Orientadores: João Bosco Ribeiro do Val, Eduardo Fontoura Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenahria Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:22:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vargas_AlessandrodoNascimento_D.pdf: 1972819 bytes, checksum: 4746f70b31b4471193e27d462a933bc0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta monografia apresenta resultados de estabilidade e controle de sistemas estocásticos representados por operadores lineares com respeito ao estado e não-lineares em relação ao controle, quando avaliados no critério de custo médio a longo prazo (CMLP). A estrutura de controle n¿ao depende da historia do processo e pode ser usada, como caso particular, para representar diversos problemas de controle existentes na literatura. Em relação a estabilidade, mostra-se que o sistema estocástico e assintoticamente estável na media se o custo CMLP 'e finito e se as hipóteses de controlabilidade e observabilidade são validas. Para garantir a estabilidade uniforme do segundo momento do sistema, algumas condições adicionais são verificadas. Em relação ao controle, apresentam-se condições que asseguram a existência de política ótima estacionaria no problema CMLP para a classe de sistemas estudados. Uma aproximação é desenvolvida para se obter o mínimo CMLP, e esta aproximação é ilustrada numericamente no problema de regulação de sistemas lineares sujeitos a saltos markovianos, supondo que o controlador não possui acesso ao estado de Markov. Exemplos numéricos são empregados para ilustrar a teoria desenvolvida. / Abstract: This monograph presents results on stability and control of stochastic systems represented by linear operators with respect to the state which are non-linear with respect to the control. The control seeks to optimize a long run average cost (LRAC). The control structure does not depend on the past history of the process and it can be used, in particular, to represent a broad range of control problems that appears in the literature. Regarding the stability, it is shown that the stochastic system is asymptotically stable in the mean if the LRAC is finite and if controllability and observability assumptions are satisfied. To guarantee the uniform second moment stability, some additional conditions must be verified. With respect to the control, the main goal is to assure the existence of an optimal stationary policy for the LRAC problem within the class of systems considered, and some independent conditions are derived. An approximation for the minimum LRAC is obtained, and it is illustrated numerically for the regulator problem of Markov jump linear systems, under the assumption that the controller does not have access to the Markov state. Numerical examples illustrate the derived theory. / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T14:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schmidt_Fabiano_M.pdf: 1011600 bytes, checksum: d02fbe7d42a25cfc2745ce47bff3b467 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A estimação de estado em sistemas de energia elétrica pode ser descrita como um conjunto de funções que visam fornecer o modelo em tempo real do sistema elétrico. Fazem parte do modelo, a topologia da rede, seus parâmetros elétricos e as variáveis de estado, frequentemente definidas como os fasores de tensões nas barras do sistema. Na obtenção das variáveis de estado, embora os sistemas de medição possam ser projetados para que a rede seja sempre observável, eventualmente, falhas de comunicação, mudanças topológicas ou falhas em medidores podem tornar a rede temporariamente não observável. Nessas situações, as equações normais do modelo de estimação por mínimos quadrados tornam-se mal postas inviabilizando a estimação do estado. Convencionalmente, esse problema é contornado através da restauração da observabilidade, onde pseudomedidas são adicionadas à rede tornando-a novamente observável. Esta dissertação trata da estimação de estado regularizada, que é um método alternativo para lidar com os problemas associados a não observabilidade temporária da rede. Com o estimador regularizado é possível evitar a etapa de restauração da observabilidade, simplificando o processo de estimação de estado. O esquema de regularização adotado é baseado na regularização de Tikhonov, que consiste na introdução de um conjunto de informações a priori que tornam o problema sempre factível. Esse conjunto de informações a priori é obtido da melhor estimativa conhecida para o estado da rede ou a partir de previsões baseadas no conhecimento do comportamento histórico da rede. Ao regularizar o problema, é desejável que o conjunto de informações introduzidas não deteriore a qualidade do estado estimado. Para tanto, deve haver um compromisso entre a qualidade das informações a priori e a suas respectivas ponderações. O uso de ponderações inadequadas pode deteriorar o estado estimado ou piorar o condicionamento numérico das matrizes envolvidas, dificultando a convergência do estimador regularizado. Tais problemas são estudados nesta dissertação. O método de regularização foi desenvolvido nas versões completa e desacoplada que foram combinadas em dois algoritmos visando melhorar as características de convergência do estimador regularizado. As versões desenvolvidas foram testadas com as redes de 14 e 118 barras do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) / Abstract: Power system state estimation can be described as a set of functions aimed to provide a real time power system electrical model. This model is composed of the network topology, its electrical parameters and a set of state variables, often defined as the bus voltage