Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6963_1.pdf: 1574537 bytes, checksum: 81f967298891df6d9586a0ac10d63505 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / A proteção dos principais componentes que compõe um sistema elétrico de potência contra defeitos internos é feita em sua maioria por relés diferenciais. Em particular, a aplicação deste tipo de releamento na proteção dos transformadores de potência acima de alguns MVA contra faltas internas, vem sendo largamente utilizada com grande eficiência e confiabilidade. O objetivo deste trabalho é desenvolver através do ATPDraw um modelo de relé diferencial digital para transformador, a partir do relé de proteção diferencial BDD15B da General Electric. Ele está fundamentado nos estudos apresentados por Chaudhary, cujo modelo apresenta características de percentagem e restrição harmônica. Suas características, assim como a modelagem dos componentes do relé que usam circuito em ATPDraw com componentes implementados através da função TACS, foram cuidadosamente detalhados sem no entanto fugir ao rigor exigido pela matéria. Os resultados obtidos por simulações foram comparados com os descritos na GEH e mostraram satisfatórios, isto é, dentro dos limites estabelecidos pelo fabricante, validando nosso modelo

O avanço tecnológico e a modernização do sistema elétrico de potência trouxeram vários benefícios para uma operação mais robusta. Neste avanço tecnológico surgiram os relés digitais baseados em microprocessador que possuem diversas funcionalidades, dentre elas o ajuste imediato de seus parâmetros. Tal função permite adotar vários ajustes conforme alterações na rede. Porém, realizar a correção dos parâmetros do dispositivo de proteção de sobrecorrente de forma manual, não apenas torna a rede mais vulnerável a falhas humanas, diminuindo a segurança, como também pode ser inviável dependendo do tamanho do sistema. Portanto, um sistema automático seria uma solução para essa dificuldade. Desta forma, este trabalho propõe um ajuste adaptativo, por meio da Lógica Fuzzy, da corrente de pick-up do relé de sobrecorrente. Para tanto, duas variáveis foram levadas em consideração, a corrente pré-falta e a variação da corrente, onde, através da regra de inferência fuzzy, foram definidos diversos conjuntos de termos da variável corrente de pick-up (saída). A implementação e simulação deste equipamento foram realizadas no software Alternative Transients Program - The Electromagnetic Transients Program (ATP-EMTP) tendo em vista se tratar de uma plataforma computacional de livre acesso e utilização a todos aqueles que se interessem pelo tema. Neste trabalho, foram implementados os relés de sobrecorrente temporizados de tempo inverso e instantâneo, com e sem a unidade direcional. Também foi elaborado um sistema de teleproteção para realizar a coordenação dos equipamentos. Uma vez estruturados tais modelos, foram feitos estudos em sistemas teste do IEEE no sentido de demonstrar e avaliar o desempenho dos relés implementados. Os resultados obtidos mostraram as vantagens da utilização do sistema fuzzy implementado, uma vez que ele é capaz de eliminar diferentes tipos de faltas, além de aumentar a velocidade de atuação em sistemas com geração intermitente e com variação de carga. / The technological advance and modernization of the electric power system have brought several benefits for a more robust operation. In this technological advance, microprocessor-based digital relays have emerged with several functionalities, among them the real-time adjustment of their parameters. This function allows to make various adjustments according to changes in the network. However, performing the correction of the overcurrent protection device parameters manually, not only makes the network more vulnerable to human failure, but also may be unfeasible depending on the size of the system. Therefore, an automatic system would be a solution to this difficulty. In this way, this work proposes an adaptive adjustment, through the Fuzzy Logic, of the pick-up current of the overcurrent relay. For that, two variables were taken into account, the pre-fault current and the current variation, in which, through the fuzzy inference rule, several sets of terms of the current variable of pick-up (output) were defined. The implementation and simulation of this equipment was carried out in the software Alternative Transients Program - The Electromagnetic Transients Program (ATP-EMTP) in order to be a computer platform of free access and use to all those who are interested in the subject. In this work, the inverse time and instantaneous overcurrent relays were implemented, with and without the directional unit. A teleprotection system was also developed to carry out equipment coordination. Once these models were structured, studies were done on IEEE test systems in order to demonstrate and evaluate the performance of the implemented relays. The results have confirmed the advantages on the use of fuzzy system, since it was able to eliminate different types of faults, besides increasing the speed of operation in systems with intermittent generation and with variation of load.

