Aula-20 - Analise de ocorrencias

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Prof. Dr. Miguel Moreto
miguel.moreto@ufsc.br
Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica
LABSPOT – Grupo de Sistemas de Potência
 Introdução
◦ Contexto, uso dos RDPs nos SEP
 Uso dos registros de perturbação
 Monitoramento de dados em usinas
◦ Oscilografia, sequências de evento e sistemas de 
gerenciamento
 Técnicas computacionais
◦ Fourier, fuzzy, wavelets, RNAs, SEs.
 Aplicação desenvolvida
◦ Pré-análise e análise do registro de forma de onda
 Estudos de caso
 Considerações finais
2
13/05/2011 3
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de dados 
em usinas
 Técnicas computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Aconteceu uma falta, desligou tudo, e agora??
◦ Onde foi o problema?
◦ Podemos re-energizar com segurança?
◦ Análise nos painéis.
4
GPS
5
Ethernet
Rede
Cent ral
de análises
RDP
UTR
Relé GPS
GPS
GPS
Usinas conectadas 
em redes 
coorporativas
Dados 
acessíveis 
facilmente
Medidas 
sincronizadas 
por GPS
 Engenheiros responsáveis pela análise de 
ocorrências não conseguem verificar todas as 
situações em tempo hábil.
 Excesso de dados:
◦ Acesso remoto, disparo cruzado, quantidade de 
grandezas, tipos de registros.
 Tarefas braçais:
◦ Acessar registros, selecionar grandezas, acessar 
outros sistemas.
 Análises desnecessárias:
◦ Registros de situações normais.
6
 Para cada ocorrência, o agente gerador deve 
reportar ao ONS as causas do desligamento, 
se houver.
◦ ONS requer oscilógrafos nas instalações do sistema 
(SEs e usinas)
◦ Relatório de perturbação: Dados de sequências de 
eventos, oscilografias, medição de faturamento, 
etc.
7
 Desenvolvimento de metodologias para 
diagnóstico automático de ocorrências, tanto 
em SEs quanto em usinas.
◦ Priorizar as ocorrências.
◦ Diminuir o tempo despendido na elaboração de 
relatórios de perturbação.
◦ Melhorar a qualidade das análises.
8
13/05/2011 9
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Registradores digitais de perturbação:
◦ Grava continuamente grandezas analógicas e 
digitais (memória cíclica);
◦ O disparo do RDP ocasiona o armazenamento 
do registro de oscilografia;
 Tipos de disparo:
◦ Limiar, variação;
◦ Desequilíbrio, sequencial;
◦ Sinal digital;
◦ Manual.
 Sincronismo com GPS.
 Também chamada de registro de curta duração
 ou registro de longa duração
 Formato padronizado de arquivos:
◦ COMTRADE (Common format for Transient Data 
Exchange)
◦ IEEE C37.111
 Exemplo de arquivo.
27/08/2014 13
 Algo deu “trip”, por que?
13/05/2011 14
 Onde foi o defeito?
◦ Linhas tem centenas de quilômetros!
15
 A proteção atuou como deveria?
◦ Slides seguintes, dados cedidos por um agente de 
geração de energia.
16
 Falta em LT.
17
0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-2
-1
0
1
2
 T
e
n
s
ã
o
[ 
p
u
 ]
Tempo t[s]
 
 
fase A
fase B
fase C
0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
-40
-20
0
20
40
 C
o
rr
e
n
te
 [
 p
u
 ]
Tempo t[s]
 
