Location of single line-to-ground faults on distribution feeders using voltage measurements

This paper proposes a dedicated algorithm for lation of single line-to-ground faults in distribution systems. The proposed algorithm uses voltage and current phasors measured at the substation level, voltage magnitudes measured at some buses of the feeder, a database containing electrical, operational and topological parameters of the distribution networks, and fault simulation. Voltage measurements can be obtained using power quality devices already installed on the feeders or using voltage measurement devices dedicated for fault location. Using the proposed algorithm, likely faulted points that are located on feeder laterals geographically far from the actual faulted point are excluded from the results. Assessment of the algorithm efficiency was carried out using a 238 buses real-life distribution feeder. The results show that the proposed algorithm is robust for performing fast and efficient fault location for sustained single line-to-ground faults requiring less than 5% of the feeder buses to be covered by voltage measurement devices. © 2006 IEEE.

Electrical Power Distribution System modeling with VHDL-AMS for the construction of a Real-Time Digital Simulator using FPGAS devices

This paper presents a distribution feeder simulation using VHDL-AMS, considering the standard IEEE 13 node test feeder admitted as an example. In an electronic spreadsheet all calculations are performed in order to develop the modeling in VHDL-AMS. The simulation results are compared in relation to the results from the well knowing MatLab/Simulink environment, in order to verify the feasibility of the VHDL-AMS modeling for a standard electrical distribution feeder, using the software SystemVision™. This paper aims to present the first major developments for a future Real-Time Digital Simulator applied to Electrical Power Distribution Systems. © 2012 IEEE.

A distributed control based coordination scheme of household PV systems for overvoltage prevention

This paper presents a distributed communication based active power curtailment (APC) control scheme for grid connected photovoltaic (PV) systems to address voltage rise. A simple distribution feeder model is presented and simulated using MATLAB. The resource sharing based control scheme proposed is shown to be effective at reducing voltage rise during times of peak generation and low load. Simulations also show the even distribution of APC using simple communications. Simulations demonstrate the versatility of the proposed control method under major communication failure conditions. Further research may lead to possible applications in coordinated electric vehicle (EV) charging.

Voltage unbalance reduction in low voltage feeders by dynamic switching of residential customers among three phases

Low voltage distribution feeders with large numbers of single phase residential loads experience severe current unbalance that often causes voltage unbalance problems. The addition of intermittent generation and new loads in the form of roof top photovoltaic generation and electric vehicles makes these problems even more acute. In this paper, an intelligent dynamic residential load transfer scheme is proposed. Residential loads can be transferred from one phase to another phase to minimize the voltage unbalance along the feeder. Each house is supplied through a static transfer switch with three-phase input and single-phase output connection. The main controller, installed at the transformer will observe the power consumption in each load and determine which house(s) should be transferred from one phase to another in order to keep the voltage unbalance in the feeder at a minimum. The efficacy of the proposed load transfer scheme is verified through MATLAB and PSCAD/EMTDC simulations.

A novel tuning method for advanced line drop compensator and its application to response coordination of distributed generation with voltage regulating devices

Nowadays, integration of small-scale electricity generators, known as Distributed Generation (DG), into distribution networks has become increasingly popular. This tendency together with the falling price of DG units has a great potential in giving the DG a better chance to participate in voltage regulation process, in parallel with other regulating devices already available in the distribution systems. The voltage control issue turns out to be a very challenging problem for distribution engineers, since existing control coordination schemes need to be reconsidered to take into account the DG operation. In this paper, a control coordination approach is proposed, which is able to utilize the ability of the DG as a voltage regulator, and at the same time minimize the interaction of DG with another DG or other active devices, such as On-load Tap Changing Transformer (OLTC). The proposed technique has been developed based on the concepts of protection principles (magnitude grading and time grading) for response coordination of DG and other regulating devices and uses Advanced Line Drop Compensators (ALDCs) for implementation. A distribution feeder with tap changing transformer and DG units has been extracted from a practical system to test the proposed control technique. The results show that the proposed method provides an effective solution for coordination of DG with another DG or voltage regulating devices and the integration of protection principles has considerably reduced the control interaction to achieve the desired voltage correction.

