Transformadores de potência são dispositivos que requerem atenção especial devido a sua grande importância ao sistema elétrico de potência no qual ele está conectado. Geralmente relés diferenciais são utilizados como proteção primária em transformadores de potência. Nestes relés, a corrente diferencial é comparada com um nível de ajuste e caso ocorra uma falta interna, o transformador deverá ser desconectado do restante do sistema. Entretanto, a simples detecção da presença de uma corrente diferencial não é suficiente para distinguir faltas internas de outras situações que também podem produzir tal corrente. Tais situações surgem durante a energização dos transformadores, devido a saturação dos transformadores de corrente, entre outras, as quais podem resultar em uma incorreta atuação da proteção. Uma rápida e correta discriminação entre faltas internas e outras situações é um dos desafios da moderna proteção de transformadores de potência. A respeito da identificação de faltas internas ou situações de energização, além da mencionada lógica diferencial é acrescentado uma subrotina baseada na restrição de harmônicas. Neste método, a corrente de energização é reconhecida através da presença de uma segunda harmônica obtida por filtros de Fourier. No entanto, o método de filtragem pode algumas vezes retardar a operação da proteção. Além disto, uma componente de segunda harmônica pode também estar presente durante uma falta interna. Este trabalho propõe a utilização da transformada Wavelet - uma poderosa ferramenta matemática - empregada como um meio rápido e eficiente de analisar as formas de onda de transformadores de potência e como uma alternativa a tradicional transformada de Fourier. Os sinais das correntes diferenciais são processados pelas transformadas discretas Wavelet, visando obter uma discriminação entre ambas situações (energização e falta). Um nível de limiar é utilizado após a decomposição Wavelet do sinal para discriminar entre as situações descritas. A janela de dados utilizada para este propósito pode ser variada. Para testar o algoritmo proposto, as simulações de energização e falta foram implementadas, utilizando o programa ATP (\"Alternative Transient Program\"). Em situações onde a janela de dados é reduzida para 1/4 de ciclo o critério de discriminação pode ser otimizado utilizando a transformada discreta de Wavelet auxiliada com técnicas de reconhecimento de padrões. Este trabalho apresenta a utilização de redes neurais artificiais para tal finalidade como exemplo. Resultados encorajadores são apresentados sobre a capacidade de discriminação para as situações descritas assim como a rapidez de resposta quando comparados aos métodos tradicionais. / Power transformers are devices that require special maintenance and care due to their importance to the electrical system to which they are connected. Generally, differential relays are used for the primary protection of large transformers. In such relays, differential currents are compared to a threshold and in the case of an internal fault, the transformer should be disconnected from the rest of the system. However, a simple detection of a differential current is not sufficient to distinguish internal faults from other situations that also produce such a current. Some of these situations appear during transformer energization (inrush currents), CT (current transformer) saturation, among others, which can result in an incorrect trip. A correct and fast distinction of internal faults from the other situations mentioned is one of the challenges for modern protection of power transformers. Concerning the identification of internal faults as opposed to inrush currents, the approach tarditionally used is the aforementioned differential logic together with harmonic restraint. In this method, transformer inrush current due to energization is recognized on the basis of second harmonic components obtained by Fourier filters. However, the filtering method can sometimes delay the protection process. In addition to this, a second harmonic component can also be present during internal faults. This work proposes Wavelet transform - a powerful mathematical tool - employed as a fast and effective means of analyzing waveforms from power transformers, as an alternative to the traditional Fourier transform. The differential signals are processed by discrete Wavelet transform to obtain the discrimination between both situations (inrush and fault). A threshold level is utilized after the Wavelet decomposition to discriminate the situations describeb. The time window used for such purpose can be varied. In order to test proposed algorithm, simulations of fault and inrush currents in a power transformer were implemented using ATP ( \"Alternative Transient Program\") software. When the time window is reduced to only 1/4 of the cycle the discrimination criteria should be optimized using a pattern recognition technique to aid the Discrete Wavelet transform. This study shows as a sample for this purpose the use of artificial neural networks. Very encouraging results are presented concerning the capacity of discrimination of the described situations as well as the speed of response when compared to the traditional method.

