Detecção de faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica usando dispositivos programáveis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estratégia de identificação paramétrica aplicada à modelagem fenomenológica de um sistema do tipo correia transportadora industrial para fins de detecção de faltas

Os sistemas do tipo correia transportadora, são sistemas essenciais para grandes empresas, embora este equipamento apresente um elevado grau de criticidade, de modo que uma parada não planejada do mesmo, pode gerar perdas imensas ou até mesmo a parada de todo o processo produtivo. Tendo em vista a criticidade do equipamento, torna-se necessário realizar a monitoração adequada do mesmo e detectar com maior antecedência possível a ocorrência de alguma falta ocorrida no sistema. Objetivando reduzir as paradas não planejadas, investiga-se nesta dissertação a modelagem de um sistema do tipo correia transportadora com a finalidade de uso no monitoramento e diagnóstico de faltas neste tipo de sistema. Primeiramente é discutido um modelo fenomenológico do processo, o qual é baseado na aplicação das leis da mecânica e considerando-se os diversos tipos de força de oposição ao movimento de uma correia transportadora. Os principais parâmetros do transportador foram estimados utilizando-se técnicas de identificação baseadas em Mínimos Quadrados Não Recursivos. Em seguida, foi desenvolvido e implementado um algoritmo de detecção de faltas utilizando a teoria de análise intervalar, de modo que possibilite detectar condições inadequadas de funcionamento. Com o intuito de avaliar o desempenho do algoritmo proposto foi projetado e construído um protótipo que emula as condições operacionais típicas de um sistema real do tipo correia transportadora. Os resultados obtidos experimentalmente, confirmam o bom desempenho da metodologia proposta.

Contribuições para a detecção e identificação de faltas em inversores Multiníveis

This work presents contributions in the detection and identication of faults in multilevel inverters through the study of the converters behavior under these operation conditions. Basically, the approached fault consists of an open-circuit in any switch of a three-level clamped diode inverter. The converter operation is characterized in the pre and post-fault states. A wave form behavior analysis of the pole voltage, phase current and dc-bus current is also done, which highlights characteristics that allow the detection of failure and, even, under favorable conditions, the identication of the faulty device. A compensation strategy of the approached fault (open-switch) is also investigated with the purpose of maintaining the driving system operational when a failure occurs. The proposed topology uses SCRs in parallel with the internal switches of the inverter, which allows, in some occasions, the full utilization of the dc-bus

Detecção e classificação de faltas de alta impedância em sistemas elétricos de potência usando lógica Fuzzy

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudos de estratégias de identificação paramétrica para detecção e diagnóstico de faltas em um processo industrial do tipo tanques comunicantes

Esta dissertação apresenta uma técnica para detecção e diagnósticos de faltas incipientes. Tais faltas provocam mudanças no comportamento do sistema sob investigação, o que se reflete em alterações nos valores dos parâmetros do seu modelo matemático representativo. Como plataforma de testes, foi elaborado um modelo de um sistema industrial em ambiente computacional Matlab/Simulink, o qual consiste em uma planta dinâmica composta de dois tanques comunicantes entre si. A modelagem dessa planta foi realizada através das equações físicas que descrevem a dinâmica do sistema. A falta, a que o sistema foi submetido, representa um estrangulamento gradual na tubulação de saída de um dos tanques. Esse estrangulamento provoca uma redução lenta, de até 20 %, na seção desse tubo. A técnica de detecção de falta foi realizada através da estimação em tempo real dos parâmetros de modelos Auto-regressivos com Entradas Exógenas (ARX) com estimadores Fuzzy e de Mínimos Quadrados Recursivos. Já, o diagnóstico do percentual de entupimento da tubulação foi obtido por um sistema fuzzy de rastreamento de parâmetro, realimentado pela integral do resíduo de detecção. Ao utilizar essa metodologia, foi possível detectar e diagnosticar a falta simulada em três pontos de operação diferentes do sistema. Em ambas as técnicas testadas, o método de MQR teve um bom desempenho, apenas para detectar a falta. Já, o método que utilizou estimação com supervisão fuzzy obteve melhor desempenho, em detectar e diagnosticar as faltas aplicadas ao sistema, constatando a proposta do trabalho.