Detecção e classificação de VTCDs em sistemas de distribuição de energia elétrica usando redes neurais artificiais.

O objetivo deste trabalho é conhecer e compreender melhor os imprevistos no fornecimento de energia elétrica, quando ocorrem as variações de tensão de curta duração (VTCD). O banco de dados necessário para os diagnósticos das faltas foi obtido através de simulações de um modelo de alimentador radial através do software PSCAD/EMTDC. Este trabalho utiliza um Phase-Locked Loop (PLL) com o intuito de detectar VTCDs e realizar a estimativa automática da frequência, do ângulo de fase e da amplitude das tensões e correntes da rede elétrica. Nesta pesquisa, desenvolveram-se duas redes neurais artificiais: uma para identificar e outra para localizar as VTCDs ocorridas no sistema de distribuição de energia elétrica. A técnica aqui proposta aplica-se a alimentadores trifásicos com cargas desequilibradas, que podem possuir ramais laterais trifásicos, bifásicos e monofásicos. No desenvolvimento da mesma, considera-se que há disponibilidade de medições de tensões e correntes no nó inicial do alimentador e também em alguns pontos esparsos ao longo do alimentador de distribuição. Os desempenhos das arquiteturas das redes neurais foram satisfatórios e demonstram a viabilidade das RNAs na obtenção das generalizações que habilitam o sistema para realizar a classificação de curtos-circuitos.

Implementação distribuída de auto-cura em redes inteligentes de distribuição de energia elétrica utilizando árvores de extensão mínima.

A propriedade de auto-cura, em redes inteligente de distribuição de energia elétrica, consiste em encontrar uma proposta de reconfiguração do sistema de distribuição com o objetivo de recuperar parcial ou totalmente o fornecimento de energia aos clientes da rede, na ocorrência de uma falha na rede que comprometa o fornecimento. A busca por uma solução satisfatória é um problema combinacional cuja complexidade está ligada ao tamanho da rede. Um método de busca exaustiva se torna um processo muito demorado e muitas vezes computacionalmente inviável. Para superar essa dificuldade, pode-se basear nas técnicas de geração de árvores de extensão mínima do grafo, representando a rede de distribuição. Porém, a maioria dos estudos encontrados nesta área são implementações centralizadas, onde proposta de reconfiguração é obtida por um sistema de supervisão central. Nesta dissertação, propõe-se uma implementação distribuída, onde cada chave da rede colabora na elaboração da proposta de reconfiguração. A solução descentralizada busca uma redução no tempo de reconfiguração da rede em caso de falhas simples ou múltiplas, aumentando assim a inteligência da rede. Para isso, o algoritmo distribuído GHS é utilizado como base na elaboração de uma solução de auto-cura a ser embarcada nos elementos processadores que compõem as chaves de comutação das linhas da rede inteligente de distribuição. A solução proposta é implementada utilizando robôs como unidades de processamento que se comunicam via uma mesma rede, constituindo assim um ambiente de processamento distribuído. Os diferentes estudos de casos testados mostram que, para redes inteligentes de distribuição compostas por um único alimentador, a solução proposta obteve sucesso na reconfiguração da rede, indiferentemente do número de falhas simultâneas. Na implementação proposta, o tempo de reconfiguração da rede não depende do número de linhas nela incluídas. A implementação apresentou resultados de custo de comunicação e tempo dentro dos limites teóricos estabelecidos pelo algoritmo GHS.

A new fuzzy-based combined prediction interval for wind power forecasting

This paper makes use of the idea of prediction intervals (PIs) to capture the uncertainty associated with wind power generation in power systems. Since the forecasting errors cannot be appropriately modeled using distribution probability functions, here we employ a powerful nonparametric approach called lower upper bound estimation (LUBE) method to construct the PIs. The proposed LUBE method uses a new framework based on a combination of PIs to overcome the performance instability of neural networks (NNs) used in the LUBE method. Also, a new fuzzy-based cost function is proposed with the purpose of having more freedom and flexibility in adjusting NN parameters used for construction of PIs. In comparison with the other cost functions in the literature, this new formulation allows the decision-makers to apply their preferences for satisfying the PI coverage probability and PI normalized average width individually. As the optimization tool, bat algorithm with a new modification is introduced to solve the problem. The feasibility and satisfying performance of the proposed method are examined using datasets taken from different wind farms in Australia.