Submitted by MARCOS LEANDRO TEIXEIRA DE OLIVEIRA (marcosteixeira@ufv.br) on 2018-10-09T12:35:28Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2380788 bytes, checksum: 6786ae497ba88ba9e7ba1903d6231300 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T12:35:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2380788 bytes, checksum: 6786ae497ba88ba9e7ba1903d6231300 (MD5) Previous issue date: 2018-07-16 / Devido ao crescimento da população mundial, o uso da terra se tornou uma valiosa commodity, criando a necessidade de se estudar maneiras de diminuir a ocupação de área para assegurar o desenvolvimento de futuras gerações. Sistemas fotovoltaicos fixos ao solo possuem a desvantagem de ocupar grandes áreas que poderiam ser utilizadas para a agricultura, construção de indústrias, edifícios, etc. Nesse sentido, surge uma forma alternativa de posicionamento de placas na forma de uma árvore fotovoltaica, uma nova e promissora maneira de integrar a energia solar fotovoltaica às construções e ao espaço urbano em geral, otimizando ao máximo o espaço necessário. Uma árvore fotovoltaica é basicamente como uma árvore natural, mas com células solares posicionadas no lugar das folhas. Entretanto, o sombreamento causado pelas “folhas” neste tipo de disposição pode causar uma queda na geração de energia do conjunto. Dessa forma, o objetivo desta dissertação foi realizar a comparação do sistema tradicional de painéis com a árvore fotovoltaica. Para isso, foi projetado um sistema automático de aquisição de dados para se computar a energia gerada por cada conjunto. Além disso, três diferentes arranjos de árvores fotovoltaicas foram comparados: árvore 1, com 16 células; árvore 2, com 20 células; árvore 3, com 30 células, a fim de se encontrar o melhor design de sistema, balanceando o número de células com a geração de energia. O sistema de aquisição de dados construído foi utilizado para a realização do experimento, medindo a geração de energia de cada conjunto. Ao final, a árvore 2 foi o sistema que mais gerou energia, apesar de não possuir o maior número de células. Estima-se então, que para este estudo, a distância ótima de posicionamento dos galhos de uma árvore fotovoltaica equivale a 5% do comprimento total da estrutura central de sustentação. Comparando-se as Árvores 1 e 3, concluiu-se que a construção da Árvore 3 não é vantajosa, uma vez que se pode obter uma geração de energia equivalente (apenas 3% inferior) ao se construir a Árvore 1, que é cerca de 35% mais barata. Pode-se dizer que a Árvore 3 está melhor desenhada para os períodos da manhã e da tarde. Por volta do meio dia, a ocorrência de sombreamento é maior devido à maior altura solar, diminuindo assim a energia gerada pela Árvore 3. / Due to the growth of the world population, land use has become a valuable commodity, creating a need to study ways to reduce area occupation to ensure the development of future generations. Photovoltaic systems fixed to the ground have the disadvantage of occupying large areas that could be used for agriculture, construction of industries, buildings, etc. In this sense, there is an alternative form of panel positioning in the form of a photovoltaic tree, a new and promising way to integrate photovoltaic solar energy into buildings and urban space, optimizing the space used as much as possible. A photovoltaic tree is basically like a natural tree, but with solar cells positioned in the place of the leaves. However, the shading caused by the "leaves" in this type of arrangement can decrease energy generation of the system. Thus, the objective of this work was to compare the traditional panel system with the photovoltaic tree. For that, an automatic data acquisition system was designed to compute the energy generated by each set. In addition, three different arrangements of photovoltaic trees were compared: tree 1, with 16 cells; tree 2, with 20 cells; and tree 3 with 30 cells in order to find the best system design, balancing the number of cells with the generation of energy. The proposed data acquisition system was used to perform the experiment, measuring the energy generation of each set. In the end, tree 2 was the system that generated the most energy, despite not having the largest number of cells. It is estimated that for this study, the optimal positioning distance of the branches in a photovoltaic tree is equivalent to 5% of the total length of the central support structure. Comparing Trees 1 and 3, it was concluded that the construction of Tree 3 is not advantageous, since an equivalent energy generation (only 3% lower) can be obtained by constructing Tree 1, which is about 35% cheaper. It can be said that Tree 3 is best designed for the morning and afternoon periods. Around noon, shade occurrence is higher due to the higher solar height, thus decreasing the generated energy by Tree 3.