 
fase A
fase B
fase C
18
Curva Característica - Relé 40
-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5
-B (pu)
G
 (
p
u
)
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Zona 1
Zona 2
Zona 3
Ajustes Ch1 Ch2 Ch3
Suscep Sec (pu): 1,08 0,97 1,5
Suscep Prim (pu): 1,19 1,07 1,65
Angle (º): 65 90 90
Time (seg): 10 10 1
19
Ajustes Ch1 Ch2 Ch3
Suscep Sec (pu): 1,08 0,97 1,5
Suscep Prim (pu): 1,19 1,07 1,65
Angle (º): 65 90 90
Time (seg): 10 10 1
Tempos Segundos
Zona 1: 0,187
Zona 2: 0,442
Zona 3: 1,020
Zonas 1 + 2 + 3: 1,649
 Atuou
20
Ajustes Ch1 Ch2 Ch3
Suscep Sec (pu): 1,08 0,97 1,5
Suscep Prim (pu): 1,19 1,07 1,65
Angle (º): 65 90 90
Time (seg): 10 10 1
Tempos Segundos
Zona 1: 0,204
Zona 2: 0,408
Zona 3: 0,884
Zonas 1 + 2 + 3: 1,513
 Não Atuou
 Análise de equipamentos
◦ Transformadores e transdutores
 Qualidade de energia
◦ Variações de tensão, afundamentos, desequilíbrio, 
etc.
21
13/05/2011 22
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Registro de perturbações (oscilografia):
◦ Registro fasorial (de longa duração).
◦ Registro de forma de onda (de curta duração).
 Sistema de supervisão:
◦ Sequências de eventos.
23
 Registradores digitais de perturbações (RDP):
◦ Monitoramento de grandezas analógicas e digitais.
◦ Disparo do RDP:
 Limiar
 Taxa de variação
 Desequilíbrio
 Sequencial (disparo cruzado)
 Por sinal digital
 Manual
◦ O disparo do RDP gera um registro de perturbação 
que é armazenado.
24
25
 Sistema típico:
V AV BV C
IAIBIC
IN
R a
I f V f
IAIBIC
tftf t f
Gerador
Transformador
elevador
Circuito
de campo
Aterramento
I f V f
TP
TC
DJ A
DJ C
DJ B
Dj f
 Duração da ordem de minutos
 Cada amostra é um fasor de freq. fundamental.
 Freq. de amostragem 50 ou 60Hz.
26
 Duração de alguns segundos (curta-duração)
 Freq. de amostragem de 720 a 11520Hz.
27
 Geradas pelos sistemas de supervisão.
 Registros cronológicos sinalizações de 
estados digitais, como:
◦ Atuações de funções de proteção.
◦ Manobras de seccionadoras e disjuntores.
◦ Alarmes.
◦ Outros eventos digitais.
28
 Proteções usuais de 
uma unidade de 
geração, 
monitoradas pelo 
sistema de 
supervisão
29
 Exemplo
30
Hora:min:seg Data Unidade Descrição
23:25:24.966 Maio 16 GT02 Proteção Reversão de potência - 32G mudou para Atuado
23:25:24.972 Maio 16 GT02 Bloqueio gerador - 86G mudou para Atuado
23:25:24.999 Maio 16 GT02 Unidade sincronizada -G2 mudou para Normal
23:25:24.999 Maio 16 GT02
DJ0312 - Disjuntor da unidade 02 ABERTO FECHADO mudou para 
Aberto
23:25:25.161 Maio 16 GT02 Proteção Reversão de potência - 32G mudou para Normal
23:25:25.167 Maio 16 GT02 Bloqueio gerador - 86G mudou para Normal
23:26:49.989 Maio 16 GT02 Relé auxiliar comutação de disparo - 83G mudou para Atuado
23:26:50.002 Maio 16 GT02 BLOQUEIO GERADOR OPERADO - 86G mudou para Atuado
 Sistemas de 
informação para 
integrar os 
diversos sistemas 
de 
monitoramento. 
Ex:
31
13/05/2011 32
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Fluxograma geral:
33
Filtros adaptativos
Limiares de amplitude
Limiares de coeficientes
Grandezas de freq. 
fundamental
Coeficientes de 
transformadas
Amostras
Sistemas especialistas
RNA
Fuzzy
 Segmentação
 Short Time Fourier Transform (STFT)
 Wavelet Transform (WT)
34
 Filtros de Kalman, mínimos quadrados
35
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
-1
0
1
x
 [
p
u
]
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
0
0.5
1
1.5
t[s]
|x
| [
p
u
]
36
 Expressão geral da TF
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
 A
m
p
lit
u
d
e
Tempo t[s]
a)
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
 A
m
p
lit
u
d
e
Tempo t[s]
b)
21
0
[ ] [ ]
knN j
N
n
X k x n e
 


2.01 2.015 2.02 2.025 2.03 2.035 2.04 2.045 2.05 2.055 2.06
-1
-0.5
0
0.5
1
A
m
pl
itu
de
 X
[t]
Tempo t[s]
a)
0 20 40 60 80 100 120
0
0.5
1
 M
ag
ni
tu
de
 X
[ f
 ]
Frequências [Hz]
b)
a) Sinal de registro de oscilografia (aperiódico).
b) Frequências que compõem o sinal, obtidas a partir da FT.
𝐹 𝑤 = 
−∞
+∞
𝑓 𝑡 𝑒−𝑗𝑤𝑡 𝑑𝑡
 FT não fornece informações sobre o tempo, apenas 
frequências
38
     
