Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T05:57:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:30:10Z : No. of bitstreams: 1 93371.pdf: 9450183 bytes, checksum: fcf38e740e0ab9b81ab74cf33dc59b52 (MD5) / Um controlador é dito robusto se ele for capaz de garantir um certo padrão mínimo de desempenho para o sistema global em malha fechada, mesmo em presença de incertezas sobre o modelo matemático deste sistema, de perturbações externas atuando sobre ele ou de dinâmicas parasitas nele presentes. Com o intuito de tornar claro o posicionamento do problema de controle robusto primeiramente é feito um estudo aprofundado dos principais resultados teóricos obtidos na literatura durante os anos sessenta e setenta, tais como LQR, LQG, e a teoria de controle H (infinito). Também são comentados aspectos de insensibilidade frente a variações no processo apresentados por tais métodos de síntese de controladores. Tais esquemas utilizavam um modelo matemático considerado perfeitamente conhecido e invariante. Ao final dos anos setenta a teoria de controle evoluiu no sentido de considerar, a priori, o modelo matemático como sendo um conjunto ou família de modelos para a síntese de controladores. Introduz-se então, o conceito de robustez de controladores em presença deste conjunto de modelos. Em decorrência disto, torna-se necessário o estudo das diferentes maneiras de representação destes conjuntos de modelos caracterizando-se assim as incertezas que afetam o modelo nominal do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T07:28:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T19:16:44Z : No. of bitstreams: 1 98193.pdf: 3385967 bytes, checksum: 3bdaee2a64f626da9689706a9662d6db (MD5) / Neste trabalho são analisados alguns controladores lineares para o conversor boost aplicado à correção ativa do fator de potência. O sistema se baseia na técnica de controle por corrente média e consta basicamente de duas malhas. A externa, de tensão de saída, e a interna, que controla a corrente segundo a forma da tensão da rede. O conversor boost opera em condição contínua, freqüênte constante e comutação suave. Entre o conversor e a rede é colocado um retificador em ponte completa. São comparados três tipos de compensadores para o laço de corrente e mais três tipos para o laço de tensão de saída. Um protótipo de 1500W foi montado, onde foram realizados experimentos com alguns tipos de compensadores dentre os estudados. São mostrados os resultados experimentais incluindo análise harmônica da corrente de entrada e resposta a variações de carga.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T04:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:42:06Z : No. of bitstreams: 1 142622.pdf: 3947771 bytes, checksum: 511ac66dc44c61fb3afd319e9ccc09e8 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T02:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 280373.pdf: 691014 bytes, checksum: a8e46068063b6782e5f37063a2626ff4 (MD5) / Input multiplicity deal with an output value as a function of two or more steady-state input values, showing maximum and/or minimum values in the steady-state relationship. The control design for input multiplicity plants is challenging when the setpoint plant coincides with one of these values. These maximum or minimum points have null steady-state gain and different dynamic behavior to each side of the maximum and/or minimum values, generating closed-loop stability problems. A benchmark plant with input multiplicity is the Van de Vusse reaction system. It is widely used in chemical process applications. For this plant the steady-state maximum value coincides with the optimal setpoint value for the process variable to be controlled. In reactors optimization fields this system is widely used in applications around the steady-state maximum value. In process control, although this system be considered for controller design, their use in control systems that operate in the steady-state maximum value has been limited, being normally used to assess control algorithms on plants working far from the steady-state maximum value. This work discusses the control design for the Van de Vusse reaction system in the steady-state maximum value, through a multiple modeling control strategy. For this purpose, both parametric and nonparametric modeling techniques are applied and the open-loop model performance is evaluated. Using multiple model techniques, control systems are designed, where several local models are utilized for deriving the global model. This global model is used to calculate the control output. For detection and to determine the number of models that will be applied, some performance indices are introduced. This work also analyzes qualitatively the relationships of both dynamic and static behaviors for input multiplicity systems, showing that in the control design and setpoint definition the analysis between these relations must be considered to assess the closed-loop stability. / A múltiplicidade de entrada refere-se à obtenção de um valor estável da variável de saída em função de dois ou mais valores da variável de entrada. Sistemas com multiplicidade de entrada exibem curvas estáticas com valores máximos ou mínimos e o problema de controle é desafiante quando o valor desejado de operação da planta coincide com um destes valores. Estes máximos ou mínimos apresentam ganho estático nulo e diferentes comportamentos dinâmicos na operação a esquerda ou direita do valor ótimo. Na área de processos químicos, um sistema benchmark de multiplicidade de