Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-26T16:02:58Z No. of bitstreams: 1 2016_OlaiaPinheiroDiniz.pdf: 3322237 bytes, checksum: 2200088b7f631041e40894975be872d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-10T16:02:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_OlaiaPinheiroDiniz.pdf: 3322237 bytes, checksum: 2200088b7f631041e40894975be872d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-10T16:02:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_OlaiaPinheiroDiniz.pdf: 3322237 bytes, checksum: 2200088b7f631041e40894975be872d7 (MD5) / Apresenta-se nesta dissertação de mestrado a análise do desempenho da proteção diferencial de linhas de transmissão com compensação série implementada considerando-se a característica de restrição modificada do plano alfa (plano-α). Para tanto, são considerados os elementos diferenciais de fase, assim como os de sequência negativa e zero. Utilizando-se do software Alternative Transients Program (ATP), são apresentadas as modelagens de dois sistemas elétricos de potência de 500 kV. O primeiro sistema é constituído de dois equivalentes de Thévenin conectados por uma linha de transmissão de 400 km com compensação série instalada em ambas as extremidades. O segundo, fornecido pela Eletrobras Eletronorte, representa uma parte do sistema interligado nacional (SIN), no qual avalia-se a linha de transmissão circuito 2 (C2) compensada de 387 km do circuito duplo existente entre as subestações de Imperatriz e Presidente Dutra, no estado do Maranhão (Brasil, MA). Com o propósito de se obter modelos mais fidedignos para os sistemas utilizados, a linguagem MODELS do ATP foi implementada nos esquemas de proteção dos bancos de capacitores série constituídos da combinação de um varistor de óxido metálico, do inglês Metal Oxide Varistor (MOV), a um centelhador auto-induzido, do inglês Spark GAP, juntamente com um circuito RL amortecedor. Os centelhadores são controlados através de lógicas de disparo que se baseiam nos valores de corrente medidos e energia absorvida pelo MOV. As simulações apresentadas compreendem análises das respostas transitórias de alguns curtos-circuitos, bem como a sensibilidade paramétrica do sistema diante da variação de dois parâmetros de curto-circuito através das simulações em massa realizadas. Portanto, a fim de dar subsídios para o melhor entendimento da proteção diferencial de linhas de transmissão com compensação série, este trabalho evidencia interessantes análises do comportamento das trajetórias dos quocientes diferenciais no plano-α, principalmente em relação à influência da atuação da proteção dos bancos, inclusive diante de algumas variações paramétricas efetuadas. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This master thesis presents the performance of the differential protection function applied to transmission lines with series compensation, implemented through a modified restraint characteristic on the alpha plane (α-plane). For this purpose, both phase and sequence differential elements are evaluated. By using the Alternative Transients Program (ATP), it is presented the modeling of two 500 kV power electrical systems. The first system consists of two equivalent Thevenin connected by a transmission line 400 km long with series compensation installed at both ends. The second one is provided by Eletrobras Eletronorte and represents a part of the Brazilian interconnected system, in which the evaluated equipment is the compensated transmission line named as 2nd circuit (C2) 387 km long from the existing double circuit between the Imperatriz and Presidente Dutra substations, in the state of Maranhão (Brazil, MA). In order to obtain more reliable designs for the used systems, the ATP MODELS language is implemented in the protection schemes of the series capacitor banks consisting of a combination of a metal oxide varistor (MOV), a self-induced spark GAP, along with an RL damping circuit. The spark GAP is controlled by trigger logics which are based on the measured current values and the energy absorved by the MOV. The simulations presented covers transient response analysis for some short circuits as well as the system parametric sensitivity by means of the variation of two short-circuit parameters through the obtained mass simulations. Therefore, in order to accomplish a better understanding about the series compensated transmission line differential protection, this master thesis shows interesting analysis of the behavior of the differential quotient trajectories in the α-plane, especially in relation to the effect due to the operated series capacitor banks protection, including through some parametric variations simulated.