phasors. In obtaining of the state variables, although the measurement systems may be designed to ensure that the grid is always observable, eventually, communication failures, topological changes or meter failures can make the grid temporarily unobservable. In these situations the normal equations of the least squares estimation model becomes ill posed, invalidating the state estimation. Conventionally this problem is solved by the observability restoration, where pseudomeasurements are added to the network making it observable again. This thesis deals with the regularized state estimation, that is, an alternative method to deal with the problems associated to temporary network unobservability. With the regularized estimator is possible to avoid the observability restoration stage, simplifying the state estimation procedure. The regularization scheme used is based on the Tikhonov regularization, that consists in the introduction of an a priori information set that results in a problem always feasible. This set of a priori information is obtained from the best estimative for the state variables or by a forecast based on historical patterns of the grid. During regularization of the problem it is desirable that the information set does not deteriorate the quality of the state estimated. Therefore, must be a compromise between the quality of the a priori information and its weighing. The use of inadequate weighting can deteriorate the state estimated or worsen the numerical condition of the involved matrices, disturbing or even preventing the regularized estimator convergence. These problems are studied in this thesis. The regularization method was developed for both the complete and the decoupled variants. These variants are combined in two algorithms that aim to improve the convergence characteristics of the regularized state estimator. The developed variants are tested with the IEEEs 14 and 118 networks / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:13:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dardengo_VictorPellanda_M.pdf: 2575363 bytes, checksum: 30d6d4f10eba96b3baa38c14dae17316 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No planejamento de sistemas de medição para estimação de estado de sistemas de energia elétrica são definidos os tipos, a localização e a quantidade de medidores. Um plano de medição adequado deve garantir a observabilidade da rede, viabilizando a estimação do estado de toda a rede, e permitir a filtragem de erros grosseiros. Para que os erros grosseiros possam ser filtrados é necessário que no plano de medição não estejam presentes medidas e conjuntos críticos. Neste contexto, esta dissertação propõe uma nova metodologia de análise de observabilidade baseada no estimador linearizado regularizado e apresentam duas técnicas de classificação de medidas capazes de identificar medidas críticas, medidas pertencentes a conjuntos críticos e medidas redundantes. A primeira técnica é baseada na fatoração da matriz Gram das medidas e a segunda é baseada na fatoração da matriz Jacobiana das medidas. Além disso, são estudadas e aplicadas técnicas de fatoração com números inteiros que conferem maior robustez 'as metodologias de classificação de medidas. São apresentados testes realizados em redes de pequeno e médio porte que apontam o bom funcionamento dos métodos desenvolvidos e estudados / Abstract: In planning of power systems state estimation are defined the type, the location and the number of meters. An adequate measurement plan have to ensure the observability of the network, enabling the state estimation of the entire network, and allow filtering of gross errors. In order to filter gross errors is necessary in the measurement plan is not present critical measurements and critical sets. In this context, this work proposes a new observability analysis methodology based on the regularized weighted least squares DC state estimator and presents two measurements classification techniques capable of identifying critical measurements, measurements belonging to critical sets and redundant measurements. The first technique is based on the factorization of the measurement Gram matrix and second is based on the factorization of the measurement Jacobian matrix. Furthermore, are studied and applied factorization techniques with integers numbers which give greater robustness to measurements classification methodologies. Tests are presented in small and medium networks size showing the proper functioning of developed and studied methods / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Robson Pederiva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T09:02:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sanches_FabioDalmazzo_D.pdf: 3111854 bytes, checksum: 7a85cd92fff24bc0ca9170821fb61025 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho aborda a identificação simultânea do desbalanceamento e empeno de eixo em rotores a partir do modelo matemático tanto do rotor como das falhas estudadas. Esses dois fenômenos são síncronos à rotação do rotor e, por isso, difíceis de serem separados um do outro. A partir do modelo do rotor representado na forma de espaço de estados, é possível aplicar a definição de matrizes de correlações de modo a gerar um algoritmo que correlaciona os parâmetros de falhas com as respostas do sistema, possibilitando que as falhas sejam identificadas tanto em magnitude como em localização. O estimador é baseado na equação matricial de Lyapunov. Como o número de respostas medidas é inferior ao total de graus de liberdade do rotor, um sistema auxiliar (filtro) é necessário para gerar correlações adicionais que possibilitem a identificação das falhas