Transformadores de potência são dispositivos que requerem atenção especial devido a sua grande importância ao sistema elétrico de potência no qual ele está conectado. Geralmente relés diferenciais são utilizados como proteção primária em transformadores de potência. Nestes relés, a corrente diferencial é comparada com um nível de ajuste e caso ocorra uma falta interna, o transformador deverá ser desconectado do restante do sistema. Entretanto, a simples detecção da presença de uma corrente diferencial não é suficiente para distinguir faltas internas de outras situações que também podem produzir tal corrente. Tais situações surgem durante a energização dos transformadores, devido a saturação dos transformadores de corrente, entre outras, as quais podem resultar em uma incorreta atuação da proteção. Uma rápida e correta discriminação entre faltas internas e outras situações é um dos desafios da moderna proteção de transformadores de potência. A respeito da identificação de faltas internas ou situações de energização, além da mencionada lógica diferencial é acrescentado uma subrotina baseada na restrição de harmônicas. Neste método, a corrente de energização é reconhecida através da presença de uma segunda harmônica obtida por filtros de Fourier. No entanto, o método de filtragem pode algumas vezes retardar a operação da proteção. Além disto, uma componente de segunda harmônica pode também estar presente durante uma falta interna. Este trabalho propõe a utilização da transformada Wavelet - uma poderosa ferramenta matemática - empregada como um meio rápido e eficiente de analisar as formas de onda de transformadores de potência e como uma alternativa a tradicional transformada de Fourier. Os sinais das correntes diferenciais são processados pelas transformadas discretas Wavelet, visando obter uma discriminação entre ambas situações (energização e falta). Um nível de limiar é utilizado após a decomposição Wavelet do sinal para discriminar entre as situações descritas. A janela de dados utilizada para este propósito pode ser variada. Para testar o algoritmo proposto, as simulações de energização e falta foram implementadas, utilizando o programa ATP (\"Alternative Transient Program\"). Em situações onde a janela de dados é reduzida para 1/4 de ciclo o critério de discriminação pode ser otimizado utilizando a transformada discreta de Wavelet auxiliada com técnicas de reconhecimento de padrões. Este trabalho apresenta a utilização de redes neurais artificiais para tal finalidade como exemplo. Resultados encorajadores são apresentados sobre a capacidade de discriminação para as situações descritas assim como a rapidez de resposta quando comparados aos métodos tradicionais. / Power transformers are devices that require special maintenance and care due to their importance to the electrical system to which they are connected. Generally, differential relays are used for the primary protection of large transformers. In such relays, differential currents are compared to a threshold and in the case of an internal fault, the transformer should be disconnected from the rest of the system. However, a simple detection of a differential current is not sufficient to distinguish internal faults from other situations that also produce such a current. Some of these situations appear during transformer energization (inrush currents), CT (current transformer) saturation, among others, which can result in an incorrect trip. A correct and fast distinction of internal faults from the other situations mentioned is one of the challenges for modern protection of power transformers. Concerning the identification of internal faults as opposed to inrush currents, the approach tarditionally used is the aforementioned differential logic together with harmonic restraint. In this method, transformer inrush current due to energization is recognized on the basis of second harmonic components obtained by Fourier filters. However, the filtering method can sometimes delay the protection process. In addition to this, a second harmonic component can also be present during internal faults. This work proposes Wavelet transform - a powerful mathematical tool - employed as a fast and effective means of analyzing waveforms from power transformers, as an alternative to the traditional Fourier transform. The differential signals are processed by discrete Wavelet transform to obtain the discrimination between both situations (inrush and fault). A threshold level is utilized after the Wavelet decomposition to discriminate the situations describeb. The time window used for such purpose can be varied. In order to test proposed algorithm, simulations of fault and inrush currents in a power transformer were implemented using ATP ( \"Alternative Transient Program\") software. When the time window is reduced to only 1/4 of the cycle the discrimination criteria should be optimized using a pattern recognition technique to aid the Discrete Wavelet transform. This study shows as a sample for this purpose the use of artificial neural networks. Very encouraging results are presented concerning the capacity of discrimination of the described situations as well as the speed of response when compared to the traditional method.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-01T17:54:00Z No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação propõe estratégias de energização/desenergização de um compensador estático síncrono para distribuição. É também proposta uma alteração na topologia do compensador estático síncrono com a inclusão de dois circuitos capazes de realizar o procedimento de energização/desenergização proposto. O primeiro circuito é baseado em um retificador semi–controlado enquanto o segundo circuito é baseado na topologia de um gradador. A metodologia de controle é derivada da modelagem matemática do circuito equivalente formado durante a energização e a desenergização. A equação obtida é resolvida numericamente pelo método de Newton-Raphson e posteriormente usa-se uma aproximação linear por partes para representar os pontos intermediários da curva que relaciona a tensão do barramento CC do compensador com o ângulo de disparo dos tiristores. Um modelo digital do compensador estático, desenvolvido no programa PSIM, e um modelo experimental de pequena escala (3,8 kVA/220 V) são usados para validar a metodologia proposta. Resultados de simulação e experimentais demonstram a eficiência dos controladores de energização e desenergização. / This dissertation proposes strategies to energize/de-energize a distribution static synchronous compensator. It is also proposed a change in the topology of the static synchronous compensator with the inclusion of two circuits capable of performing the energization/de-energization procedure. The first circuit is based on a semi-controlled rectifier while the second one is based on a grader. The control methodology is derived from the mathematical modeling of the equivalent circuit formed during the energization and de-energization process. The resulting equation is numerically solved by the Newton-Raphson method and a piecewise linear method is used to model the curve that relates the DC bus voltage of the compensator to the firing angle of the thyristors. A digital model, in the PSIM program, and a small scale laboratory prototype (3,8 kVA/220 V) are used to validate the proposed methodology. Simulation and experimental results demonstrates the effectiveness of the energization and de-energization controllers.

