Over the last decade, power systems have evolved dramatically around the world, owing to higher demand, stringent requirements on quality and environmental concerns that are becoming increasingly critical. With the introduction of new technologies like large-scale renewable energy, wide-area measurement based on phasor measurement units (PMUs) and consumer interaction in the distribution system, the power grid today has become more potent than ever before. Most of the defining features of the smart grid today rest on the integration of advanced communication capabilities into the grid. While communication infrastructure has become a key enabler for the smart grid, it also introduces new and complex control challenges that must be addressed. As we increasingly rely on information transmitted to distant areas over communication networks, it becomes imperative to model the effects of the communication system on the stability of the power grid. Several approaches exist in control theory to study such systems, widely referred to as Networked Control Systems (NCS). Networked control theory provides mathematical tools for system stability analysis and control in the presence of communication delays, packet dropouts and disordering due to transmission of sensor and actuator signals via a limited communication network. In this thesis, a networked control framework for smart grids with integrated commu-nication infrastructure (ICT) is developed. In particular, a networked control systems perspective is developed for two scenarios - wide-area monitoring control, and coordinated control of distributed generation sources. The effects of communication delays and packet dropouts on power system stability are modeled in detail. In the wide-area monitoring control problem, system state measurements are trans-mitted from remote locations through a communication network. The system is modeled as an NCS and a control design approach is presented to damp inter-area oscillations arising from various power system disturbances in the presence of communication constraints. In the coordinated control scenario, a power system with geographically dispersed sources is modeled as an NCS. A networked controller is designed to stabilize the system in the presence of small signal disturbances when system measurements are subject to communication delays and packet dropouts. A realistic output feedback networked control scheme that only uses voltage measurements from PMUs is also developed for practical implementation. The networked controllers designed in this thesis are validated against controllers designed by standard methods, by simulation on standard test systems. The networked controllers are found to enhance power system stability and load transfer capability even in the presence of severe packet dropouts and delays. Several extensions and theoretical problems motivated by this thesis are also proposed.

Cette thèse est dédiée à l'analyse de stabilité des systèmes à pas d'échantillonnage variable et à la commande dynamique de l'échantillonnage. L'objectif est de concevoir des lois d'échantillonnage permettant de réduire la fréquence d'actualisation de la commande par retour d'état, tout en garantissant la stabilité du système.Tout d'abord, un aperçu des récents défis et axes de recherche sur les systèmes échantillonnés est présenté. Ensuite, une nouvelle approche de contrôle dynamique de l'échantillonnage, "échantillonnage dépendant de l'état", est proposée. Elle permet de concevoir hors-ligne un échantillonnage maximal dépendant de l'état défini sur des régions coniques de l'espace d'état, grâce à des LMIs.Plusieurs types de systèmes sont étudiés. Tout d'abord, le cas de système LTI idéal est considéré. La fonction d'échantillonnage est construite au moyen de polytopes convexes et de conditions de stabilité exponentielle de type Lyapunov-Razumikhin. Ensuite, la robustesse vis-à-vis des perturbations est incluse. Plusieurs applications sont proposées: analyse de stabilité robuste vis-à-vis des variations du pas d'échantillonnage, contrôles event-triggered et self-triggered, et échantillonnage dépendant de l'état. Enfin, le cas de système LTI perturbé à retard est traité. La construction de la fonction d'échantillonnage est basée sur des conditions de stabilité L2 et sur un nouveau type de fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii avec des matrices dépendant de l'état. Pour finir, le problème de stabilisation est traité, avec un nouveau contrôleur dont les gains commutent en fonction de l'état du système. Un co-design contrôleur/fonction d'échantillonnage est alors proposé / This PhD thesis is dedicated to the stability analysis of sampled-data systems with time-varying sampling, and to the dynamic control of the sampling instants. The main objective is to design sampling laws that allow for reducing the sampling frequency of state-feedback control for linear systems while ensuring the system's stability.First, an overview of the recent problems, challenges, and research directions regarding sampled-data systems is presented. Then, a novel dynamic sampling control approach, "state-dependent sampling", is proposed. It allows for designing offline a maximal state-dependent sampling map over conic regions of the state space, thanks to LMIs.Various classes of systems are considered throughout the thesis. First, we consider the case of ideal LTI systems, and propose a sampling map design based on the use of polytopic embeddings and Lyapunov-Razumikhin exponential stability conditions. Then, the robustness with respect to exogenous perturbations is included. Different applications are proposed: robust stability analysis with respect to time-varying sampling, as well as event-triggered, self-triggered, and state-dependent sampling control schemes. Finally, a sampling map design is proposed in the case of perturbed LTI systems with delay in the feedback control loop. It is based on L2-stability conditions and a novel type of Lyapunov-Krasovskii functionals with state-dependent matrices. Here, the stabilization issue is considered, and a new controller with gains that switch according to the system's state is presented. A co-design controller gains/sampling map is then proposed

