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1

Análise comparativa sobre a eficácia de relés baseados em medidas de freqüência para detecção de ilhamento de geradores distribuídos

Vieira Jr, José Carlos M.; Freitas, Walmir; França, André L. Morelato
2005-06-01

Resumo em português Relés de proteção baseados em medidas de freqüência são usualmente empregados para detectar ilhamento de geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica. O desempenho desses relés é fortemente dependente do desbalanço de potência ativa na rede ilhada. Para avaliar diferentes tipos de relés de freqüência de forma sistemática, utiliza-se, neste trabalho, uma metodologia de análise baseada em um conjunto de curvas relacionando t (mais) empo de detecção do ilhamento e desbalanço de potência ativa. A partir dessas curvas, obtidas por meio de simulação dinâmica não-linear, o conceito de desbalanço crítico de potência ativa também é apresentado. Essa metodologia é aplicada aos relés de sub/sobrefreqüência, relés de taxa de variação da freqüência (Rate of Change of Frequency Relays - ROCOF Relays) e relés de deslocamento de fase (Vector Surge ou Vector Jump Relays). Resumo em inglês Frequency-based relays are usually employed in anti-islanding protection of synchronous generators connected to distribution systems. Since the relays performances are strongly dependent on the amount of active power imbalance in the islanded system, a set of detection time versus power imbalance curves is employed to evaluate the performance of these relays. Such curves are obtained by non-linear dynamical simulation. The concept of critical active power imbalance is als (mais) o presented by using these curves. This methodology is applied to analyze under and over-frequency relays, rate of change of frequency relays (ROCOF relays) and vector surge or vector jump relays (VS relays).

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Análise da resposta em regime transitório e permanente de algoritmos para filtragem digital utilizados em relés numéricos: velocidade de convergência, overshoot e sensibilidade em relação a constante de tempo/ Analysis of the transient and steady state performance of digital filtering algorithms used in numeric relays: convergence speed, overshoot and time constant sensitivity

Machado, Tatiane Martins; Cardoso Jr, Ghendy; Stefanello, Nilvania; Morais, Adriano Peres de; Mariotto, Lenois
2011-02-01

Resumo em português Este trabalho visa avaliar o desempenho de algoritmos de filtragem digital para relés numéricos em termos da capacidade de rejeição da componente DC, resposta transitória, exatidão, freqüência de amostragem e imunidade a ruídos. Além dos filtros clássicos de Fourier de ciclo completo e Cosseno também, são consideradas duas Transformadas Discretas de Fourier (TDF) modificadas. Os sinais de corrente utilizados nos testes foram gerados por equações matemática (mais) s e por simulações computacionais em um sistema teste. Os resultados mostram que na maioria dos casos os filtros de Fourier modificados apresentam o melhor desempenho. Esses algoritmos exigem um maior esforço computacional, devido ao número de operações matemáticas envolvidas. No entanto, esse fato não causou aumento considerável no tempo de simulação. Resumo em inglês This paper aims to assess the performance of digital filtering algorithms for numeric relays in terms of: ability to reject the DC offset component, transient response, accuracy, sampling frequency and noise immunity. The filters under investigation are the full cycle Fourier transform filters, cosine and two modified DFT methods. The current waveforms used during the tests were generated by mathematical equations and by computational simulation on a test system. The resu (mais) lts show that the modified Fourier filters have the best performance, in most cases. These algorithms require a greater computational effort due to the number of mathematical operations involved. However, this fact has not caused considerable increase in simulation time.

