Esta tese investiga novas estratégias para a construção de modelos em tempo real de Sistemas Elétricos de Potência. Busca-se a melhoria das funções de Estimação de Estado e aplicações correlatas por meio da consideração da medição fasorial sincronizada, fornecida por dispositivos PMUs, em ambientes onde as regiões monitoradas são de domínios de empresas diferentes e cuja distribuição geográfica apresenta distâncias consideráveis, como é o caso brasileiro. Uma das tarefas mais críticas dentro deste contexto é a representação adequada de sistemas não monitorados, que devem ser modelados de forma precisa, robusta e, preferencialmente, considerando dados que são acessíveis ao operador. A incorporação de redes externas em estimação multiárea é efetuada por uma etapa adicional de estimação ou embutida diretamente nos processos iterativos locais, mediante, neste último caso, a exigência de contínuos fluxos de dados entre áreas. No entanto, constata-se, neste estudo, que modelos clássicos de Equivalentes Externos reduzidos, particularmente os modelos tipo Ward, atendem satisfatoriamente aos requisitos computacionais e de precisão do problema, desde que sejam devidamente atualizados a cada mudança do ponto de operação. Desta forma, considerando sincrofasores de tensão e de corrente coletados por PMUs em regiões de fronteira, desenvolve-se um modelo de Estimação de Estado Descentralizada em que a etapa de pós-processamento por agentes externos independentes é removida, permitindo a obtenção do estado interconectado em um único passo, sem intercâmbio de dados operacionais em tempo real. Dois modelos são implementados, que diferem essencialmente na forma de tratamento dos dados de equivalentes externos. A metodologia é codificada em linguagem C++, sendo validada nos Sistemas IEEE de 14, 30 e 118 barras sob várias configurações de medição e de particionamento, mediante análise estatística e comparação de estimativas com valores de referência. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da proposta para o fornecimento de modelos de estimação de estado mais confiáveis, adaptados à atual tendência de descentralização de redes elétricas, sem grandes alterações nas funções já existentes e sob um custo computacional reduzido. Sugerem também a factibilidade do tratamento conjunto das funções relacionadas a Estimação de Estado e Equivalentes Externos. / New approaches for the real time modelling of Power Systems are investigated in this work. The improvement of State Estimation and related functions is pursued with the aid of synchronized measurements gathered by PMU devices, in a multi-owner environment where utilities are independent and distributed across large distances, as in the Brazilian interconnected system case. One of the critical tasks on this subject is the correct representation of non-monitored networks in precise and feasible way, where less data traffic between operators is preferable. In Multiarea State Estimation, the incorporation of external networks is usually performed as the additional estimation phase or directly included in local estimation models by means of inter-area communication channels. This research shows that classic models of External Equivalents, specially Ward types, meet the computational and precision requirements of the problem if they are correctly updated after changes in the operating point. Thus, by using voltage and current synchrophasors measured by boundary PMUs, a Decentralized State Estimation model is developed, where the need for a post-processing higher coordination step is suppressed, allowing the interconnected state to be found rapidly, in a single step and with no real time data exchange. Two strategies of including on-line information about External Equivalents are proposed, taking it as regular measurements or constraints to be imposed in the classical formulation. A computational software coded in C++ language is built to support the models, which are validated with the IEEE-14, 30 and 118 test bed systems, under several placement strategies and split network schemes. A consistent statistical analysis of the results is also performed, where outcomes are compared with reference values of a regular estimator. Results indicate the feasibility to generate reliable and robust real time models, without significant changes in existing energy management applications, and also shows the greater benefits of integrating State Estimation and External Equivalents into a single framework.