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017. / Submitted by Raiane Silva (raianesilva@bce.unb.br) on 2017-07-14T19:53:35Z No. of bitstreams: 1 2017_LeticiaAlmeidaGama.pdf: 4514497 bytes, checksum: 98641e3487ba5fb1b92186acd1c75ff4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-30T22:26:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_LeticiaAlmeidaGama.pdf: 4514497 bytes, checksum: 98641e3487ba5fb1b92186acd1c75ff4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T22:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_LeticiaAlmeidaGama.pdf: 4514497 bytes, checksum: 98641e3487ba5fb1b92186acd1c75ff4 (MD5) Previous issue date: 2017-08-30 / Este trabalho apresenta a análise das trajetórias do elemento diferencial convencional no plano alfa, juntamente com a análise de um elemento diferencial incremental. A dedução analítica dos elementos de fase convencional e incremental, assim como a dedução dos elementos de sequência zero e negativa, é desenvolvida. Para avaliar o desempenho do algoritmo de proteção são realizadas análises transitórias, utilizadas para avaliar o comportamento da proteção principalmente durante a fase de transição entre a pré-falta e a falta, e análises de sensibilidade paramétrica, nas quais é possível avaliar a influência dos parâmetros do sistema elétrico durante o regime permanente de falta por meio das trajetórias no plano alfa. Estas análises foram realizadas por meio do software Alternative Transients Program (ATP) e considerando um sistema de uma linha de transmissão de 500 kV de 200 km de extensão. O sistema teste é simulado em várias condições de falta, para as quais, os parâmetros variam em uma ampla faixa de valores. Em geral são analisados os seguintes parâmetros: carregamento do sistema, força das fontes utilizando a variável SIR, resistência de falta, assim como a localização e os tipos de faltas. Os resultados obtidos evidenciam as vantagens do elemento incremental proposto, e confirmam o comportamento eficiente e apropriado exibido pelo algoritmo. Através destes resultados conclui-se que o algoritmo proposto pode se tornar uma alternativa segura para a proteção de linhas de transmissão. / This work presents an analysis of the trajectories of the conventional differential element on the alpha plane, along with the analysis of a incremental differential element. The analytical deduction of the conventional and incremental phase elements, as well as the deduction of the zero and negative sequence elements is developed. In order to evaluate the performance of the protection algorithm, it is performed transient analyzes, used to evaluate the protection behavior mostly through the transition between the pre fault and fault periods, and parametric sensitivity analyzes, in which it is possible to evaluate the influence of the electrical system parameters during the fault steady state through the trajectories in the alpha plane. These analyzes were carried out using the software Alternative Transients Program (ATP) and considering a 500 kV 200 km long transmission line system. The test system is simulated under several fault conditions in which, the parameters vary over a wide range of values. In general, system loading, source strength using the SIR variable, fault resistance, as well as location and types of faults were analyzed. The obtained results attest the advantages of the proposed incremental element, and confirm the efficient and appropriate behavior exhibited by the algorithm. Through these results it is concluded that the proposed algorithm can become a safe alternative for the protection of transmission lines.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-01-25T17:02:16Z No. of bitstreams: 1 2016_EduardoJorgeSilvaLeiteJunior.pdf: 9286170 bytes, checksum: 2db7893d4a591070b12795b2c34af847 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-03-09T14:43:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_EduardoJorgeSilvaLeiteJunior.pdf: 9286170 bytes, checksum: 2db7893d4a591070b12795b2c34af847 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T14:43:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_EduardoJorgeSilvaLeiteJunior.pdf: 9286170 bytes, checksum: 2db7893d4a591070b12795b2c34af847 (MD5) / Apresenta-se neste trabalho um estudo da aplicação no domínio do tempo da proteção de linhas de transmissão baseada na comparação de fases. Analisam-se adaptações para a versão tradicional do algoritmo em estudo, verificando quais destas podem tornar a proteção por comparação de fases no domínio do tempo menos influenciada pela componente CC de decaimento exponencial, ângulo de incidência da falta, resistência de falta, força das fontes e carregamento do sistema. Os estudos se baseiam na análise de diversas condições de falta e na comparação das atuações da proteção quando utilizados como sinais de entrada elementos de fase, de sequência e elementos incrementais. Para tanto, utiliza-se o software Alternative Transients Program para simular faltas em uma linha de transmissão de 500 kV/60Hz de 200 km de comprimento, considerando diferentes valores de carregamento, parâmetros de falta