O avanço tecnológico e a modernização do sistema elétrico de potência trouxeram vários benefícios para uma operação mais robusta. Neste avanço tecnológico surgiram os relés digitais baseados em microprocessador que possuem diversas funcionalidades, dentre elas o ajuste imediato de seus parâmetros. Tal função permite adotar vários ajustes conforme alterações na rede. Porém, realizar a correção dos parâmetros do dispositivo de proteção de sobrecorrente de forma manual, não apenas torna a rede mais vulnerável a falhas humanas, diminuindo a segurança, como também pode ser inviável dependendo do tamanho do sistema. Portanto, um sistema automático seria uma solução para essa dificuldade. Desta forma, este trabalho propõe um ajuste adaptativo, por meio da Lógica Fuzzy, da corrente de pick-up do relé de sobrecorrente. Para tanto, duas variáveis foram levadas em consideração, a corrente pré-falta e a variação da corrente, onde, através da regra de inferência fuzzy, foram definidos diversos conjuntos de termos da variável corrente de pick-up (saída). A implementação e simulação deste equipamento foram realizadas no software Alternative Transients Program - The Electromagnetic Transients Program (ATP-EMTP) tendo em vista se tratar de uma plataforma computacional de livre acesso e utilização a todos aqueles que se interessem pelo tema. Neste trabalho, foram implementados os relés de sobrecorrente temporizados de tempo inverso e instantâneo, com e sem a unidade direcional. Também foi elaborado um sistema de teleproteção para realizar a coordenação dos equipamentos. Uma vez estruturados tais modelos, foram feitos estudos em sistemas teste do IEEE no sentido de demonstrar e avaliar o desempenho dos relés implementados. Os resultados obtidos mostraram as vantagens da utilização do sistema fuzzy implementado, uma vez que ele é capaz de eliminar diferentes tipos de faltas, além de aumentar a velocidade de atuação em sistemas com geração intermitente e com variação de carga. / The technological advance and modernization of the electric power system have brought several benefits for a more robust operation. In this technological advance, microprocessor-based digital relays have emerged with several functionalities, among them the real-time adjustment of their parameters. This function allows to make various adjustments according to changes in the network. However, performing the correction of the overcurrent protection device parameters manually, not only makes the network more vulnerable to human failure, but also may be unfeasible depending on the size of the system. Therefore, an automatic system would be a solution to this difficulty. In this way, this work proposes an adaptive adjustment, through the Fuzzy Logic, of the pick-up current of the overcurrent relay. For that, two variables were taken into account, the pre-fault current and the current variation, in which, through the fuzzy inference rule, several sets of terms of the current variable of pick-up (output) were defined. The implementation and simulation of this equipment was carried out in the software Alternative Transients Program - The Electromagnetic Transients Program (ATP-EMTP) in order to be a computer platform of free access and use to all those who are interested in the subject. In this work, the inverse time and instantaneous overcurrent relays were implemented, with and without the directional unit. A teleprotection system was also developed to carry out equipment coordination. Once these models were structured, studies were done on IEEE test systems in order to demonstrate and evaluate the performance of the implemented relays. The results have confirmed the advantages on the use of fuzzy system, since it was able to eliminate different types of faults, besides increasing the speed of operation in systems with intermittent generation and with variation of load.

