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Type: Tese
Title: Novos algoritmos para proteção de linhas de transmissão durante oscilações de potência
Authors: Henrique dos Reis Paula
First Advisor: Clever Sebastiao Pereira Filho
First Co-advisor: Adriano Peres de Morais
First Referee: João Ricardo da Mata Soares de Souza
Second Referee: Eduardo Gonzaga da Silveira
Third Referee: Alberto Resende de Conti
metadata.dc.contributor.referee4: Felipe Vigolvino Lopes
Abstract: A literatura técnica atual, relativa à proteção de sistema elétricos de potência, tem dado destaque importante ao estudo de oscilações de potência, em especial as oscilações de potência simétricas. Nesses casos, observam-se efeitos iguais, ou aproximadamente iguais, nos sinais trifásicos de tensão e corrente. No entanto, oscilações de potência assimétricas também podem acontecer. Nessas condições é notório o desequilíbrio existente nos sinais trifásicos. Durante qualquer condição de oscilação de potência, simétrica ou assimétrica, a impedância aparente se desloca no plano RX, podendo entrar nas zonas de operação da proteção de distância. Esse é um problema para a proteção de distância, que pode detectar como falta uma condição de oscilação de potência. Para evitar esse mau funcionamento, a função de bloqueio por oscilação de potência deve bloquear a proteção de distância durante oscilações de potência. Contudo, estando a proteção de distância bloqueada, o rápido desbloqueio é necessário se ocorrer um curto-circuito durante a oscilação de potência. Nesse caso, a função de desbloqueio deve detectar a existência da falta e desbloquear a proteção de distância, que eliminará a falta. É nesse contexto de funções complementares, de bloqueio e desbloqueio, que se desenvolve este estudo, sendo propostos dois novos algoritmos. O primeiro algoritmo proposto (ALG-A) é desenvolvido considerando formulação matemática, amplamente encontrada na literatura, utilizada para modelar oscilações de potência simétricas. Logo, o algoritmo proposto ALG-A se limita a este contexto. Já o segundo algoritmo proposto (ALG-B) é desenvolvido a partir de nova formulação matemática, proposta originalmente neste estudo, capaz de modelar condições de oscilações de potência simétricas e assimétricas. Portanto, o algoritmo proposto ALGB se aplica a um amplo contexto, que considera condições de oscilações de potência simétricas e assimétricas, caracterizando-o como um método de proteção multifunção. É comum aos dois algoritmos propostos (ALG-A e ALG-B) o emprego de solução analítica, também originalmente desenvolvida no escopo deste estudo. É demonstrado que o filtro de Fourier em conjunto com o teorema de Fortescue estimam fasores de sequência negativa durante oscilações de potência. Então, esses fasores podem ser utilizados para detectar oscilações de potência e faltas durante oscilações de potência. Entre as vantagens, cita-se que os algoritmos propostos dispensam estudos sistêmicos complexos para definir ajustes de parametrização. Além disso, demandam baixa frequência de amostragem e utilizam ferramentas matemáticas comumente encontradas em relés de proteção, como filtros Butterworth, filtro de Fourier e o teorema de Fortescue. Os dois algoritmos são validados inicialmente diante de cenários de testes obtidos a partir do software Matlab/Simulink, onde foi modelado um sistema elétrico IEEE-9 Barras. Os resultados mostram que a função de bloqueio atuou corretamente diante de todos os testes realizados. A função de desbloqueio também obteve bom desempenho, se mostrando superior a dois algoritmos disponíveis na literatura. Diante de casos reais de oscilações de potência, entre os algoritmos propostos, apenas o algoritmo proposto ALG-B obteve desempenho totalmente adequado, corroborando com a confiabilidade e segurança deste novo método.
Abstract: The current technical literature, concerning power system protection, has given emphasis to the study of power swings, especially symmetrical power swings. In such cases, equal or approximately equal effects are observed in the three-phase voltage and current signals. However, asymmetrical power swings can also occur. Under these conditions, the existing unbalance in the three-phase signals is noticeable. During any power swing condition, symmetrical or asymmetrical, the apparent impedance shifts in the RX plane and may enter the operating zones of the distance protection. This is a problem for the distance protection, which can detect a power swing condition as a fault. To avoid this malfunction, the power swing blocking function must block the distance protection during power swings. However, as the distance protection is blocked, fast unlocking is required if a short circuit occurs during power swing. In this case, the unblocking function must detect the existence of the fault and unblock the distance protection, which will clear the fault. It is in this context of complementary functions, blocking and unblocking, that this study is developed, and two novel algorithms are proposed. The first proposed algorithm (ALGA) is developed considering mathematical formulation, widely found in the literature, used to model symmetrical power swings. Therefore, the ALG-A proposed algorithm is limited to this context. The second proposed algorithm (ALG-B) is developed from a novel mathematical formulation, originally proposed by this study, capable of modeling symmetrical and asymmetrical power swings conditions. Therefore, the ALG-B proposed algorithm applies to a broad context, which considers symmetrical and asymmetrical power swings conditions, characterizing it as a multifunction protection method. Common to both proposed algorithms (ALG-A and ALG-B) is the employment of analytical solution, also originally developed in the scope of this study. It is shown that the Fourier filter and Fortescue’s theorem estimates negative sequence phasors during power swings. Then, these phasors can be used to detect power swings and faults during power swings. Among the advantages, it is mentioned that the proposed algorithms do not require complex systemic studies to define parameterization adjustments. In addition, they work with low sampling frequency and use mathematical tools commonly found in protective relays, such as Butterworth filters, Fourier filter and Fortescue’s theorem. Both algorithms are initially validated against test scenarios obtained from the software Matlab/Simulink, where an IEEE-9 Bus electrical system was modeled. The results show that the blocking function worked correctly in all tests performed. The unblocking function also performed well, outperforming two other algorithms available in the literature. When analyzing real cases of power swings, among the proposed algorithms, only the ALG-B proposed algorithm performed fully adequately, corroborating the reliability and safety of this novel method.
Subject: Engenharia elétrica
Algoritmos
Oscilações
Proteção elétrica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/50473
Issue Date: 4-Nov-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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