Proteção adaptativa em redes de distribuição modernas: proposta de um novo método para estimação das correntes de curto-circuito baseado em Lógica Fuzzy e equações analíticas genéricas
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Data
2022-09-30
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Nos últimos anos houve um crescimento acentuado na inserção de Geradores Distribuídos (GDs), principalmente geradores fotovoltaicos conectados no sistema de Distribuição de Energia Elétrica (SDEE). Dentre os impactos causados devido à inserção dos GDs nos SDEE, podem-se citar alguns positivos como a melhoria do perfil de tensão e a redução das perdas elétricas do sistema em alguns casos, mas também alguns impactos negativos como o aumento dos níveis de curto-circuito e a possibilidade da inversão no sentido dos fluxos de correntes que podem causar problemas na coordenação e seletividade da proteção. Dentre as soluções propostas na literatura, a proteção adaptativa é uma das mais interessantes devido à possibilidade de adaptação do sistema de proteção às diferentes condições do SDEE em termos de topologia, cargas e inserção de GDs. Para tanto, é necessário que o estado do SDEE seja obtido em situações em que a condição de topologia, cargas e gerações são suficientes para alterar os níveis e sentidos dos curtos-circuitos nos alimentadores necessitando que os parâmetros da proteção sejam atualizados para garantir a atuação dos dispositivos de proteção de forma coordenada e seletiva. Nesta tese é proposto um método para estimar de forma online as correntes de curto-circuito em SDEE considerando a inserção de GDs e adaptar a proteção existente. O método é baseado na primeira (PLK) e segunda (SLK) Leis de Kirchhoff e em Lógica Fuzzy (LF). O método proposto é capaz de obter as correntes de curto-circuito que circulam nos alimentadores do SDEE utilizando dados pré-falta e os parâmetros elétricos da rede, possibilitando a adaptação da proteção antes que o curto-circuito ocorra. Os resultados demonstram que o método desenvolvido é eficaz tanto para estimar a corrente injetada pelos GDs quanto para obtenção da variação da corrente de curto-circuito dos alimentadores do SDEE. A partir dos resultados obtidos por meio de simulações realizadas no DIGSILENT, observam-se erros absolutos inferiores a 60 ampéres no pior caso. Portanto os resultados demonstram uma perspectiva confiante na utilização do método proposto para a adaptação da proteção de SDEE modernos.
In recent years there has been growing the insertion of Distributed Generators (DGs), mainly photovoltaic generators connected to the Electric Power Distribution system (SDEE). Among the impacts caused by the insertion of DGs in the SDEE, some positive ones can be mentioned, such as the improvement of the voltage profile and the reduction of electrical losses in the system, but also some negative impacts such as the increase in short-circuit levels and the possibility of reverse current flows direction that can cause problems in the coordination and selectivity of the protection. Among the solutions proposed in the literature, adaptive protection is one of the most interesting due to the possibility of adapting the protection system to different conditions of the SDEE in terms of topology, loads and insertion of DGs. Therefore, it is necessary that the status of the SDEE is obtained in situations where the topology condition, loads and generations are sufficient to change the levels and directions of the short-circuits in the feeders, requiring the protection parameters to be updated to guarantee the performance of protective devices in a coordinated and selective manner. In this thesis, a new method is proposed to estimate online short-circuit currents in SDEE considering the insertion of DGs and adapt the existing protection. The method is based on the first (FKL) and second (SKL) Kirchhoff laws and on Fuzzy Logic (FL). The proposed method is able to obtain the shortcircuit currents that circulate in the SDEE feeders using pre-fault data and the electrical parameters of the network, allowing the adaptation of the protection before the shortcircuit occurs. The results demonstrate that the method developed is effective both to estimate the current injected by the DGs and to obtain the variation of the short-circuit current of the SDEE feeders. From the results obtained through simulations carried out in DIGSILENT, absolute errors lower than 60 amps in the worst case are observed. Therefore, the results demonstrate a confident perspective in the use of the proposed method for adapting the protection of modern SDEE.
In recent years there has been growing the insertion of Distributed Generators (DGs), mainly photovoltaic generators connected to the Electric Power Distribution system (SDEE). Among the impacts caused by the insertion of DGs in the SDEE, some positive ones can be mentioned, such as the improvement of the voltage profile and the reduction of electrical losses in the system, but also some negative impacts such as the increase in short-circuit levels and the possibility of reverse current flows direction that can cause problems in the coordination and selectivity of the protection. Among the solutions proposed in the literature, adaptive protection is one of the most interesting due to the possibility of adapting the protection system to different conditions of the SDEE in terms of topology, loads and insertion of DGs. Therefore, it is necessary that the status of the SDEE is obtained in situations where the topology condition, loads and generations are sufficient to change the levels and directions of the short-circuits in the feeders, requiring the protection parameters to be updated to guarantee the performance of protective devices in a coordinated and selective manner. In this thesis, a new method is proposed to estimate online short-circuit currents in SDEE considering the insertion of DGs and adapt the existing protection. The method is based on the first (FKL) and second (SKL) Kirchhoff laws and on Fuzzy Logic (FL). The proposed method is able to obtain the shortcircuit currents that circulate in the SDEE feeders using pre-fault data and the electrical parameters of the network, allowing the adaptation of the protection before the shortcircuit occurs. The results demonstrate that the method developed is effective both to estimate the current injected by the DGs and to obtain the variation of the short-circuit current of the SDEE feeders. From the results obtained through simulations carried out in DIGSILENT, absolute errors lower than 60 amps in the worst case are observed. Therefore, the results demonstrate a confident perspective in the use of the proposed method for adapting the protection of modern SDEE.
Descrição
Palavras-chave
Geradores Distribuídos, curto-circuito, Sistema de Distribuição de Energia Elétrica, Lógica Fuzzy, Distributed generators, Short-circuit, Electricity distribution system, Fuzzy logic