Relés de distância são muito utilizados para proteger linhas de transmissão. Porém, há baixa precisão dos limites de sua zona de proteção devido a fenômenos de subalcance e sobrealcance. Assim, nesta dissertação de mestrado é proposto um algoritmo com compensação da resistência de falta, baseado em coordenadas de fase, objetivando aumentar a precisão dos limites da zona de proteção. A formulação proposta utiliza uma estimativa da corrente de falta para estimar a resistência de falta e compensar a impedância aparente calculada. Foram realizados o equacionamento e desenvolvimento do algoritmo para faltas tipo fase. Simulações e testes numéricos comparativos com formulações estado-da-arte verificaram a eficiência do método proposto. / Distance Relays are widely used to protect transmission lines. However, due to underreaching and overreaching phenomena, there is a low precision in protection zone limits of distance relays. Thus, in this dissertation, a new algorithm based in phase coordinates is proposed to increase the precision in zone protection limits. The proposed method uses the fault corrent to estimate the fault resistance and compensate the apparent impedance calculated. The equation development was done for phase type faults. Comparative tests with state-of-the-art formulations verified the efficiency of the proposed method.

Submitted by ESAU FIGUEROA ESCOTO null (figueroaescoto@yahoo.es) on 2016-08-16T07:02:27Z No. of bitstreams: 1 Figueroa - Dissertação .pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-17T20:01:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 figueroaescoto_e_me_ilha.pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-17T20:01:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 figueroaescoto_e_me_ilha.pdf: 1574120 bytes, checksum: f8fdbd286a015766cb08bf2cc57ac193 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O problema de estimação de faltas ou diagnóstico de alarmes em sistemas de energia elétrica é identificar faltas em seções ou falhas em dispositivos através dos alarmes dos relés de proteção, disjuntores e outras informações recebidas pelo Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA). Este trabalho apresenta uma metodologia para resolver o problema de diagnóstico de alarmes em sistemas de energia, através de um modelo de otimização de programação binária irrestrita. Este modelo é desenvolvido com base no conjunto de coberturas mínimas que abrange a lógica e a filosofia dos projetos de proteção empregados por empresas de energia elétrica. A ideia principal é associar os alarmes dos relés de proteção relatados pelo sistema SCADA e com os estados esperados das funções de relé de proteção. Os estados esperados são modelados usando a filosofia de proteção utilizada por especialistas em empresas de energia elétrica. Um Algoritmo Genético Adaptativo (AGA) é desenvolvido para resolver o modelo de otimização de programação binária irrestrita. O AGA proposto tem a característica de usar somente dois parâmetros de controle, ou seja, o número de indivíduos na população e o número máximo de gerações. O algoritmo tem taxas de recombinação e mutação calibradas de forma dinâmica com base na saturação da população atual, tendo uma resposta imediata a possível convergência prematura para ótimos locais. A metodologia proposta para resolver o problema da localização de faltas foi implementada na linguagem de programação C ++ e os testes foram feitos em um computador com processador Intel Core i7 com 2,2 GHz e 12 GB de memória RAM. O desempenho do algoritmo foi testado usando dados de um sistema elétrico real da região sul brasileira. A fim de mostrar o desempenho do AGA, os resultados do algoritmo foram comparados com um algoritmo genético clássico e um algoritmo imune. Os resultados mostraram que o AGA é superior aos algoritmos genético clássico e imune apresentando robustez e eficiência computacional. Além disso, a metodologia provou ser rápida e robusta e tem grande potencial para a localização de faltas em tempo real. / The fault section estimation in electric power systems is to identify faults in sections or devices using information from protective relays, circuit breakers and other information received from Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA). This work presents a methodology to solve the fault section estimation problem in power systems, through a model based on an unconstrained binary programming optimization model. This model is developed based on the parsimonious set covering theory and the protection philosophy logic employed by electric companies. The main idea is to associate the alarms of the relay protection functions reported by the SCADA system with the expected states from the protective relay functions. The expected states are modeled using protection philosophy logic employed by experts in electric companies. An Adaptive Genetic Algorithm (AGA) is developed to solve the unconstrained binary programming optimization model. The proposed AGA has the characteristic to use only two control parameters, i.e., number of individuals in the population and maximum number of generations. The algorithm has automatic and dynamically calibrated recombination and mutation rates based on the saturation of the current population, having an immediate response to possible premature convergence to local optima. The methodology proposed to solve the problem of shortages sections location was implemented in the C ++ programming language and the tests are done on a computer with Intel Core 7 Processor with 2.2 GHz and 12 GB of memory. The algorithm’s performance was tested using data from the Brazilian Southern electric power system. In order to show the AGA performance, the algorithm results was compared with a classical genetic algorithm and an immune algorithm. The results have shown that AGA presents robustness and the efficiency was successfully verified. Considering the solutions of the tests, the AGA demonstrates better computational processing time, getting the right solution for every simulation. Furthermore, the method was proven to be fast and robust and has great potential for locating faults in electric power systems in real time.

