Alternative renewable energy sources such as solar, wind, and bio energy have brought uncertainties into the power flow of electric power systems. Purely deterministic tools and models are suitable to guarantee the safe operation of these systems. A necessity arises to develop and use methods that deal with uncertainties in the analysis. Several methodologies have been proposed to assess the transient stability of power systems considering uncertainties. However, most of these techniques are based on the execution of successive simulations, requiring a high computational effort. Hence, they are limited to off-line applications in small systems. In view of the foregoing, this work proposes the development of two methodologies to assess – in real time – the transient stability of power systems with parametric and operational uncertainties. The first one is an extension of PEBS, which is a direct method for stability assessment. This method, called robust PEBS, employs an interval energy function of the power system to determine a robust estimate critical clearing time. The second one is the use of optimization methods to find a robust estimate critical clearing time. Notably, we employ the Simulated Annealing and Differential Evolution algorithms. Besides developing methods to estimate the critical clearing time, this work also contributes to the analysis of power systems with uncertainties by introducing a technique to reduce the analysis effort. To be specific, a methodology is proposed to identify the most influential parameters for the transient analysis assessment based on a sensitivity analysis of the generator angles with respect to the system parameters. / A utilização crescente de fontes alternativas intermitentes de energia como eólica e solar tem trazido incertezas em relação ao nível de geração e ao fluxo de potência em Sistemas Elétricos de Potência (SEP). Assim, a utilização de modelagem e ferramentas puramente determinísticas na análise de estabilidade não são mais suficientes para garantir a operação segura destes sistemas. Torna-se necessário, então, o desenvolvimento e utilização de métodos que incluam essas incertezas nas análises. Diversas metodologias foram propostas para avaliar a estabilidade transitória de Sistemas Elétricos de Potência considerando incertezas. Porém, grande parte destas técnicas é baseada em execuções de inúmeras simulações e, portanto, exige grande esforços computacionais e são limitadas a aplicações off-line e em sistemas elétricos de pequeno porte. Face ao exposto, propõe-se o desenvolvimento de uma metodologia rápida para a avaliação de estabilidade transitória de SEPs em tempo real considerando incertezas paramétricas. Esta metodologia deverá ser capaz de fornecer rapidamente um resultado robusto sobre a estabilidade. Para tal pretende-se estender a aplicação do método direto PEBS para a análise de estabilidade de sistemas elétricos com incertezas. Além disso, neste trabalho, aplicam-se métodos de otimização para se encontrar o tempo crítico de abertura sem o uso de uma simulação de Monte Carlo e determinam-se os parâmetros que mais influenciam para o estudo de estabilidade transitória utilizando uma análise de sensibilidade dos ângulos dos geradores em relação aos parâmetros do sistema elétrico de potência.

Este trabalho enfoca os procedimentos de modelagem por elementos finitos determinísticos e estocásticos de sistemas estruturais do tipo placas finas sujeitas a não linearidades distribuídas e discretas na presença de incertezas. Neste caso, o método de Newmark não linear combinado com o método de Newton-Raphson foi utilizado para resolução direta das equações do movimento e obtenção dos envelopes das respostas no tempo dos sistemas não lineares. Com o objetivo de reduzir o esforço computacional requerido para resolver os problemas não lineares, especialmente para os casos envolvendo a presença de incertezas, foi proposto o método modal enriquecido e o método das aproximações combinadas melhorado. No que diz respeito à consideração da inserção de incertezas no modelo determinístico optou-se pela construção de um modelo estocásticos do sistema com não linearidades distribuídas, utilizando-se para isto da técnica de discretização de campos aleatórios de Karhunen-Loève para sistemas bi-dimensionais. Já, para a obtenção das respostas dinâmicas aleatórias, foi utilizado o método de simulação Hyper-Cubo-Latino. Através dos vários exemplos de simulações com estruturas do tipo placas finas não amortecidas e amortecidas sujeitas a diferentes níveis de força e condições de contorno, pode-se ilustrar os desenvolvimentos abordados ao longo deste trabalho. Em particular, pode-se concluir sobre a eficiência e necessidade da utilização de métodos de redução para a avaliação dinâmica de sistemas não lineares, principalmente para sistemas não lineares mais complexos ou na presença de incertezas. Por fim, deve-se salientar a importância de se considerar as incertezas na análise e no projeto de sistemas não lineares para lidar com situações mais realísticas de interesse prático / This work is devoted to the deterministic and stochastic finite element modeling of thin flat plates under large displacements and subjected to geometric and discrete non-linearities. In order to solve the resulting non-linear equations of motion in the time-domain, the non-linear Newmark strategy combined with the Newton-Raphson method has been used herein. With the aim of reducing the computational cost required to solve the non-linear problems, especially for the cases in which the uncertainties are considered, the modal method based on the construction of an enriched reduction basis and an improved version of the combined approximations technique have been retained in the present study. With regard to the insertion of uncertainties in the deterministic model opted by the construction of a stochastic model of the system with no distributed linearity, using for this the Karhunen-Loève expansion technique in bi-dimensional form. In order to generate the envelopes of the dynamic responses of the non-linear systems in time-domain, it has been used the so-called Hyper-Cube-Latino. Based on the numerical simulations with plate structures subjected to various levels of excitation and boundary conditions it is possible to illustrate the methodology presented in this work. In particular, it can be concluded about the efficiency and necessity of performing efficient and accurate model reduction methods to deal with non-linear systems. Finally, it is also important to discuss about the interest in considering uncertainties in the analysis and design of non-linear systems in order to deal with more realistic non-linear situations / Tese (Doutorado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes two vector control schemes for permanent magnet synchronous motors. They are destined to speed and position control, respectively, and are based on a control law called VS-RMRAC. Not being yet applied to the electric machines control, the VS-RMRAC control law presents robustness features that are potentially advantageous from the point of view of the closed loop PMSM dynamics. It also presents well established design and robust stability conditions, which makes its digital implementation easier. Both control structures are described and its respective design methods are presented. From simulation results, the behavior and performance of both structures are analyzed in face of load disturbances and parameter uncertainties. The speed control scheme and its simulation results are validated experimentally. This scheme is digitally implemented with fixed-point arithmetic using a TMS320F2812 DSP. Both schemes with its potentialities and limitations are then discussed. / Este trabalho propõe duas estratégias de controle vetorial para motores síncronos a ímãs permanentes (MSIP s). Destinam-se ao controle de velocidade e de posição, respectivamente, e são baseados em uma lei de controle chamada VS-RMRAC. Não tendo sido aplicado ainda ao controle de máquinas elétricas, a lei de controle VS-RMRAC apresenta características de robustez que são potencialmente vantajosas do ponto de vista da dinâmica em malha fechada de MSIP s. Também apresenta condições de projeto e estabilidade robusta bem estabelecidas para o tempo discreto, o que facilita sua implementação digital. Ambas as estruturas de controle são descritas e suas respectivas metodologias de projeto são apresentadas. A partir de resultados de simulação, o comportamento e desempenho de ambas são analisados frente a perturbações de carga e incertezas paramétricas. O esquema de controle de velocidade e seus resultados de simulação são validados experimentalmente. Este esquema é implementado digitalmente com aritmética de ponto fixo utilizando DSP TMS320F2812. As potencialidades e limitações de ambos os esquemas são, por fim, discutidos.