Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta o estudo, desenvolvimento e aplicação de novas técnicas de controle aos sistemas de geração de energia fotovoltaica, conectados à rede elétrica monofásica, visando a melhoria da eficiência destes sistemas em relação aos métodos de controle tipicamente utilizados. O trabalho é dividido em duas partes principais, as quais estão relacionadas ao rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) e, depois, ao controlador interno dos conversores boost-quadrático – lado dos painéis fotovoltaicos – assim como aos controladores do inversor de tensão, no lado da rede elétrica monofásica. A primeira parte do trabalho consiste no desenvolvimento de um algoritmo de meta heurística para o MPPT, o qual é baseado no método do recozimento simulado (Simulated Annealing - SA) e tem como objetivo a determinação do ponto de máximo global, buscando soluções fora de uma vizinhança próxima, de modo a evitar o atracamento em máximos locais da curva de potência de saída do arranjo de painéis fotovoltaicos, melhorando, assim, o aproveitamento da energia em situações de sombreamento parcial. A segunda parte do trabalho apresenta o projeto de controladores baseados no modelo interno (Internal Model Control – IMC) com 1 grau de liberdade (1 Degree of Freedom – 1 DOF) aplicados, primeiramente, ao conversor CC-CC Boost Quadrático, utilizado para o MPPT, e, posteriormente, a um inversor de tensão com filtro LCL, conectado à rede elétrica monofásica, operando no modo de injeção de corrente. É apresentada a modelagem matemática de ambos os conversores e analisada a compensação da realimentação interna ao sistema do inversor de tensão, correspondente ao desacoplamento da tensão da rede, através da estratégia de alimentação à frente (Feedforward). Visando-se uma base de comparação, para a análise de desempenho do conversor IMC – 1DOF, também é aplicado ao sistema de injeção de corrente, o controlador Proporcional-Ressonante (P+Res). São apresentados resultados de simulação computacional e experimentais de ambos os 8 controladores, os quais permitem verificar o desempenho do sistema em situação de rede fraca e carga local não-linear. / This paper presents the study, development and application of new control techniques for photovoltaic power generation systems, connected to single-phase power grid in order to improve the efficiency of these systems in relation to control methods typically used. The work is divided into two main parts, which are related to tracking the maximum power point (Maximum Power Point Tracking - MPPT) and then the internal controller of boost quadratic converters - side of the photovoltaic panels - as well as the controllers the voltage inverter, the side of the single-phase mains. The first part of the work is the development of a heuristic goal algorithm for MPPT, which is based on the method of simulated annealing (Simulated Annealing - SA) and aims at determining the overall maximum point, seeking out solutions in a close vicinity, so as to prevent the docking local maxima in the curve of power output of the photovoltaic array, thereby improving the utilization of energy in partial shading situations. The second part presents the design of controllers based on internal model (Internal Model Control - IMC) with 1 degree of freedom (1 Degree of Freedom - 1 DOF) applied, first, the DC-DC Boost Quadratic converter, used for MPPT, and thereafter, a voltage inverter with LCL filter connected to the single phase power supply operating in current injection mode. A mathematical modeling of both converters and analyzed the compensation of internal feedback to the voltage inverter system corresponding to the disconnection of the mains voltage through the power strategy a head (feedforward). A basis of comparison for the performance analysis of IMC-1DOF converter is aiming at, is also applied to the current injection system, Proportional-Resonant Controller (P + Res). They are presented computer simulation and experimental results of both controllers, which allow you to check the system performance in low and non-linear local load network situation. / Tese (Doutorado)

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-05T18:13:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:05:51Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:40:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-14T14:38:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-14T14:38:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / Este trabalho apresenta os resultados, simulados e com experimentação, obtidos nos estudos relacionados ao projeto e à implementação de estratégias avançadas de controle digital preditivo do tipo Generalized Predictive Control e supervisionado por lógica fuzzy, aplicadas ao controle e auxílio na melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência. Uma das principais contribuições deste trabalho é de natureza prática já que a avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas será realizada por meio de testes em um sistema de potência real e de escala reduzida. Outras contribuições do trabalho incluem: a) o desenvolvimento e a validação de um simulador computacional de sistemas de potência utilizado para avaliar