El avance de las tecnologías de los microprocesadores y ordenadores ha permitido sustituir las protecciones electromecánicas y analógicas clásicas por protecciones digitales. Sin embargo, los algoritmos empleados en éstas últimas tienen serias dificultades cuando las señales procedentes de los transductores de las corrientes y tensiones están afectadas por la saturación de los mismos o por efectos de ferrorresonancia respectivamente, o cuando la falta que se presenta en la línea está afectada por un arco dinámico.Por otro lado, en los últimos años se habían hecho pequeños avances en la aplicación de la inteligencia artificial y en especial en redes neuronales a los sistemas de energía eléctrica. Éstas resultaban especialmente útiles en la predicción del flujo de carga y en la clasificación de patrones de faltas. El término clasificación de patrones engloba un amplio marco de problemas de procesado de información de gran importancia práctica. Con frecuencia estos problemas se resuelven mediante técnicas estadísticas, desarrollando un algoritmo capaz de clasificar un correctamente un patrón no visto anteriormente. Una aproximación al reconocimiento estadístico de patrones se realiza mediante el teorema de Bayes, que expresa la probabilidad de que un patrón pertenezca a una determinada clase, expresando ésta probabilidad a posteriori en función de medidas realizadas previamente. En función de las características observadas se divide el espacio en regiones de decisión separadas por fronteras de decisión o clasificación. Análogamente, las salidas de una red neuronal se pueden interpretar como las probabilidades obtenidas a partir de la función de error (minimizar la función error durante el entrenamiento de la red neuronal es equivalente a buscar la máxima probabilidad), y la red neuronal aproxima las fronteras del clasificador Bayesiano óptimo.Ante estos hechos, y la gran ventaja que supone el modo de trabajo en paralelo de las redes neuronales, nos propusimos como objetivo buscar nuevos caminos en el campo de las protecciones de las redes eléctricas por medio del estudio de las redes neuronales de sistemas de protección que resuelvan los problemas anteriormente apuntados.La metodología empleada consistió en el entrenamiento de los diferentes tipos de redes neuronales utilizadas en los relés de protección mediante datos generados, para distintos tipos de fallos, con un programa de transitorios electromagnéticos (EMTDC/PSCAD) aplicado a un modelo de red muy general que incluye todas las posibles topologías y niveles de carga. Estos patrones fueron empleados para entrenar las redes neuronales mediante un programa en C++ realizado por el autor.También se incorporó en este trabajo, el estudio y la aplicación de la transformada wavelet, que presenta una serie de ventajas frente a métodos tradicionales de procesado de señales. Entre las herramientas tradicionales de análisis de sistemas eléctricos de potencia, se encuentran numerosos algoritmos, basados entre otros, en la transformada de Fourier, filtros de Kalman, etc. Sin embargo, si ocurre un transitorio, las formas de onda asociadas son no periódicas, conteniendo oscilaciones de alta y de baja frecuencia superpuestas a la frecuencia de funcionamiento del sistema eléctrico. En tal situación, debido a que la transformada de Fourier realiza un promedio de la contribución de las frecuencias se pierde la localización de la perturbación en el tiempo. El análisis mediante wavelets supera ésta limitación, realizando un procesado de la señal, que proporciona información en tiempo y en frecuencia. Por ello, la transformada wavelet es una potente ayuda para el análisis, estudio e interpretación de los distintos fenómenos transitorios que se pueden presentar en un sistema eléctrico de potencia. Además, en este trabajo se ha implementado la transformada wavelet mediante una red neu-ronal, lo que nos permite integrar dentro de la red neuronal general de reconocimiento de pa-trones, una subred encargada de llevar a cabo el procesado de señal. El funcionamiento en paralelo de la red neuronal con la información suministrada por las wavelets ha permitido incrementar la velocidad y seguridad de la respuesta del relé neuronal en los primeros instan-tes del fallo. Asimismo, uno de los objetivos de este trabajo era realizar la implementación práctica del diseño realizado en un sistema electrónico que permitiera comprobar la eficacia del mismo. Para llevar a cabo el montaje experimental se necesitaba un sistema que permitiera simular los sistemas eléctricos similares a los empleados en el proceso de diseño y entrenamiento del relé. El Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Bath cuenta con el equipo RTDS, que constituye el complemento del sistema de simulación PSCAD, con el que es posi-ble llevar a cabo la simulación y ensayo de prototipos de equipos eléctricos. Bajo la dirección del Prof. Aggarwal se llevó a cabo las pruebas de laboratorio del relé neuronal que resultaron plenamente satisfactorias. Los alentadores resultados obtenidos son un buen estímulo para el uso de las redes neuronales en las protecciones de alta velocidad para líneas de transmisión de alta tensión