O sistema elétrico de potência deve ser capaz de operar mesmo quando sujeito a eventos de grandes impactos. A resposta a estes eventos envolve uma grande excursão do ângulo do rotor dos geradores, que pode resultar em separação do sistema, em que as ilhas formadas podem ou não se manter em sincronismo. A proteção contra perda de sincronismo (PPS) vem para prover a adequada separação do sistema bem como para proteger os equipamentos da operação fora de sincronismo. Em geradores, a PPS visa evitar severos problemas mecânicos e térmicos, e se baseia na medição da impedância durante o evento, em que a resistência medida (equivalente à potência ativa) tem seu sinal invertido. No entanto, foram identificados casos reais de falha da PPS em que ocorre a perda do sincronismo e a resistência medida não inverte o sinal. Isso ocorre quando há cargas com controle de potência constante próximas a geradores, como no sistema de corrente contínua que interliga a usina de Itaipu 50 Hz ao sistema elétrico brasileiro e demais conexões com os sistemas elétricos paraguaio e argentino. Neste sentido, este trabalho propõe uma nova metodologia baseada na derivada da potência elétrica para identificar perda de sincronismo quando o gerador apresenta parte da potência constante bem como para casos em que a perda de estabilidade leva à queda da frequência do gerador. Os resultados revelaram a capacidade do método em detectar a perda de sincronismo em diversas condições de defeito e a sua segurança em não atuar em situações de oscilações estáveis. Além disso, a proteção desenvolvida foi implementada em um relé comercial e validada por meio de simulações em tempo real, utilizando um Real Time Digital Simulator.

The electrical power system must operate even when subjected to events of significant impact. The response to these events involves a large excursion of the generator rotor angle, which can result in system separation, forming islands that may remain or not in synchronism. Out-of-step protection (OOSP) comes to provide adequate system separation and protect equipment against out-of-step operation. OOSP aims to avoid severe mechanical and thermal problems in generators and is based on the impedance measurement during the event. Usually, during an OOS condition, the measured resistance (equivalent to active power) inverts its signal. However, real cases of OOSP failure in which synchronism is lost have been identified, and the measured resistance does not invert the signal. This occurs when loads with a constant power control operate close to generators, as in the High-Voltage Direct Current system that interconnects the Itaipu 50 Hz plant to the Brazilian electrical system and other connections with the Paraguayan and Argentine electrical system. In this sense, this work proposes a new methodology based on the electrical power derivative to identify loss of synchronism when the generator presents part of the constant generated power and for cases in which the loss of stability leads to a drop in the generator frequency. The results revealed the method's ability to detect the loss of synchronism in different fault conditions and its safety in not acting in situations of stable oscillations. In addition, the protection developed was implemented in a commercial relay and validated through real-time simulations using a Real-Time Digital Simulator.