em estudo. Transformações de coordenadas através da matriz de observabilidade são necessárias para descrever o sistema através das poucas respostas medidas do rotor. Como um modelo matemático confiável é essencial para o sucesso da identificação, grandezas desconhecidas tais como: parâmetros de mancal, rigidez angular do acoplamento e amortecimento do sistema foram identificados através de otimização pelo método Evolução Diferencial, comparando-se as FRF's medidas e simuladas. Técnicas de redução de ordem do modelo ajustado do rotor foram empregadas de modo a reduzir o esforço computacional na determinação da matriz de observabilidade, possibilitando o uso de um filtro de ordem reduzida. Os estudos ocorrem de forma numérica e experimental para dois tipos de rotores: Laval e dois discos. Simulações mostram como o empeno de eixo altera a dinâmica dos rotores quando comparadas com as respostas ao desbalanceamento puro. Na presença do empeno, várias configurações de desbalanceamento foram simuladas e posteriormente introduzidas nas bancadas experimentais. O algoritmo de identificação se mostrou robusto na caracterização dessas duas falhas e o método contribui com o estado da arte na área de detecção de falhas / Abstract: This work is about simultaneous unbalance and shaft bow identification in rotor using the mathematical model of both the rotor and the studied failures. These two phenomena are synchronous with the rotation of the rotor, causing difficulties in separating them from each other. From the rotor model represented in state space form, it is possible to use the definition of correlation matrix in order to generate an algorithm that correlates the fault parameters with the system responses, enabling the faults to be identified in amplitude and phase. The estimator comes form the Lyapunov matrix equation. As the number of measured available responses are lower than total number of rotor degrees of freedom, an auxiliary system (filter) is required to generate additional correlations that enable the studied faults identification. Coordinate transformations though the observability matrix are necessary to describe the system by means of some few measured outputs. As a reliable mathematical model is essential for the success of the identification process, unknown parameters such as: bearing coefficients, coupling angular stiffness and damping systems were identified using the Differential Evolution optimization technique in which the experimental and simulated FRF's were compared and adjusted. Model order reduction techniques were used on the updated rotor model to reduce computational costs in determining the observability matrix, which allows the usage of a lower filter order. The studies were performed numerically and experimentally for two different test rigs: Laval rotor and two disc rotor. Simulations show the shaft bow changes the dynamic behavior of the rotor when compared to the pure unbalanced rotor responses. In the presence of bow, various unbalance configurations were simulated and thereafter introduced in the test rigs. The identification algorithm showed robustness in identifying these two faults and this method contributes with the state of the art in the field of faults identification / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Ariovaldo Verandio Garcia, Eduardo Nobuhiro Asada / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T08:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_MadsonCortesde_D.pdf: 1655535 bytes, checksum: 2d7ea952e257cfd27e731d17f44651d1 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Desde a sua introdução em 1969 por Fred C. Schweppe, J. Wildes e D. Rom, a estimação de estado em sistemas de energia elétrica tem sido largamente estudada. Atualmente, a estimação de estado vem evoluindo para uma modelagem mais completa, capaz de tratar variáveis não consideradas no modelo barra/ramo das redes. Entre os avanços mais significativos destaca-se a modelagem de chaves e disjuntores proposta em 1993 por A. J. Monticelli que deu origem à chamada estimação de estado generalizada. Neste trabalho, a estimação de estado generalizada é aplicada a redes trifásicas de energia elétrica nas quais os desbalanços nas cargas e os desequilíbrios na rede são considerados. A utilização dessa modelagem leva a um grau de detalhamento superior ao dos modelos por fase e, conseqüentemente, o estado estimado é mais preciso. Além disso, a modelagem trifásica permite que os sistemas de transmissão e distribuição sejam tratados indistintamente. Para a função estimador de estado foram implementados os métodos baseados na matriz ganho e no tableauesparso de Hachtel. As particularidades associadas à aplicação desses métodos ao modelo generalizado trifásico são apresentadas e discutidas. Na análise de observabilidade implementou-se o método baseado na fatoração da matriz ganho e um novo método baseado na solução de mínima norma do estimador de estado, que é uma das principais contribuições deste trabalho. Por fim, no problema da detecção e identificação de erros grosseiros foram implementados os métodos dos resíduos normalizados e dos multiplicadores de Lagrange normalizados / Abstract: Since its introduction in 1969 by Fred C. Schweppe, J. Wildes and D. Rom, the power system state estimation has been widely studied. The state estimation is evolving to a more detailed modeling, which considers state variables not commonly used in bus/branch system modeling. A generalized state estimation model, in which switches and circuit breakers are represented, was proposed in 1993 by A. J. Monticelli. In this work the generalized state estimation approach is applied to a three-phase power