Os sistemas de comunicação de dados sempre foram considerados um fator crítico na operação em tempo real do sistema elétrico de potência, devido a necessidade de decisões rápidas e precisas em pontos geograficamente distribuídos, desde usinas geradoras de energia até interfaces de usuários. Com a tecnologia digital, as medições, sinalizações e comandos são encapsulados em pacotes de dados que trafegam na rede da subestação, utilizando protocolos que estabelecem os formatos, as regras, os métodos, negociando e concordando no uso de parâmetros, que assegurem o transporte de informações entre dois ou mais dispositivos do sistema de automação da subestação. Uma vez que o número de protocolos de comunicação tem se tornado um desafio para usuários e fabricantes, criando ilhas de informação, o padrão IEC-61850 busca harmonizar a diversidade de equipamentos e fabricantes, e possibilitar a integração de dados para que o máximo dos benefícios possa ser extraído. Como proposta que principia esta dissertação, ambiciona-se expor a implementação no Laboratório de Sistemas de Energia Elétrica, da Universidade de São Paulo, de uma infra-estrutura de comunicação de dados e redes de computadores, Intranet, que possibilita experimentação, medição, analise e avaliação da interoperabilidade de informações, e intercambialidade de equipamentos com supervisão, controle e proteção, essencialmente, reles digitais comerciais, aqui denominados equipamentos eletrônicos inteligentes. Com o intuito de desenvolver aplicações focadas ao estudo da automação de subestações entre os níveis de processo e bay, utilizando a infraestrututa supracitada, apresenta-se neste trabalho uma lógica para controle de um bay típico de saída de linha, dispondo de meios de comunicação de dados, e uma lógica para comutação entre fontes de alta tensão em uma subestação industrial. Estes casos oportunizaram a realização de testes quanto a troca de informações adotando o padrão IEC-61850 como protocolo de comunicação, e a rede Ethernet em substituição a fiação paralela, freqüentemente utilizada como canal de comunicação, alem da intercambialidade entre dispositivos eletrônicos inteligentes de fabricantes distintos. Houve em 100% dos casos evidenciados, correta recepção dos comandos via fiação paralela ou mensagens GOOSE. Através dos resultados obtidos, percebeu-se a estabilidade e eficiência das lógicas implementadas e uma redução nos tempos necessários para troca de informações após migração para o padrão IEC-61850. Neste ínterim, busca-se avaliar o comportamento no tempo de mensagens do tipo GOOSE, Generic Object Oriented Substation Event, em condições distintas de trafego e de configuração da topologia lógica da rede de comunicação, monitorando um possível extravio entre as mensagens geradas por um emissor e aquelas recebidas por um ou mais destinatários. Em todas as aplicações foi utilizada uma metodologia para especificar a automação das lógicas discretas mediante emprego do padrão IEC-61850, caracterizando conceitos, como, por exemplo, a especificação funcional das aplicações, o mapeamento das informações enviadas e recebidas, a definição do tipo de no lógico utilizado, a configuração do serviço de mensagens GOOSE e, a atribuição da estrutura de dados de cada no lógico aos pontos pertinentes dentro das lógicas preestabelecidas. Os resultados obtidos refletiram no ambiente laboratorial demandas reais solicitadas pelo sistema elétrico de potência. / Data communication has always been considered as a critical factor in real time operation of electric power systems. This is due to the need for fast and accurate decisions at different locations, from power generation to the user interfaces. With the digital technology, measurement, signals and commands are encrypted into data packets that travels on the substation network, using protocols that provide the format, rules, methods, dealing with parameters which ensure the traffic of information between two or more devices in the substation automation system. Since the number of communication protocols has become a challenge for users and manufacturers, creating islands of information, the IEC-61850 standard seeks for harmonization of the different equipment and manufacturers, enabling the integration of data for maximum performance. The proposal of this work is the actual implementation, at the Energy Systems Laboratory from the University of Sao Paulo, of an infrastructure of data communication network, which allows experimentation, measurement, analysis and assessment of information, interoperability and interchangeability of supervision, control and protection equipment, especially Intelligent Electronic Devices (IEDs). In order to develop applications focused on the study of automation of substations between the process and bay levels, using the infrastructure mentioned above, a logic to bay control using data communication, as well as a logic for high voltage source switching are presented. These situations test information exchange using the IEC-61850 standard as a communication protocol, and the Ethernet network replacing parallel wiring. It also tests the interchangeability amongst IEDs from different manufacturers. There were in 100% of the cases tested, correct reception of commands using parallel wiring or GOOSE messages. From the results, the stability and efficiency of the implemented logic can be observed as well as a reduction in time required to exchange information in the system. Moreover, a behavior evaluation in time of GOOSE messages was implemented for different traffic and topology conditions, monitoring possible loss of messages. In all applications a methodology to specify the automation of discrete logic using the standard IEC-61850 was implemented, featuring concepts, such as the functional specification of the applications, data mapping, the definition of the type of logic node used, the configuration of GOOSE, as well as the allocation of data structure for each logical node. The results reflects in the laboratory environment the demands requested by an actual electric power system.

