Tratamento do problema da dessincronização de dados para proteção diferencial

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Lima, Diomar Adonis Copetti
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/36860
Resumo: This thesis proposes a methodology for treating data desynchronization in differential protection systems for transformers and busbars in digital substations based on the IEC 61850 standard. The methodology addresses the two main causes of desynchronization: measurement time errors and time synchronization errors. The research included theoretical studies to identify the challenges related to data desynchronization in differential protection. To solve these challenges, the proposed methodology uses digital signal processing techniques. Among the techniques applied are Matrix Pencil (MP) for frequency estimation, Lagrange Interpolation for correcting the sampling instant, and a half-cycle Fourier transform for calculating the phase angle. The focus is to ensure a fast and accurate protection response, even in cases of temporary loss of synchronization, signal variations, and noise. The methodology also seeks to integrate the Simple Network Time Protocol (SNTP) and IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), acting as a complement to PTP in situations of synchronization loss. The validation of the methodology was carried out through simulations, including Hardware-in-the-Loop (HIL) tests. In one of the test environments, a Raspberry Pi emulated the current signals, publishing the sampled values on an Ethernet network to a notebook. This notebook, emulating an Intelligent Electronic Device (IED), executed the methodology and data treatment. In another environment, a real-time simulator, the Optimized Power System Automation Laboratory RealTime (OPAL-RT), published data from a substation via Ethernet to a notebook, which emulated the protection IED. The simulation results demonstrated the effectiveness of the methodology in treating desynchronized data for differential protection, making the protection more precise and reliable. Preliminary results showed a 98.43% reduction in incorrect protection trips for a measurement time error of 5 µs. This contributes to the reduction of forced outages and increases the safety and efficiency of the electrical power system. The proposed methodology is a viable and robust solution for modernizing differential protection in substations based on IEC 61850, being applicable in distribution and subtransmission substations.
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Among the techniques applied are Matrix Pencil (MP) for frequency estimation, Lagrange Interpolation for correcting the sampling instant, and a half-cycle Fourier transform for calculating the phase angle. The focus is to ensure a fast and accurate protection response, even in cases of temporary loss of synchronization, signal variations, and noise. The methodology also seeks to integrate the Simple Network Time Protocol (SNTP) and IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), acting as a complement to PTP in situations of synchronization loss. The validation of the methodology was carried out through simulations, including Hardware-in-the-Loop (HIL) tests. In one of the test environments, a Raspberry Pi emulated the current signals, publishing the sampled values on an Ethernet network to a notebook. This notebook, emulating an Intelligent Electronic Device (IED), executed the methodology and data treatment. In another environment, a real-time simulator, the Optimized Power System Automation Laboratory RealTime (OPAL-RT), published data from a substation via Ethernet to a notebook, which emulated the protection IED. The simulation results demonstrated the effectiveness of the methodology in treating desynchronized data for differential protection, making the protection more precise and reliable. Preliminary results showed a 98.43% reduction in incorrect protection trips for a measurement time error of 5 µs. This contributes to the reduction of forced outages and increases the safety and efficiency of the electrical power system. The proposed methodology is a viable and robust solution for modernizing differential protection in substations based on IEC 61850, being applicable in distribution and subtransmission substations.Esta tese propõe uma metodologia para o tratamento da dessincronização de dados em sistemas de proteção diferencial para transformadores e barramentos em subestações digitais baseadas na norma IEC 61850. A metodologia aborda as duas principais causas de dessincronização: erros de tempo de medição e erros de sincronização do tempo. A pesquisa incluiu estudos teóricos para identificar os desafios relacionados à dessincronização de dados na proteção diferencial. Para solucionar esses desafios, a metodologia proposta utiliza técnicas de processamento digital de sinais. Entre as técnicas aplicadas estão a Matriz Pencil (MP) para a estimativa de frequência, a Interpolação de Lagrange para a correção do instante de amostragem e a transformada de Fourier de meio ciclo para o cálculo do ângulo de fase. O foco é garantir uma atuação rápida e precisa da proteção, mesmo em casos de perda temporária de sincronismo, variações de sinal e ruído. A metodologia também busca a integração dos protocolos Simple Network Time Protocol (SNTP) e IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), atuando de forma complementar ao PTP em situações de perda de sincronismo. A validação da metodologia foi realizada por meio de simulações, incluindo testes de Hardware-in-the-Loop (HIL). Em um dos ambientes de teste, um Raspberry Pi emulou os sinais de corrente, publicando os valores amostrados em uma rede Ethernet para um notebook. Este, emulando um Intelligent Electronic Device (IED), executou a metodologia e o tratamento dos dados. Em outro ambiente, um simulador de tempo real, o Optimized Power System Automation Laboratory Real-Time (OPAL-RT), publicou os dados de uma subestação via Ethernet para um notebook, que emulou o IED de proteção. Os resultados das simulações demonstraram a eficácia da metodologia no tratamento de dados dessincronizados para a proteção diferencial, tornando a proteção mais precisa e confiável. Os resultados preliminares mostraram uma redução de 98,43% nas ocorrências de disparos incorretos da proteção para um erro de tempo de medição de 5 µs. Isso contribui para a diminuição de desligamentos forçados e aumenta a segurança e eficiência do sistema elétrico. A metodologia proposta é uma solução viável e robusta para a modernização das proteções diferenciais em subestações baseadas na IEC 61850, sendo aplicável em subestações de distribuição e subtransmissão.Universidade Federal de Santa MariaBrasilUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaBernardon, Daniel Pinheirohttp://lattes.cnpq.br/6004612278397270Oliveira, Mario OrlandoMorais, Adriano Peres deLeborgne, Roberto ChouhyCabral, Roberto JoséNetto, Ulisses CheminLima, Diomar Adonis Copetti2025-11-19T18:34:27Z2025-11-19T18:34:27Z2025-09-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/36860porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-11-19T18:34:27Zoai:repositorio.ufsm.br:1/36860Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-11-19T18:34:27Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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