Influências de famílias wavelets e suas ordens no desempenho de um localizador de faltas em linhas aéreas de transmissão de energia elétrica

Essa dissertação tem por objetivo analisar a influência de famílias wavelets e suas ordens no desempenho de um algoritmo de localização de faltas a partir das ondas viajantes de dois terminais de uma linha de transmissão aérea. Tornou-se objetivo secundário a modelagem de um sistema elétrico de potência (SEP) para obtenção de um universo de faltas que validassem o localizador. Para isso, parte de um SEP da Eletrobrás-Eletronorte em 500/230 kV foi modelado no Alternative Transient Program (ATP) utilizando-se parâmetros reais. A Transformada Wavelet, via análise multiresolução (AMR), é empregada valendo-se de sua característica de localização temporal, permitindo caracterizações precisas de instantes de transitórios eletromagnéticos ocasionados por faltas, as quais geram ondas que ao se propagarem em direção aos terminais da linha contêm os tempos de propagação destas do local do defeito a tais terminais e podem ser convenientemente extraídos por tal transformada. Pela metodologia adotada no algoritmo, a diferença entre esses tempos determina com boa exatidão o local de ocorrência da falta sobre a linha. Entretanto, um dos agentes variantes do erro nessa estimação é a escolha da Wavelet usada na AMR dos sinais, sendo, portanto, a avaliação dessa escolha sobre o erro, objetivo principal do trabalho, justificada pela ainda inexistente fundamentação científica que garanta a escolha de uma wavelet ótima a uma certa aplicação. Dentre um leque de Wavelets discretas, obtiveram-se resultados adequados para 16 delas, havendo erros máximos inferiores aos 250 metros estipulados para a precisão. Duas Wavelets, a Db15 e a Sym17, sobressaíram-se ao errarem, respectivamente, 3,5 e 1,1 vezes menos que as demais. A metodologia empregada consta da: exportação dos dados das faltas do ATP para o MATLAB®; aplicação da transformação modal de Clarke; decomposição dos modos alfa e síntese dos níveis 1 de detalhes via AMR; cálculo de suas máximas magnitudes e determinação dos índices temporais; e por fim, a teoria das ondas viajantes equaciona e estima o local do defeito sobre a LT, sendo tudo isso programado no MATLAB e os erros de localização analisados estatisticamente no Microsoft Excell®. Ao final elaborou-se ainda uma GUI (Guide User Interface) para a Interface Homem-Máquina (IHM) do localizador, servindo também para análises gráficas de qualquer das contingências aplicadas ao SEP. Os resultados alcançados demonstram uma otimização de performance em razão da escolha da wavelet mais adequada ao algoritmo e norteiam para uma aplicação prática do localizador.

ABSTRACT: This dissertation objective to analyze the influence of wavelets families and their orders in the performance of a fault location algorithm through the traveling waves from two ends of an overhead transmission line. Then, a secondary objective is the modelling of an electric power system (EPS) to obtaining of a fault’s universe to validate the algorithm. For that, part of an EPS of the Eletrobrás-Eletronorte on 500/230 kV was modeled in Alternative Transient Program (ATP) using real parameters. The Wavelet Transform, through multiresolution analysis (MRA), it’s used because its time domain localization characteristic to allow characterizations of electromagnetic transitory moments caused by contingencies. The waves generated by faults traveling towards the line’s terminals containing the wave propagation times from defect point at the terminals and these times can be conveniently extracted for such transformed. By means of the methodology adopted in the algorithm, the difference between those times determines the fault occurrence place on the line with good accuracy. However, one of the error variant agents in the estimation it’s the selection of the wavelet used in MRA of the signals, therefore the evaluation of that choice upon those errors, the main objective of this work, it’s justified for the still inexistent scientific bases that assure the choice of a great wavelet to a certain application. Among a diversity of discrete wavelets, appropriated results were obtained for 16 of them with maximum errors smaller than 250 meters, stipulated precision adopted. Two wavelets, Db15 and Sym17, were more exact than the others, respectively, 3.5 and 1.1 times. The methodology to get those results consists of the: export of the fault data files from ATP for MATLAB®; application of the Clarke’s modal transformation of voltages; decomposition of alpha modes and synthesis of the levels 1 of details through AMR; calculation of their maximum magnitudes and time indexes determination; finally, the traveling waves theory is used to formulate the estimate equation of the contingency place on the line. All methodology was programmed in MATLAB and the errors’ statistical analysis was made in Microsoft Excell®. At the end, a GUI (Guide User Interface) for (Human Machine Interface) HMI of locator was elaborated, which is also a graphical analysis interface, no matter which the contingency applied to the EPS. The attained results demonstrate an improved performance in reason of the most appropriate wavelet selection to the algorithm and they suggest a practical application of the locator.