dinamicamente o comportamento das estruturas de controle propostas quando o sistema de potência estudado é submetido a contingências operacionais comumente observadas durante sua operação; b) a montagem de um protótipo de sistema de potência real e de escala reduzida utilizado nos ensaios de avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas. O protótipo de sistema de potência, formado por um motor de corrente contínua acoplado a um gerador síncrono de polos salientes conectado a um sistema de potência de escala comercial por uma pequena linha de transmissão, foi montado no Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), localizado em Belém, Pará. Com os recursos deste protótipo, é possível avaliar e validar estratégias avançadas de controle, monitoração e manutenção preditiva aplicadas às máquinas elétricas rotativas em operação na ELETROBRAS-ELETRONORTE. / This thesis presents the experimental and simulated results obtained in the project and implementation of Generalized Predictive Control, an advanced digital predictive control technique, and fuzzy logic, applied to control and improvement of the stability of electric power systems. One of the main contributions of this thesis is of pratical nature, since a part of the proposed predictive control strategies were experimentaly avaliated by real avaliation tests. These tests are realized with a small scale real power system. There are other contributions like these: a) the project and validation of a computational power system simulator used to evaluate the behavior of the proposed control structures when operational contingencies, commonly observed in normal operation of the power system, are simulated; b) assembly a prototype of a small scale real electric power system used to evaluate a part of the proposed predictive control techniques. The assembled power system prototype is formed by two electric machines: a DC motor and a salient-pole synchronous generator. These two machines are mechanicaly coupled and connected to a commercial power system through a small transmission line simulator. The prototype was assembled at the Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), located in Belém, Pará, Brazil. Using the prototype's features, it is possible to evaluate and validate advanced monitoring and control strategies. After these avaliations, these strategies can be used as predictive maintenance tools for the rotating electrical machines in operation at ELETROBRAS-ELETRONORTE.

In advanced process control, the Model Predictive Control (MPC) may be considered the most important innovation in recent years and the standard tool for industrial applications due to the fact that it keeps the plant operating in the constraints more profitable. However, like every control algorithm, the MPC after some time in operation rarely works as originally designed. Thus, to preserve the benefits of MPC systems for a long period of time, their performance needs to be monitored and evaluated during the operation. This task require the presence of reliable and effective tools to detect when the controller performance is below of the desirable, to define the need, or not, of recommissioning the system. Thus, the objective of this work is development of techniques for monitoring and evaluating the performance of multivariable predictive controllers, being developed two new tools: LQG benchmark Modified and IHMC benchmark. The results obtained from numerical simulations were satisfactory and consistent with the technical literature applied in the developments of the evaluators, which were used in the monitoring of the control system MPC of the oil-water-gas three-phase separation process, offering an appropriate solution and providing subsidies for implementations in real industrial systems. / Em controle avançado de processos, o controlador preditivo ou MPC (Model Predictive Control) pode ser considerado como a mais importante inovação dos últimos anos e a ferramenta padrão para aplicações industriais, devido ao fato do MPC manter a planta operando dentro das suas restrições de forma mais lucrativa. Entretanto, como todo algoritmo de controle, o MPC depois de algum tempo em operação dificilmente funciona como quando fora inicialmente projetado. Desta forma, com o objetivo de manter os benefícios dos sistemas MPC por um longo período de tempo, seu desempenho precisa ser monitorado e avaliado durante a operação. Esta tarefa requer a presença de ferramentas efetivas e confiáveis para detectar quando o desempenho do controlador estiver abaixo do desejável, para definir a necessidade, ou não, de um recomissionamento do sistema. Destarte, aborda-se neste trabalho o desenvolvimento de técnicas para monitoramento e avaliação de desempenho de controladores preditivos multivariáveis, sendo desenvolvidas duas novas ferramentas: LQG benchmark Modificado e IHMC benchmark. Os resultados obtidos a partir de simulações numéricas foram satisfatórios e coerentes com a literatura técnica aplicada no desenvolvimento dos avaliadores, os quais foram utilizados no monitoramento do sistema de controle MPC do processo de separação trifásica água-óleo-gás, oferecendo assim uma solução apropriada e fornecendo subsídios para implementações em sistemas industrias reais.