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Um método prático para a definição dos ajustes de relés baseados em medidas de freqüência usados para detecção de ilhamento de geração distribuída

Vieira, José Carlos M.; Salles, Diogo; Freitas, Walmir; França, André L. Morelato
2008-06-01

Resumo em português Antes de se proceder com a instalação de geração distribuída em redes de distribuição de energia elétrica, engenheiros de proteção devem projetar e parametrizar sistemas de proteção de forma eficiente para desconectar os geradores distribuídos dentro de um tempo pré-determinado, no caso de ocorrência de situações de ilhamento. Tanto o projeto quanto a avaliação de sistemas de proteção anti-ilhamento confiáveis exigem um estudo detalhado envolvendo nu (mais) merosas simulações dinâmicas, as quais podem demandar muito tempo por parte dos especialistas de proteção. Este artigo tem por objetivo propor um conjunto de fórmulas para reduzir esse número de simulações dinâmicas. Tais fórmulas são capazes de determinar diretamente o comportamento dinâmico dos dispositivos anti-ilhamento mais empregados em geradores síncronos distribuídos: os relés baseados em medidas de freqüência. Elas são obtidas da solução analítica da equação de oscilação da máquina síncrona, juntamente com a solução das equações dos relés. Além disso, as curvas que relacionam o tempo de detecção com o desbalanço de potência ativa, conhecidas como curvas de desempenho, são empregadas para avaliar a exatidão das fórmulas. Tais curvas são obtidas tanto por simulação dinâmica quanto pelas fórmulas propostas, assim uma comparação abrangente pode ser realizada. Os dispositivos de proteção contra ilhamentos analisados neste trabalho são o relé de sub/sobre freqüência, o relé de taxa de variação de freqüência (em inglês, ROCOF relay - Rate Of Change Of Frequency relay) e o relé de deslocamento de fase ou "salto de vetor" (em inglês Vector Surge, Vector Shift ou Voltage Jump relay). Resumo em inglês Prior to the installation of distributed generation in distribution networks, protection engineers must design and adjust efficiently protection systems to disconnect all distributed generators within acceptable time frame in case of islanding occurrences. Designing and evaluating reliable protection systems require numerous repeated dynamic simulations, which may be very time consuming. This paper aims to reduce the number of simulations necessary to design anti-islandin (mais) g protection of distributed generators by proposing a set of formulas that determine directly the dynamic behavior of the most employed anti-islanding devices in synchronous-based distributed generation: frequency-based relays. Such formulas are derived from the solution of the synchronous machine and relays equations. Moreover, the detection time versus active power imbalance curves, known as performance curves, are employed to evaluate the accuracy level of these formulas. These curves are obtained by non-linear dynamic simulations as well as by the proposed formulas, thus a thorough comparison can be done. The frequency-based relays analyzed are: under and over-frequency relays, rate of change of frequency relays (ROCOF relays) and vector surge or vector jump relays (VS relays).

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Sistemas multi-agentes aplicados a proteção adaptativa de linhas de transmissão com três terminais

Coury, Denis V.; Giovanini, Renan; Thorp, James S.
2008-03-01

Resumo em português Este artigo discute o uso de agentes para a adaptação de ajustes de relés de distância para linhas com três terminais. Agentes são processos baseados em softwares capazes de buscar informações em redes de comunicação, interagindo com equipamentos e realizando tarefas em seu favor (neste caso os próprios relés). Resultados ilustrando o desempenho do método adaptativo proposto, e os comparando com métodos convencionais, são apresentados. É mostrado que os re (mais) lés digitais em conjunto com sistemas agentes, agindo dentro de um sistema de comunicação, podem alterar os ajustes adaptativos e assim assegurar o correto funcionamento do sistema de proteção sobre uma larga variedade de condições de operação. O esquema proposto para proteção adaptativa também pode ser utilizado para a transferência de abertura de disjuntor através da rede dedicada para proteção de primeira zona ao longo da extensão total da linha. Resumo em inglês This paper discusses the adaptation of the settings of distance relays for three-terminal lines employing agents. Agents are software processes capable of searching for information in networks, interacting with pieces of equipment and performing tasks on behalf of their owners (relays). Results illustrating the performance of the adaptive method proposed, compared to conventional fixed settings, are presented. It is shown that the digital relays and agents acting within a (mais) communication structure can alter adaptive settings to ensure correct performance over a wide variety of operation conditions. The proposed relaying scheme can also be utilized for transferring the trip of the first zone, clearing over the entire line.