ya que hemos obtenido un tiempo de respuesta en la detección en la red neuronal de incluso 1.8 ms para fallos cercanos al relé. El relé también ha dado una buena respuesta frente a ruidos, pérdida de información y cambios bruscos de carga. / The great advance of the microprocessor and computer technology has allowed the electromechanical and analog protection devices to be substituted by digital ones. However, the algorithms used in digital protections have some disadvantages related to the errors caused by current transformer saturation, voltage transformer ferro-resonance or by dynamics arcing faults. Over the past 10 years there have been some advances in the application of artificial intelligence, especially of neural networks, on power system analysis. These applications were useful in the prediction of optimum load flow and fault pattern classification. The term pattern classification encompasses a wide range of information processing problems of great practical significance. Often the framework in which to formulate solutions to pattern recognition is the statistical one, with the develop of an algorithm to be able to correctly classify a previously unseen pattern. One approach to statistical pattern recognition is using Bayes´ theorem, which gives the probability of the pattern belonging to a particular class, and expresses this posterior probability in terms of previous measurements. The space is divided up into decision regions depending on the observed features. The boundaries between regions are known as decision boundaries. The outputs of a neural network can be interpreted as posterior probabilities calculated with the error function (the network training is based on maximum likelihood which is equivalent to minimization of an error function), and the neural network approximates the decision boundaries of the Bayes´ theorem.For these reasons and because of the advantage of the parallel processing capabilities of the neural networks, our objective here is to search for new applications of neural networks on power system protection in order to improve it and solve the problems mentioned above.In order to do this in this thesis, the artificial neural networks are applied to the protection of high voltage transmission lines, assuming dynamic arcing faults, the current transformer saturation, the change of the short circuit levels, the change of the power network topology, the bad and noisy data, and sudden load changes.The methodology carried out in a special training process of the neural networks, using protection relays by means of simulated faults data, obtained by the electromagnetic transient program (EMTDC/PSCAD) applied to a generalized power network model which includes all the possible topologies and load levels. The training algorithm was implemented by the author in the C++ language program.Within this project we included the study and application of the wavelet transform, which showed a series of advantages in front of traditional methods in signal processing. In traditional power signal analysis tools, among several algorithms, the Fourier transform has been used as well as the Kalman filtering, etc. However, in presence of non stationary signals the performance of these techniques are limited. Thus, if there is a local transient over some small interval of time in the lifetime of the signal, the transient will contribute to the Fourier transform, but its location on the time axis will be lost. Wavelets analysis overcomes this limitation by employing an analyzing function that is local both in time and frequency. The wavelet transform is a powerful tool for the study and analysis of transient phenomena in electric power systems.Furthermore, in this work the wavelet transform has been implemented with a neural network which allows us to incorporate it within the whole network for pattern recognition. Both neural networks along with the information supplied by the wavelets, have made it possible to increase the speed and reliability of the relay, especially during the fault inception.Also, one of our aims was to carry out the practical implementation of an electronic board in order to test the performance of the neural relay. To do this, it was necessary to use equipment to carry out the laboratory test, by emulating the same or a similar system employed while designing and training the relay.Prof. R. K. Aggarwal, in the Electrical department in the University of Bath expertise in the application of signal processing and Artificial Intelligence technology for the development of novel intelligent relays for Power Systems, both for transmission and distribution systems. Their experience is not only in the CAD work but also in the design and engineering of proto-type hardware. To do this the RTDS (Real Time Digital Simulator) system was employed. The obtained results were fully satisfactory.These successful tests results encourage investment in neural networks in high speed protec-tion for high voltage transmission lines. The response time is even less than 1.8 ms for faults close to the relay, which has a good performance in front of noise, faulty data and sudden change of load.

