Estimação fasorial para relés de proteção numéricos usando redes neurais artificiais e o algoritmo de Levenberg-Marquardt
| Ano de defesa: | 2018 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Engenharia Elétrica UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/15077 |
Resumo: | In this work, two methodologies for phasor estimation in numerical protective relays in Electrical Power Systems will be presented: one based on Artificial Neural Networks, and another based on the Levenberg-Marquardt algorithm. Firstly, a brief introduction to the mathematical concepts of some phasor estimation algorithms used for comparison with the proposed methods is presented. These algorithms consist of some Discrete Fourier Transform based methods, integral based methods, the Mimic filter, the cosine filter, the Kalman filter, and a method based on curve-fitting which was proposed by the author in another work. Next, the two proposed methods are presented in detail where all of their aspects are shown, from the mathematical equations that govern them, to the application of these equations in a structure with the purpose of real-time phasor estimation. The comparative analysis between the methods is done through the simulation of signals with varied parameters, including the components that may impair signal reading by the relay. These components are the unidirectional exponentially decaying component, also known as DC component or continuous component, harmonic components, and noises. From the simulations, six Performance Indexes are used, which quantitatively evaluate each algorithm on the criteria of response oscillation, overshoot, and convergence time, whence the best relative performances can be numerically obtained. The simulations graphical results are also shown, with the goal of providing visual aid and serve as complementation and verification for the numerical results. After the simulated cases are evaluated, an analysis of the results and characteristics of each method is made, highlighting their strengths and weaknesses. |
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Estimação fasorial para relés de proteção numéricos usando redes neurais artificiais e o algoritmo de Levenberg-MarquardtPhasor estimation for numerical protective relays using artificial neural networks and the Levenberg-Marquardt algorithmAlgoritmo de Levenberg-MarquardtEstimação fasorialRedes neurais artificiaisRelés de proteção numéricosArtificial neural networksLevenberg-Marquardt algorithmNumerical protective relaysPhasor estimationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAIn this work, two methodologies for phasor estimation in numerical protective relays in Electrical Power Systems will be presented: one based on Artificial Neural Networks, and another based on the Levenberg-Marquardt algorithm. Firstly, a brief introduction to the mathematical concepts of some phasor estimation algorithms used for comparison with the proposed methods is presented. These algorithms consist of some Discrete Fourier Transform based methods, integral based methods, the Mimic filter, the cosine filter, the Kalman filter, and a method based on curve-fitting which was proposed by the author in another work. Next, the two proposed methods are presented in detail where all of their aspects are shown, from the mathematical equations that govern them, to the application of these equations in a structure with the purpose of real-time phasor estimation. The comparative analysis between the methods is done through the simulation of signals with varied parameters, including the components that may impair signal reading by the relay. These components are the unidirectional exponentially decaying component, also known as DC component or continuous component, harmonic components, and noises. From the simulations, six Performance Indexes are used, which quantitatively evaluate each algorithm on the criteria of response oscillation, overshoot, and convergence time, whence the best relative performances can be numerically obtained. The simulations graphical results are also shown, with the goal of providing visual aid and serve as complementation and verification for the numerical results. After the simulated cases are evaluated, an analysis of the results and characteristics of each method is made, highlighting their strengths and weaknesses.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste trabalho, serão apresentadas duas metodologias para estimação fasorial em relés de proteção numéricos em Sistemas Elétricos de Potência: uma baseada em Redes Neurais Artificiais, e outra baseada no algoritmo de Levenberg-Marquardt. Primeiramente, uma breve introdução aos conceitos matemáticos de alguns algoritmos de estimação fasorial que são usados para fins comparativos com os métodos propostos é apresentada. Esses algoritmos consistem de alguns métodos baseados na Transformada Discreta de Fourier, métodos baseados em integral, o filtro Mimic, o filtro cosseno, o filtro de Kalman, e um método baseado em ajuste de curvas que foi proposto pelo autor em outro trabalho. A seguir, os dois métodos propostos são apresentados em detalhes onde todos seus aspectos são mostrados, desde as equações matemáticas que os regem, até a aplicação dessas equações em uma estrutura com o objetivo da estimação fasorial em tempo real. A análise comparativa entre os métodos é feita através de simulações de sinais com diferentes parâmetros, incluindo as componentes que podem prejudicar a leitura do sinal pelos relés. Essas componentes são a componente unidirecional exponencialmente decrescente, também conhecida como componente DC ou componente contínua, componentes harmônicas, e ruídos. A partir das simulações, são usados seis Índices de Desempenho, que avaliam cada algoritmo quantitativamente nos critérios de oscilação da resposta, overshoot, e tempo de convergência, de onde os melhores desempenhos relativos podem ser obtidos numericamente. Os resultados gráficos das simulações também são mostrados, com o objetivo de proporcionar auxílio visual e servir como complementação e verificação para os resultados numéricos. Após os casos simulados terem sido avaliados, é feita uma análise dos resultados e das características de cada método, realçando seus pontos fortes e fracos.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaCardoso Junior, Ghendyhttp://lattes.cnpq.br/6284386218725402Morais, Adriano Peres dehttp://lattes.cnpq.br/2780595038162903Ramos, Diego Berlezihttp://lattes.cnpq.br/9143184033328069Marchesan, Gustavohttp://lattes.cnpq.br/4254867243649147Oleskovicz, Máriohttp://lattes.cnpq.br/5872571647194208Coury, Denis Viniciushttp://lattes.cnpq.br/4102044100700526Silva, Chrystian Dalla Lana da2018-12-11T21:06:00Z2018-12-11T21:06:00Z2018-03-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/15077ark:/26339/001300000v64wporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2018-12-12T05:02:10Zoai:repositorio.ufsm.br:1/15077Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2018-12-12T05:02:10Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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In this work, two methodologies for phasor estimation in numerical protective relays in Electrical Power Systems will be presented: one based on Artificial Neural Networks, and another based on the Levenberg-Marquardt algorithm. Firstly, a brief introduction to the mathematical concepts of some phasor estimation algorithms used for comparison with the proposed methods is presented. These algorithms consist of some Discrete Fourier Transform based methods, integral based methods, the Mimic filter, the cosine filter, the Kalman filter, and a method based on curve-fitting which was proposed by the author in another work. Next, the two proposed methods are presented in detail where all of their aspects are shown, from the mathematical equations that govern them, to the application of these equations in a structure with the purpose of real-time phasor estimation. The comparative analysis between the methods is done through the simulation of signals with varied parameters, including the components that may impair signal reading by the relay. These components are the unidirectional exponentially decaying component, also known as DC component or continuous component, harmonic components, and noises. From the simulations, six Performance Indexes are used, which quantitatively evaluate each algorithm on the criteria of response oscillation, overshoot, and convergence time, whence the best relative performances can be numerically obtained. The simulations graphical results are also shown, with the goal of providing visual aid and serve as complementation and verification for the numerical results. After the simulated cases are evaluated, an analysis of the results and characteristics of each method is made, highlighting their strengths and weaknesses. |
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