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Análise dos efeitos das incertezas nas estimativas de tempos de falha de produtos via ensaios acelerados/ Uncertainty effect analysis on time to failure estimates through accelerated life tests

Papa, Maria Célia de Oliveira; Abackerli, Alvaro J.; Miguel, Paulo Augusto Cauchick
2007-12-01

Resumo em português As empresas do setor industrial têm hoje o desafio de lançar rapidamente produtos mantendo, entretanto, sua confiabilidade em níveis progressivamente crescentes. O método mais usual para reunir informações sobre a confiabilidade de novos produtos é o ensaio acelerado (ALT), de onde o fabricante reúne informações sobre a vida e sobre os prazos de garantia. Um ALT requer a submissão do produto a condições de estresse para coletar seus tempos de falha, e para is (mais) so é necessário um experimento que materialize cargas de estresse nominalmente definidas. Entretanto, cargas de estresse experimentais estão sempre sujeitas a incertezas que influenciam os resultados do ensaio e a informação sobre a confiabilidade. Aqui se investiga a influência das incertezas experimentais sobre estimativas de vida de relés eletromagnéticos, obtidas usando ATLs. Os resultados mostram que, sem uma análise adequada dos dados, os efeitos das incertezas podem ser relevantes mesmo quando o teste é executado em condições adequadas de chão-de-fábrica, o que conseqüentemente influencia as estimativas de tempo de vida dos produtos. Resumo em inglês Industrial firms face today the challenge to launch new products in shorter times keeping however their reliability in increasing higher levels. The most used method for gathering reliability information for new products is the accelerated life test (ALT), from which the manufacturer can derive information about the product's life and then its warranty period. ALT requires submitting the product to stress conditions and acquiring its time to failure, for which it is neces (mais) sary to set up experiments where the stress loads are physically and nominally defined. However, experimental stress loads are always subjected to uncertainties that influence the tests results and so the product's reliability. This paper investigates the influences of experimental uncertainties in life estimates of electromagnetic relays, obtained through ALTs. Results show that, without the proper data analysis the uncertainty effects on life estimates may be significant also when the tests are performed in adequate shop floor conditions that consequently influence the product's lifetime estimates.

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Racionalização do uso de força motriz em fábrica de ração/ Management of motive power use in animal feed industry

Teixeira, Carlos A.; Oliveira Filho, Delly; Lacerda Filho, Adílio F. de; Martins, José H.
2005-08-01

Resumo em português A falta de investimento no setor energético, aliada à sazonalidade de recursos naturais necessários para a geração de energia hidroelétrica, faz da racionalização do uso de energia elétrica uma ferramenta de apoio imprescindível para o crescimento do País. A ração animal pode representar entre 70 e 80% do custo de produção da criação de animais. Sendo assim, é importante o estudo da racionalização do uso de energia em processos que utilizam intensivame (mais) nte força motriz, tais como as fábricas de ração. Na fábrica de ração estudada, os motores elétricos são utilizados principalmente para moagem e mistura de granulados e transporte. Com o objetivo de racionalizar o uso da energia elétrica, foi realizado estudo de adequação de força motriz dos equipamentos da fábrica de ração da Indústria Pif Paf Alimentos. O índice de carregamento médio dos motores elétricos estudados foi de 48,6%. O potencial estimado total de economia com energia elétrica anual, utilizando-se sempre da melhor opção de adequação de força motriz foi de R$ 24.426,50 ao ano (23,9%). Para que essas medidas sejam efetivadas, devem-se adequar também: (i) as exigências elétricas do circuito, como ajuste de relés e escolha de fusíveis; (ii) o horário de funcionamento, e (iii) necessidade de implantação de sistema de armazenamento de ração. Resumo em inglês The lack of investment in the energy sector, allied to the seasoning of natural resources necessity for the generation of hydroelectric energy, makes the rationalization of the use of electric energy an indispensable tool for country growth in an harmonic manner. The animal feed can represent around 70 to 80% of the total cost for running an animal feed production facility. So, it is important to study the energy management in processes that mainly use motive power, such (mais) as the animal feed factories. In the animal feed factory studied, the electric motors are used mainly for milling and mixture granulated and transportation. The objective of this paper is to manage the use of electric energy, by matching motive power at the Pi Paf animal feed industry to the load needs. The average electric motors load index was 48.6%, indicating a likelihood of economy. The potential economy with electric energy using the best options of motive power was about R$ 24,426.50 per year (23.9%). To achieve this goal it is also necessary: (i) to adjust relays and to choose fuses, (ii) to schedule operation and (iii) to build storage facilities.