Este trabalho apresenta um procedimento completo de simulação da proteção digital diferencial aplicada a transformadores de potência, visando o emprego deste à avaliação do comportamento de relés comercialmente disponíveis. Foi escolhido o software ATP (Alternative Transients Program) como ferramenta para a simulação de distintas situações sobre um sistema diferencial de proteção aplicado a um transformador de 25 MVA. Dentre as ocorrências evidenciadas, destacam-se: situações de faltas internas, faltas externas, situações de energização e energização com falta interna do transformador, condição de sobreexcitação e de saturação de TC (Transformador de Corrente). Cabe comentar que das simulações a real caracterização sobre o relé em teste, fez-se necessário todo um pré-processamento e análise da informação que será convenientemente abordada e justificada no trabalho apresentado, denotando-se um procedimento comum de teste a ser adotado a esta filosofia de proteção. A metodologia e esquema prático adotado trazem uma contribuição importante para a análise laboratorial de modelagens e simulações aplicadas a relés de proteção presentes no mercado e contribui de maneira substancial para os estudos teóricos de possíveis soluções para limitações eventualmente encontradas / This dissertation presents a complete procedure of simulation of digital differential protection applied to power transformers, focusing on its use to evaluate of the behavior of commercially available relays. Software ATP (Alternative Transients Program) was chosen as a tool for the simulation of distinct situations in a differential protection system applied to a 25 MVA three-phase transformer. Amongst the evidenced occurrences internal and external fault conditions, energization with or without internal fault of a three-phase transformer, overexcitation and CT (Current Transformer) saturation conditions were distinguished. It should be mentioned that from simulations to the characterization the real situations on the relay in test, a pre-processing and analysis of the information were necessary, and will be justified in the present study, denoting a common test procedure to be adopted to this philosophy of protection

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 2018-05-04T19:00:50Z No. of bitstreams: 1 ALANA KELLY XAVIER SANTOS CAMPOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 5517354 bytes, checksum: 24306600f8b9a28a2d230c48b0811a3a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T19:00:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALANA KELLY XAVIER SANTOS CAMPOS – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 5517354 bytes, checksum: 24306600f8b9a28a2d230c48b0811a3a (MD5) Previous issue date: 2016-10-21 / Capes / Um método de estimação fasorial é proposto para ser utilizado em relés digitais de proteção. Este método tem o objetivo de melhorar a característica de rejeição de componentes indesejáveis do sinal, que são introduzidas durante faltas e manobras nos sistemas elétricos de potência e podem comprometer o desempenho dos sistemas de proteção. São realizadas comparações entre o método proposto e outros quatro métodos de estimação fasorial, em relação às respostas no tempo e frequência. Para as comparações de resposta no tempo são utilizados sinais analíticos provenientes do MATrix LABoratory (MATLAB®) e sinais simulados provenientes do Alternative Transients Program (ATP). Um relé de distância foi implementado utilizando a linguagem MODELS do ATP para avaliar o desempenho do relé, utilizando o método proposto e demais métodos avaliados. A partir de alguns parâmetros usados para avaliar quantitativamente os métodos de estimação, observou-se que o método proposto apresenta bons resultados em termos de precisão e velocidade de convergência, com resposta no tempo compatível com os demais métodos comumente utilizados. A resposta em frequência do método proposto se apresenta mais seletiva em relação aos demais, por apresentar menores lóbulos entre as harmônicas e uma banda de passagem mais estreita em torno da frequência fundamental. Outra vantagem do método proposto é que ele é de fácil programação e permite que os usuários alterem parâmetros de projeto de acordo com suas necessidades. / A phasor estimation method is proposed to be used in digital relays for power system protection. It aims to improve the characteristic of filtering out undesirable frequency components of signals, which are introduced during faults and switching events in electric power systems that may compromise the performance of the protection systems. Comparisons are made in relation to time response and frequency response for the proposed method and four phasor estimation methods. In relation to response time are used analytical signals from MATrix LABoratory (MATLAB®) and simulated signals from Alternative Transients Program (ATP). A distance relay was implemented by using the MODELS language in ATP to evaluate the performance of the relay. From some parameters used to evaluate the estimation methods, it was observed that the proposed method shows good results in terms of accuracy and convergence speed, with response time compatible with other methods. The frequency response of the proposed method appears to be more selective than those of the others methods because it presents lower lobes between the harmonics and a narrower pass band around the fundamental frequency. Another advantage of the proposed method is that it can be easily programmed, allowing users to change design parameters according to their needs.

