Data-driven approaches for event detection, fault location, resilience assessment, and enhancements in power systems

Abstract

This thesis presents the study and development of distinct data-driven techniques to support event detection, fault location, and resilience assessment towards enhancements in power systems. It is divided in three main parts as follows. The first part investigates improvements in power system monitoring and event detection methods with focus on dimensionality reduction techniques in wide-area monitoring systems. The second part focuses on contributions to fault location tasks in power distribution networks, relying on information about the network topology and its electrical parameters for short-circuit simulations over a range of scenarios. The third part assesses enhancements in power system resilience to high-impact, lowprobability events associated with extreme weather conditions and human-made attacks, relying on information about the system topology combined with simulations of representative scenarios for impact assessment and mitigation. Overall, the proposed data-driven algorithms contribute to event detection, fault location, and resilience assessment, relying on electrical measurements recorded by intelligent electronic devices, historical data of past events, and representative scenarios, together with information about the network topology, electrical parameters, and operating status. The validation of the algorithms, implemented in MATLAB, is based on computer simulations using network models implemented in OpenDSS and Simulink

Esta tesis presenta el estudio y el desarrollo de distintas técnicas basadas en datos para respaldar las tareas de detección de eventos, localización de fallos y resiliencia hacia mejoras en sistemas de energía eléctrica. Los contenidos se dividen en tres partes principales descritas a continuación. La primera parte investiga mejoras en el monitoreo de sistemas de energía eléctrica y métodos de detección de eventos con enfoque en técnicas de reducción de dimensionalidad en wide-area monitoring systems. La segunda parte se centra en contribuciones a tareas de localización de fallos en redes eléctricas de distribución, basándose en información acerca de la topología de la red y sus parámetros eléctricos para simulaciones de cortocircuito en una variedad de escenarios. La tercera parte evalúa mejoras en la resiliencia de sistemas de energía eléctrica ante eventos de alto impacto y baja probabilidad asociados con condiciones climáticas extremas y ataques provocados por humanos, basándose en información sobre la topología del sistema combinada con simulaciones de escenarios representativos para la evaluación y mitigación del impacto. En general, los algoritmos propuestos basados en datos contribuyen a la detección de eventos, la localización de fallos, y el aumento de la resiliencia de sistemas de energía eléctrica, basándose en mediciones eléctricas registradas por dispositivos electrónicos inteligentes, datos históricos de eventos pasados y escenarios representativos, en conjunto con información acerca de la topología de la red, parámetros eléctricos y estado operativo. La validación de los algoritmos, implementados en MATLAB, se basa en simulaciones computacionales utilizando modelos de red implementados en OpenDSS y Simulink