The enhancement of the reliability, security, and resiliency of electric power systems depends on the availability of fast, accurate, and robust dynamic state estimators. These estimators should be robust to gross errors on the measurements and the model parameter values while providing good state estimates even in the presence of large dynamical system model uncertainties and non-Gaussian thick-tailed process and observation noises. It turns out that the current Kalman filter-based dynamic state estimators given in the literature suffer from several important shortcomings, precluding them from being adopted by power utilities for practical applications. To be specific, they cannot handle (i) dynamic model uncertainty and parameter errors; (ii) non-Gaussian process and observation noise of the system nonlinear dynamic models; (iii) three types of outliers; and (iv) all types of cyber attacks. The three types of outliers, including observation, innovation, and structural outliers are caused by either an unreliable dynamical model or real-time synchrophasor measurements with data quality issues, which are commonly seen in the power system. To address these challenges, we have pioneered a general theoretical framework that advances both robust statistics and robust control theory for robust dynamic state and parameter estimation of a cyber-physical system. Specifically, the generalized maximum-likelihood-type (GM)-estimator, the unscented Kalman filter (UKF), and the H-infinity filter are integrated into a unified framework to yield various centralized and decentralized robust dynamic state estimators. These new estimators include the GM-iterated extended Kalman filter (GM-IEKF), the GM-UKF, the H-infinity UKF and the robust H-infinity UKF. The GM-IEKF is able to handle observation and innovation outliers but its statistical efficiency is low in the presence of non-Gaussian system process and measurement noise. The GM-UKF addresses this issue and achieves a high statistical efficiency under a broad range of non-Gaussian process and observation noise while maintaining the robustness to observation and innovation outliers. A reformulation of the GM-UKF with multiple hypothesis testing further enables it to handle structural outliers. However, the GM-UKF may yield biased state estimates in presence of large system uncertainties. To this end, the H-infinity UKF that relies on robust control theory is proposed. It is shown that H-infinity is able to bound the system uncertainties but lacks of robustness to outliers and non-Gaussian noise. Finally, the robust H-infinity filter framework is proposed that leverages the H-infinity criterion to bound system uncertainties while relying on the robustness of GM-estimator to filter out non-Gaussian noise and suppress outliers. Furthermore, these new robust estimators are applied for system bus frequency monitoring and control and synchronous generator model parameter calibration. Case studies of several different IEEE standard systems show the efficiency and robustness of the proposed estimators. / Ph. D.

O problema de projeto de sistemas de medição, para efeito de Estimação de Estado em Sistemas Elétricos de Potência, é um problema de otimização multiobjetivo, combinatório, que exige a investigação de um grande número de possíveis soluções. Dessa forma, metaheurísticas vêm sendo empregadas para sua solução. Entretanto, a maioria delas trata o problema de forma mono-objetivo e as poucas que consideram uma formulação multiobjetivo, não contemplam todos os requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um Sistema de Medição Confiável (SMC) (observabilidade e ausência de Medidas Críticas, Conjuntos Críticos de Medidas, Unidades Terminais Remotas Críticas e Unidades de Medição Fasoriais Críticas). Propõe-se, nesta tese, uma formulação multiobjetivo para o problema de projeto de sistemas de medição de uma forma mais ampla, considerando todas requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um SMC. Propõe-se, ainda, o desenvolvimento e implantação, em computador, de um método para tratamento desse problema, considerando o trade-off entre os requisitos de desempenho e o custo, fazendo uso do conceito de Fronteira de Pareto. O método possibilita, em uma única execução, a obtenção de quatro tipos de sistemas de medição, a partir da análise de soluções não dominadas. O método permite o projeto de sistemas de medição novos e o aprimoramento de sistemas de medição já existentes, considerando a existência apenas de medidas convencionais SCADA, apenas de Medidas Fasoriais Sincronizadas ou a existência dos dois tipos de medidas. O método proposto faz uso de um Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo e do procedimento de obtenção e análise da matriz HΔ. Esse procedimento permite a realização de uma Busca Local, minimizando o custo para atendimento de cada um dos requisitos de desempenho mencionados acima. Simulações são realizadas utilizando dados dos sistemas de 6, 14, 30, 118 e 300 barras do IEEE, bem como do sistema de 61 barras da Eletropaulo, de forma a ilustrar, testar e validar o método proposto. Alguns dos resultados dessas simulações são comparados com resultados obtidos por outros métodos encontrados na literatura. / Metering system planning for power system state estimation is a multi-objective, combinatorial optimization problem that may require