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Análise da incerteza experimental na determinacão da vida usando ensaio acelerado/ Analysis of experimental uncertainties on life determination using accelerated life testing

Abackerli, Alvaro José; Papa, Maria Célia de Oliveira; Miguel, Paulo Augusto Cauchick; Sasseron, Pedro Luiz
2007-04-01

Resumo em português Os estudos de confiabilidade e os ensaios acelerados de vida vêm sendo empregados por um grande número de empresas, principalmente devido a sua importância no desenvolvimento de produtos. Os ensaios acelerados consistem em colocar o produto em funcionamento para avaliar a sua probabilidade de falha ao longo do tempo, determinando-se a partir disso as chances dele sobreviver a um determinado tempo de uso, chamado de missão e, muitas vezes, associado aos prazos de garan (mais) tia. Nos ensaios acelerados, as chamadas cargas de estresse são tratadas como variáveis cujos valores são nominalmente definidos. Deste modo, nos testes acelerados não são ponderadas as incertezas inerentes ao arranjo experimental, tampouco suas influências nos resultados obtidos por meio dos testes. Neste trabalho, métodos de Monte Carlo e dados reais de ensaios acelerados são usados para ilustrar os efeitos das incertezas na vida prevista de relés. Por meio deles, mostra-se também o impacto da incerteza experimental nas decisões gerenciais sobre a vida do produto, durante o seu desenvolvimento. Os resultados indicam que a incerteza presente nos ensaios acelerados pode ser significativa, mostrando, portanto, sua relevância tanto no desenvolvimento do produto quanto na definição de períodos de garantia. Resumo em inglês Reliability and accelerated life testing have been increasingly used by companies due to their importance in product development. Accelerated life testing involves activating products under defined conditions and evaluating the -probability of their survival after a defined life time, usually called mission, which is closely related to product's warranty. Usually, the stress loads are set at nominal values during accelerated testing procedures. Therefore, accelerated test (mais) procedures do not account for either the actual experimental uncertainties related to experimental test conditions or their influences on test results. In this work, actual accelerated life testing data and Monte Carlo simulation methods are used to illustrate the impact of experimental uncertainties on the predicted life of relays under normal conditions and on its management during product design. Results show that the uncertain influences on accelerated life testing can be significant, showing therefore their relevance both on product design and on the definition of warranty periods.

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Um esquema completo para proteção rápida de linhas de transmissão com o uso de equações diferenciais

Macêdo, R. A.; Coury, D. V.
2003-06-01

Resumo em português Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo completo para a proteção de linhas de transmissão, incluindo detecção, classificação e localização de faltas. A localização de faltas consiste na identificação da zona de proteção em que a falta ocorreu e é baseada na modelagem do sistema por meio de equações diferenciais, formuladas através dos parâmetros resistência e indutância da linha de transmissão a ser protegida. Nesta abordagem, não (mais) é necessário que as entradas do algoritmo sejam puramente senoidais, admitindo-se a presença do componente CC presente na falta como parte da solução do problema. Foi utilizado o software ATP - ''Alternative Transiente Program'' para a modelagem do sistema elétrico estudado e a obtenção do conjunto de dados para análise e testes. Com relação ao uso direto das equações diferenciais na localização da falta, foi aplicada uma filtragem adicional às respostas do algoritmo, proporcionando-se um diagnóstico mais rápido das estimativas por meio de um filtro de mediana de 5ª ordem. Para todos os tipos de faltas testados, a detecção, classificação e a estimativa da localização da falta, com o uso do referido filtro, mostraram-se satisfatórias para a finalidade de proteção, convergindo em menos de um ciclo e meio de pós-falta, após a filtragem das estimativas, imprimindo uma velocidade de resposta para os relés digitais. Resumo em inglês This paper presents a complete scheme for protection of transmission lines, including fault detection, fault classification as well as fault location. The fault location module utilizes the modeling of transmission lines through their differential equations. The differential equation for the line is solved having its resistence and inductance as parameters. In this approach there is no need for the algorithm inputs to be pure sinusoidal waves, allowing the presence of har (mais) monics and DC component in the line as part of the solution to the problem. The software ATP was utilized for the modeling of the eletric system under study as well as for data collecting for analysis and test. The direct use of the differential equation do not give an acceptable estimation as far as digital relays are concerned because they have convergence times over two cycles. In this sense, a 5th order median filter was utilized, providing faster diagnosis for the fault location estimation. For the fault types tested, the estimation for the fault location utilizing line parameters has shown itself highly satisfactory for protection purposes. This work has shown that the algorithm outputs converge in less than one and a half cycles after the fault occurrence, presenting a much faster response for digital relays.

