Estimação da Seção em Falta em Sistemas Elétricos de Potência via

Redes Neurais e Sistemas Especialistas Realizada em Nível

de Centro de Controle

Ghendy C. Junior (doutorando)

Jacqueline G. Rolim (orientadora)

Hans H. Zürn (co-orientador)

Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Eng. ElétricaGrupo de Sistemas de Potência

Objetivo

Desenvolvimento de uma ferramenta computacional de

apoio à operação em tempo real de sistemas de energia elétrica,

visando estimar o componente em falta com base nos alarmes de

disparo de relés e disjuntores.

Labspot

Descrição do problemaSITUAÇÃO: Antes da falta

Labspot

SITUAÇÃO: Pós faltaAlarmes:

B1m

L2Rs

L4Rs

:

:

CB4

CB5

CB7

CB9

CB12

CB27

Descrição do problema (continuação)

Labspot

Descrição do problema (continuação)

• Prioridade Restaurar o sistema• Antes de Restaurar:

• identificar o(s) componente(es) que estão em falta;• hipóteses: B1, B2, L2, L4; B1 e B2; B1 e L2; B1 e L4; B2 e

L2; B2 e L4, L2 e L4; B1 e B2 e L2; B1 e B2 e L4; B1 e B2 e L2 e L4; nenhum.

• efetuar manobras para isolar o componente com defeito;• restaurar as partes do sistema atingidas pela falta, mas não

estão em falta;• deslocar as equipes de manutenção para que o defeito possa

ser corrigido;• finalmente, restaurar a(as) parte(es) onde ocorreu o defeito.

Labspot

Benefícios

• A redução de sobrecarga do operador, por excesso de alarmes,

informações e restrições;

Prevenção de erros humanos;

Mais segurança e agilidade nas decisões operativas;

Agilizar o processo de restauração do sistema elétrico.

Labspot

Problemas envolvidos

• Falha do relé ou disjuntor e faltas múltiplas;

• Aquisição de dados corrompidos;

• Falha no sistema de transmissão de dados;

• Perda de informações;

• Subestações que não possuam registro de seqüência de

eventos;

• Dificuldade em simular eventos raros.

Labspot

Definição do problema

A estimação do componente elétrico em falta é definida

como um problema de tomada de decisão, onde várias

hipóteses (seções em falta), previamente formuladas,

competem entre si, cabendo ao operador ou à ferramenta

computacional de apoio, selecionar a mais plausível.

(PARK et al., 1999)

Labspot

Métodos de solução

A automatização da análise da operação de disjuntores e

relés tem sido motivo de pesquisa desde 1969.

(DYLIACCO & KRAYNAK, 1969)

A utilização de técnicas de inteligência artificial (IA) a

este tipo de problema teve início no final dos anos 70.

(SAKAGUCHI & MATSUMOTO, 1983)

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Sistemas especialistas

Sistemas especialistas (SE´s) são programas de

computador que utilizam métodos de conhecimento ou inferência,

para resolver problemas que são suficientemente complexos e

exigem significativa capacitação humana na sua solução.

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Limitações

• Incapacidade de generalização;

• Dificuldade na manutenção das regras;

• Sistemas especialistas não devem conter informações

completas, esgotamento de todas as possibilidades;

• Nem mesmo um engenheiro experiente detém conhecimento

sobre todos os tipos de faltas possíveis.

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Redes Neurais

Pode-se dizer que redes neurais artificiais consistem em

um modo de abordar a solução de problemas de inteligência

artificial, onde procura-se construir um computador que tenha

circuitos modelando os circuitos cerebrais.

Labspot

Problemas a serem considerados

• Uma única rede para todo o sistema considera uma topologia

fixa, e necessita ser re-treinada após cada mudança

topológica, tornando-se inviável.

• Obtenção de modelos mais aceitáveis força uma redução na

dimensão da rede;

Labspot

Problemas a serem considerados

• Necessidade de um algoritmo de treinamento que apresente

boas características de convergência.

