A expansão de geração distribuída nos sistemas de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica em todo o mundo tem sua origem na reestruturação do setor elétrico, na necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, nos avanços tecnológicos, nos incentivos governamentais e na maior conscientização sobre conservação ambiental. Com tal expansão, surge a necessidade de avaliar os impactos dessa forma de geração na operação das redes elétricas, principalmente das redes de distribuição, as quais foram inicialmente projetadas para operar considerando apenas a subestação de distribuição como fonte de energia. Entre esses impactos, um importante item a co0nsiderar é a detecção de ilhamento. Tal ocorrência é altamente indesejada pelas concessionárias distribuidoras de energia elétrica as quais estabelecem que os proprietários de geradores distribuídos devem instalar um sistema de proteção capaz de detectar ilhamentos. Dentre os métodos empregados para detecção de ilhamento os mais comuns para este propósito são os relés baseados em medidas de freqüência (relé de sub/sobrefreqüência, relé de taxa de variação de freqüência). Tais dispositivos são fortemente dependentes do desbalanço de potência ativa na rede ilhada e podem falhar caso esses desbalanços sejam pequenos. Ressalta-se que o comportamento variável da carga em sistemas de distribuição e a possibilidade de formação de diversas ilhas podem originar diferentes níveis de desbalanço de potência ativa e reativa. Conseqüentemente, pode haver vários cenários de operação em que os relés previamente citados falharão em detectar ilhamento. Neste contexto, esta dissertação de Mestrado propõe metodologias de proteção adaptativa anti-ilhamento aplicadas a relés baseados em medidas de freqüência, que visem a proteção do sistema elétrico e do gerador distribuído na maioria das condições de desbalanço de potência ativa e reativa que possam ocorrer na rede elétrica. Os geradores distribuídos a serem analisados são do tipo síncrono devido a sua grande utilização em pequenas centrais hidroelétricas e térmicas. São propostas duas metodologias: uma baseada em simulações dinâmicas e outra baseada em fórmulas analíticas. Os resultados obtidos foram satisfatórios para vários cenários de operação de um gerador distribuído conectado em uma rede de distribuição. Além disso, as vantagens e limitações de cada método são apresentadas e discutidas. / Distributed generation expansion worldwide has been caused by the de-regulamentation of the electricity sector, by the necessity to explore different energy resources, by technological advances, by government incentives and by environmental concerns associated with energy production. Such expansion brings the necessity to assess he impacts caused by distributed generators on the distribution systems, which were designed to operate considering the utility substation as the only power source. Among these impacts, on that deserves major attention is islanding detection. Utilities recommend that distributed generators\' owners provide efficient anti-islanding protection installed at the point of common coupling between the generator and the grid. Common anti-islanding protection schemes are composed by frequency-based relays (standard frequency relay and/or rate of change of frequency relay). These devices are strongly dependent on the active power imbalance in the islanded system and they can fail to detect an islanding condition if such power imbalance is small. Therefore, it is worth pointing that the variable power consumption of the distribution system\'s loads and the possibility of creating several energized islands can originate different power imbalance levels. Consequently, there may be various operating scenarios in which the frequency-based relays will fail to detect islanding. In this context, this work proposes adaptive methods to adjust frequency-based relays in order to provide effective anti-islanding protection considering different power imbalance levels. Synchronous generators are studied, since their wide application in distributed generation plants, such as small hydro and thermal power plants. Two methods are proposed: one is a simulation-based method and the other is based on analytical formulas. Both methods presented good results considering all the operating scenarios tested with a distributed generator connected to a distribution system. Furthermore, their advantages and limitations are presented and discussed.