Ingeniero Civil Electricista / Los sistemas de comunicación por radio han sido una de las herramientas más comunes para el apoyo de procesos productivos en el sector industrial permitiendo el desarrollo de soluciones a medida, que requieren estudios y diseños específicos por parte de especialistas y empresas del sector de las telecomunicaciones. En este trabajo de memoria de título se ha desarrollado un proyecto de ingeniería que permite, mediante el uso de un sistema de radio comunicación, mejorar el proceso de supervisión de un sistema de descarga de efluentes producidos, tratados y emitidos por la planta Nueva Aldea, perteneciente a la compañía Arauco y Constitución S.A, ubicada en el Km. 21 de la ruta Itata, Región del Bío-Bío (36°39 28.4 S,72°28 34.8 W). El problema abordado es la falta de canales de comunicación adecuados entre la planta de tratamiento de efluentes, ubicada al interior de la planta, y un sistema de conducción que transporta estos efluentes por 55 km, hasta descargarlos en el mar. El estudio llevado a cabo, involucra la caracterización del problema, la definición de los requerimientos y limitaciones para el diseño, además de una revisión de todas las posibles alternativas ofrecidas en el mercado. Los avances de ésta han sido discutidos con el Área de Electro-Control, encargada de administrar todos los sistemas de comunicación de la planta, y finalmente, la solución que mejor se ajusta a los requerimientos deseados y las limitaciones impuestas, resulta ser una red de radio basada en la tecnología RoIP (Radio sobre IP). El diseño ideado, consiste en una disposición de estaciones de radio UHF, intercomunicadas mediante red de datos. Para esto, se considera el uso de un grupo de estaciones subterráneas situadas a lo largo del sistema de conducción, denominadas cámaras de inspección , como puntos de montaje para las estaciones de radio. También, se utiliza la red de fibra óptica dispuesta para la conexión de estas cámaras de inspección , como medio físico para el transporte de los datos producidos por los equipos de conversión RoIP, que digitalizan y paquetizan las transmisiones desde las estaciones de radio UHF. El diseño concebido cumple con requerimientos de privacidad en la comunicación, capacidad de autonomía ante cortes de electricidad y cobertura. Esto último, se apoya con pruebas realizadas en terreno y resultados obtenidos con modelos computacionales. Asimismo, el diseño satisface la meta de tener un costo de implementación menor al de un proyecto anterior presentado por una empresa externa, para solucionar este problema.

Transformadores de potência são dispositivos que requerem atenção especial devido a sua grande importância ao sistema elétrico de potência no qual ele está conectado. Geralmente relés diferenciais são utilizados como proteção primária em transformadores de potência. Nestes relés, a corrente diferencial é comparada com um nível de ajuste e caso ocorra uma falta interna, o transformador deverá ser desconectado do restante do sistema. Entretanto, a simples detecção da presença de uma corrente diferencial não é suficiente para distinguir faltas internas de outras situações que também podem produzir tal corrente. Tais situações surgem durante a energização dos transformadores, devido a saturação dos transformadores de corrente, entre outras, as quais podem resultar em uma incorreta atuação da proteção. Uma rápida e correta discriminação entre faltas internas e outras situações é um dos desafios da moderna proteção de transformadores de potência. A respeito da identificação de faltas internas ou situações de energização, além da mencionada lógica diferencial é acrescentado uma subrotina baseada na restrição de harmônicas. Neste método, a corrente de energização é reconhecida através da presença de uma segunda harmônica obtida por filtros de Fourier. No entanto, o método de filtragem pode algumas vezes retardar a operação da proteção. Além disto, uma componente de segunda harmônica pode também estar presente durante uma falta interna. Este trabalho propõe a utilização da transformada Wavelet - uma poderosa ferramenta matemática - empregada como um meio rápido e eficiente de analisar as formas de onda de transformadores de potência e como uma alternativa a tradicional transformada de Fourier. Os sinais das correntes diferenciais são processados pelas transformadas discretas Wavelet, visando obter uma discriminação entre ambas situações (energização e falta). Um nível de limiar é utilizado após a decomposição Wavelet do sinal para discriminar entre as situações descritas. A janela de dados utilizada para este propósito pode ser variada. Para testar o algoritmo proposto, as simulações de energização e falta foram implementadas, utilizando o programa ATP (\"Alternative Transient Program\"). Em situações onde a janela de dados é reduzida para 1/4 de ciclo o critério de discriminação pode ser otimizado utilizando a transformada discreta de Wavelet auxiliada com técnicas de reconhecimento de padrões. Este trabalho apresenta a utilização de redes neurais artificiais para tal finalidade como exemplo. Resultados encorajadores são apresentados sobre a capacidade de discriminação para as situações descritas assim como a rapidez de resposta quando comparados aos métodos tradicionais. / Power transformers are devices that require special maintenance and care due to their importance