Detecção de faltas de alta impedância por meio de análise fasorial e correntes de sequência zero
Resumo
Este trabalho apresenta uma solução para a detecção de faltas de alta impedância (FAIs) usando um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). A proposição é de vital importância para o funcionamento adequado do sistema elétrico de distribuição de forma a atender aos requisitos dos procedimentos de distribuição (PRODIST), elaborados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Para analisar o comportamento das grandezas elétricas frente a essa falha, uma rede de distribuição primária foi modelada usando a plataforma MATLAB/Simulink®. Paralelamente à modelagem, um algoritmo em linguagem VHDL (VHSIC Hardware Description Language) foi desenvolvido para a detecção da falta, no qual o monitoramento da corrente fasorial por meio da Transformada Discreta de Fourier foi utilizado, além do valor RMS da corrente de sequência zero. Para realizar as simulações e testes do algoritmo, o software ModelSim® foi utilizado e, posteriormente, o código foi embarcado no dispositivo de lógica programável FPGA. O algoritmo de detecção de falta de alta impedância foi integrado ao sistema modelado em Simulink® para monitoramento em tempo real e comando de um dispositivo de proteção. Os resultados apontam que o algoritmo foi capaz de detectar as faltas, indicando a fase interrompida e comandando a proteção de forma eficiente.
Palavras-chave
Análise fasorial; Correntes trifásicas; Falta de alta impedância; Simulação em hardware; Sistemas de distribuição
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Referências
ANEEL. PRODIST. Procedimentos de distribuição de energia elétrica no Sistema Elétrico Nacional. Revisão 10, 2017. Disponível em: https://www.aneel.gov.br/prodist. Acesso em: maio 2021.
BRITO, M. et al. Three-phase tri-state buck-boost integrated inverter for solar applications. IET Renewable Power Generation, v. 9, n. 6, p. 557-565, 2015.
CHAKRABORTY, S.; DAS, S. Application of smart meters in high impedance fault detection on distribution systems. IEEE Transactions on Smart Grid, v. 10, n. 3, p. 3465-3473, 2019.
CHOLLOT, Y. et al. New solution of fault directional detection for MV fault passage indicators. IET CIRED - Open Access Proceedings Journal, v. 2017, n. 1, p. 1326-1329, 2017.
DORF, R. C.; BISHOP, R. H. Sistemas de controle modernos. 8. ed., Rio de Janeiro: LTC, 2001.
ENERGISA. Redes de distribuição aéreas urbanas de energia elétrica protegidas e isoladas. NOR-TDE-107. Data da vigência: 01/10/2014. Disponível em: https://www.energisa.com.br/Normas%20Tcnicas/NOR-TDE-107-Redes-De-Distribuição-Aéreas-Urbanas.pdf. Acesso em: maio 2021.
ERSOY, O. K. A comparative review of real and complex Fourier-related transforms. Proceedings of the IEEE, v. 82, n. 3, p. 429-447, 1994.
FARIAS, P. E. et al. Fault location in distribution systems: a method considering the parameter estimation using a RNA online. IEEE Latin America Transactions, v. 14, n. 12, p. 4741-4749, dec. 2016.
GERA, A. E. The relationship betwen the Z-transform and the discrete-time Fourier transform. IEEE Transactions on Automatic Control, v. 44, n. 2, p. 370-371, 1999.
GONZALES, C. et al. Directional, high-impedance fault detection in isolated neutral distribution grids. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 33, n. 5, p. 2474-2483, 2018.
GU, H.; SITTON, G. A; BURRUS, C. S. The quick Fourier transform: an FFT based on symmetries. IEEE Transactions on Signal Processing, v. 46, n. 2, p. 335-341, 1998.
HAGHIFAM, M. R.; SEDIGHI A. R.; MALIK, O. P. Development of a fuzzy inference system based on genetic algorithm for high-impedance fault detection. IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, v. 153, n. 3, p. 359-367, may 2006.
LAAKSONEN H.; HOVILA, P. Method for high-impedance fault detection. IET CIRED – Open Access Proceedings Journal, v. 2017, n. 1, p. 1295-1299, 2017.
MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de potência. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020.
MICHALIK, M. et al. High-impedance fault detection in distribution networks with use of wavelet-based algorithm. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 21, n. 4, p. 1793-1802, oct. 2006
MILIOUDIS, A. N.; ANDREOU, G. T., LABRIDIS, D. P. Enhanced protection scheme for smart grids using power line communications techniques – Part I: detection of high impedance fault occurrence. IEEE Transactions on Smart Grid, v. 3, n. 4, p. 1621-1630, dec. 2012.
MYINT, S.; WICHAKOOL, W.; SANTIPRAPAN, P. A simple high impedance detection method based on phase displacement and zero sequence current for grounded distribution systems. In: IEEE PES-Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2018, Kota Kinabalu. Proceedings [...] 2018, p. 118-122. Kota Kinabalu: IEEE, 2018. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/8566323. Acesso em: maio 2021.
PENTEADO NETO, R. A. Sistemas para detecção de falta de alta impedância e de rompimento de condutores em redes de distribuição de energia elétrica. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005. Disponível em: https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/3128. Acesso em: maio 2021.
UNSALAM. C.; FAR, B. Digital system design with FPGA: implementation using Verilog and VHDL. 1 ed., McGraw-Hill, 2017.
OGATA, K. Discrete time control systems. 3. ed., Pearson, 2001.
OLIVEIRA, C. C. B. et al. Introdução a sistemas elétricos de potência: componentes simétricas, 2. ed. São Paulo: Blucher, 2000.
ZAMANAN, N.; SYKULSI, J. The evolution of high impedance fault modeling. In: International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 16., 2014, Bucharest. Proceedings...2014, p. 77-81. Bucharest: IEEE, 2014. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/6842852. Acesso em: maio. 2021.
ZHANG, Z. et al. Research on high-impedance fault diagnosis and location method for mesh topology constant current remote power supply system in cabled underwater information networks. IEEE Access, v. 7, p. 88609-88621, 2019.
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ISSN (eletrônico): 2447-9187
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