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.

Nesta dissertação, discorre-se sobre manobra sincronizada de disjuntores. Entre as atividades desenvolvidas para a sua elaboração estão a análise de transitórios causados por manobras em capacitores, reatores e linhas de transmissão, estudos de sobretensão e estudos para a determinação de instantes favoráveis às manobras, sob o ponto de vista de diminuição de sobretensões. Completa a dissertação a especificação de equipamento de sincronismo que, a partir de medições em tempo real de variáveis elétricas - que interferem nas sobretensões - e de variáveis climáticas - que interferem no tempo de acionamento dos contatos dos disjuntores - calculam o tempo de atraso necessário para o fechamento elétrico em instantes mais convenientes. / The scope of this dissertation is the study of synchronized switching of circuit breakers. The transients caused by capacitor, reactor and transmission line switching are analyzed, for overvoltage evaluation and to determined the favorable time in the wave that leads to smallest overvoltages. Finally the specification of an equipment is produced. The equipment acquire, in real time, the values of electrical variables (current and voltages) the ambient temperature and oil pressure in the circuit breaker operating mechanism, voltage in the auxiliary system and assign a delay in the breaker switching time in order to control overvoltages.

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.

Nesta dissertação, discorre-se sobre manobra sincronizada de disjuntores. Entre as atividades desenvolvidas para a sua elaboração estão a análise de transitórios causados por manobras em capacitores, reatores e linhas de transmissão, estudos de sobretensão e estudos para a determinação de instantes favoráveis às manobras, sob o ponto de vista de diminuição de sobretensões. Completa a dissertação a especificação de equipamento de sincronismo que, a partir de medições em tempo real de variáveis elétricas - que interferem nas sobretensões - e de variáveis climáticas - que interferem no tempo de acionamento dos contatos dos disjuntores - calculam o tempo de atraso necessário para o fechamento elétrico em instantes mais convenientes. / The scope of this dissertation is the study of synchronized switching of circuit breakers. The transients caused by capacitor, reactor and transmission line switching are analyzed, for overvoltage evaluation and to determined the favorable time in the wave that leads to smallest overvoltages. Finally the specification of an equipment is produced. The equipment acquire, in real time, the values of electrical variables (current and voltages) the ambient temperature and oil pressure in the circuit breaker operating mechanism, voltage in the auxiliary system and assign a delay in the breaker switching time in order to control overvoltages.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to optimize the coordination of microprocessor-based directional overcurrent relays in power systems using Binary Integer Programming (BIP). Two new mathematical models of BIP are presented. The first determines only the Time Multiplier of each relay, while the second determines simultaneously the Time Multiplier and Current Multiplier of each relay. These models have a great advantage over the Linear Programming (LP) and Nonlinear Programming (NLP) models to determine the relay settings directly within the range provided by these instead of the LP and NLP which use continuous variables. Thus, it avoids the rounding of settings to the closest values available in the relays, which can cause failures in coordination. Still, the algorithms used to solve these BIP models do not require an initial guess, unlike what happens in NLP, and the search from getting trapped in local minima. This paper presents the NLP and LP models considered and the necessary changes in order to obtain the two new BIP models. To validate the new mathematical models of coordination of overcurrent relays and compare them with the models which use continuous variables, the proposed methodology is applied in phase and earth protection of two test systems of different sizes considering whether or not the instantaneous unit of each relay. The results are evaluated in terms of the Objective Function, the obtained settings and operating times of relays for faults within the zone of primary protection. Thus, it is shown that the proposed models have the ability to determine the optimal solution of the problem in a reduced computational time and without the need to make any changes to the final solution. These models can also integrate a software aid to decision making by the protection engineer, allowing to interact in the construction of mathematical model to customize the final solution. / Este trabalho visa otimizar a coordenação de relés de sobrecorrente direcionais microprocessados em sistemas elétricos de potência com o auxílio da Programação Inteira Binária (PIB). Dois novos modelos matemáticos de PIB são apresentados. O primeiro determina somente o Multiplicador de Tempo de cada relé, enquanto que o segundo determina simultaneamente o Multiplicador de Tempo e o Multiplicador de Corrente de cada relé. Esses modelos possuem como grande vantagem em relação aos modelos de Programação Linear (PL) e de Programação Não Linear (PNL) a determinação dos ajustes dos relés diretamente dentro da faixa por estes disponibilizada, ao contrário desses últimos que utilizam variáveis contínuas. Dessa forma, evita-se o arredondamento dos ajustes para os valores mais próximos disponíveis nos relés, o que pode causar falhas na coordenação. Ainda, os algoritmos destinados à resolução desses modelos de PIB não necessitam de um valor inicial, ao contrário do que ocorre na PNL, e evita-se que a solução fique estagnada em ótimos locais durante o processo de busca. Este trabalho apresenta os modelos de PNL e PL considerados e as alterações necessárias para que se obtenha os dois novos modelos de PIB. Para validar os novos modelos de coordenação de relés de sobrecorrente e compará-los com os modelos que utilizam variáveis contínuas, a metodologia proposta é aplicada na proteção de fase e de neutro de dois sistemas teste de diferentes portes considerando, ou não, a unidade instantânea de cada relé. Os resultados são avaliados em termos da Função Objetivo, dos ajustes obtidos e dos tempos de operação dos relés para faltas dentro da zona de proteção primária. Desse modo, é demonstrado que os modelos propostos têm a capacidade de determinar a solução ótima do problema em um tempo computacional reduzido e sem a necessidade de se realizar quaisquer modificações na solução final. Esses modelos podem, ainda, integrar um software de auxílio à tomada de decisões por parte do engenheiro de proteção, permitindo a interação na construção do modelo matemático para que a solução final seja personalizada.

