Nas subestações das grandes concessionárias de distribuição de energia elétrica coexistem sistemas de proteção com diferentes tecnologias, formados por relés eletromecânicos, estáticos e digitais, que, em alguns casos, continuarão funcionando por algumas décadas. Essa diversidade de tecnologias implica em sistemas com características de hardware e software diferentes, o que dificulta a implantação de funcionalidades locais e remotas que sejam interoperáveis. Dessa forma, torna-se interessante desenvolver um sistema baseado nas diferentes plataformas de proteção do mercado, com o objetivo de integrar as informações dos relés de proteção de diferentes tecnologias e que se comunicam através de protocolos distintos, criando uma base de dados homogênea. Para isso é necessário realizar uma coleta de dados provenientes dos vários relés de proteção e disponibilizar as informações do sistema de proteção para uma base de dados, através de uma interface de protocolos, onde essas informações possam ser tratadas de maneira uniforme e organizadas de forma estruturada, otimizando a funcionalidade local da instalação e podendo alimentar um sistema central de gestão. / In substations of large electric power distribution companies coexist protection systems with different technologies, comprised of electromechanical, static and digital relays that, in some cases, will continue to work for a few decades. This technology diversity implies in systems with different features of hardware and software, which hampers the implementation of local and remote functionalities that are interoperable. It would be interesting to develop a system based on integrated functional use of different protection platforms on the market, aiming to integrate the information of protective relays from different technologies that communicate with different protocols, creating a homogeneous database. It would be necessary a collection of data from the various protection relays that, through an interface protocols, provide information from the protection system for a database where information can be treated uniformly and organized in a structured manner, optimizing the local functionalities and feeding a central management system.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementacao em uma rotina computacional, de algoritmos para a localizacao de faltas em linhas de transmissao com subestacoes conectadas em derivacao. Os algoritmos propostos neste trabalho integram uma metodologia para localizacao de faltas, que e capaz de identificar corretamente o ponto de ocorrencia do defeito utilizando as componentes de fase dos fasores de tensoes e correntes, calculadas atraves dos registros desses sinais, efetuados por oscilografos digitais e/ou reles de protecao instalados nos terminais da linha de transmissao. Alem disso, a metodologia para localizacao de faltas tem acesso aos parametros eletricos da linha e informacoes sobre o tipo de ligacao e o carregamento dos transformadores conectados aos terminais das derivacoes. Este trabalho apresenta tambem o desenvolvimento dos modelos para os elementos do sistema de transmissao, em componentes de fase. Estes modelos sao utilizados pelos algoritmos que integram a metodologia para localizacao de faltas. / This research presents the development and implementation in a computational routine, of algorithms for fault location in multi-terminal transmission lines. The algorithms proposed in this work are part of a fault location methodology, which is capable of correctly identifying the fault point based on voltage and current phase components. The voltage and current phasors are calculated using measurements of voltage and current signals from intelligent electronic devices, located on the transmission line terminals. The algorithms have access to the electrical parameters of the transmission lines and to information about the transformers loading and their connection type. This work also presents the development of phase component models for the transmission system elements used by the fault location algorithms, that are part of the fault location methodology.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

Submitted by admin tede (tede@pucgoias.edu.br) on 2018-11-08T18:17:38Z No. of bitstreams: 1 JULIANO RESENDE BUCCHIANDERI.pdf: 6086819 bytes, checksum: ec188a1a0edcce38757a6e0f604df66d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T18:17:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANO RESENDE BUCCHIANDERI.pdf: 6086819 bytes, checksum: ec188a1a0edcce38757a6e0f604df66d (MD5) Previous issue date: 2018-09-11 / The appropriated and secure supply of electrical energy directly impacts on the present society. The increase in demand favors the growth of electrical systems, especially in distribution networks and substations, since they are responsible for lowering the electrical voltage, allowing energy distribution to the population. To keep distribution networks and substations running, without interruption or discontinuity, is utmost importance for the maintenance of electric power supply, and it is necessary to implement means to locate and improve the electrical protections in order to reduce failures or to suspend the electricity distribution. Distribution failures may result from lightning, overcurrent, short circuits, overvoltages, oil leakage on transformers, impedance failure etc. The present work presents the problem of possible defects that result in the substation power blackout, and aims to reduce the amount and frequency of substation power blackouts, contributing to the increase in industrial production. In this regard, qualitative and quantitative models using Petri nets of an electrical substation of distribution were developed, using simulation scenarios to indicate possible improvements in the electrical protections, reducing the inaccuracies and interruptions. / O fornecimento adequado e seguro de energia elétrica impacta diretamente na sociedade atual. O aumento da demanda torna favorável o crescimento dos sistemas de eletricidade, sobretudo nas redes e subestações de distribuição, pois estas são responsáveis por rebaixar a tensão elétrica, permitindo assim distribuição de energia para a população. Manter as redes e subestações de distribuição funcionando, sem interrupções ou descontinuidade, é de suma importância para a manutenção do fornecimento de eletricidade, sendo necessário implementar meios para localizar e melhorar as proteções elétricas afim de diminuir as falhas ou a suspensão da distribuição desta. As falhas da distribuição podem resultar de descargas atmosféricas, sobrecorrente, curtoscircuitos, sobretensões, vazamento de óleo nos transformadores, falha de impedância etc. O presente trabalho expõe o problema dos possíveis defeitos que resultam no desligamento da subestação e objetiva reduzir a quantidade e a frequência dos desligamentos da subestação, colaborando para o aumento na produção industrial. Para isso, desenvolveu modelos qualitativos e quantitativos utilizando redes de Petri de uma subestação elétrica de distribuição, utilizando cenários de simulação para apontar possíveis melhorias nas proteções diminuindo as incorreções e interrupções.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