e valores de Source-to-line Impedance Ratio (SIR). Dos resultados obtidos, identificam-se as adaptações que tornam o algoritmo mais rápido e menos sensível à componente CC de decaimento exponencial, ao ângulo de incidência da falta, à resistência de falta e ao carregamento do sistema, sem comprometer a confiabilidade e seletividade de fases da proteção. / In this work, the time-domain application of the phase comparison transmission line protection is studied. Adaptations to the traditional version of the studied algorithm are evaluated, identifying those that make the phase comparison line protection less influenced by the decaying DC component, fault inception angle, fault resistance, sources'strength and system loading. The presented studies are based on the analysis of several fault conditions and on the comparison of the protection performances when phase, sequence and incremental elements are used. In order to do so, the Alternative Transients Program (ATP) is used to simulate faults on a 500 kV/60 Hz transmission line 200 km long, considering different system loading conditions, fault parameters and Source-to-line Impedance Ratio (SIR) values. From the obtained results, one identifies the adaptations that make the time-domain phase comparison line protection faster and less sensitive to the decaying DC component, fault inception angle, fault resistance and system loading, without compromising the protection reliability and phase selectivity.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-02-02T18:42:24Z No. of bitstreams: 1 2016_MariaLeonorSilvadeAlmeida.pdf: 6245659 bytes, checksum: 6fb9b47e04d1afb99cf5ac2c2ac6eca4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-08T19:25:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_MariaLeonorSilvadeAlmeida.pdf: 6245659 bytes, checksum: 6fb9b47e04d1afb99cf5ac2c2ac6eca4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T19:25:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_MariaLeonorSilvadeAlmeida.pdf: 6245659 bytes, checksum: 6fb9b47e04d1afb99cf5ac2c2ac6eca4 (MD5) / Propõe-se na presente tese um novo algoritmo de proteção diferencial para linhas de transmissão baseado em um inovador plano alfa de potências complexas incrementais, o qual emprega uma característica de restrição simplesmente definida por seu semiplano esquerdo. Para tanto, e considerando o emprego da memória de tensão de sequência positiva desenvolvida, o algoritmo proposto calcula as potências complexas incrementais em cada uma das fases em ambos os terminais da linha. Como a potência é analisada por fase, é possível identificar automaticamente a fase defeituosa, permitindo, assim, o trip segregado por fase. O algoritmo proposto ainda incorpora uma função que detecta a ocorrência de distúrbios e outra que identifica a ocorrência de chaveamentos, assegurando então a correta operação durante situações de manobras no sistema de potência protegido. Ademais, a proteção diferencial de potência apresentada utiliza uma estratégia simples – quecombina a restrição de harmônicas com um detector de falta externa – capazde evitar a operação inadequada em situações de curto-circuito externo que levem à saturação dos transformadores de corrente. A fim de validar o desempenho do algoritmo, empregou-se o softwareAlternativeTransientsProgram(ATP) para simular uma linha de transmissão, de 500kV e 200km, quando submetida a diversas condições de operação. As simulações realizadas foram divididas em análises transitórias – nasquais se avalia o comportamento da proteção durante situações de curto-circuito e durante manobras de chaveamento na linha – eanálises de sensibilidade paramétrica, nas quais se investiga a influência de cada um dos parâmetros envolvidos no curtocircuito durante o regime permanente de falta. Por fim, realizou-se uma avaliação comparativa da proteção diferencial de potência proposta com a tradicional proteção diferencial de corrente (fundamentada nos elementos de fase e de sequência). Os resultados obtidos revelam que o algoritmo proposto provê uma alternativa apropriada, eficiente, segura e rápida para proteção da linha de transmissão. / The present thesis proposes a new transmission line differential protection algorithm basedon an innovative incremental complex power alpha plane, in which the restraint characteristicis defined simply as its left complex half-plane. In order to do so, and using memorized positivesequence voltage, the proposed algorithm calculates incremental complex power for each phaseat both terminals of the line. As the power is computed for each phase, it is possible to automaticallyidentify the faulty phase, thus allowing the trip segregated by phase. The proposedalgorithm also incorporates a function that detects disturbances nearby the line and anotherfunction that identifies line switching maneuvers, providing correct line protection for differentmaneuver conditions of the