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

Submitted by Miriam Lucas (miriam.lucas@unioeste.br) on 2018-02-22T14:23:15Z No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T14:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-17 / The main line of research of this work is the study of approaches for supporting the development and analysis of the Power System Protection. In general, this process is carried out through of a large number of simulations involving various operating scenarios. The main limitation of this technique is the impossibility of coverage of all behavior of the system under analysis. In this context, this work proposes the use of Model Checking as a tool to support the procedure of development of power system protection schemes, principally in the sense of proving the security requirements and temporal deterministic expected behavior. Model Checking is a verification technique that explores exhaustively and automatically all possible system states, checking if this model meets a given specification. This work focuses on this two pillars of the Model Checking: to choose an appropriate modeling formalism for representation of the power system protection and how to describe the specification in temporal-logic for the verification process. With regard to the modeling formalism, the power system protection will be represented by the Hybrid Automata theory, while the verification tool adopted will be Statistical Model Checking, by the UPPAAL STRATEGO toolkit. It is underlined that this work is limited to the modeling of individual components of the power system protection, such that 18 models of the devices and protocols like communication bus (LAN), time synchronization protocol (PTP) and IEC 61850 communication protocols (SV and GOOSE) and Logical Nodes of power system protection, and 13 auxiliaries models, which emules the stochastic behavior to subsidise the verification process. The methodology of modelling adopted guarantees the effective representation of the components behaviour of power system protection. For this, the results of Model Checking process were compared with behavioral requirements defined by standards, conformance testings and paper related to the area. With regard to the contributions of this work, were identified three researches areas that could use the models developed in this work: i) implementation of power system protection schemes; ii) achievement of conformance testing; and iii) indication of the parameterization error of the power protection system scheme. / A linha de pesquisa abordada neste trabalho aponta para o estudo e desenvolvimento de ferramentas que subsidiem a proposição e validação de Sistemas de Proteção de Sistemas de Energia Elétrica. Em geral, este processo é realizado mediante simulações computacionais envolvendo diversos cenários de operação e distúrbios, tendo como principal limitação a impossibilidade de representar todos os caminhos de evolução do sistema em análise. Nesse contexto, propõe-se o emprego da técnica de Modelagem e Verificação Formal como ferramenta de suporte ao projeto, análise e implementação de estratégias de proteção, principalmente no sentido de comprovar se a estratégia atende os requisitos de segurança e comportamento determinístico temporal esperado. Em síntese, o método consiste na verificação de propriedades descritas em lógicas temporais, sob uma abstração apropriada (formalismo) do comportamento do sistema. Esta dissertação possui enfoque nestes dois requisitos: modelagem do sistema de proteção através de um formalismo adequado e tradução dos requisitos do comportamento desejado em propriedades descritas em lógica temporal. Com relação ao formalismo de apoio, a modelagem do sistema de proteção é baseada em uma abstração de Autômatos Temporizados Híbridos. Como ferramenta de validação, adota-se a técnica de Verificação Formal Estatística, através do software UPPAAL STRATEGO. Salienta-se que este trabalho se delimita apenas na modelagem e validação individual dos principais equipamentos de um sistema de proteção, sendo 18 modelos de dispositivos e protocolos como barramentos de comunicação (LAN), protocolo de sincronização de tempo PTP, protocolos de comunicação baseados em IEC 61850 e funções de proteção, e 13 modelos auxiliares que implementam um comportamento estocástico para subsidiar o processo de validação do sistema de proteção. O desenvolvimento dos modelos se deu através de uma abordagem sistemática envolvendo processos de simulação e verificação das propriedades sob o modelo em análise. Através desta metodologia, garante-se que os modelos desenvolvidos representam o comportamento esperado de seus respectivos dispositivos. Para isso, os resultados do processo de verificação foram comparados com requisitos comportamentais definidos por normas, testes de conformidade em equipamentos/protocolos e trabalhos acadêmicos vinculados à área. Com relação às contribuições do trabalho, identificou-se três linhas de pesquisa que podem fazer o uso dos modelos desenvolvidos: i) implementação de novas estratégias de proteção; ii) realização de testes de conformidade em equipamentos externos à rede de autômatos; e iii) indicação de erros de parametrização do sistema de proteção.