to the electrical system to which they are connected. Generally, differential relays are used for the primary protection of large transformers. In such relays, differential currents are compared to a threshold and in the case of an internal fault, the transformer should be disconnected from the rest of the system. However, a simple detection of a differential current is not sufficient to distinguish internal faults from other situations that also produce such a current. Some of these situations appear during transformer energization (inrush currents), CT (current transformer) saturation, among others, which can result in an incorrect trip. A correct and fast distinction of internal faults from the other situations mentioned is one of the challenges for modern protection of power transformers. Concerning the identification of internal faults as opposed to inrush currents, the approach tarditionally used is the aforementioned differential logic together with harmonic restraint. In this method, transformer inrush current due to energization is recognized on the basis of second harmonic components obtained by Fourier filters. However, the filtering method can sometimes delay the protection process. In addition to this, a second harmonic component can also be present during internal faults. This work proposes Wavelet transform - a powerful mathematical tool - employed as a fast and effective means of analyzing waveforms from power transformers, as an alternative to the traditional Fourier transform. The differential signals are processed by discrete Wavelet transform to obtain the discrimination between both situations (inrush and fault). A threshold level is utilized after the Wavelet decomposition to discriminate the situations describeb. The time window used for such purpose can be varied. In order to test proposed algorithm, simulations of fault and inrush currents in a power transformer were implemented using ATP ( \"Alternative Transient Program\") software. When the time window is reduced to only 1/4 of the cycle the discrimination criteria should be optimized using a pattern recognition technique to aid the Discrete Wavelet transform. This study shows as a sample for this purpose the use of artificial neural networks. Very encouraging results are presented concerning the capacity of discrimination of the described situations as well as the speed of response when compared to the traditional method.

O objetivo de um sistema elétrico de potência é gerar energia elétrica e fornecer continuamente esta energia aos usuários finais dentro de padrões de qualidade aceitáveis. Neste contexto, diferentes aplicações usando algoritmos genéticos (AGs) para resolver problemas relacionados a sistemas elétricos de potência são apresentadas neste trabalho. A estimação de harmônicos, estudos relativos aos relés de freqüência e aplicações da proteção de distância são os assuntos investigados nesta tese. Para análise harmônica foram consideradas freqüências em sistemas de potência de até a vigésima quinta ordem, as quais foram estimadas pelos AGs e comparadas àquelas resultantes da análise quando da aplicação da Transformada Discreta de Fourier (TDF). Com respeito aos relés de freqüência, o objetivo foi estimar a amplitude, freqüência e ângulo de fase para diversas situações de formas de ondas utilizando uma nova estrutura que possa ser implementada dispondo em FPGAs (Field Programmable Gate Array). Finalmente, aplicados à proteção de distância, o principal propósito dos AGs foi identificar os fasores fundamentais da tensão e corrente e, então, calcular a impedância da linha medida pelo relé de distância associado. Cabe ressaltar que estes resultados também foram comparados ao método clássico da TDF. Todas as três abordagens foram formuladas como problemas de otimização, com objetivo de minimizar o erro estimado das variáveis envolvidas. Os resultados dessas aplicações mostram que o desempenho global dos Algoritmos Genéticos foi altamente satisfatório considerando-se as precisões das respostas encontradas. / The aim of electric power systems is to generate electricity and to deliver it continuously to the end-user in an acceptable standard. Therefore, different applications using genetic algorithms (GAs) to solve electric power system problems are presented in this work. Harmonic estimation, frequency relays and distance protection are the subjects investigated in this thesis. Concerning harmonic analysis, the ones up to the 25th order were considered in this work. They were estimated by GAs and compared to results obtained from the Discrete Fourier Transform (DFT) technique. Concerning frequency relays, the main objective was to estimate the amplitude, frequency and phase angle of waveforms using a new structure capable to be implemented in a FPGA (Field Programmable Gate Array). Finally, concerning distance protection, the main purpose was use the GAs to identify the fundamental voltage and current phasors and to calculate the line impedance seen by the distance relay. These results were also compared to those obtained from the classic DFT method. These three problems were formulated as an optimization problem, and the objective was to minimize the estimation error. The results from these applications show that the global performance of the genetic algorithms was highly satisfactory concerning the precision of the responses.

