Clasificación de eventos de operación normal en subestaciones digitales a partir de redes LSTM
En este proyecto se desarrolló un modelo de clasificación multiclase para eventos de operación normal en subestaciones digitales, utilizando redes neuronales Long Short-Term Memory (LSTM) y datos generados a partir de simulaciones y pruebas experimentales. Los eventos considerados incluyeron la cone...
- Autores:
-
Pacheco Pérez, Juan Pablo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/75630
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/1992/75630
- Palabra clave:
- Subestaciones digitales
Clasificación de eventos
Redes neuronales LSTM
Protocolo IEC 61850
Automatización eléctrica
Reconexión post-falla
Conexión de banco de condensadores
Transferencia de carga
Sampled values
Merging unit
Simulación eléctrica
Prototipo de laboratorio
Ingeniería
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En este proyecto se desarrolló un modelo de clasificación multiclase para eventos de operación normal en subestaciones digitales, utilizando redes neuronales Long Short-Term Memory (LSTM) y datos generados a partir de simulaciones y pruebas experimentales. Los eventos considerados incluyeron la conexión de bancos de condensadores, la reconexión post-falla (monopolar y tripolar) y la transferencia de carga, los cuales son esenciales para la operación y control de sistemas eléctricos modernos. El modelo fue entrenado con un conjunto de datos obtenido mediante simulaciones en ATPDraw y preprocesado para adecuarlo a las especificaciones de las Merging Units (MU). Las señales de corriente y voltaje, originalmente muestreadas a 1 MHz, se interpolaron a 4800 Hz, garantizando la compatibilidad con los estándares IEC 61850. La arquitectura del modelo incluyó capas LSTM para capturar patrones temporales y capas densas para la clasificación, logrando una precisión sobresaliente en las pruebas de validación. La validación experimental se realizó mediante un prototipo de laboratorio que replicó condiciones reales de una subestación digital, utilizando un simulador Typhoon HIL, un amplificador Omicron CMS 336 y una MU GE. Los paquetes Sampled Values (SV) capturados y decodificados confirmaron la viabilidad del modelo en la identificación precisa de eventos en un entorno físico. Los resultados obtenidos demuestran la efectividad del enfoque propuesto para mejorar la monitorización y control en subestaciones digitales, contribuyendo al avance de la automatización y la confiabilidad en sistemas eléctricos modernos. Este proyecto sienta las bases para futuras investigaciones orientadas a la clasificación automatizada de eventos en condiciones operativas más amplias y diversos entornos reales. |
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Jin, T. V. y Turing, A. F., “Overview of iec 61850 for smart substations,” IEEE Smart Grid Newsletter, pp. 12–19, 2019, doi:10.1109/SMG.2019.0901234. Smith, J. y Wang, L., “Digital substations and iec 61850: A primer,” IEEE Power and Energy Magazine, vol. 20, no. 2, pp. 51–60, 2022, doi:10.1109/MPE.2022.3145678 García, D. y Pérez, M. L., “Application of lstm networks in power system event classification,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 3, pp. 2345–2356, 2020, doi:10.1109/TPWRS.2020.2971234 Jin, T. V. y Turing, A. F., “Overview of iec 61850 for smart substations,” IEEE Smart Grid Newsletter, pp. 12–19, 2019, doi:10.1109/SMG.2019.0901234 Smith, L. y Kim, H., “Digital substation architecture and applications,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35, pp. 1333–1340, 2020, doi:10.1109/TPWRD.2020.2987634 del Río García, P., “Hacia las subestaciones iec 61850, un reto actual para las compañías eléctricas,” en III Congreso Smart Grids, DNV GL Energy, 2016, https://www.smartgridsinfo.es/comunicaciones/comunicacion-hacia-subestaciones-iec-61850-reto-actual-c ompanias-electricas García, E., “¿qué es una merging unit?,” 2023, https://pac-academy.com/merging-unit-iec-61850/. Último acceso: noviembre 2024 Sherstinsky, A., “Fundamentals of recurrent neural network (rnn) and long short-termmemory (lstm) network,” Physica D: Nonlinear Phenomena, vol. 404, p. 132306, 2020, doi:10.1016/j.physd.2019.132306 Albeladi, K., Zafar, B., y Mueen, A., “Time series forecasting using lstm and arima,” International Journal of Advanced Computer Science and Applications, vol. 14, no. 1, pp. 313–320, 2023, https://www.ijacsa.thesai.org. Lozada, J. A. T., “Clasificación y localización de fallas en subestaciones digitales mediante la transformada de clarke con el uso de redes lstm,” Master’s thesis, Universidad de los Andes, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, 2024. Proyecto de grado tomado como referencia Nassar, A. A. y Morsi, W. G., “Detection of cyber-attacks and power disturbances in smart digital substations using continuous wavelet transform and convolution neural networks,” Electric Power Systems Research, vol. 229, p. 110157, 2024, doi:10.1016/j. epsr.2024.110157 García, D. y Pérez, M. L., “Application of lstm networks in power system event classification,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 3, pp. 2345–2356, 2020, doi:10.1109/TPWRS.2020.2971234 Chen, Y. y Zhang, P., “Big data approaches for maintenance management in substations,” Energy Systems Review, vol. 12, pp. 78–92, 2023, doi:10.1016/j.esr.2023.112345 Singh, A. y Kumar, P., “Analysis of major cybersecurity incidents in power systems,” IEEE Cybersecurity and Smart Grid, pp. 34–42, 2018, doi:10.1109/CSG.2018.0104234 Gonzalez, L. y Torres, M., “Modern automation systems for digital substations,” Journal of Power and Energy Systems, vol. 30, pp. 123–135, 2021, doi:10.1109/JPES.2021.1104 567. Rao, K. N. y Smith, J. P., “Simulation and laboratory validation of fault detection models,” Journal of Electrical Engineering, vol. 49, no. 2, pp. 45–58, 2022, doi:10.1109/JEE.2022.0456789 |
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Las señales de corriente y voltaje, originalmente muestreadas a 1 MHz, se interpolaron a 4800 Hz, garantizando la compatibilidad con los estándares IEC 61850. La arquitectura del modelo incluyó capas LSTM para capturar patrones temporales y capas densas para la clasificación, logrando una precisión sobresaliente en las pruebas de validación. La validación experimental se realizó mediante un prototipo de laboratorio que replicó condiciones reales de una subestación digital, utilizando un simulador Typhoon HIL, un amplificador Omicron CMS 336 y una MU GE. Los paquetes Sampled Values (SV) capturados y decodificados confirmaron la viabilidad del modelo en la identificación precisa de eventos en un entorno físico. Los resultados obtenidos demuestran la efectividad del enfoque propuesto para mejorar la monitorización y control en subestaciones digitales, contribuyendo al avance de la automatización y la confiabilidad en sistemas eléctricos modernos. 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G., “Detection of cyber-attacks and power disturbances in smart digital substations using continuous wavelet transform and convolution neural networks,” Electric Power Systems Research, vol. 229, p. 110157, 2024, doi:10.1016/j. epsr.2024.110157García, D. y Pérez, M. L., “Application of lstm networks in power system event classification,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 3, pp. 2345–2356, 2020, doi:10.1109/TPWRS.2020.2971234Chen, Y. y Zhang, P., “Big data approaches for maintenance management in substations,” Energy Systems Review, vol. 12, pp. 78–92, 2023, doi:10.1016/j.esr.2023.112345Singh, A. y Kumar, P., “Analysis of major cybersecurity incidents in power systems,” IEEE Cybersecurity and Smart Grid, pp. 34–42, 2018, doi:10.1109/CSG.2018.0104234Gonzalez, L. y Torres, M., “Modern automation systems for digital substations,” Journal of Power and Energy Systems, vol. 30, pp. 123–135, 2021, doi:10.1109/JPES.2021.1104 567.Rao, K. N. y Smith, J. 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