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Coordenação Segura de Relés de Sobrecorrente usando Otimização por Coelhos Artificiais e Blockchain em Sistemas Elétricos com Recursos Energéticos Distribuídos

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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MEDICAO, CONTROLE, CORRECAO E PROTECAO DE SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA

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Resumo

A proteção de sistemas elétricos de potência é essencial para a garantia da segurança, confiabilidade e continuidade do fornecimento de energia, especialmente frente à crescente digitalização e presença de novas tecnologias, como os Recursos Energéticos Distribuídos (REDs). No entanto, a parametrização de relés de sobrecorrente temporizados (RSTs) enfrenta desafios relacionados à coordenação em cenários complexos e mutáveis. Este trabalho propõe uma metodologia inovadora que combina a metaheurística Otimização por Coelhos Artificiais (Artificial Rabbit Optimization (ARO), em Inglês) com a tecnologia de processamento de dados Blockchain, oferecendo uma solução otimizada e segura para a configuração dos parâmetros de corrente e tempo dos relés. A técnica foi implementada em Python, com uma interface web desenvolvida via Streamlit, automatizando o processo de ajuste, permitindo uma compreensão didática e manipulação acessível dos dados. Testes foram conduzidos em sistemas elétricos do Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) de 13, 34 e 37 barras, integrando processamento paralelo à execução da metaheurística, oferecendo resultados que corroboram com pesquisas sobre o baixo impacto dos REDs que fazem uso de inversores nos níveis de curto-circuito do sistema, mas afetando consideravelmente valores ligados ao fluxo de potência normal, indicando uma necessidade de adaptação dos parâmetros dos RSTs. As análises demonstram que o ARO apresentou alta robustez ao balancear exploração e intensificação, mesmo comparado a outros algoritmos consagrados no meio acadêmico (Algoritmos Genéticos, Evolução Diferencial e Otimização por Enxame de Partículas), oferecendo soluções com ajustes precisos a seletividade e coordenação dos RSTs, mesmo com a inserção dos REDs. O uso do Blockchain garantiu a gestão segura e auditável dos processos envolvidos, promovendo confiabilidade e transparência a aplicação. A abordagem apresentada integra conceitos de cibersegurança e inovação científica, sendo promissora para enfrentar desafios de digitalização e integração de novos recursos aos sistemas elétricos.

Abstract

The power system protection is essential to ensure safety, reliability, and continuity of energy supply, especially due to increasing digitalization and the integration of emerging technologies such as Distributed Energy Resources (DERs). However, the setting of inverse time overcurrent (TOC) units poses significant challenges related to device protective coordination in complex and dynamic scenarios. This study proposes an innovative methodology that combines the Artificial Rabbit Optimization (ARO) metaheuristic with Blockchain data processing technology, providing an optimized and secure solution for configuring the current and time parameters of the relays. The technique has been implemented in Python language, with a web interface developed using Streamlit, automating the adjustment process and enabling accessible data manipulation and an educational understanding of results. The investigation has been conducted by using Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 13, 34, and 37-bus test feeders, integrating parallel processing into the metaheuristic execution. The results corroborate research on the low impact of inverter-based DERs on system short-circuit levels, while significantly affecting values associated with normal power flow, thus indicating the need for TOC parameter adjustments. The analyses also demonstrated that ARO exhibited high robustness in balancing exploration and exploitation, even when compared to well-established algorithms in academia (Genetic Algorithm, Differential Evolution and Particle Swarm Optimization), providing precise settings that enhance TOC selectivity and coordination, despite DER integration. Blockchain ensures secure and auditable management, promoting reliability and transparency in the application. The presented approach integrates cybersecurity and scientific innovation concepts, making it a promising solution to address the challenges of digitalization and the integration of new resources into the power systems.

Palavras-chave

Blockchain, Blockchain, Coordenação, Coordination, Otimização por Coelhos Artificiais, Artificial Rabbit Optimization, Proteção de sistemas elétricos, Power system protection, Recursos energéticos distribuídos, Distributed energy resources, Relés de sobrecorrente temporizados, Time overcurrent relays, Engenharia elétrica, Electrical engineering

Citação

PASSATUTO, Luiz Arthur Tarralo. Coordenação Segura de Relés de Sobrecorrente usando Otimização por Coelhos Artificiais e Blockchain em Sistemas Elétricos com Recursos Energéticos Distribuídos. 2025. 175 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.3.

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