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Proposta de um algoritmo genérico baseado em RNA para a proteção de distância de linhas de transmissão

Santos, R.C.; Senger, E.C.
2006-03-01

Resumo em português Neste artigo é apresentado um algoritmo baseado em Redes Neurais Artificiais (RNA) para a implementação de uma proteção de distância de linhas de transmissão. Tal algoritmo possui como principal contribuição a possibilidade de ser utilizado em qualquer linha de transmissão, independentemente da configuração ou do nível de tensão desta, dispensando um novo processo de treinamento da rede neural. Portanto, este algoritmo não necessita de nenhum ajuste na topo (mais) logia ou nos parâmetros da RNA (retreinamento), quando aplicado à diferentes sistemas elétricos. Esta característica diferencia a solução proposta, das demais baseadas em RNA, que são sempre projetadas para operarem numa única e exclusiva linha de transmissão (geometria de torre, condutores, comprimento e nível de tensão pré-determinados), inviabilizando sua implementação num relé comercial. Resumo em inglês This work presents an algorithm based on Artificial Neural Networks (ANN) for the implementation of a distance relay to be used in transmission lines. The main contribution of the proposed algorithm is the possibility to protect any transmission line (generic algorithm) independently of its voltage level or configuration, without a new ANN process training. Therefore, unlike previous works, this algorithm does not need any adjustment in the ANN architecture and its parame (mais) ters, when applied to different electric systems. This characteristic is the main differential of the solution presented here, when compared to other ANN based algorithms, always developed to operate in only one particular transmission line (tower geometry, cable, length and pre-determined voltage level), which makes them unfit to be implemented in a commercial relays.

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Método de implementação de Sistema de Diagnóstico de Falta para subestações baseado em Redes de Petri

Sampaio, Raimundo Furtado; Barroso, Giovanni Cordeiro; Leão, Ruth Pastôra Saraiva
2005-12-01

Resumo em português Este trabalho apresenta um método de desenvolvimento de Sistema de Diagnóstico de Faltas (SDF) utilizando Redes de Petri Coloridas Hierárquicas. O SDF proposto visa analisar as informações advindas do SCADA e apresentar diagnóstico de falta sucinto e preciso aos operadores de sistema elétrico, tornando a tarefa de diagnóstico de falta, mais rápida, confiável e menos estressante. O método proposto é desenvolvido e aplicado a uma subestação típica de distribu (mais) ição, digitalizada, de 15 MVA, 69/13,8 kV, pertencente ao sistema de distribuição da Companhia Energética do Ceará - COELCE. Resumo em inglês This paper presents a methodology for the development of a Fault Diagnosis System (FDS) based on Hierarchical Colored Petri Nets. The proposed FDS aims to evaluate the information from the SCADA and to present a fault diagnosis sucint and accurate to the power system operators, causing the task of fault diagnosis faster, reliable and less stressful. The proposed methodology is developed and applied to a typical distribution substation with digital relays, 15 MVA, 69 kV/13,8 kV, owned by the local distribution utility, Companhia Energética do Ceará (Brazil).

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