Este trabalho apresenta um método baseado em algoritmos genéticos – AGs, o qual consiste na estimação dos parâmetros associados as formas de ondas, tais como amplitude, freqüência e ângulo de fase das mesmas, referentes a uma proposição de relé de freqüência. O método proposto é baseado em algoritmos genéticos com representação real, tendo em vista a não necessidade de codificação dos valores logo na entrada do processo. O objetivo do trabalho é apresentar um estudo de uma das várias técnicas da computação evolutiva, conhecida como AG, cuja aplicação é inspirada nos mecanismos da evolução natural das espécies identificado pelo naturalista inglês Charles Darwin. A idéia principal do método é fazer com que os indivíduos da população evoluam ao longo das iterações, chamadas gerações, produzindo soluções cada vez melhores até convergir a uma solução ótima ou aproximadamente ótima. O algoritmo proposto foi testado com dados simulados no software Matlab. Pelos resultados observados têm-se caracterizado a potencialidade desta ferramenta computacional na estimação dos parâmetros desejados. / This work presents a method based on genetic algorithm – GAs, which consists on estimation of parameters in waveforms, such as their amplitude, frequency and phase angles, related to the application of a frequency relay. The proposed study is based on the genetic algorithms with real representation, once there is no need to codify the values on the input of the process. The objective of this work is to present one of the several techniques of artificial intelligence, known as genetic algorithm, in which the main application is inspired in mechanisms of natural evolution of the species identified by Charles Darwin. The main idea of this method is to make the individuals from one population, called generation, to evolute, producing better solutions until they converge to an optimal or approximately optimal solution. The proposed algorithm was tested with simulated data from Matlab software. The results observed have characterized the efficiency of this computational tool for the estimation of the desired parameters.

The thesis deals wiring design of automated analyzer ACS 820 for carbon and sulfur. Describes individually all parts and their functionality. Evaluates applicable control components. Thesis discuss design of safety circuit, that will secure safe use of instrument. Part of the thesis is realisation of electrical design and completing the control box.

This master thesis deals with the mechanical and electrical design of the drive of the inclined construction lift. Individual components are selected in the design. Furthermore, a theoretical research is carried out regarding wireless modules and logic controllers. The selection of sensors is made and the method of retrieving signals from sensors and converting them into iputs the control circuits is also outlined. A program is written in Arduino IDE that wirelessly controls the motion of a motor via variable frequency drive.

Standard IEC 61850-9-2 definuje přenos vzorkovaných měřených hodnot (sampled measured values, SMV) prostřednictvím sítě Ethernet a využití SMV získaných ze slučovacích jednotek nebo přístrojových transformátorů. Implementace IEC 61850-9-2 závisí na vlastnostech datového souboru, jakými jsou časová synchronizace, počet vzorků a časový interval. Dizertační práce je zaměřena na algoritmy chránění a analýzu vlivu standardu IEC61850-9-2LE na fyzická zařízení ochran s analogově/digitálními vstupními daty o proudu a napětí. S ohledem na narůstající míru interakce mezi fyzickými zařízeními a komunikačními prvky byl navržen test pro analýzu komunikace pro rozvodnu využívající konvenční metody (analogové vstupy) a metody digitální založené na standardu IEC 61850-9-2. Práce dále popisuje funkci slučovací jednotky využívající standard IEC61850-9-2LE. Navržená metoda definuje zdroj SMV a analyzuje přenos dat. V rámci práce byl za využití softwaru Matlab naprogramován algoritmus ochrany. Vytvořený model je schopen vyhodnotit vliv harmonického zkreslení na funkci digitálních ochran a vliv přesycení proudového transformátoru na distanční ochranu. V práci jsou zhodnoceny i možnosti zrychlení testování systémů chránění s využitím neuronové sítě. Závěrečná kapitola se zabývá aplikacemi v reálném čase, využívajícími data z rozvodny v blízkosti Vysokého učení technického v Brně. K přenosu dat z rozvodny do univerzitní laboratoře je zde využíváno SMV přenášených optickým kabelem o délce 16 km. Aplikace je vytvořena v programu Matlab a je schopna číst data z ethernetového portu, dekódovat je, převést z formátu ASCII do desítkové soustavy a poté vykreslit průběhy proudu a napětí. Mezi vlastnosti aplikace se řadí jednoduchost použití, schopnost implementace funkcí distanční ochrany, výpočet RMS hodnot proudu a napětí a harmonického zkreslení, harmonická analýza prostřednictvím rychlé Fourierovy transformace a výpočet impedance poruchové smyčky. Všechny výpočty běží v reálném čase a provedena je i citlivostní analýza modelu.