Nesta pesquisa, apresentam-se os principais eventos relacionados com a proteção de transformadores e sua correlação com os distúrbios de qualidade da energia elétrica (QEE). Neste sentido, foi desenvolvido um algoritmo que utiliza a transformada Wavelet (TW) e a lógica Fuzzy (LF) para classificar os eventos transitórios associados à proteção de transformadores. Estes eventos foram observados em um sistema elétrico de potência (SEP) simulado com a utilização do software Alternative Transients Program (ATP). Importa ressaltar que o sistema modelado apresenta transformadores ligados em paralelo, possibilitando o estudo de eventos decorrentes desta situação, como a energização solidária (Sympathetic Inrush). Por este SEP, modelado sobre parâmetros reais, foram simuladas várias situações transitórias, que provocam o aparecimento de correntes diferenciais, sendo estas direcionadas para análise do algoritmo desenvolvido. Afirma-se que, nos testes realizados, o algoritmo proposto apresentou um desempenho satisfatório perante as mais variadas situações a que foi submetido, identificando as causas das correntes diferenciais, sejam proporcionadas por defeitos ou por outras condições de operação aplicadas. / In this research, the main events related to the transformer protection and its correlation with the power quality disturbances (PQ) are presented. In this context, an algorithm based on Wavelet transform (WT) and Fuzzy logic (FL) was developed to classify the transient events associated with the transformer protection. These events were observed in an electrical power system (EPS) simulated using the Alternative Transients Program (ATP) software. It should be emphasized that the modeled system presents transformers connected in parallel, allowing the study of events of this situation, such as sympathetic inrush. For the simulated EPS, modeled based on real parameters, various transients situationswere simulated, causing the appearance of differentials currents which were directed to the analysis. The proposed algorithm showed a satisfactory performance tomany situations, identifying the causes of the differentials currents, either provided by faults or other operation conditions.

Nesta pesquisa, apresentam-se os principais eventos relacionados com a proteção de transformadores e sua correlação com os distúrbios de qualidade da energia elétrica (QEE). Neste sentido, foi desenvolvido um algoritmo que utiliza a transformada Wavelet (TW) e a lógica Fuzzy (LF) para classificar os eventos transitórios associados à proteção de transformadores. Estes eventos foram observados em um sistema elétrico de potência (SEP) simulado com a utilização do software Alternative Transients Program (ATP). Importa ressaltar que o sistema modelado apresenta transformadores ligados em paralelo, possibilitando o estudo de eventos decorrentes desta situação, como a energização solidária (Sympathetic Inrush). Por este SEP, modelado sobre parâmetros reais, foram simuladas várias situações transitórias, que provocam o aparecimento de correntes diferenciais, sendo estas direcionadas para análise do algoritmo desenvolvido. Afirma-se que, nos testes realizados, o algoritmo proposto apresentou um desempenho satisfatório perante as mais variadas situações a que foi submetido, identificando as causas das correntes diferenciais, sejam proporcionadas por defeitos ou por outras condições de operação aplicadas. / In this research, the main events related to the transformer protection and its correlation with the power quality disturbances (PQ) are presented. In this context, an algorithm based on Wavelet transform (WT) and Fuzzy logic (FL) was developed to classify the transient events associated with the transformer protection. These events were observed in an electrical power system (EPS) simulated using the Alternative Transients Program (ATP) software. It should be emphasized that the modeled system presents transformers connected in parallel, allowing the study of events of this situation, such as sympathetic inrush. For the simulated EPS, modeled based on real parameters, various transients situationswere simulated, causing the appearance of differentials currents which were directed to the analysis. The proposed algorithm showed a satisfactory performance tomany situations, identifying the causes of the differentials currents, either provided by faults or other operation conditions.