O objetivo de um sistema elétrico de potência é gerar energia elétrica e fornecer continuamente esta energia aos usuários finais dentro de padrões de qualidade aceitáveis. Neste contexto, diferentes aplicações usando algoritmos genéticos (AGs) para resolver problemas relacionados a sistemas elétricos de potência são apresentadas neste trabalho. A estimação de harmônicos, estudos relativos aos relés de freqüência e aplicações da proteção de distância são os assuntos investigados nesta tese. Para análise harmônica foram consideradas freqüências em sistemas de potência de até a vigésima quinta ordem, as quais foram estimadas pelos AGs e comparadas àquelas resultantes da análise quando da aplicação da Transformada Discreta de Fourier (TDF). Com respeito aos relés de freqüência, o objetivo foi estimar a amplitude, freqüência e ângulo de fase para diversas situações de formas de ondas utilizando uma nova estrutura que possa ser implementada dispondo em FPGAs (Field Programmable Gate Array). Finalmente, aplicados à proteção de distância, o principal propósito dos AGs foi identificar os fasores fundamentais da tensão e corrente e, então, calcular a impedância da linha medida pelo relé de distância associado. Cabe ressaltar que estes resultados também foram comparados ao método clássico da TDF. Todas as três abordagens foram formuladas como problemas de otimização, com objetivo de minimizar o erro estimado das variáveis envolvidas. Os resultados dessas aplicações mostram que o desempenho global dos Algoritmos Genéticos foi altamente satisfatório considerando-se as precisões das respostas encontradas. / The aim of electric power systems is to generate electricity and to deliver it continuously to the end-user in an acceptable standard. Therefore, different applications using genetic algorithms (GAs) to solve electric power system problems are presented in this work. Harmonic estimation, frequency relays and distance protection are the subjects investigated in this thesis. Concerning harmonic analysis, the ones up to the 25th order were considered in this work. They were estimated by GAs and compared to results obtained from the Discrete Fourier Transform (DFT) technique. Concerning frequency relays, the main objective was to estimate the amplitude, frequency and phase angle of waveforms using a new structure capable to be implemented in a FPGA (Field Programmable Gate Array). Finally, concerning distance protection, the main purpose was use the GAs to identify the fundamental voltage and current phasors and to calculate the line impedance seen by the distance relay. These results were also compared to those obtained from the classic DFT method. These three problems were formulated as an optimization problem, and the objective was to minimize the estimation error. The results from these applications show that the global performance of the genetic algorithms was highly satisfactory concerning the precision of the responses.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-26T17:51:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Roberto Feliciano Dias Filho .pdf: 9251833 bytes, checksum: 7e69dcb3b5f2477c8820d6366c7e31ed (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-26T17:51:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Roberto Feliciano Dias Filho .pdf: 9251833 bytes, checksum: 7e69dcb3b5f2477c8820d6366c7e31ed (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Neste trabalho, é apresentada uma proposta de algoritmo de estimação fasorial adaptável em frequência (PE-A-GDSC) baseado no método generalizado de cancelamento por sinais atrasados (GDSC). Derivado deste método inédito de estimação fasorial, propõe-se, também, um algoritmo de estimação de impedância, inspirado no relé de distância baseado em componentes simétricas (SCDR), mas modificado, na pesquisa realizada, para adequar-se à formulação vetorial do PE-A-GDSC, o que originou o SCDR-GDSC. A integração do PE-A-GDSC ao SDCR-GDSC constitui uma proposta de modelo computacional de um relé numérico de distância simplificado baseado em GDSC, o SNDR-GDSC. Este relé simplificado baseado no GDSC foi submetido a uma exaustiva análise comparativa de desempenho, via simulação computacional, com um relé de distância simplificado baseado em estimação fasorial por DFT de um ciclo. Posteriormente, o SNDR-GDSC foi embarcado em um microcontrolador para viabilizar a etapa de validação experimental da pesquisa. A fundamentação teórica, modelagens matemática e computacional, projeto, análise de resultados e implementação em hardware do SNDR-GDSC são abordados ao longo dos capítulos. / This work presents the generalized delayed signal cancelation (GDSC) method used for estimating the fundamental frequency symmetrical component phasors (PE-A-GDSC). The referred quantities are used in a simplified model of a numerical distance relay (SNDRGDSC), based on an adaptation of a symmetrical component distance relay (SCDR). The GDSC filtering characteristics allow fast frequency adaptive estimation of sequence components even on abnormal conditions of three-phase systems. For analyzing the proposal, its performance is compared to a simplified DFT-based distance relay to verify its feasibility as a distance protection function. Finally, the SNDR-GDSC is embedded into a micro-controller and exposed to real short-circuit data obtained from the buffer of a digital fault recorder, for evaluating the performance of the hardware implementation.

