Desenvolvimento de um sistema de proteção e metodologia para localização de faltas em sistemas de distribuição

Abstract

O sistema de proteção tradicional de sistemas de distribuição predominantemente utiliza relés de sobrecorrente alocados na subestação e religadores automáticos ao longo dos alimentadores principais coordenados com fusíveis em ramais laterais. A inserção de GD (Geração Distribuída) na rede de distribuição pode causar diversos impactos do ponto de vista da proteção do sistema. Um dos impactos mais expressivos é a perda de coordenação dos dispositivos tradicionalmente empregados, devido a inserção da GD possibilitar fluxos de potência bidirecionais na rede. Portanto, neste trabalho é proposta uma solução para proteção e monitoramento da rede de distribuição considerando a inserção de fontes dispersas de energia. O sistema proposto é baseado na separação da rede de distribuição em zonas de proteção de acordo com a possibilidade de ilhamento da GD. Para o monitoramento da rede são empregados sensores indicadores de falta. Um método denominado Método de Degrau de Correntes (MDC) é proposto para identificação e localização de faltas a partir dos dados de monitoramento da rede em tempo real. Uma estratégia de restauração é proposta baseada nos resultados obtidos pelo MDC. Para os estudos, utilizou-se do software de simulação de Sistemas Elétricos de Potência DIgSILENT Power Factory 14.0, empregado para análise de fluxo de potência e verificação de estabilidade nas situações pós-falta. O software MATLAB (MATrix LABoratory) é empregado para o desenvolvimento do algoritmo e metodologia de identificação, localização de faltas e isolação da rede de distribuição utilizando-se dos dados disponibilizados pelo DIgSILENT. Quanto aos resultados, percebeu-se que o algoritmo possui uma alta confiabilidade para os mais diferentes tipos de falta (até razoáveis valores de resistência de falta), permitindo ainda que haja erros de comunicação entre alguns indicadores de falta e o algoritmo, pois o Método de Degrau de Correntes pode identificar diversas faltas analisando o perfil de corrente ao longo da trajetória de falta.

The traditional protection system uses predominantly overcurrent relays allocated in substation and automatic reclosers along the main feeders coordinated with fuses in side branches. The penetration of GD (Distributed Generators) in distribution systems can cause different impacts in terms of system protection. One of the most significant impacts is the loss of coordination of the protection devices traditionally employed due to insertion of GD, which allows bidirectional power flows on the network. Therefore, this work proposes a solution for protection and monitoring the distribution network considering the insertion of dispersed energy resources. The proposed system is based on the separation of the distribution network in protection zones in accordance with the possibility of islanding of GD. For network monitoring fault indicators sensors are employed. A method called Currents Step Method (MDC) is proposed to identify and locate faults based on the network monitoring data in real time. A restoration strategy is proposed based on the results obtained by the MDC. For the studies, the DIgSILENT Power Factory 14.0 was employed to carry out power flow and stability analysis. The MATLAB (Matrix Laboratory) software was also used to develop the algorithm and methodology of identification, fault location and isolation of the distribution network using the data provided by the DIgSILENT. Regarding the results, it was noticed that the algorithm has a high reliability for the most different fault types (until reasonable fault resistance values), still allowing that there are communication errors between some fault indicators and the algorithm because the Current Step Method can identify many faults analyzing the current profile along of fault trajectory.