the investigation of many possible solutions. As a consequence, meta-heuristics have been employed to solve the problem. However in the majority of them the multi-objective problem is converted in a mono-objective problem and those few considering a multi-objective formulation do not consider all the performance requirements that must be attended in order to obtain a Reliable Metering System (RMS) (system observability and absence of Critical Measurements, Critical Sets, Critical Remote Terminal Units and Critical Phasor Measurement Units). This thesis proposes a multi-objective formulation for the metering system planning problem in a wide way, that is, considering all the performance requirements that must be attended to obtain a RMS. This thesis also proposes the development and implementation, in computer, of a method to solve the metering system planning problem, considering the trade-off between the two conflicting objectives of the problem (minimizing cost while maximizing the performance requirements) making use of the concept of Pareto Frontier. The method allows, in only one execution, the project of four types of metering systems, from the analysis of non-dominated solutions. The method enable the design of new metering systems as well as the improvement of existing ones, considering the existence of only conventional SCADA measurements, or only synchronized phasor measurements or the existence of both types of measurements. The proposed method combines a multi-objective evolutionary algorithm based on subpopulation tables with the properties of the so-called HΔ matrix. The subpopulations tables adequately model several metering system performance requirements enabling a better exploration of the solution space. On the other hand, the properties of the HΔ matrix enable a local search that improves the evolutionary process and minimizes the computational effort. Simulations results with IEEE 6, 14, 30, 118 and 300-bus test systems and with a 61-bus system of Eletropaulo illustrate the efficiency of the proposed method. Some of the results of these simulations will be compared with those published in literature.

Esta proposta de pesquisa visa avaliar métodos de projeto de controladores em dois níveis, composto por controladores descentralizados e centralizado, utilizando sinais de medição fasorial sincronizada. Pesquisas iniciais foram realizadas utilizando a abordagem baseada na resolução da equação de Riccati num sistema multimáquinas, considerando aquisição de dados via medição fasorial sincronizada e atrasos de tempo nos canais de comunicação da entrada e da saída do controlador centralizado. Esta pesquisa propõe o projeto e avaliação de controladores centralizados através das abordagens baseadas na resolução da equação de Riccati, Desigualdades Matriciais Lineares e Algoritmos Genéticos. O projeto consiste em obter um controlador centralizado robusto a variações de carga e topologia do sistema, além de possíveis perdas de links de comunicação da entrada e da saída do controlador centralizado com o sistema elétrico. A fim de verificar a eficácia das abordagens de projeto foram utilizados o Sistema Equivalente Sul-Sudeste Brasileiro e o Sistema Simplificado Australiano. Além disso, simulações dinâmicas dos sistemas com aplicação de contingências foram realizadas com o propósito de se avaliar os controladores centralizados obtidos através de um modelo linear. Os resultados alcançados mostram semelhança e eficiência das abordagens quando se consideram múltiplos pontos de operação do sistema. A abordagem baseada em Algoritmos Genéticos se sobressai de acordo com os resultados obtidos para os sistemas-teste mencionados por propiciar um controlador centralizado robusto a múltiplos pontos de operação e possíveis perdas de links de comunicação. / This research proposal aims to compare control design methods on two levels, consisting of centralized and decentralized controllers, using signals synchronized phasor measurement. Initial researches have been conducted using the approach in solving the Riccati equation in a multi-machine system, considering data acquisition via synchronized phasor measurement and time delays in the communication channels of input and output of the centralized controller. This research proposes the design and comparison of centralized controllers through approaches based on resolution of the Riccati equation, Linear Matrix Inequalities and Genetic Algorithms. The project is to achieve a robust centralized controller to load variations and system topology changes and possible loss of communication of the input and output of the centralized controller with the electrical system. In order to verify the effectiveness of design approaches were used the Southern-Southeastern Brazil Equivalent Equivalent and Australian Simplified System. In addition, simulations of the dynamic systems with application of contingency were performed in order to evaluate the centralized controlling obtained by a linear model. The results show similarity and efficiency of the approaches when considering multiple system operating points. The Genetic Algorithms-based approach stands out according to the results obtained for the test systems mentioned, as demonstrated by the results, because it provides a robust centralized controller to multiple points of operation and possible loss of communication links.