protect system. Furthermore, the presented power differential protectionuses a simple strategy - which combines harmonic restriction with an external faultdetector - able to avoid improper operation in situations of external fault with the presence ofsaturated current transformers. Aiming to evaluate the performance of the proposed algorithm,a wide variety of fault scenarios are simulated for a 500 kV transmission line 200 km long usingthe software Alternative Transients Program (ATP). The performed simulations were dividedinto transient analysis – in which the performance of the proposed algorithm during fault situationsand switching maneuvers are evaluated – and parametric sensitivity analysis, in whichthe influence of each variable is analyzed for the fault steady state. Finally, it was performedcomparative evaluation between the proposed power differential protection and the current differential protection traditional (based on the phase and sequence elements). The obtainedresults reveal that the proposed algorithm is an appropriate, efficient, safe and fast alternativefor protection of transmission line.

Dissertação (mestrado)— Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2015-01-27T13:26:51Z No. of bitstreams: 1 2014_EdgarCarvalhoMolas.pdf: 4247800 bytes, checksum: 0bc80ccd9b507d9410a204cb86ed82d3 (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2015-02-10T16:39:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_EdgarCarvalhoMolas.pdf: 4247800 bytes, checksum: 0bc80ccd9b507d9410a204cb86ed82d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-10T16:39:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_EdgarCarvalhoMolas.pdf: 4247800 bytes, checksum: 0bc80ccd9b507d9410a204cb86ed82d3 (MD5) / Neste trabalho implementa-se um modelo de relé digital de proteção diferencial de linhas de transmissão, que utiliza o método de detecção de faltas baseado no plano alfa (plano- ). Emprega-se as unidades de fase e sequência para garantir mais sensibilidade à defeitos com elevada resistência de falta ou que ocorram em sistemas com fontes fracas. Aplica-se a técnica do plano- generalizado, que permite a proteção de sistemas com múltiplos terminais e o uso de lógicas adicionais para elevar a segurança do esquema de proteção. São utilizados: atraso de atuação nas unidades de sequência, eliminação da corrente capacitiva, restrição por componentes harmônicas e detecção de faltas externas. São deduzidos analiticamente os quocientes de regime permanente de falta do plano- relativos à operação de uma linha curta, visando identi car os parâmetros que afetam sua localização. Simulações no MATLAB com modelos simpli cados de linhas curtas e longas são utilizadas para observar as trajetórias dos quocientes em função da resistência de falta, da corrente capacitiva e da corrente de carga. O ATP (Alternative Transients Program) em conjunto com a MODELS para foi usado para simular, modelar e visualizar a dinâmica entre o sistema elétrico de potência e o relé de proteção implementado. Toda a modelagem, desde o sistema de potência até os componentes do relé de proteção, é descrita detalhadamente, seguida de testes para validar o modelo desenvolvido e veri car o desempenho da proteção diferencial. São realizadas análises no tempo, de curtoscircuitos em condições que podem afetar a detecção de faltas no plano- , bem como avaliações em regime permanente através do ATP, para veri car as diferenças resultantes da aplicação de um modelo mais completo da linha. Os resultados evidenciam que somente as unidades de fase não garantem a sensibilidade e segurança necessárias para a proteção de linhas de transmissão. As unidades de sequência, com sensibilidade muito superior, em conjunto com todas as lógicas adicionais, complementam as unidades de fase, formando um sistema de proteção rápido, sensível, con ável e seguro. _________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this study, a digital transmission line di erential protection relay, based on the alpha plane ( -plane), is implemented. Phase and sequence units are applied, in order to achieve high sensibility against high impedance faults and faults in systems with weak sources. The protection scheme uses the generalized alpha plane technique, that allows multiterminal systems protection through the -plane and additional logics that aim to increase security of the protection system. Sequence units trip delay, charging current compensation, harmonic restraint and external fault detection logics are employed. The analytic equations of the -plane ratios are deduced for internal faults in short lines in order to identify the parameters that have a ect their position ion the plane. Fault simulations are made through MATLAB using simpli ed transmission line models to verify the trajectories of the di erential elements according to certain parameters as the fault resistance, capacitive current and