Fault location in HVDC lines using traveling waves and mathematical morphology

Orientador: Madson Cortez de AlmeidaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Linhas de transmissão HVDC têm a capacidade de transportar grandes quantidades de energia através de longas distâncias. Assim, quando ocorre uma falta em algum ponto da linha de transmissão, o sistema deve ter a capacidade de detectar e localizar a falta de forma rápida e precisa, minimizando o tempo de interrupção de fornecimento de energia. Neste trabalho é proposto um algoritmo de localização de faltas em linhas de transmissão HVDC, usando como ferramenta a morfologia matemática que permite analisar sinais de tensão, de corrente ou sinais superpostos de forma eficiente, pois realiza operações simples de adição e subtração com a extração de valores máximos e mínimos. Embora existam outras transformadas como a Wavelet ou Fourier, a morfologia matemática permite um bom grau de precisão e oferece um baixo esforço computacional por estar baseada em operações simples o que torna uma alternativa atraente para ser aplicada nesta área da engenharia. Diferentes técnicas e métodos para a localização de faltas foram desenvolvidas, algumas delas usam componentes fundamentais, outros estão baseados na teoria de transitórios de alta frequência ou ondas viajantes gerados pelas faltas. Neste trabalho estudaremos os métodos de ondas viajantes aplicados a técnicas de um e dois terminais. Para localizar a posição da falta é necessário conhecer os instantes de incidência das frentes de onda nos terminais de medição e a velocidade de propagação das ondas na linha de transmissão. Com estas informações é possível localizar a falta com precisão. Para a extração dos transitórios nos sinais analisados é aplicado o filtro do gradiente morfológico, dessa forma, nas técnicas de um e dois terminais é localizada a posição da falta. As simulações do sistema HVDC estão baseadas no modelo CIGRE, para um sistema monopolar HVDC de 500 km e com retorno por terra. A modelagem da linha de transmissão realizada no software PSCAD baseada no modelo dependente da frequência. Diversos testes foram realizados com o objetivo de verificar a robustez dos algoritmos, entre eles: variação da posição da falta, resistência de falta, frequência de amostragem, modelo da linha, presença de ruído, além de incluir correções no algoritmo, como a variação da velocidade de propagação da onda, que permitem localizar a falta com maior precisão. O processamento dos sinais, implementação dos algoritmos e obtenção dos resultados foram realizados no software MATLAB. Finalmente os resultados obtidos mostram que a aplicação da morfologia matemática na localização de faltas em linhas de transmissão HVDC é bastante promissoraAbstract: HVDC transmission lines have the ability to carry large amounts of power over long distances, thus when a fault occurs somewhere in the transmission line, the system should have the ability to detect and locate the fault of quickly and accurately to minimize the time of power supply interruption. This work proposes a fault locating algorithm in HVDC transmission lines, using as a tool the mathematical morphology allows you to analyze voltage, current or superimposed signals efficiently as it performs simple addition and subtraction with the extraction of values maximum and minimum. Although there are other transformed as Wavelet or Fourier, the mathematical morphology allows a good degree of accuracy and offers a low computational effort to be based on simple operations making it an attractive alternative to be applied in this area of engineering. Different techniques and methods for locating faults have been developed, some of which use basic components, others are based on high frequency transients theory or traveling waves generated by faults. In this work, we study the traveling wave methods applied in technical one and two terminals. To locate the position of the fault is necessary to know the moment of impact of the wave fronts in the measurement terminals and the wave propagation speed in the transmission line, with this information you can locate the missing accurately. For the extraction of transient signals analyzed in the morphological gradient filter is applied, thus the techniques of one and two terminals are located at the lack position. Simulations of the HVDC system are based on the model CIGRE, for a monopole HVDC system of 500 km with return to the ground, the transmission line modeling is held at software PSCAD based on frequency dependent model. Several tests were conducted in order to verify the robustness of algorithms between them: the lack of change in position, fault resistance, sampling frequency, the line model, the presence of noise, and includes corrections in the algorithm as the variation speed propagation of the wave which allow to locate the failure with greater accuracy. The signal processing, implementation of algorithms and obtain the results were performed in software MATLAB. Finally the results show that the application of mathematical morphology in locating faults in HVDC transmission lines is very promisingMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia Elétric