A utilização de equipamentos digitais e de meios de comunicação de dados, na conexão entre os dispositivos de uma subestação de energia elétrica oportunizam o uso de tecnologias para aprimorar e elevar as potencialidades de controle e supervisão do sistema elétrico de potência. As concessionárias de energia elétrica demandam altos investimentos na construção e implantação de sistemas de supervisão, controle e aquisição de dados. A partir destes sistemas é possível visualizar em um mapa da rede elétrica, os pontos de instalação dos relés e os status do seu funcionamento, possibilitando a concretização de um diagnóstico e o controle destes equipamentos. A World Wide Web se tornou um meio conveniente para acesso às informações devido ao fato dos browsers serem capazes de integrar diferentes serviços de rede em uma única e amigável interface com o usuário. A implementação de um sistema de supervisão e controle utilizando tecnologias web gratuitas pode, com custo competitivo, agregar dados que estejam dispostos geograficamente, em uma plataforma computacional ergonômica, coesa e flexível, provendo acesso aos mesmos a partir de qualquer dispositivo conectado a Internet. Como resultado deste trabalho, foi implementado um sistema Web de controle e supervisão de um bay típico de saída de linha com interface simples, geração de relatórios pertinentes e anunciação de eventos. Foi implementado um segundo sistema Web de supervisão de uma lógica de corte e restabelecimento de cargas conhecido como ERAC (Esquema Regional de Alívio de Carga) que, utilizando recursos distribuídos, exibe em uma interface intuitiva as regiões de atuação dos estágios de cortes, anunciando os eventos e gerando relatórios de interesse. Por fim, foi desenvolvido um sistema de aquisição de dados de frequência e tensão de um medidor de qualidade da energia elétrica, construção de gráficos com os dados variantes no tempo, exportação dos dados de acordo com um período selecionado e implementação de uma rede neural perceptron multicamadas Time Delay Neural Network para predição dos valores de frequência futuros. As aplicações de supervisão e controle do sistema elétrico foram desenvolvidas com tecnologias Web e testadas em uma rede Intranet, de forma a avaliar a pertinência da implementação de aplicações para o sistema elétrico de potência, que podem ser acessadas de um browser padrão. Cabe ressaltar que todo sistema desenvolvido foi testado em equipamentos reais que fazem parte de uma estrutura laboratorial disponível, aos alunos de pós-graduação da Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Laboratório de Sistemas de Energia Elétrica onde duas subestações com relés digitais comerciais são simuladas em bastidores interligados por um backbone de fibra óptica, os quais estão conectados a rede local do laboratório, permitindo o acesso remoto aos equipamentos. Tais sistemas, por estarem em plataforma Web, podem agregar recursos, que estão distribuídos, na construção de interfaces amigáveis e intuitivas, além da disponibilidade de acesso a informação de qualquer ponto conectado à Internet que uma aplicação Web oportuniza. / The use of digital equipment and data communication for the connection of the devices in an electric power substation provides the implementation of new technologies to improve and upgrade the potentialities of control and supervision of an electrical power system. The utilities demand high investments in the establishment and implementation of supervision, control and data acquisition systems. Based on these systems, it is possible to visualize a map of the electrical network, the installation points of digital relays and the status of their functions, making it possible the diagnosis and control of such equipment. The World Wide Web started a convenient access to information due to the friendly interface with the user. The implementation of a supervising and control system using free web technologies can, in a competitive cost, join data which are geographically available to an ergonomic computational platform and also provides access to the users from any device connected to the web. As a result of this work, a supervision Web control System of a typical bay with a simple interface was set up, as well as the development of reports and announcement of events. A second network supervision system for cutting load and for power reestablishment, known as regional load relief scheme, was implemented. Finally, a voltage and frequency data acquisition system from a power quality equipment with time varying graphics was developed as well as a implementation of a multiple neural perception net (Time Delay Neural Network) in order to predict future values of the frequency. The supervision and control applications were developed with web technologies and tested using an intranet in order assure the application on the electrical power system, which can be accessed by a standard browser. It is relevant to mention that the whole system was tested in actual equipment which belongs to a laboratorial structure available to the post graduation students at the University of São Paulo, School of Engineering of São Carlos, Power Systems Laboratory where two substations with commercial digital relays are simulated and interconnected by a fiber optics backbone and also connected to the local laboratory network which allows remote access to the equipment. Such system as set up in a web platform that can add resources which are distributed in the development of a friendly and intuitive interface in addition to the availability of access to the information from any point connected to the web.