Este trabalho propõe o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para tratamento de diversas etapas do processo de estimação de estado em Sistemas de Distribuição (SDs), que possibilite um tratamento adequado para as particularidades dos SDs no contexto atual (com poucas medidas disponíveis) e futuro (contando com mais medidas SCADA, com as Medidas Fasoriais Sincronizadas (MFSs) e com as avançadas infra-estruturas de medição), ou seja, que possibilite: análise de sistemas desbalanceados e desequilibrados, com ramais monofásicos, bifásicos e trifásicos; o tratamento de sistemas radiais e malhados sem perda de precisão; uma modelagem adequada dos componentes dos SDs, considerando as várias possibilidades de conexão dos transformadores e dos reguladores de tensão; o tratamento de diversos tipos de medidas (medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA, medidas virtuais, pseudo-medidas de carga e de dados históricos e MFSs), ponderando-as de acordo com as respectivas precisões. A metodologia proposta baseia-se no método dos mínimos quadrados ponderados, trabalha no nível dos alimentadores e compreende os seguintes quatro estágios: Estágio 1 geração de pseudo-medidas de carga; Estágio 2 - análise e restauração de observabilidade e identificação de medidas críticas; Estágio 3 - estimação de estado propriamente dita; e Estágio 4 - processamento de erros grosseiros. Tendo em vista as respostas coerentes das diversas simulações realizadas com os alimentadores de teste trifásicos de 4 e 34 barras do IEEE, demonstra-se satisfatoriamente a performance da metodologia proposta. / This thesis proposes a multi-phase unbalanced distribution system (DS) state estimation methodology based on the weighted least squares technique, which allows: load pseudo-measurement modeling; observability analysis and restoration by selecting the required pseudo-measurements (load pseudo-measurements and/or historical measurement data); identication of critical measurements; state estimation; and, nally, gross errors processing. The proposed methodology intends to be a practical tool able to be applied to a variety of DSs, considering latest and future realities. Therefore, the proposed methodology has the following features: (i) includes all realistic DS modeling details, such as, various types of transformer and voltage regulator connections, the presence of single, two and three-phase circuits, as well as the possibility of both the mutual coupling between phases and the shunt susceptance; (ii) treat three-phase networks with high resistance/reactance ratios in a unied framework; and (iii) process measurements with very distinct qualities, some of them are real-time measurements provided by Supervisory Control Data Acquisition (SCADA) systems, Advanced Metering Infrastructure (AMI), Phasor Measurement Units (PMUs), other are virtual measurements (information provided by the buses of zero power injection) and also the pseudo-measurements (load pseudo-measurements, load proles and historical measurement data). Several simulations results (with IEEE 34 and 4 node test feeders) have demonstrated satisfactory performance of the proposed methodology.

Esta proposta de pesquisa visa avaliar métodos de projeto de controladores em dois níveis, composto por controladores descentralizados e centralizado, utilizando sinais de medição fasorial sincronizada. Pesquisas iniciais foram realizadas utilizando a abordagem baseada na resolução da equação de Riccati num sistema multimáquinas, considerando aquisição de dados via medição fasorial sincronizada e atrasos de tempo nos canais de comunicação da entrada e da saída do controlador centralizado. Esta pesquisa propõe o projeto e avaliação de controladores centralizados através das abordagens baseadas na resolução da equação de Riccati, Desigualdades Matriciais Lineares e Algoritmos Genéticos. O projeto consiste em obter um controlador centralizado robusto a variações de carga e topologia do sistema, além de possíveis perdas de links de comunicação da entrada e da saída do controlador centralizado com o sistema elétrico. A fim de verificar a eficácia das abordagens de projeto foram utilizados o Sistema Equivalente Sul-Sudeste Brasileiro e o Sistema Simplificado Australiano. Além disso, simulações dinâmicas dos sistemas com aplicação de contingências foram realizadas com o propósito de se avaliar os controladores centralizados obtidos através de um modelo linear. Os resultados alcançados mostram semelhança e eficiência das abordagens quando se consideram múltiplos pontos de operação do sistema. A abordagem baseada em Algoritmos Genéticos se sobressai de acordo com os resultados obtidos para os sistemas-teste mencionados por propiciar um controlador centralizado robusto a múltiplos pontos de operação e possíveis perdas de links de comunicação. / This research proposal aims to compare control design methods on two levels, consisting of centralized and decentralized controllers, using signals synchronized phasor measurement. Initial researches have been conducted using the approach in solving the Riccati equation in a multi-machine system, considering data acquisition via synchronized phasor measurement and time delays in the communication channels of input and output of the centralized controller. This research proposes the design and comparison of centralized controllers through approaches based on resolution of the Riccati equation, Linear