A expansão de geração distribuída nos sistemas de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica em todo o mundo tem sua origem na reestruturação do setor elétrico, na necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, nos avanços tecnológicos, nos incentivos governamentais e na maior conscientização sobre conservação ambiental. Com tal expansão, surge a necessidade de avaliar os impactos dessa forma de geração na operação das redes elétricas, principalmente das redes de distribuição, as quais foram inicialmente projetadas para operar considerando apenas a subestação de distribuição como fonte de energia. Entre esses impactos, um importante item a co0nsiderar é a detecção de ilhamento. Tal ocorrência é altamente indesejada pelas concessionárias distribuidoras de energia elétrica as quais estabelecem que os proprietários de geradores distribuídos devem instalar um sistema de proteção capaz de detectar ilhamentos. Dentre os métodos empregados para detecção de ilhamento os mais comuns para este propósito são os relés baseados em medidas de freqüência (relé de sub/sobrefreqüência, relé de taxa de variação de freqüência). Tais dispositivos são fortemente dependentes do desbalanço de potência ativa na rede ilhada e podem falhar caso esses desbalanços sejam pequenos. Ressalta-se que o comportamento variável da carga em sistemas de distribuição e a possibilidade de formação de diversas ilhas podem originar diferentes níveis de desbalanço de potência ativa e reativa. Conseqüentemente, pode haver vários cenários de operação em que os relés previamente citados falharão em detectar ilhamento. Neste contexto, esta dissertação de Mestrado propõe metodologias de proteção adaptativa anti-ilhamento aplicadas a relés baseados em medidas de freqüência, que visem a proteção do sistema elétrico e do gerador distribuído na maioria das condições de desbalanço de potência ativa e reativa que possam ocorrer na rede elétrica. Os geradores distribuídos a serem analisados são do tipo síncrono devido a sua grande utilização em pequenas centrais hidroelétricas e térmicas. São propostas duas metodologias: uma baseada em simulações dinâmicas e outra baseada em fórmulas analíticas. Os resultados obtidos foram satisfatórios para vários cenários de operação de um gerador distribuído conectado em uma rede de distribuição. Além disso, as vantagens e limitações de cada método são apresentadas e discutidas. / Distributed generation expansion worldwide has been caused by the de-regulamentation of the electricity sector, by the necessity to explore different energy resources, by technological advances, by government incentives and by environmental concerns associated with energy production. Such expansion brings the necessity to assess he impacts caused by distributed generators on the distribution systems, which were designed to operate considering the utility substation as the only power source. Among these impacts, on that deserves major attention is islanding detection. Utilities recommend that distributed generators\' owners provide efficient anti-islanding protection installed at the point of common coupling between the generator and the grid. Common anti-islanding protection schemes are composed by frequency-based relays (standard frequency relay and/or rate of change of frequency relay). These devices are strongly dependent on the active power imbalance in the islanded system and they can fail to detect an islanding condition if such power imbalance is small. Therefore, it is worth pointing that the variable power consumption of the distribution system\'s loads and the possibility of creating several energized islands can originate different power imbalance levels. Consequently, there may be various operating scenarios in which the frequency-based relays will fail to detect islanding. In this context, this work proposes adaptive methods to adjust frequency-based relays in order to provide effective anti-islanding protection considering different power imbalance levels. Synchronous generators are studied, since their wide application in distributed generation plants, such as small hydro and thermal power plants. Two methods are proposed: one is a simulation-based method and the other is based on analytical formulas. Both methods presented good results considering all the operating scenarios tested with a distributed generator connected to a distribution system. Furthermore, their advantages and limitations are presented and discussed.

A proteção de Sistemas de Distribuição (SDs) é de fundamental importância considerando as condições adversas de operação e faltas elétricas a que os mesmos podem estar submetidos. A crescente utilização de Geradores Distribuídos (GDs) conectados aos SDs e as possíveis operações em ilhamento promovem interferências consideráveis aos dispositivos de proteção. Dessa forma, evidencia-se a importância de estudos para esses novos cenários. Neste contexto, esta pesquisa tem como proposta analisar o desempenho do sistema de proteção, quando na presença de uma elevada contribuição de geração distribuída, e aprimorar a proteção tradicional, quando tem-se a mudança do cenário de operação para o modo ilhado. Sendo assim, evidencia-se através de simulações no Real-Time Digital Simulator (RTDS) os efeitos da perturbação nos Relés de Sobrecorrente (RSC). Na metodologia desenvolvida implementa-se um sistema de proteção adaptativo, cujos parâmetros são definidos por um algoritmo de otimização. Também são adicionadas as proteções associadas aos GDs, recomendadas por norma. Tal prática é dificilmente abordada em trabalhos correlatos a pesquisa, no entanto através dos resultados observou-se que esses dispositivos podem influenciar na respostas dos elementos de proteção implementados nos SDs. Como diferencial também buscou-se implementar todo o sistema de controle dos GDs e utilizou-se da simulação em