Este trabalho propõe uma nova metodologia para a solução do problema de coordenação de relés direcionais de sobrecorrente em sistemas de transmissão em malha. São utilizadas informações sobre a atuação do relé como dispositivo de proteção principal (ou retaguarda local no caso de se considerar o relé de distância) e também de sua atuação como proteção de retaguarda remota, fornecendo uma base mais sólida para definição dos ajustes. A partir de uma série de critérios determinados de acordo com a instalação, define-se uma área de ajuste do relé, diretamente sobre sua curva de atuação. Sobre esta área, aplica-se um método de otimização capaz de encontrar o melhor ajuste possível para o dispositivo em análise. A metodologia é aplicada sem a necessidade de uma análise topológica do sistema, sendo que as informações da localização do relé e sua integração com os outros dispositivos de proteção são resumidas durante o estudo de curto-circuito, que fornece os dados de entrada para a metodologia. O algoritmo resume os critérios de coordenação em pontos de referência, de modo que a análise é feita relé a relé, eliminando assim problemas comuns como o de tratamento de banco de dados e ganhando em agilidade e simplicidade no tratamento do problema. A resposta fornecida é bastante intuitiva, sendo fácil entender os resultados obtidos e quais seriam as implicações caso na prática sejam necessárias adequações à instalação. / This work proposes a new methodology to solve the problem of coordination of directional overcurrent relays in meshed transmission systems. Using information about the operation of the directional relay as primary protection (or local backup, in the case of considering the distance relay) and also its role as remote backup protection, the methodology provides a more solid basis for defining settings. Based on a series of criteria determined in accordance with the installation, an area of relay feasible settings is defined directly over their time-overcurrent curve. On this area, an optimization method is applied to find the best possible setting for the device under analysis. The method is applied without the need for topological analysis of the system, and the information of the relay location and its integration with other protective devices are summarized during the short circuit study, which provides the input data for the methodology. The algorithm summarizes the criteria of coordination in landmarks and the analysis is performed relay by relay, thus common problems are eliminated, such as database treatment, gaining agility and simplicity in treating the problem. The answer provided is extremely intuitive, making it easy to understand the results and what would be the implications in case of, in practice, be necessary to perform adjustments to fit with the installation.