Matrix Inequalities and Genetic Algorithms. The project is to achieve a robust centralized controller to load variations and system topology changes and possible loss of communication of the input and output of the centralized controller with the electrical system. In order to verify the effectiveness of design approaches were used the Southern-Southeastern Brazil Equivalent Equivalent and Australian Simplified System. In addition, simulations of the dynamic systems with application of contingency were performed in order to evaluate the centralized controlling obtained by a linear model. The results show similarity and efficiency of the approaches when considering multiple system operating points. The Genetic Algorithms-based approach stands out according to the results obtained for the test systems mentioned, as demonstrated by the results, because it provides a robust centralized controller to multiple points of operation and possible loss of communication links.

O problema de projeto de sistemas de medição, para efeito de Estimação de Estado em Sistemas Elétricos de Potência, é um problema de otimização multiobjetivo, combinatório, que exige a investigação de um grande número de possíveis soluções. Dessa forma, metaheurísticas vêm sendo empregadas para sua solução. Entretanto, a maioria delas trata o problema de forma mono-objetivo e as poucas que consideram uma formulação multiobjetivo, não contemplam todos os requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um Sistema de Medição Confiável (SMC) (observabilidade e ausência de Medidas Críticas, Conjuntos Críticos de Medidas, Unidades Terminais Remotas Críticas e Unidades de Medição Fasoriais Críticas). Propõe-se, nesta tese, uma formulação multiobjetivo para o problema de projeto de sistemas de medição de uma forma mais ampla, considerando todas requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um SMC. Propõe-se, ainda, o desenvolvimento e implantação, em computador, de um método para tratamento desse problema, considerando o trade-off entre os requisitos de desempenho e o custo, fazendo uso do conceito de Fronteira de Pareto. O método possibilita, em uma única execução, a obtenção de quatro tipos de sistemas de medição, a partir da análise de soluções não dominadas. O método permite o projeto de sistemas de medição novos e o aprimoramento de sistemas de medição já existentes, considerando a existência apenas de medidas convencionais SCADA, apenas de Medidas Fasoriais Sincronizadas ou a existência dos dois tipos de medidas. O método proposto faz uso de um Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo e do procedimento de obtenção e análise da matriz HΔ. Esse procedimento permite a realização de uma Busca Local, minimizando o custo para atendimento de cada um dos requisitos de desempenho mencionados acima. Simulações são realizadas utilizando dados dos sistemas de 6, 14, 30, 118 e 300 barras do IEEE, bem como do sistema de 61 barras da Eletropaulo, de forma a ilustrar, testar e validar o método proposto. Alguns dos resultados dessas simulações são comparados com resultados obtidos por outros métodos encontrados na literatura. / Metering system planning for power system state estimation is a multi-objective, combinatorial optimization problem that may require the investigation of many possible solutions. As a consequence, meta-heuristics have been employed to solve the problem. However in the majority of them the multi-objective problem is converted in a mono-objective problem and those few considering a multi-objective formulation do not consider all the performance requirements that must be attended in order to obtain a Reliable Metering System (RMS) (system observability and absence of Critical Measurements, Critical Sets, Critical Remote Terminal Units and Critical Phasor Measurement Units). This thesis proposes a multi-objective formulation for the metering system planning problem in a wide way, that is, considering all the performance requirements that must be attended to obtain a RMS. This thesis also proposes the development and implementation, in computer, of a method to solve the metering system planning problem, considering the trade-off between the two conflicting objectives of the problem (minimizing cost while maximizing the performance requirements) making use of the concept of Pareto Frontier. The method allows, in only one execution, the project of four types of metering systems, from the analysis of non-dominated solutions. The method enable the design of new metering systems as well as the improvement of existing ones, considering the existence of only conventional SCADA measurements, or only synchronized phasor measurements or the existence of both types of measurements. The proposed method combines a multi-objective evolutionary algorithm based on subpopulation tables with the properties of the so-called HΔ matrix. The subpopulations tables adequately model several metering system performance requirements enabling a better exploration of the solution space. On the other hand, the properties of the HΔ matrix enable a local search that improves the evolutionary process and minimizes the computational effort. Simulations results with IEEE 6, 14, 30, 118 and 300-bus test systems and with a 61-bus system of Eletropaulo illustrate the efficiency of the proposed method. Some of the results of these simulations will be compared with those published in literature.

