Universidade Federal de Santa Catarina
Programa de Pós-Graduação em Eng. Elétrica
Grupo de Sistemas de Potência
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)
Labspot
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 problema
SITUAÇÃO: Antes da falta
Labspot
Descrição do problema (continuação)
Alarmes:
B1m
L2Rs
L4Rs
:
:
CB4
CB5
CB7
CB9
CB12
CB27
SITUAÇÃO: Pós falta
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)
Labspot
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.
Labspot
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.
Labspot
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.
ALARMES (0 ou 1)
(relés e disjuntores para cada
equipamento elétrico).
SF = nº total de equipamentos
sf=sf+1
ATIVAÇÃO DOS MODELOS
NEURAIS
(linhas, barras e transformadores)
n
sf = SF
s
DETERMINAÇÃO DA
ÁREA DESLIGADA
(Topologia da rede
desligada)
ANÁLISE DAS
INFORMAÇÕES
DE FALTA
EXTERNA
RESULTADOS
Labspot
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
yˆ ( p) 
a j ( p)  f (|| w j  p || b j )
1
f (n)  e
 n2
w 2 a( p )
T
1 a( p)
 1 
 
 1 
 . 
1  
 . 
 . 
 
1 
 S1 
Labspot
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
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))
Labspot
Análise das informações de F_EXT
Alarmes observados
Resultado Redes
F.
L_JB-BL
L_PA-BL
L1_JV-BL
L2_JV-BL
N.F E.S E.R F.I
0.01 0.01 0.00 0.97 0.00
0.01 0.01 0.00 0.97 0.00
0.01 0.01 0.97 0.00 0.00
0.01 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
0.75
0.75
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
0.25
Labspot
Conclusões
• capacidade de generalização e supressão de ruído;
• velocidade de processamento;
• facilidade de implementação;
• metodologia independente da configuração da rede elétrica;
Labspot
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
• 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.