Os sistemas elétricos de distribuição estão evoluindo rapidamente devido à penetração de geração distribuída e ao crescimento na utilização de avançadas estruturas de medição e sistemas de gerenciamento de distribuição de energia elétrica. Esta evolução traz consigo novos desafios devido à intermitência da geração, a qual pode gerar impactos indesejáveis nos sistemas de distribuição, como a interação de diferentes harmônicos. As Unidades de Medição Fasorial (PMUs) tem potencial para desempenhar um importante papel no monitoramento de sistemas elétricos de distribuição por meio dos fasores com medidas temporalmente sincronizadas de tensão e corrente em vários locais do sistema, oferecendo assim inúmeras possibilidades para estimar o estado de uma rede de distribuição. Porém, para serem utilizadas amplamente em redes de distribuição, é necessário que as PMUs apresentem um menor custo e possuam algumas características funcionais exclusivas para o uso nestas redes. Assim, o objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de uma unidade de medição fasorial de baixo custo com características originais para o uso no nível de distribuição de energia elétrica, tais como medição fasorial nas redes de média e baixa tensão utilizando a modelagem dos transformadores e a identificação e estimação dos parâmetros da causa de ocorrência de distúrbios elétricos. Para isso, foram construídos dois protótipos da unidade de medição fasorial proposta neste trabalho, visando verificar a sincronização na medição de fasores de tensão e corrente. Os protótipos também foram acoplados à rede com diferentes combinações de impedância e alimentaram variadas cargas, onde foi possível através das técnicas implementadas nos equipamentos identificar e estimar os parâmetros elétricos da origem (rede ou carga) da ocorrência de variações na tensão e potência fornecidas pela rede distribuição. / Power distribution systems are evolving at a high pace largely due to the proliferation of distributed energy resources and the growing utilization of advanced metering infrastructures and distribution management system. This evolution is also leading to new challenges due large penetration of intermittent distributed generation, which can lead to noticeable impacts on distribution feeders. Phasor Measurement Units (PMUs) have the potential to play an essential role in power distribution system monitoring. For providing synchronized measurements of voltage and current phasors at various system locations, PMUs offer numerous possibilities for ascertaining information relating to the state of the power distribution system. However, to be used widely in power distribution systems, its necessary that PMUs get a low cost and have some exclusive features for these systems. Thus, the main objective of this thesis have consisted of developing a low cost Phasor Measurement Unit with original features proposed for distribution level, such as compatibility with low and medium voltage power networks using transformer modeling and also the identification and parameter estimation of the cause of electrical disturbances. So, they were built two prototypes of the Phasor Measurement Unit, in order to verify the synchronization in the measurement of voltage and current phasors. The prototypes were also coupled to the network with different combinations of impedance and they fed varying loads, where it was possible through the techniques implemented in the equipment identify and estimate electrical parameters of the cause (network or load) of variations in voltage and power supplied by the network distribution.

Esta tese investiga novas estratégias para a construção de modelos em tempo real de Sistemas Elétricos de Potência. Busca-se a melhoria das funções de Estimação de Estado e aplicações correlatas por meio da consideração da medição fasorial sincronizada, fornecida por dispositivos PMUs, em ambientes onde as regiões monitoradas são de domínios de empresas diferentes e cuja distribuição geográfica apresenta distâncias consideráveis, como é o caso brasileiro. Uma das tarefas mais críticas dentro deste contexto é a representação adequada de sistemas não monitorados, que devem ser modelados de forma precisa, robusta e, preferencialmente, considerando dados que são acessíveis ao operador. A incorporação de redes externas em estimação multiárea é efetuada por uma etapa adicional de estimação ou embutida diretamente nos processos iterativos locais, mediante, neste último caso, a exigência de contínuos fluxos de dados entre áreas. No entanto, constata-se, neste estudo, que modelos clássicos de Equivalentes Externos reduzidos, particularmente os modelos tipo Ward, atendem satisfatoriamente aos requisitos computacionais e de precisão do problema, desde que sejam devidamente atualizados a cada mudança do ponto de operação. Desta forma, considerando sincrofasores de tensão e de corrente coletados por PMUs em regiões de fronteira, desenvolve-se um modelo de Estimação de Estado Descentralizada em que a etapa de pós-processamento por agentes externos independentes é removida, permitindo a obtenção do estado interconectado em um único passo, sem intercâmbio de dados operacionais em tempo real. Dois modelos são implementados, que diferem essencialmente na forma de tratamento dos dados de equivalentes externos. A metodologia é codificada em linguagem C++, sendo validada nos Sistemas IEEE de 14, 30 e 118 barras sob várias configurações de medição e de particionamento, mediante análise estatística e comparação de estimativas com valores de referência. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da proposta para o fornecimento de modelos de estimação de estado mais confiáveis, adaptados à atual tendência de descentralização de redes elétricas, sem grandes alterações nas funções já existentes e sob um custo computacional reduzido. Sugerem também a factibilidade do tratamento conjunto das funções relacionadas a Estimação de Estado e Equivalentes Externos. / New approaches for the real time modelling of Power Systems are investigated in this work. The improvement of State Estimation and related functions is pursued with the aid of synchronized measurements gathered by PMU devices, in a multi-owner environment where utilities are independent and distributed across large distances, as in the Brazilian interconnected system case. One of the critical tasks on this subject is the correct representation of non-monitored networks in precise and feasible way, where less data traffic between operators is preferable. In Multiarea State Estimation, the incorporation of external networks is usually performed as the additional estimation phase or directly included in local estimation models by means of inter-area communication channels. This research shows that classic models of External Equivalents, specially Ward types, meet the computational and precision requirements of the problem if they are correctly updated after changes in the operating point. Thus, by using voltage and current synchrophasors measured by boundary PMUs, a Decentralized State Estimation model is developed, where the need for a post-processing higher coordination step is suppressed, allowing the interconnected state to be found rapidly, in a single step and with no real time data exchange. Two strategies of including on-line information about External Equivalents are proposed, taking it as regular measurements or constraints to be imposed in the classical formulation. A computational software coded in C++ language is built to support the models, which are validated with the IEEE-14, 30 and 118 test bed systems, under several placement strategies and split network schemes. A consistent statistical analysis of the results is also performed, where outcomes are compared with reference values of a regular estimator. Results indicate the feasibility to generate reliable and robust real time models, without significant changes in existing energy management applications, and also shows the greater benefits of integrating State Estimation and External Equivalents into a single framework.

O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a proteção de retaguarda de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) de grande área, através de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizado (SMFS). A metodologia é baseada no contínuo monitoramento e na proteção de um SEP de grande área voltada para linhas de transmissão. Pelo algoritmo de proteção de retaguarda implementado, fundamentado na filosofia de proteção diferencial que se baseia na detecção da inversão do fluxo de potência, detecta-se a linha de transmissão faltosa mediante os dados de tensão e corrente remotamente adquiridos pelo SMFS. As simulações sobre o SEP compreenderam todas as possibilidades de curtos-circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos, sem e com o envolvimento da terra, variando-se o ângulo de incidência e resistência da falta dentro de uma faixa de valores encontrada em situações reais. Os resultados encontrados na pesquisa mostram a eficiência da metodologia proposta, alcançando as prescrições primárias de um sistema de proteção (velocidade, confiabilidade, seletividade e sensibilidade). Neste contexto, concluiu-se que é factível a aplicação da metodologia proposta na proteção de retaguarda de um SEP caracterizado por uma grande área de cobertura, vindo a atender aos propósitos de um sistema de proteção digital, desde que esteja disponível uma confiável e veloz infraestrutura de comunicação para o tráfego dos dados necessários. / The present work aims to develop a methodology for large area Electric Power System (EPS) backup protection, through a Synchronized Phasor Measurement System (SPMS). The methodology is based on continuous monitoring and on the large area EPS protection focused on transmission lines. Through backup protection algorithm implemented, grounded on the differential protection philosophy, which is based on power flow inversion detection, detects the faulty transmission line through the remotely acquired voltage and current data by SPMS. The simulations in SEP discussed all the possibilities of single phase, two phase and three phase short-circuits, with and without the involvement of the ground, varying the fault incidence angle and resistance within a range of values commonly presented in real situation. The results found in this research show the efficiency of the proposed methodology, achieving the protection system primary requirements (speed, reliability, selectivity and sensitivity). In this context, it is concluded that it is feasible the proposed methodology application on the EPS backup protection characterized by a large coverage area, fulfilling the purposes of a digital protection system, since be available a reliable and fast communication infrastructure for the needed data traffic.

