Proteção diferencial de linhas de transmissão baseada no plano alfa de potências complexas

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016.Propõe-se na presente tese um novo algoritmo de proteção diferencial para linhas de transmissão baseado em um inovador plano alfa de potências complexas incrementais, o qual emprega uma característica de restrição simplesmente definida por seu semiplano esquerdo. Para tanto, e considerando o emprego da memória de tensão de sequência positiva desenvolvida, o algoritmo proposto calcula as potências complexas incrementais em cada uma das fases em ambos os terminais da linha. Como a potência é analisada por fase, é possível identificar automaticamente a fase defeituosa, permitindo, assim, o trip segregado por fase. O algoritmo proposto ainda incorpora uma função que detecta a ocorrência de distúrbios e outra que identifica a ocorrência de chaveamentos, assegurando então a correta operação durante situações de manobras no sistema de potência protegido. Ademais, a proteção diferencial de potência apresentada utiliza uma estratégia simples – quecombina a restrição de harmônicas com um detector de falta externa – capazde evitar a operação inadequada em situações de curto-circuito externo que levem à saturação dos transformadores de corrente. A fim de validar o desempenho do algoritmo, empregou-se o softwareAlternativeTransientsProgram(ATP) para simular uma linha de transmissão, de 500kV e 200km, quando submetida a diversas condições de operação. As simulações realizadas foram divididas em análises transitórias – nasquais se avalia o comportamento da proteção durante situações de curto-circuito e durante manobras de chaveamento na linha – eanálises de sensibilidade paramétrica, nas quais se investiga a influência de cada um dos parâmetros envolvidos no curtocircuito durante o regime permanente de falta. Por fim, realizou-se uma avaliação comparativa da proteção diferencial de potência proposta com a tradicional proteção diferencial de corrente (fundamentada nos elementos de fase e de sequência). Os resultados obtidos revelam que o algoritmo proposto provê uma alternativa apropriada, eficiente, segura e rápida para proteção da linha de transmissão.The present thesis proposes a new transmission line differential protection algorithm basedon an innovative incremental complex power alpha plane, in which the restraint characteristicis defined simply as its left complex half-plane. In order to do so, and using memorized positivesequence voltage, the proposed algorithm calculates incremental complex power for each phaseat both terminals of the line. As the power is computed for each phase, it is possible to automaticallyidentify the faulty phase, thus allowing the trip segregated by phase. The proposedalgorithm also incorporates a function that detects disturbances nearby the line and anotherfunction that identifies line switching maneuvers, providing correct line protection for differentmaneuver conditions of the protect system. Furthermore, the presented power differential protectionuses a simple strategy - which combines harmonic restriction with an external faultdetector - able to avoid improper operation in situations of external fault with the presence ofsaturated current transformers. Aiming to evaluate the performance of the proposed algorithm,a wide variety of fault scenarios are simulated for a 500 kV transmission line 200 km long usingthe software Alternative Transients Program (ATP). The performed simulations were dividedinto transient analysis – in which the performance of the proposed algorithm during fault situationsand switching maneuvers are evaluated – and parametric sensitivity analysis, in whichthe influence of each variable is analyzed for the fault steady state. Finally, it was performedcomparative evaluation between the proposed power differential protection and the current differential protection traditional (based on the phase and sequence elements). The obtainedresults reveal that the proposed algorithm is an appropriate, efficient, safe and fast alternativefor protection of transmission line