Metodologia baseada em sistema fuzzy intervalar do tipo-2 para detecção e identificação de faltas de incipientes em motores de indução

Desde a incorporação da automação no processo produtivo, a busca por sistemas mais eficientes, objetivando o aumento da produtividade e da qualidade dos produtos e serviços, direcionou os estudos para o planejamento de estratégias que permitissem o monitoramento de sistemas com o intuito principal de torna-los mais autônomos e robustos. Por esse motivo, as pesquisas envolvendo o diagnóstico de faltas em sistemas industriais tornaram-se mais intensivas, visto a necessidade da incorporação de técnicas para monitoramente detalhado de sistemas. Tais técnicas permitem a verificação de perturbações, falta ou mesmo falhas. Em vista disso, essa trabalho investiga técnicas de detecção e diagnostico de faltas e sua aplicação em motores de indução trifásicos, delimitando o seu estudo em duas situações: sistemas livre de faltas, e sobre atuação da falta incipiente do tipo curto-circuitoparcial nas espiras do enrolamento do estator. Para a detecção de faltas, utilizou-se analise paramétrica dos parâmetros de um modelo de tempo discreto, de primeira ordem, na estrutura autoregressivo com entradas exógenas (ARX). Os parâmetros do modelo ARX, que trazem informação sobre a dinâmica dominante do sistema, são obtidos recursivamente pela técnica dos mínimos quadrados recursivos (MQR). Para avaliação da falta, foi desenvolvido um sistema de inferência fuzzy (SIF) intervala do tipo-2, cuja mancha de incerteza ou footprint of uncertainty (FOU), características de sistema fuzzy tipo-2, é ideal como forma de representar ruídos inerentes a sistemas reais e erros numéricos provenientes do processo de estimação paramétrica. Os parâmetros do modelo ARX são entradas para o SIF. Algoritmos genéricos (AG’s) foram utilizados para otimização dos SIF intervalares tipo-2, objetivando reduzir o erro de diagnóstico da falta identificada na saída desses sistemas. Os resultados obtidos em teste de simulação computacional demonstram a efetividade da metodologia proposta.

Localizador de faltas por ondas viajantes em linhas de transmissão

It is important to ensure smoothly operation of a transmission line, sending energy to the consumption centers with minimal interruptions and safer. With this necessity, the fault location techniques have grown, in order to mitigate the impact of the fault and its correction can be more quickly and accurately. This paper presents a comparison between two different techniques of fault location, the fault location by impedance method, which uses the line parameters, the impedance per distance, voltage and current signals, and the other is the traveling wave method, which uses only a very fast analysis of time, synchronization and length between the line ends, do not using voltage and current values, but the temporal perception of the fault. Using travelling waves fault detection makes the previous knowledge of line parameters obsolete, which helps a lot network technicians and engineers with a quick and easy analysis. The methods are simulated in ATP Draw software, so both algorithms can be evaluated for their effectively and accuracy

Localizador de faltas por ondas viajantes em linhas de transmissão

It is important to ensure smoothly operation of a transmission line, sending energy to the consumption centers with minimal interruptions and safer. With this necessity, the fault location techniques have grown, in order to mitigate the impact of the fault and its correction can be more quickly and accurately. This paper presents a comparison between two different techniques of fault location, the fault location by impedance method, which uses the line parameters, the impedance per distance, voltage and current signals, and the other is the traveling wave method, which uses only a very fast analysis of time, synchronization and length between the line ends, do not using voltage and current values, but the temporal perception of the fault. Using travelling waves fault detection makes the previous knowledge of line parameters obsolete, which helps a lot network technicians and engineers with a quick and easy analysis. The methods are simulated in ATP Draw software, so both algorithms can be evaluated for their effectively and accuracy

Ajuste e ensaio de sistemas de proteção de geradores síncronos.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta.

Detecção e classificação de faltas de curto-circuito em sistemas de distribuição de energia elétrica usando lógica nebulosa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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)

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.

Proposta de um algoritmo eficiente para a localização de faltas por relé diferencial numérico para proteção de linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristores (TCSC)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Localização de faltas em linhas de transmissão usando morfologia matemática

This work an algorithm for fault location is proposed. It contains the following functions: fault detection, fault classification and fault location. Mathematical Morphology is used to process currents obtained in the monitored terminals. Unlike Fourier and Wavelet transforms that are usually applied to fault location, the Mathematical Morphology is a non-linear operation that uses only basic operation (sum, subtraction, maximum and minimum). Thus, Mathematical Morphology is computationally very efficient. For detection and classification functions, the Morphological Wavelet was used. On fault location module the Multiresolution Morphological Gradient was used to detect the traveling waves and their polarities. Hence, recorded the arrival in the two first traveling waves incident at the measured terminal and knowing the velocity of propagation, pinpoint the fault location can be estimated. The algorithm was applied in a 440 kV power transmission system, simulated on ATP. Several fault conditions where studied and the following parameters were evaluated: fault location, fault type, fault resistance, fault inception angle, noise level and sampling rate. The results show that the application of Mathematical Morphology in faults location is very promising

Detecção e classificação de curto-circuitos em sistemas de distribuição usando rede neural artificial ARTMAP nebulosa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)