Este trabalho tem o objetivo de apresentar o desenvolvimento de uma metodologia para a proteção de retaguarda de linhas de transmissão de grandes áreas, utilizando dados de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizada. O estudo se justifica devido à contínua expansão dos Sistemas de Transmissão, tais como os que fazem parte do Sistema Interligado Nacional. Vale esclarecer que esta expansão pode vir a dificultar a operação e controle do mesmo, o que faz com que seja necessário, um sistema de proteção cada vez mais confiável, que diminua o impacto de eventos danosos de grande porte, e que atenda aos requisitos de um sistema de proteção de grandes áreas. Neste contexto, o modelo do sistema elétrico de potência em análise foi implementado computacionalmente a partir do RSCAD, ambiente computacional e interface gráfica do RTDS® (Real Time Digital Simulator). Como principal passo, o algoritmo desenvolvido verifica a variação da potência ativa em todos os barramentos monitorados do sistema de transmissão e, de acordo com tal variação, associada ao estado dos dois extremos da linha, detecta e aponta a localização de uma situação de falta. Pelos resultados obtidos, a metodologia se mostrou eficiente na detecção e localização da falta em linhas de transmissão para sistemas de grandes áreas. Toda a metodologia desenvolvida, considerações adotadas e os promissores resultados observados serão reportados neste documento. / This work aims to present the development of a methodology for wide area transmission line backup protection, using Synchronized Phasor Measurement Systems. This study is justified due to continuous expansion of Transmission Systems, such as those which are part of the National Interconnected System. It is worth clarifying that this expansion might difficult system operation and control, which makes necessary to have an increasingly reliable protection system, that minimizes the impact of large dangerous events, and, at the same time, supplies the requirements of a wide area protection system. Within this context, the electrical system model under analysis was implemented through RSCAD, which is a RTDS® (Real Time Digital Simulator) computing environment and graphical interface. As main step, the developed algorithm verifies the active power variation in all monitored buses of the transmission system and then, according to such variation, associated with the communication of the variation state of both line sides, detects and indicates the localization of a faulting condition. According to the results obtained, the methodology has shown its efficiency in transmission line faults detection and localization for wide areas of electrical power systems. The entire developed methodology, considerations adopted and promising outcomes will be reported along this document.

Os sistemas elétricos de distribuição estão evoluindo rapidamente devido à penetração de geração distribuída e ao crescimento na utilização de avançadas estruturas de medição e sistemas de gerenciamento de distribuição de energia elétrica. Esta evolução traz consigo novos desafios devido à intermitência da geração, a qual pode gerar impactos indesejáveis nos sistemas de distribuição, como a interação de diferentes harmônicos. As Unidades de Medição Fasorial (PMUs) tem potencial para desempenhar um importante papel no monitoramento de sistemas elétricos de distribuição por meio dos fasores com medidas temporalmente sincronizadas de tensão e corrente em vários locais do sistema, oferecendo assim inúmeras possibilidades para estimar o estado de uma rede de distribuição. Porém, para serem utilizadas amplamente em redes de distribuição, é necessário que as PMUs apresentem um menor custo e possuam algumas características funcionais exclusivas para o uso nestas redes. Assim, o objetivo desta tese consiste no desenvolvimento de uma unidade de medição fasorial de baixo custo com características originais para o uso no nível de distribuição de energia elétrica, tais como medição fasorial nas redes de média e baixa tensão utilizando a modelagem dos transformadores e a identificação e estimação dos parâmetros da causa de ocorrência de distúrbios elétricos. Para isso, foram construídos dois protótipos da unidade de medição fasorial proposta neste trabalho, visando verificar a sincronização na medição de fasores de tensão e corrente. Os protótipos também foram acoplados à rede com diferentes combinações de impedância e alimentaram variadas cargas, onde foi possível através das técnicas implementadas nos equipamentos identificar e estimar os parâmetros elétricos da origem (rede ou carga) da ocorrência de variações na tensão e potência fornecidas pela rede distribuição. / Power distribution systems are evolving at a high pace largely due to the proliferation of distributed energy resources and the growing utilization of advanced metering infrastructures and distribution management system. This evolution is also leading to new challenges due large penetration of intermittent distributed generation, which can lead to noticeable impacts on distribution feeders. Phasor Measurement Units (PMUs) have the potential to play an essential role in power distribution system monitoring. For providing synchronized measurements of voltage and current phasors at various system locations, PMUs offer numerous possibilities for ascertaining information relating to the state of the power distribution system. However, to be used widely in power distribution systems, its necessary that PMUs get a low cost and have some exclusive features for these systems. Thus, the main objective of this thesis have consisted of developing a low cost Phasor Measurement Unit with original features proposed for distribution level, such as compatibility with low and medium voltage power networks using transformer modeling and also the identification and parameter estimation of the cause of electrical disturbances. So, they were built two prototypes of the Phasor Measurement Unit, in order to verify the synchronization in the measurement of voltage and current phasors. The prototypes were also coupled to the network with different combinations of impedance and they fed varying loads, where it was possible through the techniques implemented in the equipment identify and estimate electrical parameters of the cause (network or load) of variations in voltage and power supplied by the network distribution.