Este trabalho propõe uma nova metodologia para a solução do problema de coordenação de relés direcionais de sobrecorrente em sistemas de transmissão em malha. São utilizadas informações sobre a atuação do relé como dispositivo de proteção principal (ou retaguarda local no caso de se considerar o relé de distância) e também de sua atuação como proteção de retaguarda remota, fornecendo uma base mais sólida para definição dos ajustes. A partir de uma série de critérios determinados de acordo com a instalação, define-se uma área de ajuste do relé, diretamente sobre sua curva de atuação. Sobre esta área, aplica-se um método de otimização capaz de encontrar o melhor ajuste possível para o dispositivo em análise. A metodologia é aplicada sem a necessidade de uma análise topológica do sistema, sendo que as informações da localização do relé e sua integração com os outros dispositivos de proteção são resumidas durante o estudo de curto-circuito, que fornece os dados de entrada para a metodologia. O algoritmo resume os critérios de coordenação em pontos de referência, de modo que a análise é feita relé a relé, eliminando assim problemas comuns como o de tratamento de banco de dados e ganhando em agilidade e simplicidade no tratamento do problema. A resposta fornecida é bastante intuitiva, sendo fácil entender os resultados obtidos e quais seriam as implicações caso na prática sejam necessárias adequações à instalação. / This work proposes a new methodology to solve the problem of coordination of directional overcurrent relays in meshed transmission systems. Using information about the operation of the directional relay as primary protection (or local backup, in the case of considering the distance relay) and also its role as remote backup protection, the methodology provides a more solid basis for defining settings. Based on a series of criteria determined in accordance with the installation, an area of relay feasible settings is defined directly over their time-overcurrent curve. On this area, an optimization method is applied to find the best possible setting for the device under analysis. The method is applied without the need for topological analysis of the system, and the information of the relay location and its integration with other protective devices are summarized during the short circuit study, which provides the input data for the methodology. The algorithm summarizes the criteria of coordination in landmarks and the analysis is performed relay by relay, thus common problems are eliminated, such as database treatment, gaining agility and simplicity in treating the problem. The answer provided is extremely intuitive, making it easy to understand the results and what would be the implications in case of, in practice, be necessary to perform adjustments to fit with the installation.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-09T12:23:12Z No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:31:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T13:31:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 5340904 bytes, checksum: 74fca2465789ca0f91c3c975abb30248 (MD5) Previous issue date: 2012-12-03 / Este trabalho apresenta uma proposta para efetuar a compensação dos efeitos causados pela saturação dos núcleos dos Transformadores de Corrente (TC) utilizados em circuitos de proteção, através da correção do valor eficaz da componente alternada da corrente distorcida do secundário. O problema foi dividido em duas etapas: a detecção e a compensação da saturação. Para a etapa de detecção foi desenvolvido um método novo, denominado método da função primeira diferença do filtro de Lanczos, que mostrou-se mais imune a ruídos que os métodos tradicionais existentes na literatura. Na etapa de compensação da saturação, foi utilizado o método de estimação para modelos lineares. Os métodos foram implementados em MATLAB e testados em correntes distorcidas geradas de duas formas distintas: através de um simulador de TC operando na região de saturação desenvolvido em MATLAB e através de simulações realizadas em um simulador digital em tempo real (RTDS). Os resultados preliminares apontam para um algoritmo robusto, independente das características dinâmicas do TC, da corrente de falta e de outros fatores externos. Além disso, o tempo de resposta mostrou-se compatível com a possibilidade de implementação em tempo real, atendendo às necessidades da área de proteção dos Sistemas Elétricos de Potência. / This work presents a proposal to perform a compensation of the effects due to saturation of Current Transformers (CT) cores used in circuit protection, by correcting the root mean square (RMS) value of the alternate component (AC) of the secondary distorted current. The problem was divided into two phases: detection and compensation of saturation. For the step of detection, a new method was developed, called first difference function of Lanczos filter method, which has proved more immune to noise than traditional methods in the literature. In the step of compensation of saturation, was used a estimation method for linear models. The methods were implemented in MATLAB and tested on distorted currents generated in two ways: through a CT simulator operating in the saturation region developed in MATLAB and through simulations in a real time digital simulator (RTDS). Preliminary results indicate a robust algorithm, independent of the dynamic characteristics of TC, fault current and other external factors. Furthermore, the response time was showed compatible with the possibility of real time implementation, attending to the needs of the protection area of Electric Power Systems.

Este trabalho apresenta uma metodologia computacional para coordenação automática de dispositivos de proteção contra sobrecorrente em sistemas elétricos industriais radiais, tendo como principais vantagens a exatidão nos cálculos dos ajustes e a proposição automática de soluções para eventuais problemas de coordenação, sempre que possível. A metodologia é utilizada tanto para proteção individual contra sobrecorrente dos equipamentos quanto para coordenação dos dispositivos de proteção do sistema. É feito um estudo detalhado dos requisitos de proteção de sobrecorrente dos equipamentos empregados em sistemas elétricos industriais, como motor, cabo e transformador, bem como dos dispositivos mais utilizados, fusível e disjuntor de baixa tensão, com ênfase para a proteção por meio de relés digitais de sobrecorrente. O método é usado para o desenvolvimento de uma ferramenta computacional. Há uma exposição dos algoritmos utilizados para busca e cálculo dos ajustes dos dispositivos de cada equipamento. Por fim é realizado um teste da ferramenta com dois exemplos de sistemas elétricos industriais, mostrando que o mesmo apresenta bom desempenho quanto à exatidão no cálculo dos ajustes e na redução do tempo despendido em estudos de coordenação da proteção e seletividade. / This work presents a computational methodology for automatic overcurrent coordination of protection devices in radial industrial electrical systems, which main advantages are the accuracy in the devices\' settings calculation and the automatic proposition of solutions to coordination problems, whenever it is possible. The methodology is used both for equipment individual overcurrent protection and for protection devices coordination. A detailed study of the overcurrent protection requirements of the equipments used in industrial electrical systems, such as motor, cable and transformer is carried out, as well as of the most used protection devices, fuses and low voltage circuit breaker, with emphasis on the protection by means of overcurrent digital relays. The method is used to develop a computational tool. There is an explanation of the search and settings calculation algorithms applied to the devices of each equipment. Finally, two examples of industrial electrical systems are used to assess the performance of the proposed methodology. It is shown that it presents good performance on the accuracy in the calculation of the devices settings and on amount of time spent on protection coordination and selectivity studies.

Um sistema elétrico de potência agrega toda a estrutura pela qual a energia elétrica percorre, desde a sua geração até o seu consumo final. Nas últimas décadas observou-se um significativo aumento da demanda e, consequentemente, um aumento das interligações entre sistemas, tornando assim a operação e o controle destes extremamente complexos. Com o fim de obter a desejada operação destes sistemas, inúmeros estudos na área de Proteção de Sistemas Elétricos são realizados, pois é sabido que a interrupção desses serviços causam transtornos que podem assumir proporções desastrosas. Em sistemas elétricos malhados, nos quais as correntes de curto-circuito podem ser bidirecionais e podem ter intensidades diferentes devido a alterações topológicas nos mesmos, coordenar relés de sobrecorrente pode ser uma tarefa muito trabalhosa caso não haja nenhuma ferramenta de apoio. Neste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia eficiente que determine os ajustes otimizados dos relés de sobrecorrente direcionais instalados em sistemas elétricos malhados de forma a garantir a rapidez na eliminação da falta, bem como a coordenação e seletividade, considerando as várias intensidades das correntes de curto-circuito. Seguindo essa linha de raciocínio, observou-se que o uso de técnicas metaheurísticas para lidar com o problema da coordenação de relés é capaz de alcançar resultados significativos. No presente projeto, dentre os algoritmos inteligentes estudados, optou-se por pesquisar a aplicação do Algoritmo Enxame de Partículas Evolutivo (Evolutionary Particle Swarm Optimization) por este apresentar como características as vantagens tanto do Algoritmo Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization) quanto as dos Algoritmos Genéticos, possuindo assim grande potencial para solução destes tipos de problemas. / An electric power system aggregates all the structure in which the electric energy travels, from its generation to the final user. In the last decades it has been observed a significative increase of the demand and, consequently, an increment of the number of interconnections between systems, making the operation and control of them extremely complex. Aiming to obtain a good operation of this kind of systems, a lot of effort in the research area of power system protection has been spent, because it is known that the interruption of this service causes disorders that may assume disastrous proportions. In meshed power systems, in which the shortcircuit currents might be bidirectional and might have different magnitudes due to topological changes on them, to coordinate overcurrent relays may be a really hard task if you do not have a support tool. Look in this context, this work aims the development of and efficient methodology thats determine the optimal parameters of the directional overcurrent relays in a meshed electric power system ensuring the quickness in the fault elimination, as well as the coordination and selectivity of the protection system, considering the various intensities of the short-circuit currents. Maintaining this line, it has been noticed that the use of metaheuristics to deal with the problem of relay coordination is capable of achieving promissory results. In the present research, among the studied intelligent algorithms, it was chosen to use in it the Evolutionary Particle Swarm Optimization, due to its features thats is the advantages of the Particle Swarm Optimization as well as the Genetic Algorithms ones, hence it has great potential do solve theses kind of problems.