• Dados históricos contendo informações sobre faltas seriam o

ideal para se treinar a rede.

Labspot

Metodologia proposta

• Ativar os modelos neurais de acordo com os alarmes

recebidos;

• Conectar os módulos neurais com o auxílio de um sistema

especialista;

• Tratar das informações de falta externa resultantes dos

modelos neurais.

Labspot

ALARMES (0 ou 1)(relés e disjuntores para cada

equipamento elétrico). SF = nº total de equipamentos

ATIVAÇÃO DOS MODELOSNEURAIS

(linhas, barras e transformadores)

DETERMINAÇÃO DA ÁREA DESLIGADA

(Topologia da rede desligada)

ANÁLISE DAS INFORMAÇÕES

DE FALTA EXTERNA

RESULTADOS

sf=sf+1

sf = SF

s

n

Redes GRNN

A rede GRNN (SPECHT, 1991) é uma variação da rede de

base radial que apresenta grande capacidade de generalização

utilizada principalmente para aproximar funções.

Labspot

Redes GRNN

11

.

.

.

1

1

1

S2

)( nenf

Labspot

)(1

()(ˆ

)2

pa

pawpy

T

)||(||)( 1jjj bpwfpa

Característica

• Previsão, modelagem, mapeamento, interpolação ou

controle;

• O processo de aprendizado ocorre em um único passo;

• Apresenta um resultado satisfatório mesmo com poucos

exemplos.

Labspot

Característica

• O resultado é limitado pelo valor numérico mínimo e máximo

das observações.

• Não converge a um mínimo local da função utilizada como

critério de erro.

Labspot

Característica

A principal desvantagem - requer substancial esforço

computacional para avaliar novos pontos, quando o conjunto de

exemplos utilizados durante o treinamento for muito grande.

Labspot

Proteção do autotransformador (525/230 kV)

Labspot

Modelo Neural do autotransformador

Labspot

Determinação da área desligada

1. Identificar a configuração da rede em estado de operação

normal (condições pré-falta);

2. Determinar a configuração pós-falta do subsistema

intacto a partir dos estados de disjuntores;

3. Determinar o subsistema desligado comparando as

configurações obtidas em 1 e 2. Os elementos desligados

são aqueles presentes em 1 e ausentes em 2.

Labspot

Análise das informações de F_EXT

Labspot

Teoria da tomada de decisão multi-objetivo.

D = O1 O2 ... Or

D(a) = min[O1(a), O2(a),..., Or(a)]

D(a*) = max (D(a))

Análise das informações de F_EXT

Labspot

Alarmes observados Resultado RedesF. N.F E.S E.R F.I

L_JB-BL L_PA-BL L1_JV-BL L2_JV-BL

0.01 0.01 0.00 0.97 0.000.01 0.01 0.00 0.97 0.000.01 0.01 0.97 0.00 0.000.01 0.01 0.97 0.00 0.00

Lista de Suspeitos F_EXT BL230P2 BL230P1 L_JB-BL L_PA-BL L1_JV-BL L2_JV-BL BLTF01 BLTF02 BLTF03 BLTF04 BLA138

0.750.75 0.500.500.500.500.500.500.500.500.25

Conclusões

• capacidade de generalização e supressão de ruído;

• velocidade de processamento;

• facilidade de implementação;

• metodologia independente da configuração da rede elétrica;

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Conclusões (continuação)

• tratar de maneira simples e eficaz as informações de falta externa oriunda dos modelos neurais;

• imprecisões presentes no alcance dos relés;

• as faltas múltiplas são tratadas de maneira natural.

Labspot

Sugestões para futuros trabalhos

Labspot

• Identificar a atuação da proteção por sobrecarga;

• Inclusão de questões temporais;

• Classificar as fases em falta;

• Modelagem dos demais componentes elétricos;

• Explicações sobre o comportamento dos dispositivos de proteção.