entrada é o sistema de Van de Vusse. Neste sistema o valor máximo da curva de operação estática coincide com o valor ótimo da referência da variável de interesse a ser controlada. Na área de otimização de redes de reatores este sistema tem sido amplamente estudado. Na área de controle de processos, embora este sistema seja considerado para estudos de controle, o seu uso no projeto de controladores que operem no valor ótimo tem sido limitado, sendo normalmente referido como sistema de teste em projetos de controle com plantas trabalhando longe do valor ótimo de operação. Este trabalho é direcionado ao problema de controle do sistema de Van de Vusse no valor ótimo de operação, através de uma estratégia de modelagem múltipla. São aplicadas técnicas de modelagem paramétrica e não-paramétrica, por múltiplos modelos, avaliando o desempenho em malha aberta. Posteriormente, com base nas técnicas usadas, são projetados sistemas de controle que fazem uso do modelo da planta para o cálculo da saída de controle. Na definição da quantidade de modelos a serem utilizados, são introduzidos índices de detecção de número de modelos. O trabalho também apresenta relações de comportamento estático e dinâmico para estes sistemas, mostrando que no projeto de controle e definição das referências de operação a análise destas relações deve ser levada em consideração visando a estabilidade de malha.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T05:06:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282221.pdf: 6469398 bytes, checksum: 1fd488037c44008df8a65c2c7192b634 (MD5) / Neste trabalho é proposto o estudo e a implementação de um conversor que apresente o comportamento de uma carga indutiva trifásica variável. Tal conversor pode ser empregado na regulação da tensão senoidal ou compensação de potência reativa de um sistema de distribuição, como alternativa aos conversores convencionais que empregam tiristores. São apresentados, além do princípio de funcionamento do conversor e uma estratégia de modulação, uma analise teórica para obtenção de expressões simples que relacionam a variável de controle - razão cíclica - com a impedância equivalente do conversor. É implementado um protótipo de 12,5 kVAr operando com freqüência de chaveamento de 20 kHz. Os resultados experimentais são apresentados e comparados com os resultados obtidos por simulação tanto para o conversor proposto quanto para o conversor convencional a tiristor. Por fim, são descritas as contribuições e as possibilidades de continuidade do trabalho

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:39:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225090.pdf: 1811205 bytes, checksum: a4fb1a43fe2b8481c614c03231d6be49 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-18T15:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:02:54Z : No. of bitstreams: 1 279306.pdf: 5440206 bytes, checksum: f33192df2d2266b2a323be9818ceb889 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:31:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299440.pdf: 9912455 bytes, checksum: 2469a17b90edccafa478a63c3cb9411f (MD5) / Neste documento são apresentadas técnicas de processamento digital de sinais com a finalidade de analisar oscilaçoes e detectar modos eletromecânicos pouco amortecidos de sistemas elétricos de potência. Os sinais usados para a deteção de modos eletromecânicos são oriundos de sistemas teste implementados em programas de análise de estabilidade transitória e também de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizada (SMFS), instalado na baixa tensão, que possibilita o monitoramento de todas as regiões do sistema elétrico brasileiro. Dentre as ferramentas utilizadas para análise de sinais, estao o método de Prony e sua extensão para análise de múltiplos sinais, o modelo ARMA, o método de identificação de subespaço de espaço de estados N4SID com e sem a utilização do fator de esquecimento 1. Foi proposta a utilização de um índice de dominância modal (IDM) em conjunto com o método de Prony e o N4SID. O uso conjunto do IDM com os referidos métodos possibilita que a ordenação modal seja feita automaticamente e para o N4SID também permite que a monitoração contínua de modos possa ser feita de forma automática. Também foram utilizadas as transformadas de Hilbert-Huang e a de Teager-Huang, esta última se baseia no operador de energia de Teager-Kaiser (TKEO). Uma extensão para o TKEO foi proposta, já que tal operador fornece apenas amplitudes e frequências instantâneas de sinais unimodais. A extensão proposta neste trabalho permite calcular o amortecimento instantâneo via o operador de energia de Teager- Kaiser. Foi provado, após manipulações, que a fórmula proposta para o cálculo do amortecimento instantâneo via TKEO é bastante similar à utilizada para estimar o amortecimento instantâneo quando se usa a transformada de Hilbert. Os algoritmos de análise de sinais foram validados em sistemas teste e utilizados em análises de ocorrências reais do Sistema Interligado Nacional (SIN), cujos dados foram fornecidos pelo SMFS. Monitorações contínuas foram feitas e os principais modos inter-área puderam ser rastreados perante a presença ou não de grandes distúrbios no SIN. Técnicas de controle multivariável foram utilizadas com a finalidade de projetar controladores centralizados para amortecer oscilações eletromecânicas. Foram considerados projetos de controladores via técnicas de controle ótimo (LQR) com e sem restrições estruturais e o uso de Inequaçoes Matriciais Lineares (LMIs) 2, ambos com realimentações de saída. Na