En este trabajo se aborda el problema de controlar un proceso cuya salida se muestrea de forma irregular. Para ello se propone utilizar un predictor que estima las salidas del proceso en instantes regulares de tiempo más un controlador convencional que calcula la acción de control a partir de las estimaciones del predictor (técnica conocida como control inferencial). La predicción consiste en estimar las variables de salida que se desean controlar a partir de las mediciones realizadas con diversos sensores utilizando para ello un modelo matemático del proceso. El filtro de Kalman permite hacer la predicción de forma óptima si las perturbaciones tienen una distribución gaussiana de media cero, pero con el inconveniente de requerir un elevado coste computacional cuando se utilizan diferentes sensores con retardos temporales variantes. En este trabajo se propone una estrategia de predicción alternativa de bajo coste computacional cuyo diseño se basa en el conocimiento de la disponibilidad de mediciones y de los retardos (del proceso, del sistema de medición o del sistema de transmisión de datos) y de la naturaleza de las perturbaciones. Los predictores propuestos minimizan el error de predicción frente al muestreo aleatorio con retardos variantes, perturbaciones, ruido de medida, error de modelado, retardos en la acción de control e incertidumbre en los tiempos de medición. Las diferentes estrategias de diseño que se proponen se clasifican según el tipo de información que se dispone de las perturbaciones y del coste computacional requerido. Se han planteado los diseños para sistemas monovariables, multivariables, lineales y no lineales. Asimismo, también se ha elaborado una forma más eficiente de incluir mediciones escasas con retardo en el filtro de Kalman, con el objetivo de reducir el coste computacional de la predicción. En este trabajo se demuestra que los sistemas de control inferencial que utilizan los predictores propuestos cumplen con el principio de sep / Peñarrocha Alós, I. (2006). Sensores virtuales para procesos con medidas escasas y retardos temporales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3882

Vodní energie se nyní stala nejlepším zdrojem elektrické energie na zemi. Vyrábí se pomocí energie poskytované pohybem nebo pádem vody. Historie dokazuje, že náklady na tuto elektrickou energii zůstávají konstantní v průběhu celého roku. Vzhledem k mnoha výhodám, většina zemí nyní využívá vodní energie jako hlavní zdroj pro výrobu elektrické energie.Nejdůležitější výhodou je, že vodní energie je zelená energie, což znamená, že žádné vzdušné nebo vodní znečišťující látky nejsou vyráběny, také žádné skleníkové plyny jako oxid uhličitý nejsou vyráběny, což činí tento zdroj energie šetrný k životnímu prostředí. A tak brání nebezpečí globálního oteplování. Použití internetové techniky k ovladání několika vodních elektráren má velmi významné výhody, jako snížení provozních nákladů a flexibilitu uspokojení změny poptávky po energii na straně spotřeby. Také velmi efektivně čelí velkým narušením elektrické sítě, jako je například přidání nebo odebrání velké zátěže, a poruch. Na druhou stranu, systém získávání dat poskytuje velmi užitečné informace pro typické i vědecké analýzy, jako jsou ekonomické náklady, predikce poruchy systémů, predikce poptávky, plány údržby, systémů pro podporu rozhodování a mnoho dalších výhod. Tato práce popisuje všeobecný model, který může být použit k simulaci pro sběr dat a kontrolní systémy pro vodní elektrárny v prostředí Matlab / Simulink a TrueTime Simulink knihovnu. Uvažovaná elektrárna sestává z vodní turbíny připojené k synchronnímu generátoru s budicí soustavou, generátor je připojen k veřejné elektrické síti. Simulací vodní turbíny a synchronního generátoru lze provést pomocí různých simulačních nástrojů. V této práci je upřednostňován SIMULINK / MATLAB před jinými nástroji k modelování dynamik vodní turbíny a synchronního stroje. Program s prostředím MATLAB SIMULINK využívá k řešení schematický model vodní elektrárny sestavený ze základních funkčních bloků. Tento přístup je pedagogicky lepší než komplikované kódy jiných softwarových programů. Knihovna programu Simulink obsahuje funkční bloky, které mohou být spojovány, upravovány a modelovány. K vytvoření a simulování internetových a Real Time systémů je možné použít bud‘ knihovnu simulinku Real-Time nebo TRUETIME, v práci byla použita knihovna TRUETIME.