system model, where the unbalanced loads and the asymmetric nature of the system are considered. This treatment provides a more precise real-time model and, consequently, a more precise estimated state. Moreover, it allows that the same state estimation model be applied to both transmission and distribution systems. The three-phase state estimator has been implemented with gain matrix and Hachtel's sparse tableau approaches. Details about differences between the three-phase model and single-phase models are presented. In observability analysis a new method based on minimum norm solution has been introduced, and represents the main contribution of this work. The observability analysis based on gain matrix factorization have also been implemented for comparison purposes. Finally, in the bad data detection and identification, the normaIized residuaIs method and the normalized Lagrange multipIiers method have been implemented. / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilmar Barreto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:42:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Battaglin_PauloDavid_D.pdf: 3180685 bytes, checksum: 5e1e9893bb97a4df42116a4c0d8b10d6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho mostrará a aplicação do filtro de Kalman a um processo computacional discreto, o qual será representado por um modelo matemático que é um sistema de equações lineares, multivariáveis, discretas, estocásticas e variantes no tempo. As contribuições desta pesquisa evidenciam a construção de um modelo matemático apropriado de observabilidade instantânea para representar sistemas que variam rapidamente no tempo; a construção dos fundamentos teóricos do filtro de Kalman a ser aplicado em sistemas lineares, multivariáveis, discretos, estocásticos e variantes no tempo; bem como a construção deste filtro neste contexto e sua aplicação a um processo computacional discreto. Neste trabalho propomos um método para determinar: a matriz de observabilidade instantânea, o vetor de estimação de estado interno, a matriz de covariâncias de erros de estimação de estado interno e a latência de um processo computacional discreto, quando as medidas na saída do computador são conhecidas. Aqui mostramos que quando a propriedade observabilidade instantânea do sistema é verificada, a latência de um processo computacional pode ser estimada. Esta é uma vantagem comparada com os métodos de observabilidade usual, os quais são baseados em cenários estáticos. A aplicação potencial dos resultados deste trabalho é na predição de congestionamentos em processos que variam no tempo e acontecem em computadores digitais. Em uma perspectiva mais ampla, o método da observabilidade instantânea pode ser aplicado na identificação de patologias, na previsão de tempo, em navegação e rastreamento no solo, na água e no ar; no mercado de ações e em muitas outras áreas / Abstract: This work will show the application of the Kalman filter to a discrete computational process, which will be represented by a mathematical model: a system of linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying equations. The contributions of this research show the construction of an appropriate mathematical model of instantaneous observability to represent systems that vary quickly in time; the construction of the theoretical foundations of the Kalman filter to be applied to a linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying system; the construction of this filter in this context and its application to a discrete computational process. In this research we propose a method to determine: the instantaneous observability matrix, the internal state vector estimation, Covariance matrix of internal state estimation error and the latency of a digital computational process, when the measures on the computer output are known. Here we show that when the instantaneous observability property of the system comes true, a computing process latency can be estimated. This is an advantage compared to usual observability methods, which are based on static scenarios. The potential application of the results of this work is to predict bottlenecks in time-varying processes which happen inside the discrete computers. In a broader perspective, the instantaneous observability method can be applied on identification of a pathology, weather forecast, navigation and tracking on ground, in the water and in the air; in stock market prediction and many other areas / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Ariovaldo Verandio Garcia, Alcir Jose Monticelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Asada_EduardoNobuhiro_D.pdf: 8314555 bytes, checksum: 1d07bd4292835815d0cec8ae2b521606 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos sobre a modelagem em tempo-real de sistemas de potência através da estimação de estado generalizada. As principais funções da estimação analisadas foram: processador topológico, observador, estimador de estado e análise de erros grosseiros. Os dispositivos de chaveamento (chaves e disjuntores) são representados através de modelos de impedância nula. A modelagem do sistema na sua forma mais detalhada, através da representação de subestações com todas chaves e disjuntores, permite a verificação de erros de status desses componentes. Portanto, a análise da topologia pode ser realizada simultaneamente à estimação de variáveis de estado convencionais. Chaves e disjuntores, que são elementos de impedância nula, são considerados no modelo generalizado através da adição de variáveis de estado do tipo fluxo e de pseudomedidas adequadas. A interação entre dispositivos de característica discreta e medidas analógicas e a