This work proposes a dynamic tool for solving the problem of fault section estimation in power systems. A Binary Integer Problem (BIP) is used to identify the faulty section trough analyses of circuit breakers states and power system protection devices signalizations. For the knowledge base construction it is proposed an innovative tool able to automatically generate the pattern of events and alarms for each topology configuration change. The outputs obtained from the pattern generator are used as base of cause end effect by the BIP model. Received alarms on SCADA are used as parameters in model the restrictions. The BIP model, based on the parsimonious set covering problem, is solved by CPLEX commercial software and it is able to deal with protection devices failure, data acquisition problems and occurrence of multiple events. To validate the approach it was used part of a brazilian power system, through the proposed technique the patterns were automatically generated and several faults situations were simulated. The proposed methodology achieved optimum results to all tests applied, being capable to deal with topology changes on power systems and with the problems inherent to the fault section estimation. / Este trabalho propõe uma ferramenta dinâmica para solução do problema de estimação da seção em falta em sistemas elétricos de potência. Um modelo de programação inteira binária (PIB) é usado para identificar a seção em falta através da análise do estado dos disjuntores e sinalizações de disparo das proteções de cada equipamento do sistema elétrico. Para a montagem da base de conhecimento é proposta uma ferramenta inovadora, capaz de gerar padrões de eventos e alarmes automaticamente, cada vez que a configuração da rede é alterada. O algoritmo usa como entrada o cadastro de conexões do sistema (secções e disjuntores) e a leitura do estado dos disjuntores. A saída obtida pelo gerador de padrões é usada como base de conhecimento pelo modelo de programação inteira binária. Os alarmes recebidos no SCADA são usados como parâmetros nas restrições do modelo. O modelo de PIB, fundamentado nos princípios de recobrimento parcimonioso de conjuntos, é resolvido através do otimizador comercial CPLEX, e é capaz de lidar com falhas nos dispositivos de proteção, problemas na aquisição de dados e múltiplas ocorrências. A metodologia foi validada tendo como base parte de um sistema elétrico de potência brasileiro, para o qual, por meio da técnica proposta, os padrões foram gerados automaticamente e simuladas diversas situações de faltas. A metodologia proposta apresentou ótimos resultados para todos os testes aplicados, sendo a ferramenta capaz de lidar com as alterações topológicas dos sistemas elétricos de potência e com os problemas inerentes à estimação da seção em falta.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis proposes an Intelligent Alarm Processor for fault diagnosis in electrical power systems. The objective is to develop a methodology for automatic fault analysis using reported alarms from Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) to allow the use of diagnosis systems in large power systems. The proposal can be used in real-time decision support systems to assist control center‟s operators during the decision-making after unscheduled contingencies with relevant information to power system restoration. This work expects to contribute to the development of advanced alarm management logics that allow modifying the chronological sequence of reported alarms, event mapping and the generation of operating patterns of protection systems according to topology network. Still, mathematical programming models have been formulated as a parsimonious set covering problem to fault section estimation and identification of protective devices with improper operation. Among these models, it stands out the model that deals with integrated analysis of reported alarms, events and diagnosis that better explain the alarms. The proposed approach has been tested in different portions of the Southern Brazilian power system. The results show that alarm processing allows the practical implementation of intelligent diagnosis methods in existing supervisory systems. The proposed diagnosis methods show better performance and accurate solutions than other methods presented in literature. / Esta tese propõe um Processador Inteligente de Alarmes para diagnóstico de faltas em sistemas elétricos de potência. O objetivo é desenvolver uma metodologia para a análise automática de faltas a partir dos alarmes reportados no sistema de supervisão e aquisição de dados (SCADA) que possibilite o uso de métodos de diagnóstico em sistemas de potência de grande porte. Essa proposta pode ser empregada em sistemas de apoio à decisão em tempo real, que auxiliem operadores de centros de controle do sistema (COS) na tomada de decisão após desligamentos não programados, com informações pertinentes para o restabelecimento do sistema. O