Este trabalho tem o objetivo de apresentar o desenvolvimento de uma metodologia para a proteção de retaguarda de linhas de transmissão de grandes áreas, utilizando dados de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizada. O estudo se justifica devido à contínua expansão dos Sistemas de Transmissão, tais como os que fazem parte do Sistema Interligado Nacional. Vale esclarecer que esta expansão pode vir a dificultar a operação e controle do mesmo, o que faz com que seja necessário, um sistema de proteção cada vez mais confiável, que diminua o impacto de eventos danosos de grande porte, e que atenda aos requisitos de um sistema de proteção de grandes áreas. Neste contexto, o modelo do sistema elétrico de potência em análise foi implementado computacionalmente a partir do RSCAD, ambiente computacional e interface gráfica do RTDS® (Real Time Digital Simulator). Como principal passo, o algoritmo desenvolvido verifica a variação da potência ativa em todos os barramentos monitorados do sistema de transmissão e, de acordo com tal variação, associada ao estado dos dois extremos da linha, detecta e aponta a localização de uma situação de falta. Pelos resultados obtidos, a metodologia se mostrou eficiente na detecção e localização da falta em linhas de transmissão para sistemas de grandes áreas. Toda a metodologia desenvolvida, considerações adotadas e os promissores resultados observados serão reportados neste documento. / This work aims to present the development of a methodology for wide area transmission line backup protection, using Synchronized Phasor Measurement Systems. This study is justified due to continuous expansion of Transmission Systems, such as those which are part of the National Interconnected System. It is worth clarifying that this expansion might difficult system operation and control, which makes necessary to have an increasingly reliable protection system, that minimizes the impact of large dangerous events, and, at the same time, supplies the requirements of a wide area protection system. Within this context, the electrical system model under analysis was implemented through RSCAD, which is a RTDS® (Real Time Digital Simulator) computing environment and graphical interface. As main step, the developed algorithm verifies the active power variation in all monitored buses of the transmission system and then, according to such variation, associated with the communication of the variation state of both line sides, detects and indicates the localization of a faulting condition. According to the results obtained, the methodology has shown its efficiency in transmission line faults detection and localization for wide areas of electrical power systems. The entire developed methodology, considerations adopted and promising outcomes will be reported along this document.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation proposes two methodologies for the phasor estimation on protective relays in Electrical Power Systems. Firstly, a theoretical introduction of signal processing, the structure of a protective relay and phasor estimation algorithms is presented, including some of the algorithms used on the electrical system, as well as the two proposed methodologies. The first one makes use of the concept of curve-fitting, while the other uses Artificial Neural Networks, both with the goal of performing the real-time estimation of the signal amplitude and phase angle. Secondly, it is made a comparative analysis of the two proposed methods with four well-known and currently used algorithms. This comparison is made through the creation of several test signals with different simulation parameters. From these simulations, six performance indexes are used for the quantitative evaluation of each algorithm, from where the most effective method can be determined through the arithmetic mean of these indexes. Lastly, after all the simulation cases have been presented, a summary of the characteristics of each algorithm is made, based in their numerical results. Then, based on the values obtained on each performance index, the strong and weak points are highlighted, as well as the general classification of each method. / Essa dissertação propõe duas metodologias para a estimação fasorial em relés de proteção em Sistemas Elétricos de Potência. Primeiramente é apresentada uma introdução teórica ao processamento de sinais, à estrutura do relé de proteção, e aos algoritmos de estimação fasorial propriamente ditos, incluindo alguns dos algoritmos utilizados no sistema elétrico, assim como as duas metodologias