in certain situations. In this context, it becomes important to know the probability or the risk of the protection scheme to fail in the detection of islanding events in distribution power systems containing distributed generators and, ultimately, determine whether the protection scheme under study is adequate or not. The failure of islanding detection is technically denominated non intentional islanding. This work presents a number of methodologies developed to evaluate the risk of occurrence of non intentional islanding due to the failure of synchronous generators protection systems. The anti-islanding protection system considered in this work is composed of relays based on measures of frequency and/or voltage, since these are considered to be the most efficient methods to perform this task. As the performance of these relays is strongly dependent on the active and reactive power imbalances in the islanded system, respectively, the methodologies are based on the distribution network feeder load curves, the active and reactive power generation levels and on the calculation of numerical index to quantify the risk level of protection system failure. Efficient methods were developed to directly calculate these risk indexes without performing several electromagnetic transient simulations. Through these methods, the main factors impacting on the performance of the antiislanding protection schemes can be determined. The results obtained by the usage of the proposed methodologies presented a very good match with those obtained by electromagnetic transient simulations / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Walmir de Freitas Filho, José Carlos de Melo Vieira Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:09:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Delvecchi_EsloanyDaisyCarniatto_M.pdf: 1048681 bytes, checksum: 837e57f3ee3363dd7bb9f49a72408fe1 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica estão sujeitos a operarem de forma ilhada após a ocorrência de distúrbios na rede elétrica. Ilhamento ocorre quando uma parte da rede de distribuição torna-se eletricamente isolada da fonte de energia principal (subestação), mas continua a ser energizada por geradores distribuídos conectados no subsistema isolado. A prática atualmente utilizada pelas concessionárias e recomendada nos principais guias técnicos é desconectar todos os geradores tão logo ocorra um ilhamento. Tipicamente, é necessário detectar uma situação de ilhamento em menos de dois segundos, dependendo, principalmente, do tempo de operação dos religadores automáticos. Os métodos mais comuns e baratos para detectar ilhamento compreendem relés baseados em medidas de freqüência (sub/sobrefrequência, taxa de variação de frequência e "salto de vetor") e o relé de tensão. No entanto, esses relés podem falhar se os níveis de desbalanço de potência ativa e reativa no subsistema ilhado forem pequenos. Portanto, o objetivo dessa dissertação é investigar a potencialidade de novos sinais para detectar ilhamento de geradores síncronos distribuídos, como forma de substituição ou complementação aos dispositivos de proteção anti-ilhamento convencionais. Os sinais analisados neste trabalho são taxa de variação da potência ativa (dP/dt), a relação Volts por Hertz (V/Hz), a variação da impedância (Z) medida no ponto de acoplamento comum (PAC), e a diferença angular ('delta' 'teta') entre as tensões medidas no PAC e na subestação. A investigação é baseada no levantamento de um conjunto de curvas relacionando tempo de detecção e desbalanço de potência ativa/reativa e nas zonas de não detecção, as quais fornecem os pontos de operação para os quais o relé em estudo falha na detecção do ilhamento. As curvas e as zonas são obtidas através de simulações de transitórios eletromagnéticos trifásicas considerando diferentes perfis de carga-geração na rede ilhada. Os resultados obtidos mostram que os sinais analisados têm um grande potencial para esse tipo de aplicação, porém são sujeitos à atuação indevida no caso da ocorrência de eventos que não sejam ilhamentos na rede de distribuição. Assim, uma análise de falsa operação também é conduzida e são propostas melhorias para minimizar e/ou eliminar a atuação indevida desses relés aqui investigados / Abstract: Synchronous generators connected to distribution power networks are likely to operate islanded following faults clearance in the system. Islanding occurs when a portion of the distribution system becomes electrically isolated from the substation, yet it continues energized by distributed generators connected to the islanded system. Utilities and standards recommend the disconnection of distributed generators immediately after islanding occurrences, otherwise it can lead to a number of problems to the generator and the connected loads. Typically, it is required to detect an islanding situation faster than two seconds after the island formation, depending, mainly, on the operation time of automatic reclosers. The most common and economical methods to detect islanding include the relays based on measures of frequency (under/over frequency, rate of change of frequency and vector surge) and voltage. However, these relays can fail if the active and reactive power imbalance levels in the islanded system are small. Therefore, the objective of this thesis is to investigate the potentiality of new signals to detect islanding of distributed synchronous generators, as replacement or complement to conventional protection anti-islanding devices. The signals analyzed in this research are the rate of change of generator active power (dP/dt), the ratio Volts per Hertz (V/Hz), impedance variation (Z) measured at the point of common coupling (PCC), and the angular difference ('delta' 'teta') between the voltage angle measured at the PCC and at the utility substation. The investigation is based on a set of curves, which relate time of islanding detection and active/reactive power imbalance and on the nondetection zones, which