Electrical substations perform a key role in electrical transmission and distribution; the ability for a substation to remain functional during and after a seismic event contributes significantly to the resilience of the clients supplied. Many legacy components currently installed in the main grid substations were designed with minimal consideration of lateral loads and are not qualified per IEEE693. One of the more critical high-voltage substation components that are vulnerable to earthquake damage is the 500kV freestanding current transformer (CT). The CT is particularly vulnerable due to the slenderness and mass distribution of the component. Current transformers are typically constructed from a combination of aluminum and brittle porcelain. Two novel retrofit measures were investigated utilizing base rocking and supplemental damping to reduce the seismic amplification in the CT while also potentially providing post-earthquake self-centering capability. The retrofit measures utilize both shift in system frequency and energy dissipation through supplemental damping to reduce seismic demands on the CT. The purpose of the research was to conceptually develop, detail design, analyze and experimentally validate the retrofit measures. A desired feature of the retrofit measures was for minimal or no residual displacement following the seismic event, which was implemented in the retrofit through a preloaded centering mechanism. Based on the analyses and experiments, the proposed retrofit measures exhibited significantly decreased demands on the CT and true self-centering.

Thesis (M.E.F.E.)--University of Canterbury, 2007. / Typescript (photocopy). Includes bibliographical references (p. 136-143). Also available via the World Wide Web.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-12-13Bitstream added on 2014-06-13T19:00:49Z : No. of bitstreams: 1 000750517.pdf: 1666924 bytes, checksum: e84c134f0f27a5f5a9524b7d37f45079 (MD5) / Apresenta-se, nesta pesquisa, uma metodologia para realizar a detecção e classificação de distúrbios de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica, usando como ferramenta, as análises estatística e direta multinível dos sinais de tensão no domínio wavelet para o processo de detecção e uma rede neural ARTMAP Euclidiana Modificada com Treinamento Continuado (ARTMAP-EMTC) para o processo de classificação. Com o auxílio destas duas ferramentas obtém-se maior precisão, segurança e confiabilidade na tomada de decisão para o restabelecimento das operações normais do sistema. A rede neural ARTMAP-EMTC é capaz de se adaptar às constantes mudanças que sofre o setor elétrico, e.g., fornece o diagnóstico de um distúrbio desconhecido pela rede neural que possa surgir com o passar do tempo. Além disso, permite a inclusão de novos padrões na memória da rede neural sem a necessidade de reiniciar o treinamento, o que não ocorre com outros tipos de redes neurais. Trata-se, por conseguinte, de uma nova abordagem da aplicação de redes neurais onde é realizada, permanentemente, a extração do conhecimento do sistema sob análise, a partir de informações disponibilizadas na operação do sistema (resultado das análises, simulação, etc.). Os sinais de tensão, necessários para realizar os diagnósticos de distúrbios de tensão, foram obtidos por meio de simulações de um modelo de alimentador radial no software ATP (Alternative Transients Program) e Matlab, empregando-se a transformada wavelet discreta, análise multirresolução e o conceito de energia. Os resultados obtidos mostram a eficiência da metodologia proposta, o que possibilita sua aplicação, com sucesso, na proteção dos sistemas de distribuição, auxiliando os operadores no processo de decisão visando restabelecer o sistema e contribuindo, desta forma, para a melhoria da qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores. / This research presents a methodology to detect and classify voltage disturbances in electrical distribution systems using as tool, statistical and multilevel direct analysis of voltage signals in wavelet domain for the detection process and modified Euclidean ARTMAP neural network with continuous training for the classification (ARTMAP- MECT). These two tools provide velocity, security and reliability for decision making when it is necessary to restore the normal operations. The ARTMAP-MECT is able to adapt to continuous changes at the electrical system, e.g. to provide a diagnosis of unknown disturbances by the neural network Furthermore, it allows the inclusion of new patterns in the memory of the neural network without reinitializing the training, which is not possible in other neural networks. It is a new approach of neural network application where the knowledge is permanently extracted from the system under analysis from information available in the system operation (results from analysis, simulation, etc.). The voltage signals that are necessary to execute the voltage disturbance diagnosis are obtained from simulations of a radial feeder using the ATP (Alternative Transients Program) and MATLAB using the discrete wavelet transform, multi-resolution analysis and energy concept. The obtained results show the efficiency of the proposed methodology allowing the application in distribution protection, aiding the operators in decision procedures to restore the system and contributing to improve the power quality provided to the users.

Thesis (Master of Engineering in Electrical Engineering)--Cape Peninsula University of Technology, [2018]. / Introduction of IEC 61850 standard defined substation automation system communication. The need of interoperability among the relevant devices coming from different vendors is a necessity to ensure utilities/municipalities obtain value for money. Vendors used their own proprietary tools to achieve communication in a substation. This caused an Intelligent Electronic Device (IED) from vendor A could not communicate with an IED from vendor B. Utilities/municipalities are forced to depend on single vendor solutions in a substation automation system. IEC 61850 systems tout Interoperability as a major gain in the Substation Automation System (SAS) environment. The implementation of interoperable systems in SAS environment requires extensive testing and careful selection of vendors. This involves extensive testing to meet the required requirements of a certain SAS. Interoperability implementation and testing methods need to be formulated and tested rigorously with various scenarios of interoperability in an SAS. GOOSE messages form the foundation of IEC 61850 standard as they are responsible for the copper-less connections for peer to peer communications. GOOSE messages are based on peer to peer communications to enable interoperability at the bay level which is called horizontal communication. IEDs need to be carefully selected to ensure GOOSE messaging interoperability is achieved. Test methods are equally important as methodology to achieve interoperability. The purpose of this research is to perform an investigation on interoperability of IEC 61850 conformant IEDs based on evaluation of their protection functions. The research looks at various vendors on how each has interpreted the IEC 61850 standard. Also an analysis on requirements to achieve interoperability is conducted. Investigation on various vendor independent system configuration tools to ease the implementation burden of a multivendor application is done. Evaluation into flexible object modelling and naming conventions in order to achieve interoperability is performed. Various tests using different tools to assess the integrity of interoperability are completed. The research delivers a methodology to evaluate and implement GOOSE message interoperability. The interoperability methodology can be used for improvement of interoperability applications. The methodology can also be implemented as procurement requirement to ensure interoperability. The evaluation/implementation of interoperability can be included in Factory Acceptance Test (FAT). The methodology to achieve interoperability is only usefully when requirements are clear with regard to what needs to achieved by SAS.

Thesis (Master of Engineering in Electrical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2018. / As far as substation automation systems are concerned, one of the prime requirements of most utilities today is the interoperability between Intelligent Electronic Devices (IEDs) of different manufacturers. The standard IEC 61850 - Communication Networks and Systems in Substations - allows such interoperability between IEDs for protection and automation of substations. Presently, many manufacturers have implemented, or are in the process of implementing this standard in their IEDs. This has encouraged some utilities to specify IEC is to ensure that both system requirements are met and the features and benefits of the standard are fully exploited. The author of this thesis investigated and brought forward the design of an integrated monitoring protection and control system of a network in Cape Peninsula University of Technology (CPUT) campus based of the IEC 61850 standard. A method of testing the physical IED based on Hardware-In-Loop (HIL) configuration with the Real-Time Digital Simulator (RTDS) is developed and implemented. Mapping of IED Substation Configuration Language (SCL) with that of the RTDS GTNET cards is discussed and implemented to further exploit the use of realtime testing with Generic Object Oriented Substation Event messages (GOOSE). The thesis highlight the benefits of interconnecting the reticulation IEDs into a standardised communication network for protection, control and monitoring of each substation event. This improves the access to information and reduces maintenance cost on the reticulation network.