Em função das limitações apresentadas pelos relés eletromecânicos, a proteção térmica de motores foi historicamente tratada como um problema de coordenação de sobrecorrente, sem levar em consideração a dinâmica e o histórico térmico envolvido na operação contínua do motor. Os atuais relés microprocessados para proteção de motores implementam equações diferenciais de primeira ordem, cujos algoritmos, processados em tempo real, possibilitam uma nova abordagem para uma adequada proteção térmica, utilizando modelos matemáticos. Especialmente para os motores industriais de grande porte e de maior importância operacional, somente os recentes relés de proteção microprocessados e seus algoritmos digitais tem sido efetivamente capazes de fornecer proteção adequada, baseados em modelos térmicos que realisticamente estimam, continuamente e em tempo real, o nível térmico atual do motor. A proteção térmica de motores de indução trifásicos tem sido uma das maiores áreas onde a proteção numérica, baseado em microprocessadores, tem proporcionado um aprimoramento do nível básico das funções de proteção de motores. O método da proteção térmica tem sido aperfeiçoado, de forma a implementar modelos que levam em consideração o aquecimento do motor devido às correntes de seqüência positiva e negativa e as características térmicas de um motor de indução. A capacidade do processamento digital de sinais tem possibilitado a implementação de novas soluções para as deficiências de proteção de motores industriais trifásicos apresentadas pelas tecnologias convencionais de proteção, até então fundamentadas em proteção de sobrecorrente. As principais funções de proteção aplicáveis para motores trifásicos industriais, bem como os aspectos do estado da arte de hardware, software e filtros digitais implementados nos atuais relés de proteção microprocessados são discutidos neste trabalho. O equacionamento de um sistema térmico de primeira ordem e os requisitos de modelo para a implementação da proteção térmica de motores são também aqui analisados. São discutidas as dinâmicas de dois modelos térmicos, um baseado em proteção por sobrecorrente e outro baseado em um sistema térmico de primeira ordem. São simulados e comparados os desempenhos destes dois diferentes algoritmos de proteção térmica de motores, quando submetidos às correntes de carga e de sobrecarga, tanto constantes como cíclicas. / On account of the limitations presented for the electromechanical relays, the motor thermal protection was historically treated as an overcurrent coordination issue, without taking into account the dynamics and the thermal historical involved in the process. The modern microprocessor-based relays for motor protection implement discrete time first-order differential equations, whose algorithms, based on the power of the real time signal processing, make possible a new approach for a proper thermal protection, applying mathematical models. Especially for large and critical operational significance industrial motors, only the recent numerical relays for motor protection and its digital algorithms has been efficiently suitable to provide an adequate protection, based in thermal models that realistically take into account, continuously and in real time, the actual motor thermal level. The thermal protection of three-phase induction motors has been one of the biggest areas where the numerical protection, based in microprocessor-based relays, has provide an improvement of the basic level of the motor protection functions. The method of the thermal protection has been improved, in such wise as to implement models that take into account the motor heating due to both positive and negative sequence currents, and the thermal characteristics of an induction motor. The capacity of the digital signal processing has made possible the implementation of new solutions for the deficiencies of three-phase industrial motors protection, established on the conventional protection technologies, till then based on overcurrent protection. The main applicable protection functions for industrial three-phase motors, as well as the aspects of the state of the art of the hardware, software and digital filters implemented in the actual microprocessor-based protection relays are discussed in this work. The derivation of a first-order thermal system and the requirements of model for the implementation of the motor thermal protection also are studied in this work. The dynamics of two thermal models, one based in overcurrent protection and another based on a first-order thermal system are analyzed. The performances of these two different algorithms of motor thermal protection are simulated and compared, when subjected to both constants and cyclic, load and overload currents.