line loading. The ATP (Alternative Transient Program) and its MODELS environment are used as tools for modeling, simulating and visualizing the dynamic between the power system and the implemented relay. Each power system component and relay parts are described in details, followed by simulations to evaluate the developed model and to verify the di erential protection performance. Transitory and steady state analyses of hard-to-detect faults are made through ATP to demonstrate the di erences of using a complete long line model. The results show that the phase units alone are not enough to ensure the security and sensibility levels required to protect the transmission lines. The sequence units, that present much higher sensitivity, combined with the additional logics, complement the phase units, providing a fast, sensitive and reliable, protection system.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-05T12:38:46Z No. of bitstreams: 1 2016_AlfredoMiguelPianetaEscudero.pdf: 3029900 bytes, checksum: a90bedf1eff29217006b113b0287ba44 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-25T21:24:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AlfredoMiguelPianetaEscudero.pdf: 3029900 bytes, checksum: a90bedf1eff29217006b113b0287ba44 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-25T21:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AlfredoMiguelPianetaEscudero.pdf: 3029900 bytes, checksum: a90bedf1eff29217006b113b0287ba44 (MD5) / Apresenta-se neste trabalho a implementação e testes de uma nova função de proteção diferencial numérica de baixa impedância para barramentos, na qual os conceitos da proteção diferencial tradicional são mapeados para a teoria da transformada wavelet. Para tanto, energias de operação e restrição são calculadas utilizando os coeficientes wavelet e escala obtidos a partir dos sinais de corrente medidos no sistema monitorado. Tradicionalmente, a operação da proteção de barramentos se baseia nos elementos filtrados, ou seja, nos fasores fundamentais, o que resulta em atrasos adicionais nas atuações da proteção. Neste trabalho, utilizam-se elementos instantâneos para reduzir os tempos de atuação. O critério de operação da proteção se baseia nas lógicas de atuação 1-de-1 e 2-de-2, as quais têm sido amplamente empregadas em relés reais disponíveis no comércio. Para avaliar a função de proteção proposta, diferentes condições de operação de um sistema de barra dupla de 230 kV foram simulados no AlternativeTransientsProgram (ATP). Os resultados obtidos revelam que o esquema de proteção diferencial de barramentos proposto opera de forma seletiva em casos de faltas internas e externas ao barramento, resultando em tempos de atuação menores que 1 milissegundo, mesmo quando aplicado em subestações com configurações complexas e flexíveis. Além o esquema garante a operação estável durante condições de saturação de transformadores de corrente para faltas externas, considerada a situação mais adversa que pode afetar a proteção de barramentos, levando a eventuais operações indevidas da mesma. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents the implementation and test of a new numerical lowimpedance busbar differential protection function, in which the fundamentals of traditional differential protection are adapted to the wavelet transform domain. In order to do so, operating and restraint energies are computed using the wavelet and scaling coefficients obtained from the current signals measured in the monitored system. Traditionally, the differential protection is based on filtered elements, i.e., in fundamental phasors, what results in additional operation delays. In this work, instantaneous elements are used in order to reduce the protection operation time. The 1-out-of-1 and 2-out-of-2 operating tripping logics are used, which have been widely applied in actual numerical relays commercially available. To evaluate the proposed protection function, different operating conditions of a 230 kV double busbar arrangement were simulated in the Alternative Transients Program (ATP). The obtained results reveal that the proposed busbar protection scheme is selective in cases of faults internal and external to the monitored busbar, resulting in protection operation times less than 1millisecond, even when it is applied in substations with complex and flexible topologies.Also the protection scheme remains stable operations during external faults with external fault saturation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-01-25T13:46:03Z No. of bitstreams: 1 2016_IvoSilveiradosSantosFilho.pdf: 4860494 bytes, checksum: 701691a41b43a4fb44c64498adb91839 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-03-14T18:48:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_IvoSilveiradosSantosFilho.pdf: 4860494 bytes, checksum: 701691a41b43a4fb44c64498adb91839 