trabalho espera contribuir com o desenvolvimento de lógicas avançadas de gerenciamento de alarmes que possibilitem a reordenação cronológica dos alarmes reportados, o mapeamento dos eventos e a geração de padrões de funcionamento de sistemas de proteção de acordo à topologia da rede. Além disso, os modelos de programação matemática foram formulados como um problema de recobrimento de conjuntos parcimonioso, para estimação da seção em falta e identificação dos dispositivos de proteção com atuação indevida. Dentre esses modelos, destaca-se o modelo que analisa, de forma integrada, os alarmes reportados e determina os eventos e diagnósticos que melhor explicam os alarmes. A abordagem proposta foi testada em diferentes porções do sistema sul do sistema interligado nacional (SIN). Os resultados mostram que as rotinas desenvolvidas para o processamento de alarmes permite a implantação prática de métodos inteligentes de diagnóstico em sistemas supervisórios existentes. Os métodos propostos para diagnóstico de faltas mostraram desempenhos e precisão nos resultados superiores a outros métodos presentes na literatura.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta. / Protection systems play a critical role in the safety and reliability of electric power systems. The non-operation or wrong operation of protective relays during a fault in a network element can evolve to a systemic event in large scale (blackout). These events bring risks and high economic losses to society. Despite the high cost and complexity, the protection of synchronous generators has not received much attention in the literature devoted to protection of other network elements, such as transmission lines. This stems from the smaller number of generators in the network and also the idea that the faults in this type of equipment are less frequent. This research discusses the main aspects involved in the design of a protection system for large synchronous generators. Initially, it discusses the key concepts of interest to the generation protection. Particular attention is given to grounding techniques and the criteria adopted for the design of grounding resistors used in those equipment. Then the main protection functions applicable to generators are presented, particularly those related to fault detection in the stator windings. The criteria for setting the parameters of these functions are also discussed. After that, the use of a laboratory shelf, based on Real-Time Digital Simulator (RTDS) for testing and analysis of the protection system, is described in order to validate the correct performance in face of possible operating conditions in the field. Finally, a study case is developed using the concepts developed throughout the research. Then, the design and implementation of the protection system of generators of a hypothetical hydroelectric plant are carried out. To evaluate and analyze the performance of this example network protection system, parameterized up IED G60 (GE) and held numerous simulations in the proposed test platform.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta. / Protection systems play a critical role in the safety and reliability of electric power systems. The non-operation or wrong operation of protective relays during a fault in a network element can evolve to a systemic event in large scale (blackout). These events bring risks and high economic losses to society. Despite the high cost and complexity, the protection of synchronous generators has not received much attention in the literature devoted to protection of other network elements, such as transmission lines. This stems from the smaller number of generators in the network and also the idea that the faults in this type of equipment are less frequent. This research discusses the main aspects involved in the design of a protection system for large synchronous generators. Initially, it discusses the key concepts of interest to the generation protection. Particular attention is given to grounding techniques and the criteria adopted for the design of grounding resistors used in those equipment. Then the main protection functions applicable to generators are presented, particularly those related to fault detection in the stator windings. The criteria for setting the parameters of these functions are also discussed. After that, the use of a laboratory shelf, based on Real-Time Digital Simulator (RTDS) for testing and analysis of the protection system, is described in order to validate the correct performance in face of possible operating conditions in the field. Finally, a study case is developed using the concepts developed throughout the research. Then, the design and implementation of the protection system of generators of a hypothetical hydroelectric plant are carried out. To evaluate and analyze the performance of this example network protection system, parameterized up IED G60 (GE) and held numerous simulations in the proposed test platform.