propostas. A primeira delas faz uso do conceito de ajuste de curvas, enquanto que a segunda utiliza Redes Neurais Artificiais, ambas com o objetivo de realizar a estimação da amplitude e ângulo de fase de um sinal em tempo real. Em um segundo momento, é feita a análise comparativa dos dois métodos propostos com quatro algoritmos bastante conhecidos e utilizados nos relés numéricos. A comparação é feita através da criação de diversos sinais de teste com diferentes parâmetros de simulação. A partir dessas simulações, são usados seis índices de desempenho para a avaliação quantitativa de cada algoritmo, de onde, a partir da média aritmética destes índices, pode-se determinar o método mais eficaz para cada caso. Por fim, após todos os testes terem sido realizados, com base em seus resultados numéricos, é realizada uma condensação das características de cada algoritmo. Com base nos valores obtidos em cada índice de desempenho, são destacados os pontos fortes e fracos, bem como a classificação geral de cada método.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-01-03T12:10:09Z No. of bitstreams: 1 matheusalbertodesouza.pdf: 12016608 bytes, checksum: 7403ebccb4f05e67a5f65a371f64f7e4 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2017-01-31T10:31:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 matheusalbertodesouza.pdf: 12016608 bytes, checksum: 7403ebccb4f05e67a5f65a371f64f7e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T10:31:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 matheusalbertodesouza.pdf: 12016608 bytes, checksum: 7403ebccb4f05e67a5f65a371f64f7e4 (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia para a detecção de perdas comerciais de energia em sistemas de distribuição, bem como a identificação do usuário fraudulento em Infraestruturas Avançadas de Medição, próprias de Smart Grids. ParaaetapadedetecçãodeperdascomerciaisdeenergiaéutilizadoumEstimadorEstático de Estados Trifásico baseado em Medições Fasoriais Sincronizadas (Phasor Measurements Units - PMUs). Essa etapa visa detectar os transformadores na rede de distribuição, os quais, apresentam indícios de furtos/fraudes de energia, através da observância da curva de carga estimada. A próxima etapa visa identificar os consumidores, conectados aos transformadores suspeitos, que cometem o ato ilícito. Para isto, treinou-se uma Rede Neural Artificial (RNA) de Kohonen para clusterizar os consumidores honestos de acordo compadrõesdeconsumosemelhantes,apartirdedadosdeconsumoprovenientesdosSmart Meters decadacliente. ParacadaclassedefinidapelaRNAdeKohonencriou-seumaRNA MultiLayer Perceptron (MLP) para fins de classificação dos consumidores em duas classes, honestos ou fraudulentos. As duas grandes contribuições do trabalho estão em utilizar a técnica de detecção para diminuir o número de Falsos Positivos (FP) das metodologias de classificação, sem a necessidade de medições individuais nos transformadores, e a utilização de RNAs a partir de dados de medições do sistema de distribuição de forma robusta, em que não há a necessidade de medições sem perdas comerciais de energia para todos os consumidores do sistema. A forma de tratamento dos dados de medições ainda possibilita manter a privacidade dos usuários, questão bastante debatida no cenário mundial. Foram realizados testes para a etapa de detecção de perdas comerciais com os sistemas IEEE 33 Barras e IEEE 70 barras. Para a etapa de identificação do consumidor fraudulento foram utilizados dados de consumo reais de mais de 5000 consumidores provenientes de Smart Meters liberados pela Autoridade de Eletricidade e Energia Sustentável da Irlanda. Os testes mostraram bons resultados tornando a metodologia proposta aplicável na detecção e identificação de perdas comerciais de energia elétrica em Smart Grids. / This work aims to present a methodology for the detection of energy theft in distribution systems as well as the identification of the fraudulent users considering Advanced Metering Infrastructure, widely used in Smart Grids. For the stage of energy theft detection, a Static Three Phase State Estimator based on Synchronised Phasor Measurement Units (PMUs) is used. This step aims to detect the transformers in the distribution network, which have evidence of energy theft, by observing the estimated load curve. The next step is to identify consumers, connected to suspected transformers, which are stealing energy. For this, a Kohonen Artificial Neural Network (ANN) was trained to clustering honest consumers according to similar patterns of consumption, with the consumption data from