Metodología para identifcación de fallas en líneas de transmisión, con base en el análisis transitorio y comunicación IEC61850

Una falla en el sistema eléctrico de potencia genera componentes espectrales desde el nivel DC hasta altas frecuencias, sin embargo, los esquemas de protección convencionales usan la componente de la frecuencia fundamental y las demás componentes son filtradas y desechadas como si no fueran relevantes. En esta tesis se propone una metodología de protección para líneas de transmisión, con base en el transitorio electromagnético y el estándar de comunicación IEC61850. Esta metodología se plantea teniendo en cuenta las restricciones de ancho de banda de los Transformadores de Instrumentación Ópticos que se están instalando en las subestaciones digitales, los cuales, envían valores muestreados a los dispositivos de protección a una velocidad de muestreo estandarizada de 80 muestras por ciclo. La información de corriente y voltaje en cada una de las fases se recibe y se procesa en tiempo real, con un nuevo algoritmo de descomposición Wavelet que se propone en este documento, y que está basado en el análisis multi-resolución. Se implementa además un algoritmo de protección de distancia convencional, basado en la frecuencia fundamental, con el n de validar el incremento en el rendimiento al usar la señal transitoria. Se realizan las mismas pruebas a los dos relés de protección con un simulador de tiempo real basado en el Software de simulación ATP y el estándar de comunicación IEC61850, el cual envía valores muestreados y recibe mensajes GOOSE de cualquier protección que cumpla con el estándar. Se simulan diferentes casos de estudio dónde se varían los factores críticos para las protecciones actuales y transitorias, como la resistencia, ubicación y ángulo de incepción de la falla. Como resultado, con la metodología planteada se obtiene un mejor rendimiento en términos de velocidad y porcentaje de fallas detectadas en comparación con la protección de distancia, la cual está basada en la frecuencia fundamental. El desarrollo del relé de protección virtual que se presenta en este documento, facilita la implementación de otras metodologías basadas en el transitorio electromagnético que se han propuesto anteriormente en la literatura. Ya que la integración del relé de protección en una subestación digital no implica cambios de los transformadores de medida o de los dispositivos de comunicación existentes en la subestación, a unos con mayor ancho de banda. Lo que finalmente promoverá y contribuirá a una mayor viabilidad en la implementación de esquemas de protección basados en el transitorio y la Transformada Wavelet.Abstract: A fault occurred in power system generate spectral components ranging from DC to high level frequencies, but conventional protective systems devices barely use fundamental frequencies and first harmonics for signal processing and analysis. Hence, information of high frequency is being filtered and discarded as if it were not relevant to identify and characterize the fault. This thesis proposes a protection methodology for power transmission lines, based on electromagnetic transient and IEC61850 communication standard. This methodology is considering the bandwidth restrictions of the Optical Instrumentation Transformers that are being installed in the digital substations, which send sampled values to intelligent devices at a standardized sample rate of 80 samples per cycle. The current and voltage information in each of the phases is received and processed in real time, with a new Wavelet decomposition algorithm proposed in this document, which is based on the multiresolution analysis. Conventional distance protection algorithm based on the fundamental frequency is also implemented to validate the increase in performance when using the transient signal. The same tests are performed on the two protection relays with a real-time simulator based on the ATP Simulation Software and the IEC61850 communication standard, which sends sampled values and receives GOOSE messages from any protection based on the standard. Different case studies are simulated where the critical factors for the current and transient protections are varied, such as fault resistance, fault location and fault inception angle. As a result, the proposed methodology yields better performance in terms of speed and percentage of detected faults compared to distance protection, which is based on the fundamental frequency. The development of the virtual protection relay presented in this document facilitates the implementation of other methodologies based on the electromagnetic transient that have been previously proposed in the literature. Since the integration of the protection relay in a digital substation does not imply changes of the transformers of measurement or of the communication devices existing in the substation, to some with greater bandwidth. This will eventually promote and contribute to greater viability in the implementation of protection schemes based on the transient and the Wavelet Transform.Maestrí