[pt] O objetivo desta dissertação é realizar uma introdução aos estudos e às aplicações dos Esquemas de Proteção de Sistemas -EPSs- usados para manter a segurança dos Sistemas de Energia Elétrica. Um pequeno conjunto de definições e conceitos das áreas de proteção, confiabilidade e análise de desempenho de sistemas de potência é apresentado com o objetivo de distinguir os EPSs das proteções convencionais de componentes do sistema. Isto também ajuda a entender as funções dos EPSs com mais clareza. Os EPSs são usados para manter a integridade do sistema quando este está submetido a fenômenos que provocam instabilidade ou desligamentos em cascata. A classificação e a descrição destes fenômenos, bem como a aplicação dos EPSs estão mostradas nesta dissertação. A estrutura geral dos EPSs, as formas de classificá-los e as diferentes ações usadas pelos EPSs para controlar as perturbações são objeto de análise do trabalho. Para exemplificar, é dada uma visão de como se situam os EPSs no Sistema Interligado Brasileiro (SIB) e também pelo restante do mundo. Alguns EPSs usados no Brasil mereceram destaque especial.As análises dos principais blecautes ocorridos no Brasil e na América do Norte são apresentadas, de forma resumida, no apêndice I. Dessas análises são tiradas muitas lições para implementar medidas que minimizam o risco de interrupções no suprimento de energia. Também é feita uma comparação do grau de severidade dos grandes blecautes ocorridos no Brasil e, para os dois maiores, é realizada uma estimativa dos seus respectivos custos de interrupção. Procurou-se também, no apêndice II, estabelecer os requisitos básicos para a implantação de EPSs que usem tecnologia baseada em microprocessadores.Com base na experiência vivida nos estudos desenvolvidos pelo grupo que analisou a segurança do SIB após o blecaute de 11-MAR-99, foram estabelecidos critérios e procedimentos para analisar a segurança do sistema e realizar estudos de implantação de EPSs. E, como desfecho, é realizado um breve estudo do SIB, onde é analisado o desempenho dos EPSs para controlar graves emergências que podem ocorrer no presente momento. / [en] The objective of this dissertation is to accomplish an introduction to the studies and the applications of the System Protection Schemes -SPSs- used to maintain the Electric Energy Systems safety. A small group of definitions and concepts from the protection,reliability and power systems performance analysis areas is presented with the objective of distinguishing SPSs from the conventional system component protections. It also helps in understanding the functions of the SPSs with more clarity. The SPSs are used to maintain the integrity of the system when it is submitted to phenomena that provoke instability or cascade circuit outages. The classification and the description of these phenomena, as well as the SPSs application are shown in this dissertation. The general structure of the SPSs, the ways of classifying them and the different actions used by SPSs to control the disturbances are the objectives of the analysis of this work. In order to exemplify, a vision is given of how the SPSs are located in the Brazilian Interconnected System -BIS- and also in the rest of the world. Some SPSs used in Brazil deserved special attention.The analyses of the main blackouts that occurred in Brazil and in North America are presented, in a summarized term, in appendix I. Considerable knowledge is obtained from these analyses, leading to implementation measures that minimize the risk of interruptions in the energy supply. A comparison is also made of the degree of severity of the great blackouts that happened in Brazil and, for the two largest, an estimate of their respective interruption costs is made. In appendix II, an attempt was also made to establish the basic requirements for the SPSs implementation using microprocessing technology. Based on the experience lived during the studies developed by the group that analyzed the safety of the BIS after the blackout on March 11/1999, criteria and procedures to analyze the safety of the system and to accomplish studies of SPSs implantation were established. Finally, a brief study of the BIS is done, where the SPSs performances are analyzed to verify the ability to control serious emergencies that can happen in the present moment.

Variable renewable energy sources typically connect to the power grid through power electronic interfaces. Increased use of such sources can cause issues for conventional distance protection. The purpose of distance protection is to detect transmission line faults and trip circuit breakers accordingly in order to maintain power system stability and power quality, and to ensure the safety of equipment and humans. Conventional distance protection solutions work satisfactorily in grids dominated by synchronous generators, but it has been recognized in industry and academia that new solutions may be needed in power grids dominated by power electronics interfaced generation due to the non-linear system impacts introduced by such sources. It was the aim of this thesis project to investigate the performance of alternative solutions used toward this end, specifically time domain distance protection solutions which are immune to the dynamics of power electronics interfaced sources. Short-circuit simulations for different fault scenarios have been performed in PSCAD, utilising models with a wind farm connected via a single overhead transmission line to a grid represented by a voltage source and impedance. The PSCAD line voltages and