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator). / This work presents an analysis of computational algorithms applied to phasor estimation in Electrical Power Systems. The phasor estimation process uses the allocation of Phasor Measurement Units in the system and the measures can be used in many control, operation, planing and protection applications. Therefore, the power system phasors are very useful, specially if they have a common time reference, allowing the determination of the system\'s condition at a given time. The procedures necessary for power system\'s phasors estimation and application are defined by IEEE C37.118.1 standard. The standard defines the requirements for phasor estimation, presenting tests and a methodology to evaluate the algorithms performance. Thus, the standard defines the time tag and data patterns, some synchronization methods, and message examples, simplifying the communication requirements. Despite defining all these parts, the standard does not state which estimation algorithm should be used, making room for the use of various methods, since the standard precision is met. In this context, this work analyzes some phasor estimation algorithms defined in the literature, evaluating their behavior for some cases. It was adopted the recursive and non-recursive versions of the methods: Discrete Fourier Transform, Least Squares and Discrete Wavelet Transform. They were submitted to the standard signals, evaluating the Total Vector Error, time delays, and overshoots. The algorithms were also embedded in hardware (named PC104) and evaluated by real time simulated signals, measured by the PC104 using the analog outputs of a Real Time Digital Simulator.

Este trabalho propõe o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para tratamento de diversas etapas do processo de estimação de estado em Sistemas de Distribuição (SDs), que possibilite um tratamento adequado para as particularidades dos SDs no contexto atual (com poucas medidas disponíveis) e futuro (contando com mais medidas SCADA, com as Medidas Fasoriais Sincronizadas (MFSs) e com as avançadas infra-estruturas de medição), ou seja, que possibilite: análise de sistemas desbalanceados e desequilibrados, com ramais monofásicos, bifásicos e trifásicos; o tratamento de sistemas radiais e malhados sem perda de precisão; uma modelagem adequada dos componentes dos SDs, considerando as várias possibilidades de conexão dos transformadores e dos reguladores de tensão; o tratamento de diversos tipos de medidas (medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA, medidas virtuais, pseudo-medidas de carga e de dados históricos e MFSs), ponderando-as de acordo com as respectivas precisões. A metodologia proposta baseia-se no método dos mínimos quadrados ponderados, trabalha no nível dos alimentadores e compreende os seguintes quatro estágios: Estágio 1 geração de pseudo-medidas de carga; Estágio 2 - análise e restauração de observabilidade e identificação de medidas críticas; Estágio 3 - estimação de estado propriamente dita; e Estágio 4 - processamento de erros grosseiros. Tendo em vista as respostas coerentes das diversas simulações realizadas com os alimentadores de teste trifásicos de 4 e 34 barras do IEEE, demonstra-se satisfatoriamente a performance da metodologia proposta. / This thesis proposes a multi-phase unbalanced distribution system (DS) state estimation methodology based on the weighted least squares technique, which allows: load pseudo-measurement modeling; observability analysis and restoration by selecting the required pseudo-measurements (load pseudo-measurements and/or historical measurement data); identication of critical measurements; state estimation; and, nally, gross errors processing. The proposed methodology intends to be a practical tool able to be applied to a variety of DSs, considering latest and future realities. Therefore, the proposed methodology has the following features: (i) includes all realistic DS modeling details, such as, various types of transformer and voltage regulator connections, the presence of single, two and three-phase circuits, as well as the possibility of both the mutual coupling between phases and the shunt susceptance; (ii) treat three-phase networks with high resistance/reactance ratios in a unied framework; and (iii) process measurements with very distinct qualities, some of them are real-time measurements provided by Supervisory Control Data Acquisition (SCADA) systems, Advanced Metering Infrastructure (AMI), Phasor Measurement Units (PMUs), other are virtual measurements (information provided by the buses of zero power injection) and also the pseudo-measurements (load pseudo-measurements, load proles and historical measurement data). Several simulations results (with IEEE 34 and 4 node test feeders) have demonstrated satisfactory performance of the proposed methodology.