Detecção, classificação e localização de faltas de curto-circuito em sistemas de distribuição de energia elétrica usando sistemas inteligentes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Usina de geração distribuída de energia elétrica através da incineração de resíduos sólidos com operação ilhada

O trabalho em questão apresenta uma proposta do suprimento de energia elétrica de um alimentador de distribuição pela operação isolada de uma usina geradora de energia elétrica que utiliza como fonte primária a energia calorífica da incineração de resíduos sólidos urbanos. O suprimento proposto é sugerido após a constatação do esgotamento da capacidade da subestação supridora desse alimentador. O esgotamento é verificado a partir de simulações realizadas no sistema de distribuição real da Rede Celpa, localizado na região Nordeste do Estado do Pará, o qual atende os municípios Santa Izabel do Pará, Santo Antonio do Tauá, Colares, Vigia e São Caetano de Odivelas. Nas simulações é utilizado um programa de fluxo de carga desenvolvido especificamente para os sistemas radias de distribuição e da subtransmissão. A proposta de suprimento via geração de energia elétrica através da incineração dos resíduos sólidos urbanos se dá a partir do confronto entre as alternativas de expansão (a alternativa técnica normalmente praticada pela concessionária) e a alternativa técnica-econômica-ambiental sugerida neste trabalho que demonstra as vantagens econômicas, sociais e ambientais da proposta.

Algoritmo híbrido neural-imuno aplicado ao diagnóstico de distúrbios de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Simulação em tempo real de sistemas de distribuição de energia elétrica utilizando-se estruturas com descrição de hardware em software

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Strategic Optimization Techniques For FRTU Deployment and Chip Physical Design

Combinatorial optimization is a complex engineering subject. Although formulation often depends on the nature of problems that differs from their setup, design, constraints, and implications, establishing a unifying framework is essential. This dissertation investigates the unique features of three important optimization problems that can span from small-scale design automation to large-scale power system planning: (1) Feeder remote terminal unit (FRTU) planning strategy by considering the cybersecurity of secondary distribution network in electrical distribution grid, (2) physical-level synthesis for microfluidic lab-on-a-chip, and (3) discrete gate sizing in very-large-scale integration (VLSI) circuit. First, an optimization technique by cross entropy is proposed to handle FRTU deployment in primary network considering cybersecurity of secondary distribution network. While it is constrained by monetary budget on the number of deployed FRTUs, the proposed algorithm identi?es pivotal locations of a distribution feeder to install the FRTUs in different time horizons. Then, multi-scale optimization techniques are proposed for digital micro?uidic lab-on-a-chip physical level synthesis. The proposed techniques handle the variation-aware lab-on-a-chip placement and routing co-design while satisfying all constraints, and considering contamination and defect. Last, the first fully polynomial time approximation scheme (FPTAS) is proposed for the delay driven discrete gate sizing problem, which explores the theoretical view since the existing works are heuristics with no performance guarantee. The intellectual contribution of the proposed methods establishes a novel paradigm bridging the gaps between professional communities.

Provisioning a 3.3 MW PhotoVoltaic generation system onto a distribution authority’s 11 kV rural feeder

This paper describes part of an engineering study that was undertaken to demonstrate that a multi-megawatt Photovoltaic (PV) generation system could be connected to a rural 11 kV feeder without creating power quality issues for other consumers. The paper concentrates solely on the voltage regulation aspect of the study as this was the most innovative part of the study. The study was carried out using the time-domain software package, PSCAD/EMTDC. The software model included real time data input of actual measured load and scaled PV generation data, along with real-time substation voltage regulator and PV inverter reactive power control. The outputs from the model plot real-time voltage, current and power variations throughout the daily load and PV generation variations. Other aspects of the study not described in the paper include the analysis of harmonics, voltage flicker, power factor, voltage unbalance and system losses.