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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41374| Título: | Metodologia de classificação de eventos em redes de distribuição ativa de energia utilizando curvas V-I |
| Título(s) alternativo(s): | Event classification methodology in active energy distribution grids utilizing V-C curves |
| Autor(es): | Pedott, Victor Hugo Maraschin |
| Orientador(es): | Cieslak, Dionatan Augusto Guimarães |
| Palavras-chave: | Sistemas de energia elétrica Redes elétricas Energia elétrica - Medição Aprendizado do computador Electric power systems Electric networks Electric power - Measurement Machine learning |
| Data do documento: | 10-Jun-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | PEDOTT, Victor Hugo Maraschin. Metodologia de classificação de eventos em redes de distribuição ativa de energia utilizando curvas V-I. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2026. |
| Resumo: | O funcionamento do Sistema Elétrico de Potência (SEP) vem sofrendo grandes transformações desde a introdução das energias renováveis na matriz energética global. Especificamente nos sistemas de distribuição, a utilização de Recursos de Energia Distribuída (RED) trouxe a tona o conceito de Sistema de Distribuição Ativa (SDA). A geração descentralizada presente nestes sistemas trouxe uma complexidade não vista antes na distribuição convencional, caracterizados pela geração centralizada, no que diz respeito ao monitoramento e proteção do sistema elétrico. Assim, a introdução das Unidades de Medição Fasorial (PMU), do inglês Phasor Measurement Unit, que utilizam a tecnologia dos sincrofasores, para monitoramento das redes ativas ganhou espaço no lugar dos convencionais sistemas de Aquisição de Dados e Controle Supervisório (SCADA) por possuírem maior capacidade de armazenamento de dados da rede elétrica em grandes quantidades. Por meio do uso de técnicas matemáticas, como a Transformada Discreta de Fourier (TDF), para estimação fasorial, as PMUs são capazes de calcular os fasores das componentes harmônicas dos sinais de tensão e corrente no sistema, adquirindo características importantes dos sinais de eventos complexos, como as Faltas de Alta Impedância (FAI). Neste contexto, métodos de monitoramento em sistemas ativos que utilizam modelos de aprendizado de máquina se popularizaram, dada a capacidade destes modelos para a detecção e classificação de classes variadas de eventos por meio do processamento de dados e extração de características importantes dos sinais para treinamento. Assim, esse trabalho desenvolve uma metodologia de classificação de eventos em um sistema de distribuição ativa utilizando um modelo de aprendizado de máquina. Primeiro, foi feito a construção de 7 datasets em MATLAB compostos pelos dados de 3 eventos, Faltas de Baixa Impedância (FBI), FAIs e Chaveamento de Bancos de Capacitores (CBC), nas barras de um sistema de distribuição ativa padrão do Conselho Internacional de Grandes Sistemas Elétricos (CIGRE). Tais datasets consistem nas curvas de tensão x corrente (V-I) obtidas de séries temporais das leituras de PMUs dos sinais originais mais as curvas V-I do módulo de fasores harmônicos de 1°a 7°ordem (calculados a partir destes mesmos sinais) destes eventos. 1 destes datasets foi construído com os dados inalterados obtidos das simulações. Para avaliação da robustez do modelo, 3 datasets foram construídos simulando aplicação de ruídos, relativos aos sinais de tensão e corrente, de 60 dB, 40 dB e 20 dB e outros 3 foram construídos simulando perda de dados nestes mesmos sinais de 5%, 10% e 30%. Após a construção desses datasets, estes foram aplicados em três Rede Neural Convolucional (RNC) bidimensionais de classificação multiclasse, as quais utilizam a mesma arquitetura, na linguagem Python, utilizando as bibliotecas TensorFlow e Keras. Um modelo realiza a classificação dos eventos com as curvas V-I dos sinais e das harmônicas de 1° a 7°ordem. Os outros dois, nesta mesma faixa, utilizam a característica destes sinais apenas com harmônicas pares e ímpares, respectivamente. Os três modelos obtiveram resultados de teste satisfatórios, obtendo acurácias médias, respectivamente, de 99,05%, 98,81% e 99,34%. Tais resultados demonstram que os modelos treinados são capazes de classificar os eventos no sistema ativo apresentado eficientemente. |
| Abstract: | The operation of Electrical Power Systems has undergone significant transformations since the introduction of renewable energies into the global energy matrix. Specifically in distribution systems, the utilization of Distributed Energy Resources has brought the concept of Active Distribution Systems to the forefront. The aspect of descentralized generation in these systems gave way to a complexity before unseen in conventional distribution, which are characterized by centralized generation, in terms of monitoring and protection of the electrical system. This way, the introduction of the Phasor Measurement Unit (PMU), which utilizes synchrophasor technology, for active grids monitoring gained space in place of conventional Supervisory Control and Data Acquisition systems (SCADA) for having a larger capacity of electrical grid data storage in large quantities. Through the use of mathematical techniques, like the Discrete Fourier Transform (DFT), for phasor estimation, PMUs are able to calculate phasors of harmonic components of voltage and current signals in the system, acquiring important signal features of complex events, like High Impedance Faults. In this context, methods that use machine learning models for active systems monitoring became popular, as these models’ capacity for detection and classification of varied classes of events through data processing and feature extraction for training. Therefore, this work develops an event classification methodology in an active distribution system using a machine learning model. First, 7 MATLAB datasets composed by data of 3 events, Low Impedance Faults, High Impedance Faults and Capacitor Bank Switching, were built, obtained from buses of an active distribution benchmark system proposed by the International Council on Large Electric Systems (CIGRE). These datasets consist of voltage x current (V-C) curves obtained from PMU readings of the original signals time series plus V-C curves consisting of harmonic phasor modules from 1°to 7°order (calculated from these same original signals) of these events. 1 of the datasets was built with unaltered data obtained from simulations. For evaluation of the model’s robustness, 3 datasets were built simulating applied noise, relative to the voltage and current signals, of 60 dB, 40 dB and 20 dB and 3 other datasets were built simulating data loss in these signals of 5%, 10% and 30%. After building these datasets, they were applied in three bidimensional multiclass classification Convolutional Neural Networks, all of which use the same architecture, in Python language, utilizing the TensorFlow and Keras libraries. One model classifies the events with the original signals and 1°to 7°harmonic V-C curves. The other two models, in this same range, use these signals’ characteristics only with pair and odd harmonics, respectively. All three models obtained satisfactory test results, obtaining average accuracies, respectively, of 99,05%, 98,81% and 99,34%. Such results demonstrate that the trained models are capable of classifying the events in the presented active system eficiently. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41374 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Elétrica |
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