Orientador: Fábio Bertequini Leão / Resumo: O problema de estimação de faltas ou diagnóstico de alarmes em sistemas de energia elétrica é identificar faltas em seções ou falhas em dispositivos através dos alarmes dos relés de proteção, disjuntores e outras informações recebidas pelo Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA). Este trabalho apresenta uma metodologia para resolver o problema de diagnóstico de alarmes em sistemas de energia, através de um modelo de otimização de programação binária irrestrita. Este modelo é desenvolvido com base no conjunto de coberturas mínimas que abrange a lógica e a filosofia dos projetos de proteção empregados por empresas de energia elétrica. A ideia principal é associar os alarmes dos relés de proteção relatados pelo sistema SCADA e com os estados esperados das funções de relé de proteção. Os estados esperados são modelados usando a filosofia de proteção utilizada por especialistas em empresas de energia elétrica. Um Algoritmo Genético Adaptativo (AGA) é desenvolvido para resolver o modelo de otimização de programação binária irrestrita. O AGA proposto tem a característica de usar somente dois parâmetros de controle, ou seja, o número de indivíduos na população e o número máximo de gerações. O algoritmo tem taxas de recombinação e mutação calibradas de forma dinâmica com base na saturação da população atual, tendo uma resposta imediata a possível convergência prematura para ótimos locais. A metodologia proposta para resolver o problema da localização de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The fault section estimation in electric power systems is to identify faults in sections or devices using information from protective relays, circuit breakers and other information received from Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA). This work presents a methodology to solve the fault section estimation problem in power systems, through a model based on an unconstrained binary programming optimization model. This model is developed based on the parsimonious set covering theory and the protection philosophy logic employed by electric companies. The main idea is to associate the alarms of the relay protection functions reported by the SCADA system with the expected states from the protective relay functions. The expected states are modeled using protection philosophy logic employed by experts in electric companies. An Adaptive Genetic Algorithm (AGA) is developed to solve the unconstrained binary programming optimization model. The proposed AGA has the characteristic to use only two control parameters, i.e., number of individuals in the population and maximum number of generations. The algorithm has automatic and dynamically calibrated recombination and mutation rates based on the saturation of the current population, having an immediate response to possible premature convergence to local optima. The methodology proposed to solve the problem of shortages sections location was implemented in the C ++ programming language and the tests are done ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Relés de distância são muito utilizados para proteger linhas de transmissão. Porém, há baixa precisão dos limites de sua zona de proteção devido a fenômenos de subalcance e sobrealcance. Assim, nesta dissertação de mestrado é proposto um algoritmo com compensação da resistência de falta, baseado em coordenadas de fase, objetivando aumentar a precisão dos limites da zona de proteção. A formulação proposta utiliza uma estimativa da corrente de falta para estimar a resistência de falta e compensar a impedância aparente calculada. Foram realizados o equacionamento e desenvolvimento do algoritmo para faltas tipo fase. Simulações e testes numéricos comparativos com formulações estado-da-arte verificaram a eficiência do método proposto. / Distance Relays are widely used to protect transmission lines. However, due to underreaching and overreaching phenomena, there is a low precision in protection zone limits of distance relays. Thus, in this dissertation, a new algorithm based in phase coordinates is proposed to increase the precision in zone protection limits. The proposed method uses the fault corrent to estimate the fault resistance and compensate the apparent impedance calculated. The equation development was done for phase type faults. Comparative tests with state-of-the-art formulations verified the efficiency of the proposed method.

