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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2018.tde-10122018-134438
Document
Author
Full name
Wellington Maycon Santos Bernardes
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Asada, Eduardo Nobuhiro (President)
Coury, Denis Vinicius
Rosa, Mauro Augusto da
Souza, Silvio Aparecido de
Vieira Júnior, José Carlos de Melo
Title in Portuguese
Análise da proteção de sistemas de energia elétrica utilizando técnicas modernas de otimização heurística
Keywords in Portuguese
Coordenação
Meta-heurística
Otimização
Proteção de sistemas elétricos
Seletividade
Abstract in Portuguese
O estudo da proteção em sistemas elétricos de potência representa um tópico de grande relevância proporcionando continuidade do serviço e segurança da operação. Hoje, a coordenação de relés direcionais de sobrecorrente (RDSs) é realizada usando formulações matemáticas que basicamente levam em consideração o tempo de operação dos dispositivos e o atendimento ao intervalo de tempo de coordenação (ITC). Nesta tese tem sido realizada a coordenação e seletividade entre RDSs considerando a otimização simultânea das unidades temporizada e instantânea de fase e neutro, contingências em circuitos mutuamente acoplados e ajuste automático das curvas. Algumas questões como os critérios de curtos-circuitos e tratamento topológico para circuitos interligados são também discutidas. Inicialmente, os estudos foram tratados como Otimização Monobjetivo (soma ponderada) minimizando a soma do tempo dos relés primários quando aplicado um curto-circuito do tipo close-in, na barra remota e a soma dos ajustes da unidade de sobrecorrente instantânea. Em sequência duas abordagens envolvendo um aspecto multiobjetivo são propostas. A primeira minimiza o tempo de operação de todos dispositivos de proteção, enquanto maximiza um índice de coordenação, ocasionando então em ITC variável. Já a segunda, além de minimizar o tempo de operação, o número de ajustes permitidos a serem alterados é limitado pelo operador, se a coordenação de todos elementos envolvidos for inviável. Os ajustes dos RDSs são obtidos por meio de algoritmos meta-heurísticos (derivados do Particle Swarm Optimization e Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II. Os métodos modernos ou inteligentes, concebidos a partir de conceitos de inteligência artificial, têm evoluído rapidamente e permitem a obtenção de excelentes soluções com a confiabilidade adequada para aplicações em engenharia. A eficácia e robustez do método são realizadas em um sistema de transmissão pertencente à área de uma concessionária brasileira. Por fim, os resultados foram bem satisfatórios visto que o emprego da unidade instantânea e múltiplas curvas diminuiu substancialmente a soma de tempo de atuação dos dispositivos de proteção, contribuindo para minimizar o trabalho empregado pelo engenheiro de proteção com segurança e rica informação técnica. Ademais, as estratégias multiobjetivos auxiliam o operador na tomada de decisão uma vez que cada solução encontrada atende específicas restrições oriundas do equipamentos empregados ou estados contingenciais da rede.
Title in English
Analysis of the power system protection using modern heuristic optimization techniques
Keywords in English
Coordination
Metaheuristic
Optimization
Power system protection
Selectivity
Abstract in English
The study of power system protection represents a highly relevant topic providing continuity of service and safety of operation. Today, the coordination of directional overcurrent relays (DORs) is performed using mathematical formulations that basically take into account the operation time of the devices and the coordination time interval (CTI). In this thesis, coordination and selectivity between DORs have been performed considering the simultaneous optimization of the instantaneous and time overcurrent unit (both phase and ground), contingencies in coupled mutually circuits and automatic determination of the curves. Some issues are also discussed such as criteria for short-circuit calculation and topological treatment for interconnected circuits. Initially, the studies were considered as being a case of Monobjective Optimization (weighted sum) by minimizing the sum of operation time of primary relays when occur close-in and line-end faults and also the sum of the instantaneous overcurrent unit. In sequence are proposed two approaches involving multiobjective aspect. The first minimizes the operating time of all protection devices, while maximizing a coordination index (here, CTI is non-fixed). The second, besides minimizing the operating time, the number of settings allowed to alter is limited by operator, if the coordination of all elements involved is not possible in practice. The settings of DORs have been found by using meta-heuristic algorithms (derived from Particle Swarm Optimization and Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II). Modern or intelligent methods, conceived from artificial intelligence, have evolved rapidly and obtained excellent solutions with the acceptable reliability for engineering applications. The test has been carried out on a transmission network from a Brazilian utility. Finally, the results were well satisfactory because using the instantaneous unit and multiple curves substantially reduced the sum of operating time of the protective devices, contributing to decrease workload of protection engineers with safety and rich technical information. In addition, the multiobjective strategies help the operator in the decision making since each solution satisfies specific constraints coming from used equipment or contingency states of the existing network.
 
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Wellington.pdf (14.04 Mbytes)
Publishing Date
2018-12-12
 
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