provide the operating points for which the relay fails to detect the islanding. These are obtained through electromagnetic transient three-phase simulations considering different profiles of generation-load in the islanded network. The results show that the signals analyzed have a huge potential for this type of application, however, their performance can decrease in case of occurrence of non-islanding events in the distribution system. Thereby, an analysis of false operation is conducted in order to propose improvements to minimize and/or to eliminate improper behavior of these relays / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_RafaelSchincariolda_M.pdf: 3440136 bytes, checksum: 042a03fcb6272566cfc1c79d07478e1c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O aumento da penetração de geradores em redes de distribuição de energia elétrica além de diversificar a matriz elétrica proporciona benefícios técnicos e econômicos. Contudo, também levanta preocupações relativas à confiabilidade no suprimento de energia elétrica. Para plantas eólicas conectadas na média e alta tensão são estabelecidos requisitos de "Fault Ride-Through" que determinam que os geradores devem permanecer conectados à rede durante perturbações com afundamentos de tensão e, em alguns casos, fornecer reativos para o reestabelecimento da tensão terminal. Porém, implementar tais requisitos para geradores na baixa tensão não é trivial. Na ocorrência de grandes perturbações os geradores distribuídos devem obrigatoriamente ser desconectados em casos de ilhamento, caso contrário a segurança de pessoas e equipamentos é colocada em risco e a qualidade de energia fornecida não é garantida. Ainda, durante curtos-circuitos os geradores contribuem para ao aumento das correntes de falta e os esquemas de proteção podem sofrer impactos na seletividade e coordenação. Por isso, para atender o requisito de "Fault Ride- Through" seria necessário além de manter os geradores conectados rever os esquemas de proteção de sobrecorrente, sendo necessários estudos dos impactos desta iniciativa e a análise do comportamento dos principais tipos de geradores distribuídos na ocorrência de curtos-circuitos. Nesta dissertação de mestrado, uma rede de distribuição com geradores distribuídos foi analisada através do estudo de sucessivas simulações de transitórios eletromagnéticos. O comportamento de três tipos de geradores distribuídos na ocorrência de curtos-circuitos foi investigado por meio de estudos de estabilidade, da análise das características de afundamentos de tensão e do suporte de reativos. Os geradores síncronos se mostraram com maior capacidade de suportarem faltas temporárias na rede. Os impactos do aumento das correntes de falta nas proteções contra sobrecorrente e da não desconexão do gerador do sistema ilhado também foram analisados. Os resultados mostraram que a presença de geradores distribuídos pode causar problemas na seletividade e na coordenação da proteção, alem de deteriorar o comportamento transitório de geradores ilhados / Abstract: The increase of distributed generation penetration in distribution systems not only helps to diversify the electrical matrix but also brings both technical and economic benefits. Yet, it also raises worries related to energy supply reliability. For wind power plants into the medium and high voltage networks there are the grid codes for "Fault Ride-Through" which stands that wind generators ought to ride a fault with voltage sag and, in some cases, provide reactive power for the terminal voltage restoration. However, implementing such requisites for low voltage connected generators is not a trivial task, as under great perturbations the distributed generators are required to be disconnected from the grid if an islanding situation occurs. Otherwise, people and equipment security would be at risk and the quality of the supplied power cannot be guaranteed. Besides, during short-circuits generators contribute to the increased fault currents along the grid and because of that the protection schemes should experience loss of selectivity and coordination. So, meeting the fault ride-through requirement demand a review of the anti-islanding schemes in order to permit generator islanding, as well as review the protection schemes to guarantee selectivity and coordination. Therefore, studies about the impacts of this initiative are necessary as well as the main generators behavior analysis under short-circuits. In this dissertation, a distribution network was analyzed through successive electromagnetic transient simulations. The behavior of three types of distributed generators under shortcircuits was investigated by stability studies, voltage sag characteristics and reactive power support. Synchronous generators showed to present the best capability to ride through temporary faults on the grid. The impacts on overcurrent protection of increased shortcircuit currents due to the distributed generators and impacts of not disconnecting the generators during islanding situations were also analyzed. The outcomes showed that keeping distributed generators connected might lead to problems on the protection selectivity and coordination and deteriorate the transient behavior of generators / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Com novas normas, incentivos governamentais e preocupação com questões ambientais, é esperado um crescimento no número de unidades de geradoras conectadas a rede a partir dos consumidores. Algumas questões técnicas relacionadas à elevada penetração de geração distribuída nos alimentadores de distribuição preocupam as concessionárias de energia, as quais buscam meios de prevenir possíveis efeitos indesejados no sistema elétrico. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um relé digital aplicado à proteção da conexão de geração distribuída na rede elétrica, com foco em microgeração e minigeração proveniente de geradores síncronos, assíncronos e inversores. O relé digital contempla as principais funções de proteção exigidas pelos procedimentos e normas de acesso nacionais, incluindo algoritmos anti-ilhamento. O seu funcionamento se dá pela medição das grandezas elétricas no ponto de conexão entre a geração distribuída e a rede elétrica, filtragem digital dos sinais e processamento dos algoritmos das funções de proteção. Como num relé digital convencional, as funções de proteção podem ser configuradas individualmente, permitindo construção de expressões lógicas e de bloqueio. O protótipo pode ser monitorado e controlado localmente, através de uma aplicação instalada em um computador e utilizando a rede Ethernet. O protótipo permite controle remoto pela concessionária através de uma rede de telecomunicação em malha instalada no sistema elétrico de distribuição, utilizando protocolo ZigBee. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre os efeitos e os problemas da geração distribuída no sistema elétrico, contextualizando o futuro das nossas redes de distribuição em relação a situação de países mais desenvolvidos nesse tema. Em seguida, são apresentadas as principais técnicas de processamento digital de sinais para relés digitais e o funcionamento das funções de proteção. Os detalhes do desenvolvimento do hardware, estratégias para filtragem digital e implementação dos algoritmos de proteção são apresentados. Algumas técnicas no algoritmo de filtragem e nas funções de proteção, como a medição de frequência trifásica utilizando a transformada de Clarke, são discutidas e avaliadas. Os resultados dos testes de funcionamento do protótipo, realizados em laboratório, são apresentados. Concluiu-se que o relé digital contempla um conjunto de proteções que abrange as principais normas para o acesso de geração distribuída no Brasil, pode ser utilizado como proteção de retaguarda para sistemas já dotados de proteções internas, como inversores, além de possibilitar o controle remoto de geração distribuída através da rede de telecomunicação em malha com protocolo ZigBee. / With new standards, government incentives and concerns about environmental questions, is expected the growth of the number of generating units connected to the grid from consumers. Some technical issues related to the high penetration of distributed generation on distribution feeders concerns the power utilities, which look for solutions to prevent possible unwanted effects on the electrical system. This research presents the development of a digital relay applied to protect the interconnection of distributed generation in the grid, focusing on micro and mini electricity generation plants from synchronous and asynchronous generators, and inverters. The digital relay contains the main protection functions required by PRODIST and utilities standards, including anti-islanding algorithms. Its operation is given by the measurement of electrical parameters at the point between the distributed generation and grid, followed by digital signal filtering and protection algorithms processing. Like a conventional digital relay, the protection functions can be individually configured, it’s possible to build logical and blocking expressions with them. The prototype can be monitored and controlled by a personal computer connected in the same local network. The computer must run an interface program. The prototype allow remote control by the utilities, this communication is done by a mesh network installed along the electric distribution system, using the ZigBee protocol. It’s presented a review about the effects and problems caused in the electrical power system by the distributed generation, giving the context of the future Brazilian distribution network in relation to the actual situation of more experienced countries on distributed generation. Following, it’s presented the main technics of digital signal processing applied to digital relays and operation of the protection functions. So then, the details of the hardware development, digital filtering strategies and the implementation of the protection algorithms are presented. Some technics applied to the filtering algorithms and protection function, as the three-phase frequency measurement using Clarke’s transformation, are discussed and evaluated. The test results of the prototype operation are presented, the tests were done in laboratory. The digital relay contain a set of protection functions that covers the main standards of distributed generation access in Brazil, it’s possible to use as a backup protection for systems with protections embedded, as grid tie inverters, and the possibility of remote control of distributed generation through the mesh network with ZigBee protocol.

The working condition of the electrical transmission systems is a factor that takes a lot of concern among energy suppliers and users. To maintain appropriate conditions for operation of the system is important in all aspects. For this purpose, several devices are used, monitoring and protection electrical devices, for example. These include the fault current limiter, with this device you can limit the fault current in the bus or lines of the electrical system. In this work, it is proposed to accomplish the selection and allocation of fault current limiters devices in electrical systems to minimize the short-circuit current, considering the device cost and the cost due to technical losses. For this, it has been used the multi-objective genetic algorithm NSGA-II for his known efficiency in optimization problems in electrical systems. The proposed algorithm was applied in benchmark systems, a 30-bus and a 57-bus, and the systems were simulated with and without the presence of the devices for comparison and validation of results. / A condição de funcionamento dos sistemas elétricos de transmissão é um fator que demanda muita preocupação por parte dos fornecedores e usuários de energia. Manter condições adequadas para a operação do sistema é importante em todos os aspectos. Para este fim, vários equipamentos são utilizados, dispositivos elétricos de monitoramento e proteção, por exemplo. Entre eles, estão os dispositivos limitadores de corrente de curto-circuito. Com este dispositivo é possível limitar a corrente de falta nas barras ou linhas do sistema elétrico. Neste trabalho, propõe-se realizar a seleção e alocação de dispositivos limitadores de corrente de curto-circuito em sistemas elétricos de modo a minimizar a corrente de curto-circuito, considerando o custo do dispositivo e o custo devido à perdas técnicas. Para isso, foi utilizado o algoritmo genético multiobjetivo NSGA-II por sua já conhecida eficiência em problemas de otimização em sistemas elétricos. O algoritmo proposto foi aplicado em sistemas teste de 30 e 57 barras e os sistemas foram simulados com e sem a presença dos dispositivos para efeito de comparação e validação dos resultados.