https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20580| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| robsonrosserranidelima.pdf | 5.93 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
| Tipo: | Tese |
| Título: | Uma abordagem estatística de processamento de sinais para detecção de ilhamento |
| Autor(es): | Lima, Robson Rosserrani de |
| Primeiro Orientador: | Cerqueira, Augusto Santiago |
| Co-orientador: | Ribeiro, Paulo Fernando |
| Membro da banca: | Duque, Carlos Augusto |
| Membro da banca: | Silva, Leandro Rodrigues Manso |
| Membro da banca: | Costa, Flavio Bezerra |
| Membro da banca: | Coury, Denis Vinicius |
| Resumo: | A detecção de ilhamento não intencional em redes de distribuição com geração distribuída permanece desafiadora, sobretudo em condições críticas associadas à Zona de Não-Detecção (ZND), nas quais o desbalanço entre geração e carga pode ser mínimo. Esta tese propõe e valida um método passivo de detecção de ilhamento baseado em processamento estatístico de sinais e reconhecimento de padrões. O fluxo é estruturado em duas etapas: (i) calibração offline, na qual se estima uma projeção linear fixa por Análise de Componentes Principais (PCA) orientada ao evento, comprimindo as tensões trifásicas do ponto de acoplamento comum em baixa dimensão; em seguida, extraem-se cumulantes (estatísticas de ordem superior) em atrasos não nulos, selecionando-se de forma parcimoniosa os atributos via Razão Discriminante de Fisher e treinando-se os decisores; e (ii) execução online em janelas deslizantes, na qual apenas os atrasos previamente selecionados são computados e aplicados aos decisores treinados. O método foi avaliado em uma microrrede fotovoltaica simulada, contemplando três classes de eventos (operação nominal, ilhamento e faltas) e cenários na ZND, incluindo validação independente com perfis não vistos. No regime de janelamento deslizante, o classificador MLP selecionado atingiu acurácia global de 98,52% em teste, com alta seletividade para ilhamento (precisão de 98,49% e sensibilidade de 97,15%) e ausência de falsos alarmes relevantes na classe nominal. Como alternativa linear de menor complexidade, ajustou-se também um decisor por mínimos quadrados (Least Squares – LS) no mesmo espaço de atributos; embora apresente elevada precisão, seu desempenho global e, principalmente, a sensibilidade ao ilhamento foram inferiores (acurácia de 79,59% e sensibilidade de 66,38% em teste). Na validação na ZND, a decisão na subjanela mais tardia (pior caso, aproximadamente quatro ciclos) manteve desempenho praticamente ideal para ilhamento (precisão e sensibilidade de 100%) e permaneceu compatível com limites normativos típicos para ambos os decisores adotados. Adicionalmente, a varredura de ruído gaussiano branco aditivo entre 70 e 30 dB evidenciou baixa sensibilidade do vetor de características, preservando altas taxas de detecção, especialmente nas subjanelas mais informativas. Conclui-se que a combinação de projeção fixa orientada ao ilhamento e cumulantes em atrasos selecionados resulta em um detector robusto, de baixa dimensionalidade e com tempo de decisão compatível com requisitos de interconexão, com potencial para implementação prática em funções de proteção de redes de distribuição. |
| Abstract: | Unintentional islanding detection in distribution networks with distributed generation remains challenging, particularly under critical operating conditions associated with the Non-Detection Zone (NDZ), in which the generation–load mismatch may be minimal. This thesis proposes and validates a passive islanding detection method grounded on statistical signal processing and pattern recognition. The workflow is structured in two stages: (i) an offline calibration stage, in which a fixed linear projection based on event-oriented Principal Component Analysis (PCA) is estimated to compress threephase point-of-common-coupling voltages into a low-dimensional representation; next, cumulants (higher-order statistics) are extracted at nonzero lags, and features are parsimoniously selected using the Fisher Discriminant Ratio, followed by the training of decision-makers; and (ii) an online execution stage using sliding windows, in which only the previously selected lags are computed and fed into the trained decision-makers. The method was assessed on a simulated photovoltaic microgrid, considering three event classes (normal operation, islanding, and faults) and NDZ scenarios, including independent validation with unseen profiles. Under the sliding-window regime, the selected MLP classifier achieved an overall test accuracy of 98,52%, with high islanding selectivity (precision of 98,49% and sensitivity of 97,15%) and no relevant false alarms in the normal class. As a lower-complexity linear reference, a Least Squares (LS) decision-maker was also fitted in the same feature space; although it presented high precision, its overall performance and, most notably, islanding sensitivity were lower under the sliding-window regime (accuracy of 79,59% and islanding sensitivity of 66,38% in test). In the NDZ validation, the decision at the latest subwindow (worst-case delay, approximately four cycles) maintained a near-ideal performance for islanding (precision and sensitivity of 100%) and remained consistent with typical interconnection normative limits for both adopted decision-makers. Additionally, the sweep of additive white Gaussian noise from 70 to 30 dB indicated low sensitivity of the feature vector, preserving high detection rates, especially in the most informative subwindows. It is concluded that combining a fixed, islanding-oriented projection with cumulants at selected lags yields a robust, low-dimensional detector with a decision time compatible with interconnection requirements, with strong potential for practical implementation in protection functions for distribution networks. |
| Palavras-chave: | Detecção de ilhamento Geração distribuída Estatísticas de ordem superior Cumulantes Pca Proteção de sistemas de distribuição Islanding detection Distributed generation High-order statistics Cumulants Pattern recognition Distribution protection |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Sigla da Instituição: | UFJF |
| Departamento: | Faculdade de Engenharia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
| Licenças Creative Commons: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20580 |
| Data do documento: | 14-Jan-2026 |
| Aparece nas coleções: | Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses) |
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