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-14T18:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_IvoSilveiradosSantosFilho.pdf: 4860494 bytes, checksum: 701691a41b43a4fb44c64498adb91839 (MD5) / Apresentam-se nessa dissertação os resultados da primeira implementação em hardware dos algoritmos de proteção diferencial de transformadores pesquisados no âmbito do Laboratório de Proteção de Sistemas Elétricos – LAPSE da Universidade de Brasília. Foram desenvolvidos dois dispositivos: um hardware microprocessado e um SOC (System on a Chip) em FPGA (Field Programmable Gate Array). Por intermédio de casos simulados no software ATP (Alternative Transient Program), foram testados os comportamentos das funções diferenciais de fase (87T), de sequência negativa (87Q) e de falta à terra restrita (87REF), bem como o bloqueio por harmônicos capaz de detectar correntes de inrush. Os resultados obtidos indicam desempenho satisfatório no que concerne à velocidade e robustez verificados em dispositivos disponíveis no mercado. Além disso, o trabalho desenvolvido apresenta metodologia de desenvolvimento de hardware que pode ser aplicada a outros algoritmos de proteção de sistemas de potência desenvolvidos no LAPSE, além da proteção diferencial de transformadores, permitindo a verificação de suas eficácias frente a situações reais ou simuladas. / The results of the first hardware implementation of the transformer differential protection algorithms researched in the scope of the Electrical Systems Protection Laboratory - LAPSE of the University of Brasilia are presented in this dissertation. Two devices were developed: a microprocessor-based hardware and a FPGA (Field Programmable Gate Array) SOC (System on a Chip). Through simulated cases in software ATP (Alternative Transient Program), the behavior of the phase differential function (87T), the negative sequence (87Q) and restricted earth fault (87REF) have been tested, as well as a blocking harmonic module able to detect inrush currents. The results indicate satisfactory performance with regard to the speed and robustness verified in devices available in the market. In addition, the developed work presents methodology of hardware development that can be applied to other algorithms of protection of power systems developed in the LAPSE, besides the differential protection of transformers, allowing the verification of their efficacies through real or simulated situations.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-04-11T20:06:39Z No. of bitstreams: 1 RodrigoPradoDeMedeiros_TESE.pdf: 23526132 bytes, checksum: 52eacda3bf132cc7b21e6f712b970cc0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-04-16T22:03:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RodrigoPradoDeMedeiros_TESE.pdf: 23526132 bytes, checksum: 52eacda3bf132cc7b21e6f712b970cc0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-16T22:03:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodrigoPradoDeMedeiros_TESE.pdf: 23526132 bytes, checksum: 52eacda3bf132cc7b21e6f712b970cc0 (MD5) Previous issue date: 2017-12-21 / O Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A função diferencial é largamente utilizada na proteção de transformadores de potência, levando a uma discriminação confiável entre faltas internas e outros eventos associados à operação do transformador. No entanto, a função de proteção diferencial convencional baseada na estimação de fasores de corrente apresenta dificuldades na detecção de algumas faltas internas, tais como faltas espira-espira e espira-terra próximos ao neutro do transformador, e dependência das funções de bloqueio e de restrição por harmônicos na manutenção da segurança do esquema de proteção durante condições de inrush, sobreexcitação do transformador e faltas externas com saturação do transformador de corrente. Para melhorar o desempenho e a confiabilidade dos métodos tradicionais, um elemento de sequência negativa de alta sensibilidade tem sido utilizado em conjunto com as funções de bloqueio e restrição por harmônicos. Por outro lado, faltas internas e demais distúrbios associados à proteção de transformadores apresentam transitórios, os quais podem ser detectados de forma adequada pela transformada wavelet. Propõe-se neste trabalho recriar os tradicionais elementos diferenciais de corrente de fase e de sequência negativa por meio da utilização da transformada wavelet discreta redundante com efeitos de bordas das correntes que fluem nos enrolamentos secundários dos TCs ligados em conexão diferencial. O método proposto foi avaliado, quanto aos índices de desempenho de taxa de sucesso e tempo de operação, para simulações extensivas de faltas internas, faltas externas, saturações do TC, faltas simultâneas e energizações do transformador na ausência e na presença de falta, e o seu desempenho foi comparado com o de um esquema de proteção diferencial clássico. O método proposto foi bastante rápido, reduzindo o tempo de operação