21
0
,
knN j
M
n
STFT k m x n n m e


 

 
2.01 2.015 2.02 2.025 2.03 2.035 2.04 2.045 2.05 2.055 2.06
-1
-0.5
0
0.5
1
 A
m
p
lit
u
d
e
 x
[ 
t 
]
Tempo t[s]
a)Trecho de registro de oscilografia com perturbação
0 0.5 1 1.5 2 2.5
-1
-0.5
0
0.5
1
 A
m
p
lit
ud
e
 x
[ 
t 
]
Tempo t[s]
b)Registro de oscilografia de curta duração
0.5 1 1.5 2 2.5
0
100
200
300
400
500
c)Plano tempo-frequências
Tempo t [s] STFT com janela 0,1333s
F
re
q
u
ê
n
c
ia
s
 [
H
z
]
 Há dificuldade na
escolha da largura
da janela, uma vez
que, normalmente,
não se conhece a-
priori o tipo de
perturbação que
poderá incidir no
sinal.
40
 
1
0
0 00
1
[ , ]
jN
jj
n
n ka
TWD j k x n g
aa




 
 
 

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
 A resolução para as frequências 
mais altas é melhor na WT do que 
na STFT;
 A transformada wavelet representa 
uma generalização da transformada 
de Fourier;
𝐹(𝑎, 𝑏) = 
−∞
+∞
𝑓 𝑡 𝛹𝑎,𝑏 𝑡 𝑑𝑡
 Visualização da magnitude dos coeficientes de detalhes, os quais 
representam altas frequências.
 É possível identificar quais amostras contém informações de 
variações bruscas no sinal original. 
Decomposição com banco de filtros.
Arvore de decomposição
 Como classificar?
◦ Sistemas Especialistas
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Exemplo de regras:
Regra 01:
• Se o carro não ligar
Então o problema pode estar no sistema elétrico
Regra 02:
• Se o problema pode estar no sistema elétrico
E a voltagem da bateria está abaixo de 10 volts
Então a falha é uma bateria ruim
 Redes Neurais Artificiais
44
45
13/05/2011 46
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
47
48
49
 Características calculadas para cada 
segmento (pré- e pós-transitório):
◦ I e V de sequência positiva, negativa e zero.
◦ Potências trifásicas (P, Q e S).
 Na implementação atual, são utilizados os 
fasores de seq. positiva e da potencia ativa.
50
V
1
 [
p
u
]
51
Avaliam o valor de cada grandeza 
quanto aos segmentos pré- e pós 
transitório, identificando 
características:
• Aumento inicial (pré=0, pós>0).
• Decréscimo final (pré>0, pós=0).
• Acréscimo.
• Decréscimo.
• Sem variação.
Fato característica:
• Grandeza
• Tipo (aumento inicial ou sem 
variação, etc.)
• Valor (diferença entre pré- e pós-
transitório).
Correlacionam características 
identificadas em cada grandeza. 
Exemplo:
SE em V1 houve um aumento inicial
com valor maior do que 0,9pu E em 
I1 houve um aumento inicial OU sem 
variacão (valor < 0,05pu) ENTÃO
conclui-se que a unidade de geração 
foi energizada.
 Energização.
 Desenergização.
 Unidade isolada.
 Sincronismo.
 Operação normal.
 Fora de serviço.
 Desligamento forçado.
 Incremento de carga.
 Decremento de carga.
52
53
 Complementar e validar a análise do SEOSC.
Classes: proteção, disjuntor, 
auxiliar e alarme
Nome, ex: 51G, 21, 87G, DJ02, etc
Tipo de evento de 
disjuntor: automático 
ou manual
Estado: 
aberto, 
fechado, 
atuado, 
normal.
 Obtidas a partir dos diagramas de atuações 
das proteções.
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Exemplo: Desenergização por reversão de 
potência.
Evento da classe Proteção com nome “32G” 
estado “atuado” E ocorrência de evento da 
classe Disjuntor tipo “automático” estado 
“aberto”
 Desenergização 32G
 Desenergização
 Desenergização de unidade já isolada
 Testes de proteção
 Bloqueio manual da unidade
 Sem SOE
 Desbloqueio manual
 Sincronismo
 Desligamento forçado
55
 Regras simples correlacionando conclusão do 