Transformadores de potência são dispositivos que requerem atenção especial devido a sua grande importância ao sistema elétrico de potência no qual ele está conectado. Geralmente relés diferenciais são utilizados como proteção primária em transformadores de potência. Nestes relés, a corrente diferencial é comparada com um nível de ajuste e caso ocorra uma falta interna, o transformador deverá ser desconectado do restante do sistema. Entretanto, a simples detecção da presença de uma corrente diferencial não é suficiente para distinguir faltas internas de outras situações que também podem produzir tal corrente. Tais situações surgem durante a energização dos transformadores, devido a saturação dos transformadores de corrente, entre outras, as quais podem resultar em uma incorreta atuação da proteção. Uma rápida e correta discriminação entre faltas internas e outras situações é um dos desafios da moderna proteção de transformadores de potência. A respeito da identificação de faltas internas ou situações de energização, além da mencionada lógica diferencial é acrescentado uma subrotina baseada na restrição de harmônicas. Neste método, a corrente de energização é reconhecida através da presença de uma segunda harmônica obtida por filtros de Fourier. No entanto, o método de filtragem pode algumas vezes retardar a operação da proteção. Além disto, uma componente de segunda harmônica pode também estar presente durante uma falta interna. Este trabalho propõe a utilização da transformada Wavelet - uma poderosa ferramenta matemática - empregada como um meio rápido e eficiente de analisar as formas de onda de transformadores de potência e como uma alternativa a tradicional transformada de Fourier. Os sinais das correntes diferenciais são processados pelas transformadas discretas Wavelet, visando obter uma discriminação entre ambas situações (energização e falta). Um nível de limiar é utilizado após a decomposição Wavelet do sinal para discriminar entre as situações descritas. A janela de dados utilizada para este propósito pode ser variada. Para testar o algoritmo proposto, as simulações de energização e falta foram implementadas, utilizando o programa ATP (\"Alternative Transient Program\"). Em situações onde a janela de dados é reduzida para 1/4 de ciclo o critério de discriminação pode ser otimizado utilizando a transformada discreta de Wavelet auxiliada com técnicas de reconhecimento de padrões. Este trabalho apresenta a utilização de redes neurais artificiais para tal finalidade como exemplo. Resultados encorajadores são apresentados sobre a capacidade de discriminação para as situações descritas assim como a rapidez de resposta quando comparados aos métodos tradicionais. / Power transformers are devices that require special maintenance and care due to their importance to the electrical system to which they are connected. Generally, differential relays are used for the primary protection of large transformers. In such relays, differential currents are compared to a threshold and in the case of an internal fault, the transformer should be disconnected from the rest of the system. However, a simple detection of a differential current is not sufficient to distinguish internal faults from other situations that also produce such a current. Some of these situations appear during transformer energization (inrush currents), CT (current transformer) saturation, among others, which can result in an incorrect trip. A correct and fast distinction of internal faults from the other situations mentioned is one of the challenges for modern protection of power transformers. Concerning the identification of internal faults as opposed to inrush currents, the approach tarditionally used is the aforementioned differential logic together with harmonic restraint. In this method, transformer inrush current due to energization is recognized on the basis of second harmonic components obtained by Fourier filters. However, the filtering method can sometimes delay the protection process. In addition to this, a second harmonic component can also be present during internal faults. This work proposes Wavelet transform - a powerful mathematical tool - employed as a fast and effective means of analyzing waveforms from power transformers, as an alternative to the traditional Fourier transform. The differential signals are processed by discrete Wavelet transform to obtain the discrimination between both situations (inrush and fault). A threshold level is utilized after the Wavelet decomposition to discriminate the situations describeb. The time window used for such purpose can be varied. In order to test proposed algorithm, simulations of fault and inrush currents in a power transformer were implemented using ATP ( \"Alternative Transient Program\") software. When the time window is reduced to only 1/4 of the cycle the discrimination criteria should be optimized using a pattern recognition technique to aid the Discrete Wavelet transform. This study shows as a sample for this purpose the use of artificial neural networks. Very encouraging results are presented concerning the capacity of discrimination of the described situations as well as the speed of response when compared to the traditional method.