da proteção de alguns milissegundos para alguns microsegundos, confiável, seguro, simples (apenas duas funções diferenciais), imune ao ruído e apresentou um pequeno esforço computacional quando da sua implementação em um processador para aplicações em tempo real. Os resultados obtidos revelaram as vantagens da utilização da transformada wavelet na proteção diferencial em relação à proteção convencional, e critérios exigidos em sistemas de proteção, tais como confiabilidade, segurança e velocidade foram devidamente atendidos. / The differential function is widely used in power transformer protection, leading to a reliable discrimination between internal faults and other events associated with power transformer operation. However, the conventional differential protection function based on the estimation of current phasors presents difficulties in the detection of some internal faults, such as turn-to-turn faults and turn-to-earth faults close to the transformer neutral, and dependence on the harmonic restraint and harmonic blocking functions in maintaining protection scheme security during inrush conditions, overeexcitation, and external faults with current transformer saturation. In order to improve the performance of the traditional methods, a negative sequence differential element with high sensitivity has been used in association with the commom harmonic blocking and harmonic restraint functions. However, internal faults and other disturbances associated to the power transformer protection present transients, which can be properly detected by using the wavelet transform. This paper proposes recreate the traditional phase and negative sequence current differential elements by using the boundary discrete wavelet transform of the currents flowing through the secondary winding of the CTs connected in differential connection. The proposed method was evaluated for the success rate and operating time performance indices for extensive simulations of internal faults, external faults, CT saturations, crosscountry faults and transformer energizations in the absence and presence of fault, and its performance was compared to that of a classical differential protection scheme. The proposed method was very fast, reducing the protection operation time from a few milliseconds to some microseconds, reliable, safe, simple (only two differential functions), immune to noise and presented a low computational burden when implemented in a digital signal processor for real-time application purposes. The results obtained revealed the advantages of use of the wavelet transform in the differential protection in relation to conventional protection, and criteria required in protection systems, such as reliability, safety and speed, have been adequately met.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-05-02T22:45:42Z No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-05-07T21:22:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T21:22:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JessikaFonsecaFernandes_DISSERT.pdf: 1169604 bytes, checksum: 88c31a572a86241efaffed09af838ffb (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Transformador de potência é um dos principais ativos do sistema elétrico, o qual é responsável pela interligação de redes elétricas em diferentes níveis de tensão. A proteção desse ativo deve atuar de forma rápida e eficiente para casos de falta interna ao transformador, pois dependendo da severidade da falta pode levar à perda do ativo. A principal função de proteção utilizada em transformadores de potência é a proteção diferencial, por ser uma função rápida e seletiva. Entretanto, essa função de proteção pode atuar indevidamente em casos de energização de transformadores, assim como diante de faltas externas na presença de distorções na forma de onda da corrente devido à saturação dos transformadores de corrente. Outro problema, é a não atuação da proteção diferencial para casos de falta interna nos enrolamentos do transformador envolvendo poucas espiras. Portanto, neste trabalho propõe-se uma alternativa para melhorar a proteção diferencial de transformadores usando a combinação de algoritmos de aprendizado de máquina e a transformada wavelet. O método proposto recria a função diferencial usando um detector de distúrbios, por meio das energias dos coeficientes wavelet, o qual habilita as funções diferenciais neuro-wavelet de fase e sequência negativa, que são baseadas em máquinas de vetor de suporte. O método proposto conta ainda com um classificador de falta interna, também baseado em máquinas de vetor de suporte, para realizar a classificação do tipo de falta e auxiliar na lógica de trip do relé. O método proposto atuou em 100% dos casos de falta interna, não atuou para energização de transformadores e faltas externas nos casos avaliados. Quando comparado com o método convencional, obteve um tempo médio de operação