diferença entre os modelos convencional e generalizado são enfatizados em cada função. Dois modelos de estimador são considerados: um baseado no método desacopIado a partir da formação da matriz ganho e o segundo baseado no método Tableau esparso de Hachtel, onde pseudomedidas de injeção nula são consideradas como restrições de igualdade. A análise de erros grosseiros proposta busca tratar um erro reconhecido pela dificuldade na sua detecção: o erro conformativo. As medidas afetadas por esse tipo de erro agem como fossem medidas regulares e seus efeitos atingem medidas sem erro grosseiro. Nesse caso, as metodologias tradicionais quando aplicadas, podem identificar incorretamente as medidas. A identificação de erros conformativos foi formulada através da teoria da decisão e a partir da consideração da confiabilidade das medidas formula-se como um problema combinatório. É sabido que Metaheurísticas são eficientes no tratamento de tais problemas e a Busca Tabu é proposta para identificação e elaboração de hipóteses que melhor expliquem as incoerências encontradas / Abstract: This work presents studies about power system real-time modeling by using generalized state estimation. The analyzed state estimation functions are: topological processing, observability analysis, state estimator and gross errar analysis. All these functions are considered by a generalized approach, where switching components (switches and circuit breakers) are represented by zero impeda_ce models. Consideration of detailed model through explicit representation of substations with all switches and circuit breakers allows topology analysis with estimation of conventional state variables simultaneously. Switches, circuit breakers (zero impedance branches), are represented by the insertion of new flow state variables followed by adequate pseudomeasurements. The interaction among components and measurements of different natures and differences between conventional and generalized models were emphasized for each function. Two state estimator models are considered: the first one is based on decoupled state estimation by using the gain matrix, the second one is based on Hachtel's sparse tableau approach. The proposed gross error analysis. aims to treating an errar that is known by its detection difliculty: the conforming error. Measurements affected by this error act as regular measurements and the negative effects act over good measurements. In this case, conventional identification methods may fail and good measurements are erroneously identified as bad data. The identification of conforming errors are formulated by an approach based on Decision Theory by considering the reliability of each measurement. The resulting problem is a combinatorial problem. It is known that Meta-Heuristics are very suited for combinatorial problems and the Tabu Search approach is proposed for identification and formulation of hypotheses that better explain inconsistencies caused by interacting errors / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Madson Cortes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T03:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_WilsonAparecidode_M.pdf: 547322 bytes, checksum: ef149ef455996cf448b79577cdb88728 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia completa para analise de observabilidade de sistemas de energia eletrica. A observabilidade da rede e determinada a partir do traco da matriz de covariancia das medidas estimadas, as variancias dos fluxos estimados permitem a identificacao das ilhas observaveis e a restauracao da observabilidade e realizada a partir das variancias das medidas estimadas. As variancias necessarias sao obtidas da matriz de ganho linearizada regularizada. Alem das medidas disponiveis, na formacao da matriz de ganho regularizada admite-se a existencia de pseudomedidas de angulo em todas as barras da rede. O estimador de estado linearizado regularizado e a metodologia de identificacao de ramos observaveis a partir das variancias dos fluxos estimados foram apresentados em [Almeida, Garcia e Asada, 2011]. As novas contribuicoes deste trabalho sao o mecanismo de verificacao da observabilidade, baseado no traco da matriz de covariancia das medidas estimadas, o mecanismo de restauracao da observabilidade, desenvolvido a partir da analise das variancias das medidas, e a inclusao de medicao fasorial sincronizada na formulacao matematica utilizada / Abstract: The purpose of this work is to present a complete methodology for observability analysis of electric power systems. The observability of the network is determined from the trace of the covariance matrix of the measurement estimate, the variance of the estimated power flow allow the identification of observable islands and the restoration of observability is performed from the variance of the measurement estimate. The variances required are obtained from the regularized linearized gain matrix. Besides the measurements available, in the formation of regularized gain matrix allows the existence of voltage angle pseudomeasurements on all buses of the network. The regularized least squares power system state estimation and the methodology of analysis of the variance of the estimated power flow is based in [Almeida, Garcia e Asada, 2011]. The new contributions of this work are the observability checking mechanism, based on the trace of the covariance matrix of the measurement estimate, the mechanism of restoration of observability, developed from the analysis of variance of the measurement and the inclusion of synchronized phasor measurement in the mathematical formulation utilized / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica