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The use of advanced signal processing and deep learning for pattern recognition in integrated metrics of quality performance: a smart grid application

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dc.creator SALLES, Rafael de Souza
dc.date.issued 2020-12-04
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2327
dc.description.abstract Power quality (PQ) is not a new theme, but it should not be neglected in any way, as its performance parameters will reveal problems in the adequacy between the consumer equipment and the electrical grid. With the ongoing transformations in electrical power systems, characterized by the high penetration of renewable energy sources, the massive insertion of components based on power electronics in the network, and the decentralization of generation, these issues are becoming increasingly important. In Smart Grids, solutions are sought for more advanced solutions to solve PQ disturbances problems. Advanced signal processing plays an essential role in dealing with the network and supporting various applications within this context and Artificial Intelligence (AI), which has gained significant prominence to feed applications with innovative solutions in several areas. This research investigates the use of advanced signal processing and Deep Learning techniques for pattern recognition and classification of signals with PQ disorders. For this purpose, the Continuous Wavelet Transform with a filter bank is used to generate 2-D images with the time-frequency representation from signals with voltage disturbances. The work aims to use Convolutional Neural Networks (CNN) to classify this data according to the images’ distortion. In this implementation of AI, specific stages of design, training, validation, and testing were carried out for a model elaborated by the case file and a knowledge transfer technique with the pre-trained networks SqueezeNet, GoogleNet, and ResNet-50. The work was developed in the MATLAB/Simulink software, all signal processing stages, CNN design, simulation, and the investigated data generation. All steps have their objectives fulfilled, culminating in the excellent execution and development of the research. The results sought high precision for CNN de Scratch and ResNet-50 in classify the test set. The other two models obtained not-so-high accuracy, and the results are consistent when compared with different methodologies. Considerations about the results were pointed out. Finally, some conclusions were established and a philosophical reflection on the role of AI and advanced signal processing in electrical power systems. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language eng pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Qualidade de energia pt_BR
dc.subject Processamento avançado de sinais pt_BR
dc.subject Inteligência artificial pt_BR
dc.subject Aprendizado profundo pt_BR
dc.subject Redes neurais concolucionais pt_BR
dc.subject Redes inteligentes pt_BR
dc.title The use of advanced signal processing and deep learning for pattern recognition in integrated metrics of quality performance: a smart grid application pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2021-03-12
dc.date.available 2021-03-14T16:09:19Z
dc.date.accessioned 2021-03-14T16:09:19Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/6855722781714382 pt_BR
dc.contributor.advisor1 FULY, Benedito Isaías Lima
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/7147889968100804 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 RIBEIRO, Paulo Fernando
dc.description.resumo Qualidade de Energia não é uma temática nova, porém de forma alguma deve ser negligenciada, pois seus parâmetros de performance indicam problemas na adequação entre o equipamento do consumidor e a rede elétrica. Com as transformações em andamento nos sistemas elétricos de potência, caracterizados pela alta penetração de fontes renováveis de energia, inserção massiva de componentes baseados em eletrônica de potência na rede e descentralização da geração, essas questões se tornam cada vez mais importantes. Nas Redes Inteligentes, busca-se soluções cada vez mais avançadas para solucionar questões dos distúrbios da Qualidade de Energia. Dentro desse contexto, o processamento avançado de sinais possui um papel importante para tratar as medições da rede e apoiar diversas aplicações. A Inteligência Artificial, tem ganhado grande destaque dar suporte para aplicações com soluções inovadoras em diversas áreas. Esta pesquisa tem como objetivo investigar o uso de processamento avançado de sinais e técnicas de Aprendizagem Profundo ("Deep Learning") para reconhecimento de padrões e classificação de sinais com distúrbios da Qualidade de Energia. Para este propósito, a Transformada Wavelet Contínua com um banco de filtros é usada para gerar imagens 2-D no domínio do tempo-frequência a partir de sinais com distúrbios de tensão. O trabalho visa utilizar Redes Neurais Convolucionais para classificar essas imagens de acordo com a respectiva distorção. Nesta implementação de Inteligência Artificial, etapas específicas de projeto, treinamento, validação e teste serão realizadas para um modelo elaborado pelo autor e também utilizando a técnica de transferência de conhecimento com as redes pré-treinadas SqueezeNet, GoogleNet, e ResNet-50. O trabalho foi desenvolvido no software MATLAB/Simulink, todas as etapas de processamento do sinal, projeto de modelos de classificação, simulação e geração dos dados investigados. Todas as etapas tiveram seus objetivos específicos cumpridos, culminando na boa execução e desenvolvimento da pesquisa. Os resultados obtidos mostraram alta precisão para "CNN de Scratch" e ResNet-50 em classificar o conjunto de testes. Os outros dois modelos obtiveram acurácias não tão altas, e os resultados se mostram consistentes ao comparar com outras metodologias. Considerações sobre os resultados foram apontadas. Por fim, algumas conclusões foram estabelecidas, assim como uma reflexão filosófica sobre o papel dos tópicos abordados para os sistemas elétricos de potência. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Elétrica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA pt_BR
dc.relation.references SALLES, Rafael de Souza. The use of advanced signal processing and deep learning for pattern recognition in integrated metrics of quality performance: a smart grid application. 2020. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. pt_BR


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