superior. Além disso, o esquema de proteção diferencial proposto pode funcionar em conjunto com as demais proteções do sistema enviando sinais de alerta, como por exemplo, para condições de falta externa ao transformador, tornando, assim a proteção mais confiável e inteligente. / Power transformer is one of the main equipment of the electrical system which is responsible for the interconnection of electrical networks at different voltage levels. The protection of this equipment must work quickly and efficiently in cases of internal fault in the transformer, because depending on the severity of the fault can lead to the loss of the transformer. The differential function has been widely used in protection for power transformer, because it is a quick and selective function. However, this protection functionmay work unduly in cases of transformers energizing, as well as external faults with distortions in the current waveform due the saturation of the current transformers. Another problem it is no sensitivity for cases of internal fault in the transformer windings involving few turns. Therefore, this work proposes an alternative to improve the differential protection of transformers using the combination of Machine Learning Algorithms and the wavelet transform. The proposed method recreates the differential function using a disturbance detector, by means of the energies of the wavelet coefficients, which enables the phase and negative sequence neuro-wavelet differential functions, which are based on support vector machines. The proposed method also has an internal fault classifier, also based on support vector machines, to perform fault type classification and assist in the relay trip logic. The proposed method send trip signal in 100% of the evaluated internal fault cases, providing no trip to energization of transformers and external faults. The proposed differential protection scheme can work in conjunction with other system protections by sending warning signals, for example in external fault conditions of the transformer, so it is doing the protection more reliable and intelligent.

Orientador: Jose Sanches Mantovani / Resumo: Neste trabalho propõe-se um método para a localização de faltas que, em conjunto com a lógica de um relé diferencial numérico, deve ser usado para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC). Este método visa solucionar o problema de localização de faltas melhorando a precisão dos algoritmos que utilizam medições de sinais de tensão e corrente numa terminação da linha de transmissão. O cálculo da distância entre a terminação da linha de transmissão e o ponto de incidência da falta é realizado utilizando dois procedimentos: um para faltas produzida no trecho entre a terminação local da linha de transmissão e o TCSC; e o outro para faltas no trecho entre o TCSC e a terminação remota. A detecção do trecho de incidência da falta é obtido usando as medições de escorregamento angular dos sinais de corrente em ambos os extremos da linha de transmissão e a medição da resistência de falta no extremo local, que é variável durante o intervalo de início até um ciclo depois da ocorrência da falta. A aplicação da lógica difusa na comparação destas medições permite detectar com precisão o trecho com falta. O método proposto foi testado usando um sistema teste da literatura onde múltiplos casos de faltas em diferentes pontos da linha de transmissão foram simulados. Os resultados mostram a capacidade do algoritmo em localizar precisamente a posição de ocorrência da falta. / Abstract: This paper proposes a methodology for locating faults in transmission lines with thyristor-controlled series compensation (TCSC) that are protected by numerical differential relays. The proposed methodology aims to overcome problems of fault location improving the accuracy of algorithms that use voltage and current measurement signals from a transmission line termination. The calculation of the distance between the transmission line termination and the fault incidence point employs two procedures: one for faults in the transmission line section limited by the local termination and TCSC; and other for faults in the section limited by the TCSC and remote termination. The detection of the fault incidence section is achieved using measurements of angular deviation for both transmission line terminations and the measurement of fault resistance in the local termination, which varies during the interval from the beginning to one cycle after the fault occurrence. The use of fuzzy logic for comparing these measurements permits the accurate detection of the fault incidence section. The proposed method is tested using a test system from literature system where multiple fault cases in different positions of the transmission line are simulated. The results show the algorithm capability to locate accurately the position of fault occurrence. / Mestre