SEOSC com o SESOE
 Exemplo:
◦ SE diagnóstico do SEOSC é “Desenergização” e 
diagnóstico do SESOE é “Desenergização 32G” 
ENTÃO a conclusão é Desenergização por reversão 
de potência.
 Diagnóstico do SEUNI é a conclusão do MARF.
56
57
 Etapas:
◦ Segmentação
◦ Extração de características
◦ Tomada de decisão
58
59
60
61
 Características são calculadas para cada 
segmento
 Constituem os fatos da base de 
conhecimento do sistema especialista de 
análise do registro de curta duração (SEARC)
 Regras do SEARC podem ser agrupadas 
conforme a função:
◦ Detecção de falta.
◦ Classificação de ocorrências normais.
◦ Classificação de ocorrências de falta.
◦ Identificação das fases envolvidas.
◦ Correlação entre segmentos.
62
 Regras têm como premissa adicional o tipo 
de ocorrências identificado.
 Resultam em uma classificação:
◦ Operação normal com carga
◦ Operação normal sem carga
◦ Desligado
◦ Desenergização
 Exemplo: operação normal sem carga
◦ Ocorrência operação normal E V1 > 0,9 pu E I1 < 
0,05 pu
63
 Casos previstos, com base nas componentes 
simétricas:
◦ Faltas fase-fase no terminal
◦ Faltas fase-fase-terra no terminal
◦ Faltas fase-terra no terminal
◦ Falta a terra no lado de alta tensão
◦ Falta fase-fase no lado de alta tensão
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 Segmentos consecutivos são correlacionados 
de modo a resultar em uma classificação final 
da ocorrência.
 Conclusões:
◦ Abertura devido a falta: falta detectada seguido de 
operação normal sem carga.
◦ Rejeição de carga.
◦ Falta no gerador operando em vazio.
◦ Falta no gerador sob carga.
◦ Desenergização.
65
13/05/2011 66
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Dados utilizados na 
elaboração das 
regras de análise de 
SOE.
 Oscilografias
utilizadas na 
validação do MARF 
e nos estudos de 
caso do MARC.
67
68
69
Conclusão Acertos Inconclusivos Total
Operação normal 170 0 170
Incremento de carga 3 0 3
Decremento de carga 7 0 7
Gerador desligado 129 0 129
Desenergização reversão de pot. 12 6 18
Desenergização sem reversão 1 4 5
Energização 2 4 6
Unidade isolada 3 1 4
Sincronismo 1 1 2
Desligamento forçado/falta 1 1 2
Totais: 329 17 346
 Faltas simuladas:
◦ Faltas desequilibradas: fase-terra, fase-fase-terra, 
fase-fase.
◦ Resistência de falta (Rf): 0,01; 0,1; 0,5; 1 e 5Ω.
◦ Fases envolvidas: A, B, C, AB, BC e CA.
◦ Ângulo de incidência: ±5ms
 Resumo das análises:
◦ Detecção correta da falta;
◦ Classificação correta nos casos em que Rf≤0,1Ω
70
 Falta à terra no lado de alta tensão do 
transformador elevador.
71
 Estimação das grandezas e segmentação
72
 Conclusão nos segmentos:
◦ 0: operação normal
◦ 1: falta à terra no lado de alta tensão
◦ 2: operação normal sem carga
◦ 3: falta à terra no lado de alta tensão
◦ ...
◦ 14: desenergização
 Conclusões do SEARC:
◦ Falta sob carga entre os intervalos 0 e 1
◦ Falta à vazio entre os intervalos 2 e 3
73
13/05/2011 74
 Introdução
 Uso dos registros de 
perturbação
 Monitoramento de 
dados em usinas
 Técnicas 
computacionais
 Aplicação
 Estudos de caso
 Considerações finais
 Excesso de dados pode ser “filtrado” através 
de metodologias automáticas
 Metodologias fazem uso de processamento 
digital de sinais e inteligência computacional
 Testes mostraram que 95% dos casos podem 
ser arquivados após a primeira etapa da 
análise.
 Nestes 5%, um diagnóstico da ocorrência é 
obtido, facilitando a análise.
75