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator). / This work presents an analysis of computational algorithms applied to phasor estimation in Electrical Power Systems. The phasor estimation process uses the allocation of Phasor Measurement Units in the system and the measures can be used in many control, operation, planing and protection applications. Therefore, the power system phasors are very useful, specially if they have a common time reference, allowing the determination of the system\'s condition at a given time. The procedures necessary for power system\'s phasors estimation and application are defined by IEEE C37.118.1 standard. The standard defines the requirements for phasor estimation, presenting tests and a methodology to evaluate the algorithms performance. Thus, the standard defines the time tag and data patterns, some synchronization methods, and message examples, simplifying the communication requirements. Despite defining all these parts, the standard does not state which estimation algorithm should be used, making room for the use of various methods, since the standard precision is met. In this context, this work analyzes some phasor estimation algorithms defined in the literature, evaluating their behavior for some cases. It was adopted the recursive and non-recursive versions of the methods: Discrete Fourier Transform, Least Squares and Discrete Wavelet Transform. They were submitted to the standard signals, evaluating the Total Vector Error, time delays, and overshoots. The algorithms were also embedded in hardware (named PC104) and evaluated by real time simulated signals, measured by the PC104 using the analog outputs of a Real Time Digital Simulator.

Avec le paradigme du réseau intelligent, les ingénieurs de protection ont maintenant à leur disposition une large gamme de nouvelles technologies de communication. Parmi elles, la norme CEI 61850-9-2 a introduit le concept de bus de procédé qui permet l'envoi de valeurs échantillonnées horodatées à un temps absolu depuis les transformateurs de mesure du terrain jusqu’aux relais de protection numériques. Ces derniers peuvent intégrer la fonction d'unité de mesure de phaseur qui peut être utilisé pour échanger des synchrophaseurs entre les fonctions de protection et pour une nouvelle protection anti-îlotage. Les relais de fréquence et de dérivée de fréquence sont, de nos jours, les méthodes anti-îlotage les plus couramment employées, mais leurs performances ne sont pas satisfaisantes. Dans ce contexte, une nouvelle génération de techniques de traitement du signal pour les relais de protection ayant des échantillons horodatées comme signal d'entrée et intégrant la mesure de synchrophaseurs est nécessaire. Cette thèse étudie d'abord l'impact des valeurs échantillonnées sur le traitement du signal. Trois solutions sont ensuite proposées pour calculer les phaseurs, les fréquences et les dérivées de fréquence dans diverses conditions statiques et dynamiques, puis testées par simulation. Enfin, un algorithme de mesure de synchrophaseurs incorporé dans le traitement de signal initial est proposé. Cet algorithme a été testé selon la dernière version de la norme d'unité de mesure de phaseur et les résultats obtenus sont conformes aux exigences de mesure. / With the Smart Grid paradigm, protection engineers now have available to them a large range of new communication technologies. Among them, IEC Standard 61850-9-2 has introduced the process bus concept which permits sending of absolute time-stamped digitized analogue values from the instrument transformers of the field to numerical relays. The latter can incorporate the phasor measurement unit function which can be used for exchanging synchrophasors between protection functions and for new anti-islanding protection. Frequency and rate-of-change-of-frequency relays are, nowadays, the most commonly employed anti-islanding methods but their performance is not satisfactory. In this context, a new generation of signal processing techniques for protection relays having time-stamped digitized analogue values as input signal with synchrophasors measurement capability is required. This thesis first studies the impact of sampled measured values on the signal processing. Three solutions are then proposed to compute phasor, frequency and rate-of-change-of-frequency estimates under various static and dynamic conditions, and tested via simulation. Finally, a synchronized phasor measurement algorithm incorporated into the initial signal processing is proposed. This algorithm has been tested following the latest version of the phasor measurement unit standard and the results obtained comply with the measurement requirements.