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:26:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_D.pdf: 8861113 bytes, checksum: 46fbfc4ed40c793e3b012449f77b88ab (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Recentemente, o ilhamento intencional, ou seja, a operação isolada de uma parte do sistema elétrico de potência que pode ser alimentada localmente por geradores distribuídos, tem representado um grande interesse para as empresas concessionárias de energia elétrica. Tamanho interesse deve-se à capacidade destes geradores em assegurar a redução do tempo de indisponibilidade do fornecimento de energia elétrica, aumentando a confiabilidade das cargas pertencentes ao sistema ilhado. O sucesso da prática do ilhamento intencional é o conhecimento prévio de todas as contingências possíveis que podem resultar em operação ilhada, quer sejam situações de manutenções programadas ou mesmo a perda de subestações de distribuição ou linhas de transmissão de alta tensão. Neste cenário, uma prática comum é utilizar o(s) gerador(es) síncrono(s) distribuído(s) para alimentar o sistema ilhado e garantir a regulação da frequência e da magnitude da tensão, com a atuação do regulador de velocidade e do regulador de tensão, respectivamente. Um dos aspectos mais importantes que deve ser considerado no planejamento do sistema elétrico de potência é o desempenho do sistema de proteção, uma vez que os ajustes dos dispositivos de proteção não são flexíveis o suficiente para acomodar a operação antes e depois de detectado o ilhamento. Neste contexto, esta tese de doutorado apresenta duas contribuições principais: (1) apresentar um estudo detalhado de viabilidade técnica para a realização do ilhamento intencional ¿ dado que o autor deste trabalho é um engenheiro experiente em uma das mais bem conceituadas concessionárias brasileiras, entende-se que o detalhamento destes estudos é de extrema importância para a academia; (2) desenvolver modelos de modernos relés digitais de proteção nos ambientes MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM e utilizar estes modelos em esquemas de proteção suficientemente flexíveis para permitir a viabilidade do ilhamento intencional de geradores síncronos distribuídos. Na avaliação do desempenho de dispositivos de proteção para a formação do ilhamento, são utilizados modelos de relés digitais de proteção desenvolvidos durante o mestrado do autor, bem como novos modelos de relés. Os novos modelos de relés foram desenvolvidos para serem usados em ambientes de análise de transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, como o MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM, constituindo uma poderosa ferramenta de análise e simulação, pois permitem que as interações entre o sistema de proteção e a dinâmica do sistema sejam visualizadas no domínio do tempo. Palavras-chave: Geração distribuída, ilhamento intencional, proteção / Abstract: Nowadays, the utilities have strong interest in practicing the intentional islanding, i.e., the islanded operation of part of the electrical power system fed by distributed generators. This interest is resulted by the capacity of distributed generators to decrease outages and, therefore, to increase system reliability. The success of intentional islanding practice relies on the previous knowledge of all the possible contingencies which may result in islanded operation. These contingencies may be scheduled maintenances or even the loss of distribution substations or transmission lines. Under these circumstances, a common practice is to use the distributed synchronous generators to feed the islanded system and to assure the voltage frequency and magnitude control with the speed governor and voltage regulator actuation, respectively. One of the most important aspects that must be considered in electric power systems planning is the performance of protection system, since the relay settings are not flexible enough to assure the suitable operation before and after the islanding occurrence. In this context, this work has two main contributions: (1) to present a detailed study of intentional islanding technical feasibility ¿ the author is a senior engineer at one of the most important Brazilian utilities, as a result the presentation of how to perform these studies in detail is extremely important for Academy; (2) to develop modern digital relays models using time domain simulation tools such as MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM and to use these models in sufficiently flexible protection schemes to achieve successful intentional islanding operations with synchronous generators. The evaluation of protection systems performance for the intentional islanding practice explore the implemented digital relays models in time domain simulations performed using MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM. This option is an important analysis tool that allows the evaluation of the interaction between protection system and system dynamics during the time. Key-words: Distributed generation, intentional islanding, protection / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica