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This research presents a method for frequency estimation in power systems using an adaptive filter based on the Least Mean Square Algorithm (LMS). In order to analyze a power system, three-phase voltages were converted into a complex signal applying the alpha beta-transform and the results were used in an adaptive filtering algorithm. Although the use of the complex LMS algorithm is described in the literature, this paper deals with some practical aspects of the algorithm implementation. In order to reduce computing time, a coefficient generator was implemented. For the algorithm validation, a computing simulation of a power system was carried Out using the ATP software. Many different situations were Simulated for the performance analysis of the proposed methodology. The results were compared to a commercial relay for validation, showing the advantages of the new method. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.; CAPES (Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior); CNPQ (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico); FAPESP (Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo)

Neste trabalho, será abordada a proteção digital fundamentada na teoria de ondas viajantes e da ferramenta Transformada Wavelet. Um algoritmo completo para proteção digital foi implementado, consistindo basicamente nos módulos de detecção, classificação e localização da falta, com a conseqüente determinação das zonas de proteção do relé. Para este esquema completo de releamento, empregou-se como ferramenta de análise a Transformada Wavelet. Sinais transitórios de alta freqüência gerados por uma situação de falta podem ser analisados pela Transformada Wavelet, detectando-se com precisão o instante de chegada das ondas em um ou nos dois terminais da linha. Conhecendo o instante de chegada dessas ondas e sua velocidade de propagação, a zona de proteção na qual a falta está alocada pode ser estimada de maneira fácil e rápida. A capacidade de acusar com precisão os instantes de chegada das ondas torna a Transformada Wavelet adequada ao problema de determinação das zonas de proteção. Nessa implementação, o usuário pode escolher entre as técnicas de aquisição de dados provenientes de um ou de dois terminais. O algoritmo foi implementado através do software Matlabâ e posteriormente testado, quando se utilizaram dados de faltas obtidos através de simulações no software ATP (Alternative Transients Program). Nas simulações aplicadas a este software...

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...

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...

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...

O objetivo do desenvolvimento deste trabalho é tecer uma análise da viabilidade técnica - econômica da modernização do sistema de Proteção da Distribuição, comparando a utilização dos relés digitais aos quais foram incorporadas novas funções, em relação aos relés eletromecânicos e estáticos. As informações apresentadas nesse trabalho mostram que os relés digitais oferecem uma significante economia quanto ao custo de aquisição e implantação, no desenvolvimento dos projetos de aplicação e na manutenção destes equipamentos após instalados em campo. Os relés eletromecânicos tem sido largamente utilizados nos esquemas de proteção de consumidores industriais e residencias de grande porte e nos sistemas de proteção das companhias de eletricidade. Devido a quantidade de peças móveis e freqüentes re-ajustes que estes tipos de equipamentos necessitam, os mesmos demandam muitas horas dispendidas pelo pessoal de calibração e manutenção das empresas de eletricidade. A realização de Estudos de Proteção, com a parametrização destes relés muitas vezes torna-se inviável, sob o ponto de vista de sensibilidade e da coordenação das proteções, devido ao fato de que estes equipamentos possuem ajustes limitados tanto de valores de corrente de partida como na seleção de curvas tempo x corrente utilizadas para temporização das proteções...

Na primeira década deste século os equipamentos de proteção com tecnologia digital sinalizaram um novo paradigma para a composição dos sistemas de proteção. É fato também que essa tecnologia convive com suas antecessoras, que por força de sua longa predominância ainda exercem alguma influência sobre o pensamento, concepção e operação dos sistemas de proteção. Esses novos equipamentos multifunções, em geral, estão subutilizados, sendo o seu potencial ainda não empregado ou explorado em profundidade. Os relés digitais possuem grande capacidade para resolver alguns dos problemas intrínsecos aos sistemas elétricos de potência, seja do ponto de vista das funções de medição, supervisão, controle, análise de eventos (registros seqüenciais e oscilografias), proteção e comunicação. Como fato, tem-se que uma das vantagens associadas à utilização da capacidade de controle e automação dos relés digitais está em seu potencial de simplificar a concepção dos painéis que compõem as instalações de potência. Isso diminui os tempos de construção, comissionamento e manutenção, além de agregar maior confiabilidade e flexibilidade ao controle. Como proposta fundamental deste trabalho, pretende-se investigar como utilizar adequadamente as capacidades de programação de usuário dos relés digitais de proteção para compor soluções de controle...

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...

Neste trabalho, é apresentado e discutido um novo modelo para proteção de Linhas de Transmissão. O sistema proposto executa, individualmente, as etapas tradicionais da filosofia de proteção de distância: detecção, classificação e localização. Este modelo emprega Estatísticas de Ordem Superior (EOS) como ferramenta de extração de características, para posterior aplicação das Redes Neurais Artificiais (RNAs). As RNAs são responsáveis pelas tomadas de decisões do sistema, no sentido de identificar a ocorrência da falta e o tipo da mesma, além de localizar a falta no que tange às zonas de proteção consideradas. O processamento com tais estatísticas é responsável pela transformação dos dados para um domínio onde as diferentes faltas são evidenciadas através de agrupamentos de dados (padrões). O banco de dados disponível com sinais elétricos de LTs em condições de falta é utilizado para cálculo das estatísticas e o posterior treinamento supervisionado (e validação) das redes. A junção das etapas de proteção em um único modelo permitiu o desenvolvimento de um protótipo de relé, sendo executada uma bateria extensiva de testes, com as mais diversas condições de faltas possíveis. Apesar de operar apenas com sinais de corrente...

O ilhamento em sistemas elétricos contendo geração distribuída ocorre quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado por geradores distribuídos. É importante detectar essa condição, que pode, por exemplo, levar a problemas como alteração da qualidade da energia elétrica e religamento automático fora de sincronismo, causando danos irreversíveis aos equipamentos da rede elétrica. Uma forma de detecção do ilhamento é o uso de funções de proteção de frequência e suas variações, tais como a função de taxa de variação de frequência e a função de deslocamento de fase (ou salto de vetor). Neste contexto, é importante que se tenham modelos computacionais e analíticos confiáveis dessas funções de proteção para que sejam executadas simulações, permitindo validar ajustes e verificar condições anormais de operação. O objetivo desta dissertação é desenvolver e validar modelos computacionais e analíticos das funções de proteção de sub/sobre frequência, taxa de variação de frequência e deslocamento de fase, empregados na detecção de ilhamento de geradores distribuídos. Os modelos computacionais são desenvolvidos em uma plataforma que permite realizar simulações dinâmicas em tempo real. A validação dos modelos é efetuada utilizando funções de proteção existentes em relés comerciais. A avaliação de desempenho dos modelos em relação à proteção anti-ilhamento é realizada utilizando o conceito das curvas de desempenho...

A necessidade de desenvolvimento de modelos dinâmicos para estudos de sistemas de proteção de redes de distribuição de energia elétrica tem sido acentuada, recentemente, devido ao grande número de geradores síncronos que estão sendo conectados nestas redes. Assim, o objetivo desta dissertação de mestrado é desenvolver uma biblioteca de modelos dinâmicos para representar os principais relés empregados em sistemas de proteção de redes de distribuição e subtransmissão de energia elétrica na presença de geradores síncronos. Os modelos desenvolvidos são adequados para utilização juntamente com programas de simulação de transitórios eletromagnéticos de sistemas de potência (simulação com realimentação ? close loop), para verificar a influência do sistema de proteção no desempenho da rede, ou independentemente (simulação sem realimentação - open loop), para investigar os algoritmos empregados no relé ou para validar os modelos desenvolvidos. A complexidade adotada para representar os diversos tipos de relés foi decidida tendo-se em mente que tais modelos devem ser precisos o suficiente para desenvolvimento de pesquisas na área de proteção de sistemas de distribuição na presença de geradores síncronos e simples o suficiente para que eles possam ser utilizados para ensino da teoria de sistemas de proteção de redes de distribuição em nível de graduação e pós-graduação. Os modelos foram desenvolvidos para uso no ambiente Matlab/Simulink. Conseqüentemente...

Recentemente, o ilhamento intencional, ou seja, a operação isolada de uma parte do sistema elétrico de potência que pode ser alimentada localmente por geradores distribuídos, tem representado um grande interesse para as empresas concessionárias de energia elétrica. Tamanho interesse deve-se à capacidade destes geradores em assegurar a redução do tempo de indisponibilidade do fornecimento de energia elétrica, aumentando a confiabilidade das cargas pertencentes ao sistema ilhado. O sucesso da prática do ilhamento intencional é o conhecimento prévio de todas as contingências possíveis que podem resultar em operação ilhada, quer sejam situações de manutenções programadas ou mesmo a perda de subestações de distribuição ou linhas de transmissão de alta tensão. Neste cenário, uma prática comum é utilizar o(s) gerador(es) síncrono(s) distribuído(s) para alimentar o sistema ilhado e garantir a regulação da frequência e da magnitude da tensão, com a atuação do regulador de velocidade e do regulador de tensão, respectivamente. Um dos aspectos mais importantes que deve ser considerado no planejamento do sistema elétrico de potência é o desempenho do sistema de proteção, uma vez que os ajustes dos dispositivos de proteção não são flexíveis o suficiente para acomodar a operação antes e depois de detectado o ilhamento. Neste contexto...

Devido à dificuldade de execução de testes em sistemas reais os engenheiros procuram ferramentas e modelos para simular ou emular os sistemas reais em laboratório. Nesse sentido, o objetivo deste projeto de pesquisa foi desenvolver um modelo do relé de proteção diferencial de transformador no simulador digital em tempo real RTDS, baseando-se no relé SEL-787 da Schweitzer Engineering Laboratories Inc. O objetivo de criar um relé específico e já existente no mercado, saindo dos modelos genéricos, é devido à necessidade dos estudos em laboratório apresentarem resultados concretos e que representem o sistema real, desta forma apresentará grande valia para as futuras expansões do Sistema Elétrico Nacional ou Internacional. Após o desenvolvimento do modelo matemático do relé, foram criadas rotinas de teste exclusivas para análise do modelo e este foi testado em conjunto com um relé SEL-787 de forma a permitir uma comparação dos resultados. Para a realização deste trabalho foram estudadas e analisadas as situações em que um relé de proteção diferencial de transformador enfrenta no campo, como energização de transformador, saturação, faltas externas, faltas externas com saturação de TC, faltas internas a seção diferencial e externa ao transformador e faltas internas ao transformador como falta espira-terra e entre espiras. Os mesmos testes foram aplicados ao modelo de relé diferencial já existente na biblioteca do RTDS com o intuito de verificar se realmente modelos genéricos apresentam resultados diferentes de modelos específicos. A contribuição da pesquisa foi o desenvolvimento pioneiro do modelo do relé de proteção diferencial no ambiente RTDS.; Due to the difficulties involving tests in real systems engineers continuously look for tools and models to simulate or emulate real systems inside laboratories. With this focus...

This paper presents a new approach to a numerical current differential protection for the transmission lines. The current differential algorithm uses a pattern recognition method. First the acquired current signals are transformed into “dqo” components by applying the Park transformation. The transformed currents will originate typical patterns according the fault type. Using a pattern recognition algorithm the different faulty conditions are identified. Several tests under different fault conditions were performed. The obtained results allow verifying the effectiveness of the proposed approach.

This work presents a new approach for a current differential protection of the transmission lines. The proposed approach is based on the Clarke-Concordia transformation and principal component analysis. First the acquired current signals are transformed into “αβo” components by applying the Clarke-Concordia transformation. This allows obtaining typical patterns. To identify these patterns a principal component analysis is performed. Several tests under different fault conditions were performed. The obtained results allow verifying the effectiveness of the proposed approach.

With new standards, government incentives and concerns about environmental questions, is expected the growth of the number of generating units connected to the grid from consumers. Some technical issues related to the high penetration of distributed generation on distribution feeders concerns the power utilities, which look for solutions to prevent possible unwanted effects on the electrical system. This research presents the development of a digital relay applied to protect the interconnection of distributed generation in the grid, focusing on micro and mini electricity generation plants from synchronous and asynchronous generators, and inverters. The digital relay contains the main protection functions required by PRODIST and utilities standards, including anti-islanding algorithms. Its operation is given by the measurement of electrical parameters at the point between the distributed generation and grid, followed by digital signal filtering and protection algorithms processing. Like a conventional digital relay, the protection functions can be individually configured, it’s possible to build logical and blocking expressions with them. The prototype can be monitored and controlled by a personal computer connected in the same local network. The computer must run an interface program. The prototype allow remote control by the utilities...

Este trabalho apresenta uma solução para o monitoramento em tempo real das correntes de um motor de indução juntamente com proteção contra sobre correntes, com curva corrente x tempo programável. A idéia principal é mostrar um equipamento baseado em tecnologia digital para proteção contra sobrecorrente para motores de indução capaz de substituir com vantagens os relés bimetálicos. A curva típica de operação de qualquer relé bimetálico pode ser facilmente programada neste dispositivo inteligente inclusive em tempo real e com o motor em funcionamento. O equipamento incorpora uma interface para comunicação em rede que possibilita o acionamento remoto do motor via PC e ainda a monitoração das condições de carga. Com a reprogramação deste relé inteligente, facilmente um mesmo dispositivo pode ser utilizado para controlar motores de diferentes potências ou carga nominal. Assim pode-se substituir o motor sem haver a necessidade de se substituir o sistema de proteção. O trabalho descreve ainda os detalhes do projeto do equipamento e apresenta resultados experimentais obtidos com um protótipo desenvolvido em laboratório. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT; This work describes a micro controlled-based device for over current protection and online monitoring of induction motor operation...

Nas últimas décadas tem sido observada a ocorrência do fenômeno de colapso de tensão em vários sistemas elétricos de potência ao redor do mundo. Isto pode ser explicado pelo aumento da geração para atender ao crescente consumo sem o concomitante investimento em linhas de transmissão. É usual aumentar a capacidade de transmissão de potência ativa por meio da inclusão de dispositivos de suporte de reativos. Devido ao uso excessivo deste recurso as barras de carga podem tornar-se muito capacitivas. Isto implica em majorar o risco de colapso de tensão nestas barras, mesmo sem transgressão do limite de subtensão. Neste cenário o colapso de tensão pode ocorrer sem atuação do esquema de desligamento de carga por subtensão. Neste caso é necessário melhorar o relê de subtensão o que pode ser conseguido pela inclusão de uma lógica de desligamento de carga, baseada em um indicador de proximidade do colapso de tensão. Este trabalho propõe um algoritmo de desligamento de carga baseado na margens de carregamento das barra de carga. No contexto da proteção do sistema elétrico de potência tal metodologia deve ser incluída em relês digitais de subtensão que operam em barras de carga com fator de potência capacitivo. A operação do algoritmo proposto é ilustrada através de simulações de situações propícias ao colapso utilizando um sistema elétrico de potência...

Este trabalho apresenta a aplicação de Redes Neurais Artificiais (RNAs) como um classificador de padrões para as operações do relé de distância. As grandezas analisadas referem-se aos valores trifásicos de tensões e correntes do sistema elétrico, incluindo a seqüência zero. Para a obtenção dos valores amostrais da linha de transmissão em condição faltosa, valores estes utilizados como entradas para as arquiteturas de RNAs em seus processos de treinamento e teste, utilizou-se do software Alternative Transients Program - ATP. Para se observar o desempenho do relé de distância implementado, duas formas de análise dos valores trifásicos foram adotadas. Uma utilizando-se como entrada os cinco valores amostrados em meio ciclo pós-falta do sinal analisado e a segunda, pelo emprego da magnitude dos fatores de tensões e correntes, incluindo a seqüência zero. A função da rede neural implementada é de capturar o conhecimento da correta atuação do relé de distância, para posteriormente atuar com melhores resultados frente às situações de operações que por ventura venham a ocorrer. Para criar, treinar (obtenção dos pesos associados como saída) e testar as arquiteturas de RNAs, utilizou-se do software Stuttgard Neural Network Simulator (SNNS). Dos resultados encontrados comenta-se o desempenho do relé de distância implementado frente às duas abordagens anteriormente descritas. Do uso de RNAs como um classificador de padrões...

Este trabalho apresenta a implementação de um esquema de religamento monopolar adaptativo rápido baseado na medição do conteúdo harmônico da tensão da fase aberta nas extremidades da linha de transmissão. O objetivo principal deste esquema é controlar e reduzir o tempo compreendido entre a abertura e o religamento da fase em falta, como também bloquear a manobra em caso de faltas permanentes. O esquema proposto foi implementado em um relé de distância e um medidor de conteúdo harmônico. O método está baseado na identificação do instante de extinção da corrente de arco secundário para casos de faltas transitórias. Já para faltas permanentes é implementado o bloqueio da manobra automática e a abertura tripolar do disjuntor da linha protegida. A medição do conteúdo harmônico foi feita primeiramente utilizando um medidor de qualidade de energia comercial, que realiza a medição do conteúdo harmônico de acordo com a norma IEC 61000-4-3. Em seguida, foi utilizado outro método de medição do conteúdo harmônico, chamado de filtro de medição do conteúdo harmônico rápido, elaborado dentro do Simulador Digital em Tempo Real (RTDS). O sistema de transmissão utilizado foi modelado no RTDS e seus dados são dados reais do sistema interligado nacional (SIN). As faltas monofásicas transitórias foram simuladas utilizando o modelo de arco do próprio RTDS. Já para falta permanente utilizou-se uma resistência de 1 'ômega'. O esquema foi avaliado através de testes variando o ponto de aplicação do defeito e o valor da corrente de arco secundário.; This work presents the implementation of a scheme of fast adaptive single-phase reclosing based on measuring the voltage harmonic content at the opened faulty phase terminals. The main objective of this scheme is to control and to reduce the time between opening and reclosing of the phase in fault...