Relés de distância são muito utilizados para proteger linhas de transmissão. Porém, há baixa precisão dos limites de sua zona de proteção devido a fenômenos de subalcance e sobrealcance. Assim, nesta dissertação de mestrado é proposto um algoritmo com compensação da resistência de falta, baseado em coordenadas de fase, objetivando aumentar a precisão dos limites da zona de proteção. A formulação proposta utiliza uma estimativa da corrente de falta para estimar a resistência de falta e compensar a impedância aparente calculada. Foram realizados o equacionamento e desenvolvimento do algoritmo para faltas tipo fase. Simulações e testes numéricos comparativos com formulações estado-da-arte verificaram a eficiência do método proposto. / Distance Relays are widely used to protect transmission lines. However, due to underreaching and overreaching phenomena, there is a low precision in protection zone limits of distance relays. Thus, in this dissertation, a new algorithm based in phase coordinates is proposed to increase the precision in zone protection limits. The proposed method uses the fault corrent to estimate the fault resistance and compensate the apparent impedance calculated. The equation development was done for phase type faults. Comparative tests with state-of-the-art formulations verified the efficiency of the proposed method.

Este trabalho apresenta novas explorações do uso de sistemas agentes aplicados à proteção de sistemas elétricos de potência (SEP). Os sistemas agentes são definidos como softwares capazes de interagir com seu ambiente. Todos estudos apresentados focam o uso de agentes dentro de um SEP, através de uma rede privada de comunicação (intranet) baseada na tecnologia da internet. O objetivo final deste trabalho é o desenvolvimento de agentes que possam ser examinados em situações reais. Para facilitar esta tarefa, uma plataforma computacional foi desenvolvida denominada como EPOCHS (Electric Power and Communication Synchronizing Simulator). A principal função desta plataforma é permitir a integração dos agentes a um ambiente que combine simuladores que ofereçam informações sobre um SEP, assim como dados sobre uma rede intranet. Dentro deste contexto, um método para proteção primária e de retaguarda foi desenvolvido e testado dentro da plataforma EPOCHS. Os agentes desenvolvidos apresentaram resultados melhores que as técnicas tradicionais. Resultados ilustrando o desempenho e viabilidade deste sistema de proteção baseado em agentes são apresentados. / This work presents new explorations into the use of agent technology applied to the protection of power systems. We broadly define an agent to be an autonomous piece of software capable of interacting with its environment. Our investigation centers on the use of agents within an electric power grid using a private communication network, termed a utility intranet, based on internet technology. Our goal is to create practical agents that can be examined in realistic situations. To facilitate this aim, a new platform has been developed, EPOCHS, which allows agents to operate in an environmental that combines proven electric power electromagnetic and electromechanical transient simulators with a popular network communication simulation engine. We developed primary and a backup protection system using agent technology and evaluated this system within the EPOCHS environment. The agent-based system studied improved on traditional methods. Results illustrating the performance and viability of agent-based protection system are presented.

Short circuit, electrical overloads, power line losses and electrical injury, but also circuit breaker and fuse, leakage current protector, power transformation and protection against electric shock. All these terms are connected with the mystery of operation in eletric power distribution systems. Let us join electricity on its journey from power station to everyone's socket. What do we experience on this adventurous journey? Sometimes there may be even a risk of death! Fortunately, thanks to the sophisticated application of physical principles of electricity and magnetism, most of the threats are avoided. Will we be able to uncover the veil of physical electricity site or will it defend its secrets?

The rapidly expanding power system grid infrastructure and the need to reduce the occurrence of major blackouts and prevention or hardening of systems against cyber-attacks, have led to increased interest in the improved resilience of the electrical grid. Distributed and decentralized control have been widely applied to computer science research. However, for power system applications, the real-time application of decentralized and distributed control algorithms introduce several challenges. In this dissertation, new algorithms and methods for decentralized control, protection and energy management of Wide Area Monitoring, Protection and Control (WAMPAC) and the Active Distribution Network (ADN) are developed to improve the resiliency of the power system. To evaluate the findings of this dissertation, a laboratory-scale integrated Wide WAMPAC and ADN control platform was designed and implemented. The developed platform consists of phasor measurement units (PMU), intelligent electronic devices (IED) and programmable logic controllers (PLC). On top of the designed hardware control platform, a multi-agent cyber-physical interoperability viii framework was developed for real-time verification of the developed decentralized and distributed algorithms using local wireless and Internet-based cloud communication. A novel real-time multiagent system interoperability testbed was developed to enable utility independent private microgrids standardized interoperability framework and define behavioral models for expandability and plug-and-play operation. The state-of-theart power system multiagent framework is improved by providing specific attributes and a deliberative behavior modeling capability. The proposed multi-agent framework is validated in a laboratory based testbed involving developed intelligent electronic device prototypes and actual microgrid setups. Experimental results are demonstrated for both decentralized and distributed control approaches. A new adaptive real-time protection and remedial action scheme (RAS) method using agent-based distributed communication was developed for autonomous hybrid AC/DC microgrids to increase resiliency and continuous operability after fault conditions. Unlike the conventional consecutive time delay-based overcurrent protection schemes, the developed technique defines a selectivity mechanism considering the RAS of the microgrid after fault instant based on feeder characteristics and the location of the IEDs. The experimental results showed a significant improvement in terms of resiliency of microgrids through protection using agent-based distributed communication.