the Smart Meters at every customer. For each class defined by the Kohonen ANN a MultiLayer Perceptron (MLP) ANN for classification of consumers into two classes, honest or fraudulent was created. The two major contributions of this work are the use of energy theft detection technique to reduce the number of false positives (FP) from the classification methods, without the need for individual measurements on the transformers, andtheuseofANNfromdistributionsystemmeasurementsmakethetechiniquerobust, in which there is no need for measurements without comercial loss of energy for all consumers. The way that the measurement data is treated allows maintaining the privacy of the consumers which is a debated question on the world. Tests were conducted for energy theft detection step with IEEE 33 Buses and IEEE 70 Buses systems. For the fraudulent user identification step, actual consumption data were used over 5000 consumers from their SmartMetersreleasedbytheElectricityAuthorityandSustainableEnergyofIreland. The tests showed good results making the proposed methodology applicable in the detection and identification of energy theft in Smart Grids.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rodrigo Albuquerque.pdf: 3312916 bytes, checksum: c9ee0be229b62b8aafd7816c3400351d (MD5) Previous issue date: 2012-01-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The state estimation process applied to electric power systems aims to provide a trustworthy ―image‖, coherent and complete of the system operation, allowing an efficient monitoring. The state estimation is one of the most important functions of energy management systems. In this work, will be proposed alternative methods of state estimation for electric power systems in the levels of transmission, subtransmission and distribution. For transmission systems are proposed two hybrid methods considering the insertion of conventional measurements combined with phasor measurements based on phasor measurement unit (PMU). To estimate the state in subtransmission systems is proposed an alternative method which, in occurrence of failures in active and/or reactive meters in the substations, uses a load forecasting model based on criteria similar days and application of artificial neural networks. This process of load forecasting is used as a generator of pseudo measurements in state estimation problem, which takes place through the propagation of phasor measurements provided by a PMU placed in the boundary busbar. For the distribution system state estimation the proposed method uses the mathematical method of weighted least squares with equality constraints by modifying the set of measurements and the state variables. It is also proposed a methodology evaluation of the PMUs measurement channel availability for observability analysis. The application of the proposed methods to test systems shows that the results are satisfactory. / O processo de estimação de estado aplicado a sistemas elétricos de energia tem como objetivo fornecer uma imagem confiável, coerente e completa da operação do sistema, permitindo um monitoramento eficiente. A estimação de estado é uma das funções mais importantes dos sistemas de gerenciamento de energia. Neste trabalho são propostos métodos alternativos de estimação de estado para sistemas elétricos nos níveis de transmissão, subtransmissão e de distribuição. Para sistemas de transmissão são propostos dois métodos híbridos considerando a inserção das medições convencionais combinadas com medições fasoriais baseadas na unidade de medição fasorial (PMU - Phasor Measurement Unit). Para a estimação de estado em sistemas de subtransmissão é proposto um método alternativo que, na ocorrência de falhas nos medidores de potência ativa e/ou reativa das subestações, utiliza um modelo de previsão de carga baseado no critério de dias similares e na aplicação de redes neurais artificiais. Esse processo de previsão de carga é utilizado como gerador de pseudomedições na estimação de estado, que se dá através da propagação da medição fasorial fornecida por uma PMU alocada no barramento de fronteira. Para sistemas de distribuição o método de estimação de estado proposto consiste em aplicar o método de mínimos quadrados ponderados com restrições de igualdade, modificando-se o plano de medição e as variáveis de estado. Também é proposta uma metodologia para avaliação da disponibilidade dos canais de medições da PMU e o seu impacto na observabilidade do sistema. A aplicação dos métodos propostos a sistemas teste mostram que os resultados obtidos são satisfatórios.