Review of electric machines

Esta tese apresentou uma metodologia para diagn´ostico de registros di- gitais de perturbac¸˜ao em unidades geradoras. Apesar de contemplar a soluc¸˜ao de um problema espec´ıfico na ´area de diagn´ostico de equipamentos do sis- tema el´etricos, envolve conhecimentos multidisciplinares tais como protec¸˜ao de sistemas el´etricos de potˆencia, modelagem e simulac¸˜ao, processamento digital de sinais, sistemas especialistas e programac¸˜ao computacional.

Durante o desenvolvimento do trabalho, uma vers˜ao simplificada do MARF foi aplicada em uma empresa de gerac¸˜ao de energia atrav´es de um projeto de pesquisa e desenvolvimento. O foco deste projeto foi a separac¸˜ao dos registros considerados importantes dos demais. Para esta tese, buscou- se o desenvolvimento de uma metodologia que possibilitasse n˜ao apenas um ordenamento dos registros, mas sim um diagn´ostico mais abrangente acerca da ocorrˆencia.

A metodologia proposta ´e aplicada em dois n´ıveis. O primeiro (MARF) realiza a pr´e-an´alise da ocorrˆencia, utilizando registros fasoriais de longa durac¸˜ao e sequˆencias de eventos. Este m´odulo apresentou exce- lentes resultados, viabilizando a priorizac¸˜ao da an´alise manual apenas das ocorrˆencias mais significativas, j´a que aproximadamente 95% dos casos ve- rificados n˜ao necessitariam de an´alise detalhada. O MARF al´em de analisar o registro de perturbac¸˜ao, avalia tamb´em os eventos registrados na SOE. A correlac¸˜ao destas duas an´alises permitiu a obtenc¸˜ao de um diagn´ostico refinado, com mais detalhes acerca da ocorrˆencia, o que aumenta a confiabi- lidade dos resultados e facilita a aceitac¸˜ao da ferramenta pelos usu´arios. Em nenhuma situac¸˜ao uma ocorrˆencia normal de unidade geradora foi classifi- cada como falta ou outra situac¸˜ao considerada mais grave, bem como uma situac¸˜ao grave foi classificada como normal. Caso as informac¸˜oes analisadas pelo MARF n˜ao sejam suficientes para alcanc¸ar uma conclus˜ao acerca da ocorrˆencia, o que ocorre ´e a n˜ao obtenc¸˜ao de um resultado, indicando que uma an´alise manual ´e necess´aria.

No segundo n´ıvel (MARC) a an´alise de falta utiliza o registro de curta durac¸˜ao. Esta ´e a tarefa de maior complexidade no esquema proposto, j´a que os registros de perturbac¸˜ao analisados devem ser processados digitalmente de modo a extrair caracter´ısticas relevantes. O filtro de Kalman, linear e esten- dido, que comp˜oe a base do MARC mostrou ser uma ferramenta computaci-

onal vers´atil e de f´acil implementac¸˜ao para esta aplicac¸˜ao, com a capacidade de obter es estimativas confi´aveis de parˆametros do modelo de sinal com pou- cas amostras de atraso, ou seja, ´e um estimador que apresenta uma resposta r´apida desde que corretamente ajustado. Com o filtro de Kalman foi poss´ıvel estimar o parˆametro de decaimento exponencial da tens˜ao durante os procedi- mentos de desenergizac¸˜ao de geradores. O uso deste parˆametro para detectar situac¸˜oes de desenergizac¸˜ao constitui uma importante contribuic¸˜ao deste tra- balho.

Os resultados obtidos pelo MARC mostraram que o m´odulo ´e capaz de classificar as ocorrˆencias de curto-circuito nas proximidades de uma unidade de gerac¸˜ao. As regras do sistema especialista foram propostas de modo que cada uma represente uma frac¸˜ao do conhecimento necess´ario para a obtenc¸˜ao de um resultado. Assim, mesmo que a informac¸˜ao apresentada ao sistema especialista de an´alise do registro de curta durac¸˜ao n˜ao seja t˜ao representa- tiva quanto o necess´ario para uma classificac¸˜ao completa, ao menos as regras fundamentais como aquelas que detectam condic¸˜oes normais e anormais de operac¸˜ao s˜ao executadas e com isso resultados parciais s˜ao obtidos.

Diante do exposto , verifica-se que a metodologia proposta atingiu ple- namente os objetivos definidos no cap´ıtulo introdut´orio, fornecendo ao pro- fissional analista a possibilidade de priorizar as an´alises e mesmo naquelas consideradas importantes fornecer uma estimativa de causa da ocorrˆencia e um conjunto de informac¸˜oes agregadas em um relat´orio. A agregac¸˜ao de informac¸˜oes, como os valores calculados nos segmentos de oscilografia, o pr´oprio registro de perturbac¸˜ao e a sequˆencia de eventos em um ´unico re- lat´orio de an´alise permite que o analista concentre sua atenc¸˜ao e tempo aos dados e n˜ao mais na busca deles em diversos sistemas de informac¸˜ao.

Tanto no desenvolvimento quando nos testes do sistema proposto fo- ram utilizados principalmente registros reais de ocorrˆencias. A excec¸˜ao foi no desenvolvimento do MARC em que foi necess´aria a utilizac¸˜ao de um modelo de simulac¸˜ao computacional visto que n˜ao foram obtidos registros reais de to- dos os tipos de falta considerados. Apesar de ser desenvolvido com base em simulac¸˜ao, o MARC foi aplicado com sucesso em dados de ocorrˆencias reais. J´a o MARF pˆode ser validado totalmente com base em casos reais utilizando centenas de registros oscilogr´aficos.

Os sistemas especialistas apresentados fazem uso de regras que em sua maioria possuem condic¸˜oes baseadas em limiares com valores dados em pu. Nos testes realizados com dados de diferentes usinas, verificou-se que n˜ao h´a necessidade de alterar os limiares do MARF. Por´em, caso a unidade de gerac¸˜ao sob an´alise possuir caracter´ısticas notadamente distintas da usina

piloto (como tipo e porte) deve-se realizar um estudo pr´evio para verificar a necessidade de ajuste dos limiares.

A metodologia proposta foi desenvolvida visando a expans˜ao futura. Neste sentido, nas etapas de extrac¸˜ao de caracter´ısticas s˜ao calculadas grande- zas que n˜ao foram utilizadas nos conjuntos de regras, como as componentes se sequˆencia negativa e zero no MARF. No MARC, s˜ao utilizadas grande- zas em m´odulo sendo que a informac¸˜ao de fase pode tamb´em ser utilizada. Assim, h´a a possibilidade de ampliac¸˜ao dos conjuntos de regras, podendo contemplar situac¸˜oes n˜ao previstas inicialmente, bem como melhorar a quali- dade da an´alise. Como exemplo, pode-se citar a classificac¸˜ao das faltas pelo MARC em que as regras utilizam apenas informac¸˜oes de tens˜ao. As mes- mas podem ser modificadas para incluir informac¸˜oes das correntes de modo a melhorar a qualidade dos resultados.

A forma naturalmente intuitiva de funcionamento dos sistemas espe- cialistas (emulando o processo de racioc´ınio humano) permite que o pr´oprio analista, usu´ario do sistema, com um treinamento b´asico, possa manusear e ampliar os conjuntos de regras definidos. Al´em disso, ainda existem diversas possibilidades para trabalhos futuros visando melhorar o esquema, conforme ser´a exposto na sec¸˜ao seguinte.