utilização de LMIs, os controladores foram projetados considerando a modelagem do sistema elétrico de potência tanto na forma de equaçõoes de estado quanto na de sistemas descritores. O projeto de controladores a partir de técnicas de otimização não-convexa também foram exploradas. Com a metodologia utilizada é possível pré estabelecer a ordem dos controladores, que podem variar desde ganhos a polinômios com elevado grau. Durante a síntese de controladores, foi necessário considerar a modelagem de atrasos causados pelo tempo de transmissão de dados devido a utilização de sinais remotos do SMFS de diversas regiões geograficamente distantes. A proposta desta tese é identificar sistemas elétricos de potencia a partir de dados de SMFS e, partir dos sistemas identificados, projetar controladores robustos realimentados por sinais locais e remotos de SMFS. Esta meta dificilmente pode ser atingida, ao menos no estágio atual, devido às técnicas de identificação de sistemas não serem capazes de identificar sistemas com a exatidão necessária em certas circunstâncias e ao fato que o projeto de controladores não pode ser feito em tempo hábil. Uma alternativa utilizada, que satisfaz parcialmente os objetivos, foi a aplicação de um controle tipo Gain Schedule (GS), onde controladores previamente projetados para diferentes condições operativas do sistema podem ser chaveados. Os chaveamentos ocorrem a partir da identificação de condições operativas do sistema, feitas por algoritmos de identificação de sistemas / In this research digital signal processing techniques are presented in order to detect and analyze electromechanical oscillation modes in power systems. The analyzed signals, used for detecting electromechanical modes, are acquired from transient stability programs and also from a low voltage synchronized phasor measurement system (SPMS), which enables monitoring all regions of the Brazilian electric power system. The tools used for signal analysis were the Prony method, its extension, the multi-signal Prony method, ARMA models and subspace algorithms like the N4SID, the last implemented with and without a forgetting factor. It was also proposed the use of a modal dominance index (MDI) together with Prony method and the N4SID. The use of MDI with the mentioned methods allows the automatic modal ranking. For the N4SID it is also possible to perform continuous modal monitoring. The Hilbert-Huang and the Teager-Huang, based on the on the Teager-Kaiser energy operator (TKEO), transforms were also used. An extension of the TKEO, which originally allows just the calculation of instantaneous amplitudes and frequencies for monocomponent signals was proposed. This extension allows the calculation of the instantaneous damping via TKEO. It was also demonstrated that the proposed formula for damping calculation via TKEO is very similar to the one used to estimate instantaneous damping via Hilbert transform. All the algorithms used to analyze signals were validated in test systems and after that used to analyze real data from the Brazilian Interconnected Power System (BIPS). The real data were acquired by the SPMS. The main BIPS interarea electromechanical modes were tracked constinuously under ambient data with or without ringdowns. Output feedback multivariable control techniques were used to design centralized controllers to damp electromechanical oscillations. Among the used control techniques are the Linear Quadratic Regulator (LQR) with or without structural restrictions and Linear Matrix Inequalities (LMIs). LMI techniques were used to design controllers for power systems in state-space and also in descriptor systems form. The design of controllers using nonsmooth optimization techniques were also explored. With these methodos it is possible to preset the controllers order, which may vary from static gains to dynamic controllers. The SPMS signal transmission time delay was considered during the control design to account the transmission data time. The thesis puspose is to identify critical electromechanical oscillations through SPMS analysis, then design robust controllers after the identification. This is currently a hard task since identification techniques are not able to identify systems with precision all the time, and also due to the computational burden involved in the control design that also implies in a time delay. An alternative way, used in this work, to circumvent those problems was the Gain Schedule control. In the Gain Schedule control, a set of controllers is designed for several critical situations. When one of these situations is detected, the controller corresponding to the detected operating point is switched

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299712.pdf: 14376923 bytes, checksum: 42ba0d1dc1ccdc0c2295e1d99e7e0013 (MD5) / No século XXI, mudanças são esperadas nas formas em que a produção de energia ocorre. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, o custo da eletricidade a partir da geração eólica caiu mais de 80% durante os últimos anos. A geração de energia através de sistemas de conversão de energia eólica representará uma parcela considerável da energia elétrica gerada. Nesse contexto, turbinas eólicas equipadas com geradores síncronos a ímãs permanentes apresentam vantagens importantes sobre outros tipos de geradores. No entanto, esses geradores precisam ser conectados a uma rede de distribuição através de conversores estáticos de capacidade nominal. Estes conversores permitem que o sistema de conversão de energia eólica seja utilizado em seu ponto ideal de operação a todo instante. Além disto, os conversores estáticos modernos garantem a melhoria da qualidade da energia gerada e que esta seja transmitida à rede com alto rendimento de conversão e de maneira confiável e flexível. Este trabalho propõe uma nova estratégia de controle de corrente de alto desempenho e elevado fator de potência. A estratégia proposta baseia-se na técnica de autocontrole de corrente para retificadores PWM trifásicos, incrementando-a no que diz respeito à compensação de reativos no gerador. Utiliza-se um estágio retificador PWM trifásico robusto e com baixas perdas de condução. Este retificador é analisado e um esquema apropriado de modulação vetorial é proposto. O sistema de conversão de energia eólica é estudado por simulações numéricas e a técnica de controle de corrente proposta é verificada também de forma experimental em um protótipo de laboratório de 6,5 kVA.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:35:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314918.pdf: 5341112 bytes, checksum: 20b11cc79ff2a0aef92b99a644caea46 (MD5) / Neste trabalho é descrito um ambiente de desenvolvimento de aplicativos para o processamento de dados fasoriais provenientes de SPMS, destinado à prototipação de metodologias e análise do desempenho do Sistema Interligado Nacional. O ambiente computacional, denominado DFAM, foi desenvolvido em Matlab® e possui funcionalidades como: análise em regime permanente, análise de ocorrências, qualidade de energia elétrica, identificação e detecção de eventos e estudos de oscilações eletromecânicas. Este ambiente tem sido amplamente utilizado no âmbito do Projeto MedFasee (LabPlan/UFSC), na realização de estudos do SIN e tem permitido o desenvolvimento de diversos outros trabalhos científicos. Fazem parte deste trabalho, a avaliação do desempenho de métodos de identificação de oscilações eletromecânicas, sendo estes os métodos de Prony, HTLS, Feixe de Matrizes, N4SID, Realização Balanceada Estocástica e Wiener-Hopf. Para uma adequada utilização destes métodos em sincrofasores são sugeridos ajustes nos parâmetros, tais como: ordem do modelo, tamanho da janela e dimensão das matrizes de dados. A demonstração deste ambiente computacional e avaliação das metodologias são feitas utilizando dados monitoradas pelo SPMS MedFasee BT de três grandes ocorrências no SIN. A primeira perturbação escolhida ocorreu em 10/02/2011 em que o SIN é separado em três subsistemas. Com esta ocorrência mostrou-se a efetividade das metodologias e dos ajustes de parâmetros aplicados em situações de ringdown, juntamente com a validação do cálculo das formas modais. O segundo evento ocorreu em 02/09/2011 envolvendo a UHE de Itaipu, com rejeição de carga de 5.100 MW desta usina. Com este evento, confirmam-se a eficiência dos métodos para ringdown e avaliam-se os métodos para processamento de dados ambientes. Os resultados encontrados foram satisfatórios, com destaque para o desempenho do método RBE que apresentou melhores resultados, com pouco esforço computacional. O terceiro evento analisado são de oscilações sustentadas que se mantiveram dos dias 05 a 09/05/2012 quando na região do Mato Grosso do Sul. Com este evento mostra-se a eficiência do método DFT aplicadas a dados ambientes, podendo ser estendida para monitoramento em tempo real.<br> / Abstract : This work describes an environment for developing applications for the processing of synchrophasors data, for the methodologies prototyping and performance analysis of the Brasilian Interconnected Power System. The computational environment called DFAM, was developed in Matlab ® and it has features such as: steady state analysis, events analysis, power quality analysis, detection and identification of events and eletromechanical oscillations analysis. The DFAM have been used to conduct studies of the Brazilian Interconected Power System (BIPS), and it have permited develop new methodologies uder the MedFasee Project (LabPlan/UFSC). Also as part of this work, has been evaluated the performance of methods for identification of electromechanical oscillations, which are the methods of Prony, HTLS, Matrix Pencil, N4SID, Balanced Stochastic Realization and Wiener-Hopf. For a proper use of these methods in synchrophasor are suggested adjustments to parameters such as: model order, the window size and dimension of the data matrix. The demonstration of this computing environment and the evaluation methodologies have made using data monitored by Low Voltage SPMS MedFasee of three major occurrences on BIPS. The first chosen disturbance occurred on Feb 02, 2010 wherein the BIPS was separated into three subsystems. With this occurrence was demonstrate the effectiveness of methods and parameter settings applied in rindgdown situations, along with the validation of the calculation of mode shapes. The second event occurred on Sept 02, 2011 involving the Itaipu Hydroelectric Power Plant, with load shedding of 5,100 MW from this plant. In this event was confirmed the efficiency of the methods for ringdown and was evaluated the methods for processing ambient data. The results were satisfactory, with emphasis on the performance of the RBE method that showed better results, with little computational effort. The third event analysed are permanent oscillations during the days May 05-09, 2012 in the Mato Grosso do Sul. With this event was showed the efficiency of the DFT method applied to ambient data, and was indicated that this method can be extended to monitoring in real time.