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The requirement for reliability and security in power system is increasing every passingday with the increase in complexity of the power system. To ensure highest level ofreliability, protection relays have to receive correct measurements. One of the most importantmeasurement that is needed by a relay as an input is current. However, currentmeasurements received from current transformer (CT) can become inaccurate due to aphenomenon called CT saturation. This Master's thesis objective is to build a novel algorithmfor the protection relays to detect CT saturation. The algorithm should be basedon a stand-alone method that is able to detect CT saturation within 1-2 ms for a samplingfrequency of 4 kHz.This project comprises a study of the background about CTs and CT saturation. Therelated work done to detect CT saturation is also studied. Later, major existing methodsused in the industry to deal with CT saturation are investigated in detail and modelledin Simulink. A novel method is proposed to exclusively detect CT saturation, keeping inmind the strict requirements, set in the beginning of the project. The proposed methodis implemented in Simulink and HiDraw(in-house software in ABB to create C code forprotection functions). Lastly, the proposed method and the existing methods are testedin Simulink for more than 1300 test cases based on dierent power system conditions,IEC-60255-187-1 and real current recordings from relays.The results of the tests showed that the proposed method successfully detect CT saturationand was better than the existing methods in terms of speed and accuracy. It was concludedthat the proposed method successfully detects CT saturation and hence, can be used withany protection function in a relay where there is a need to detect CT saturation. / Kraven pa tillforlitlighet och sakerhet i kraftsystem okar varje dag i samband med allthogre komplexitet i kraftsystemet. For att uppna den hogsta nivan av tillforlitlighetbehover relaskydden ta emot korrekta matvarden fran kraftsystemet. Ett av de mest viktigamatvardena som behovs for ett relaskydd ar strom. Emellertid, kan matvarden franen stromtransformator bli felaktiga pagrund av ett fenomen som kallas stromtransformatormattning. Malet for detta examensarbete ar att skapa en ny algoritm for relaskydd somdetekterar stromtransformatormattning. Algoritmen ska baseras pa en fristaende metodsom klarar av att detektera stromtransformatormattning inom 1-2 ms for en samplingsfrekvenspa 4 kHz.Detta projekt omfattar, forutom en studie av hur stromtransformatormattning kan detekteras,aven en bakgrundsstudie om stromtransformatorer och stromtransformatormattning.Viktigare existerande metoder, som anvands i industrin for att detektera stromtransformatormattning, undersoks i detalj och modelleras i Simulink. En ny metod foreslas foratt exklusivt detektera stromtransformatormattning med hansyn till de strikta krav somfaststalldes i borjan av projektet. Den foreslagna metoden ar implementerad i Simulinkoch i HiDraw (en intern ABB mjukvara for att skapa C-kod for skyddsfunktioner). Slutligenar den nya foreslagna metoden och de existerande metoderna testade i Simulinkmed er an 1300 testfall baserade paolika forhallanden i kraftsystemet, IEC-60255-187-1standarden och med verkliga inspelningar av strom gjorda av relaskydd i drift.Resultatet av testerna visar att den nya foreslagna metoden framgangsrikt detekterarstromtransformatormattning och gor det battre an existerande metoder med avseende pasnabbhet och noggrannhet. Det konstaterades att den nya foreslagna metoden framgangsriktdetekterar stromtransformatormattning och darfor kan anvandas for vilken relaskyddsfunktionsom helst i ett relaskydd dar behovet av att detektera stromtransformatormattningnns.