malha fechada com relés comerciais, afim de aproximar a modelagem da realidade encontrada nos SDs. Por fim, evidenciou-se que a utilização de relés adaptativos pode viabilizar a operação em ilhamento. / The protection of Distribution Systems (DSs) is of fundamental importance, considering the adverse operating conditions and electrical faults to which they may be submitted. The increasing usage of Distributed Generators (DGs) connected to DSs, and possible islanded operations promote considerable interference to protective devices. Thus, it is evident the importance of studies for these new scenarios.This research aims to analyze the performance of the protection system, when in the presence of a massive contribution of distributed generation, and to improve the traditional protection when there is a change from the operating scenario to island mode. Thus, via simulations, carried out in the Real-Time Digital Simulator (RTDS), the effects of the disturbance on the Overcurrent Relays (OCs) were evident. The developed methodology implements an adaptive protection system, whose parameters are defined by an optimization algorithm. The protections associated with DGs were also added, as recommended by the standard. This practice is hardly approached in related studies however, through the results, it was observed that these devices could influence the responses of the protective elements implemented. The closed-loop simulations carried out considering the standard controls systems regarding DGs and commercial intelligent eletronic devices, ensuring the test bed verisimilitude to actual DSs. This approach is not standard on the literature related. Finally, it was evidenced that the use of adaptive relays can contribute to the islanded operation.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T22:58:46Z No. of bitstreams: 1 JAMILE PINHEIRO NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 2146495 bytes, checksum: e397e112357d55c0badad1a62f5324cf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T22:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAMILE PINHEIRO NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 2146495 bytes, checksum: e397e112357d55c0badad1a62f5324cf (MD5) Previous issue date: 2014-08 / Um algoritmo de proteção adaptativa para solucionar o problema da proteção de sistemas com geração distribuída é proposto. O algoritmo modifica as configurações dos relés de forma on-line, utilizando como informação de entrada, os estados dos disjuntores. Ao final, constatou-se que mesmo com a entrada ou saída dos geradores distribuídos, o sistema de distribuição continuou a ser protegido. Para validar o algoritmo utilizou-se um sistema-teste do IEEE e o Real Time Digital Simulator (RTDS). / An adaptive protection algorithm to solve protecting systems with distributed generation problem is proposed. The algorithm modifies relays settings on on-line form, using circuit breakers state as input information. At the end, it was found that even with the input or output of distributed generators, distribution system continued to be protected. To validate the algorithm it was used an IEEE test system and the Real Time Digital Simulator (RTDS).

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-13T16:41:07Z No. of bitstreams: 1 FRANCISCO DAS CHAGAS SOUZA JÚNIOR – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 4537364 bytes, checksum: 1696c9bd2456c0caad5ee6e61bcb7ca4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T16:41:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FRANCISCO DAS CHAGAS SOUZA JÚNIOR – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 4537364 bytes, checksum: 1696c9bd2456c0caad5ee6e61bcb7ca4 (MD5) Previous issue date: 2016-07-05 / Uma técnica auto-adaptativa que torna a obtenção dos ajustes de coordenação de relés de sobre corrente instantânea para sistemas de distribuição uma tarefa automática, sem a necessidade de intervenção humana e nem a interrupção do fornecimento de energia elétrica ou do monitoramento da rede é proposta. Usando uma arquitetura distribuída, formada por três camadas conectadas através de canal de comunicação, modificações topológicas como entrada/saída de linhas, e/ou nos perfis de carga e geração do sistema elétrico terão seus efeitos automaticamente refletidas nos ajustes dos dispositivos de proteção. O método proposto usa a corrente de carga como item principal para a determinação dos ajustes das unidades instantâneas de sobre corrente em redes de distribuição de média tensão com e sem apresentação geração distribuída. Por meio do cálculo online dos equivalentes de rede a técnica proposta necessita de baixos níveis de intervenção humana para a realização dos estudos de coordenação e seletividade. Os resultados obtidos comprovam a viabilidade técnica da metodologia proposta e corrobora com o estado da arte no tocante ao desenvolvimento das redes elétricas inteligentes. / A self-adaptive technique that improves the instantaneous overcurrent relay settings determination an automatic task, without human intervention neither interruption on electric supply or grid monitoring is proposed. An architecture designed by three layers connected using a communication channel provides that modificationon power electric grid as connection/disconnection of transmissionlines, and/or on generator or load profiles will be automatically reflected on protective device settings. Load current has been used to determine the reach of instantaneous over current relay settings in a médium voltage distribution system considering cases with and without distributed generation connected on the grid. The possibility of online determination at Thevenin equivalent circuit low human interventions to execute coordination study. Obtained results demonstrate the viability of proposed technique an dincrease with state of art a bout improvements of smart electric grids.