Development of an FPGA-based real-time power system simulator for traveling wave-based protective relay validation

dc.contributor.advisorCosta, Flávio Bezerra
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.authorLeal, Marcos Sérgio Rodrigues
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.referees1Fernandes, Marcelo Augusto Costa
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees2Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.contributor.referees3Rocha, Thiago de Oliveira Alves
dc.contributor.referees3IDpt_BR
dc.contributor.referees4Neves, Washington Luiz Araújo
dc.contributor.referees4IDpt_BR
dc.date.accessioned2019-11-25T19:01:18Z
dc.date.available2019-11-25T19:01:18Z
dc.date.issued2019-09-06
dc.description.abstractIn this work a real-time digital simulator of power systems is implemented using a low-cost custom platform based on FPGA (field-programmable gate array) proper to perform real-time validation of traveling-wave-based transmission line protections. The operational view of the simulator is introduced by means of the modeling, implementation, and simulation steps of a transmission system, which is used to highlight the simulator capability to represent high-frequency transient phenomenon taking place transmission lines. Hence, at first, the mathematical models of the power system used in the case study are presented as well as the solver design, which is developed based on the electromagnetic transients program (EMTP). Then, the simulator characteristics, such as the hardware architecture, development software, communication strategies, graphical interface, input/output, and data export, are introduced, as well as the implementation stages of the test system. Moreover, it addresses the implementation of a relay prototype using a hardware based on DSP (digital signal processor), running an existing traveling-wavebased protection scheme, besides its closed-loop integration with the simulation. A GUI (graphical user interface) is developed to set the simulation parameters, including the conditions for applying an electrical fault, and to monitor the dynamic of the power system used as a case study. Off-line simulations obtained from Matlab/Simulink are used to validate the real-time results.pt_BR
dc.description.resumoNeste trabalho é proposto o desenvolvimento de um simulador digital em tempo real de sistemas de potência utilizando uma plataforma customizada de baixo custo baseada em FPGA do inglês, field-programmable gate array, adequada para realizar a validação em tempo real de métodos de proteção aplicados a linhas de transmissão baseadas em ondas viajantes. A descrição do simulador se desenvolve a partir das etapas de modelagem, implementação e simulação de um sistema de transmissão, que é usado para destacar a capacidade do simulador de representar fenômenos transitórios de alta freqüência em linhas de transmissão. Assim, inicialmente, o equacionamento matemático dos modelos implementados bem como o desenho geral do solver, que é desenvolvido tomando como referência o programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP), são apresentados. Em seguida, são apresentadas as características do simulador, como a arquitetura de hardware, software de desenvolvimento, estratégias de comunicação, interface gráfica, módulos de entrada/saída e exportação de dados, bem como os estágios de implementação do sistema de teste. Adicionalmente, neste trabalho propõe-se a implementação de um relé protótipo usando um dispositivo de hardware baseado em DSP do inglês, digital signal processing, executando um esquema de proteção baseado na teoria ondas viajantes, além de sua integração em malha fechada com a simulação. Uma interface gráfica (GUI do inglês, graphical user interface) é desenvolvida para que os parâmetros de simulação sejam definidos, incluindo as condições para aplicação de faltas elétricas, e monitorar a dinâmica do sistema de potência utilizado como estudo de caso. Simulações offline obtidas do Matlab/Simulink são usadas para validar os resultados em tempo real.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.identifier.citationLEAL, Marcos Sérgio Rodrigues. Development of an FPGA-based real-time power system simulator for traveling wave-based protective relay validation. 2019. 139f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27982
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectSimulação em tempo realpt_BR
dc.subjecthardware-in-the-looppt_BR
dc.subjectPrograma EMTPpt_BR
dc.subjectRelés digitaispt_BR
dc.subjectProteção de ondas viajantespt_BR
dc.subjectFPGApt_BR
dc.subjectDSPpt_BR
dc.subjectArquitetura RIOpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.titleDevelopment of an FPGA-based real-time power system simulator for traveling wave-based protective relay validationpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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