currents were processed in Matlab where both a more conventional phasor-based algorithm and a time domain differential equation based algorithm were implemented and simulated. A tripping logic based on detecting stable fault distance estimates within the primary protection zone was used. The implemented algorithms were compared for 96 scenarios in their ability to identify the faults and fault types, estimate the fault distances, and in their tripping speed. The results show an overall better performance for the differential equation algorithm compared to the conventional phasor-based algorithm, with more successful trips, faster tripping speed and superior distance estimate convergence on the correct fault distance. Some limitations have also been identified for the differential equation algorithm such as a fault impedance trajectory in the impedance plane which can lead to incorrect trips during external faults when using conventional tripping logic. It is suggested that more research be done regarding the differential equation algorithm with the next step being further algorithm development and testing when using fault impedance estimates and a tripping zone in the impedance plane. / Variabla förnybara energikällor använder vanligtvis kraftelektronik som ett gränssnitt för kopplingen till kraftnätet och ökningen av sådana källor kan skapa problem för konventionella distansskydd. Distansskydds syfte är att detektera jord- och fasfel på kraftledningar samt att skicka utlösningssignaler till strömbrytare för att isolera felet, vilket behövs för att upprätthålla kraftnätets stabilitet, effektkvalitet samt för att säkerställa säkerhet för komponenter och människor. Konventionella distansskydd fungerar bra i kraftnät dominerade av synkrongeneratorer men det har uppmärksammats av industrin samt den akademiska världen att nya lösningar kan behövas i kraftnät som är dominerade av energikällor med kraftelektronik-gränssnitt på grund av dess olinjära dynamik. Syftet med detta examensarbete är att undersöka prestandan av alternativa algoritmer för distansskydd som kan användas mot detta ändamål, specifikt tidsdomän algoritmer som är immuna mot dynamiken introducerad av kraftelektroniken. Kortslutningssimuleringar för olika scenarion har simulerats i PSCAD modeller med en vindkraftpark kopplad i änden på kraftledningen, där spänningarna och strömmarna sparas för vidare analys. Resultaten från PSCAD simuleringar bearbetades i Matlab där både en konventionell algoritm baserad på fasvektorer samt en tidsdomän algoritm baserad på differentialekvationer har implementerats och simulerats. Den implementerade utlösningslogiken baserades på att detektera stabila estimeringar för avståendet mellan skyddsreläet och felet på kraftledningen, där utlösningssignaler skickas för stabila estimeringar detekterade inom den primära skyddszonen för reläet. De implementerade algoritmerna jämfördes i 96 olika scenarion för deras förmåga att: identifiera fel och feltypen, estimera avståndet mellan skyddsreläet och felet samt för deras utlösningstider. Resultaten visar en i överlag bättre prestanda för differentialekvations-algoritmen jämfört med den konventionella fasvektor-baserade algoritmen med fler lyckade strömbrytarutlösningar, snabbare utlösningstider samt bättre konvergens och mer korrekt lokalisering för avståndsestimeringen mellan skyddsreläet och felet. Vissa limitationer har även identifierats för differentialekvations-algoritmen, exempelvis en felimpedans-kurva i impedansplanet vilket kan leda till inkorrekta utlösningar för externa fel om ett konventionellt impedansområden används för utlösningslogiken. Det föreslås att mer forskning bör utföras kring differentialekvations-algoritmen med nästa steg att vidare utveckla algoritmen samt utföra tester vid användande av felimpedansestimeringar och en utlösningslogik baserad på impedansområden.

One of the objectives of this study is to develop a methodology, together with a set of software programs that evaluate, in a power system, the risks of catastrophic failures caused by hidden failures in the hardware or software components of the protection system. The disturbance propagation mechanism is revealed by the analysis of the 1977 New York Blackout. The step-by-step process of estimating the relay hidden failure probability is presented. A Dynamic Event Tree for the risk-based analysis of system catastrophic failures is proposed. A reduced 179-bus WSCC sample system is studied and the simulation results obtained from California sub-system are analyzed. System weak links are identified in the case study. The issues relating to the load and generation uncertainties for the risk assessment of system vulnerabilities are addressed. A prototype system - the Hidden Failure Monitoring and Control System (HFMCS) - is proposed to mitigate the risk of power system catastrophic failures. Three main functional modules - Hidden Failure Monitoring, Hidden Failure Control and Misoperation Tracking Database - and their designs are presented. Hidden Failure Monitoring provides the basis that allows further control actions to be initiated. Hidden Failure Control is realized by using Adaptive Dependability/Security Protection, which can effectively stop possible relay involvement from triggering or propagating disturbance under stressed system conditions. As an integrated part of the HFMCS, a Misoperation Tracking Database is proposed to track the performance of automatic station equipment, hence providing automatic management of misoperation records for hidden failure analysis. / Ph. D.