SILVA, W. A. Controle de máquina de relutância variável em situações de falta de fase. 2017. 122 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-10-13T11:58:15Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_wasilva.pdf: 2998155 bytes, checksum: 869c3ce8bf5fc6ca4513e3c5c58e1e39 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-11-03T16:59:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_wasilva.pdf: 2998155 bytes, checksum: 869c3ce8bf5fc6ca4513e3c5c58e1e39 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-03T16:59:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_wasilva.pdf: 2998155 bytes, checksum: 869c3ce8bf5fc6ca4513e3c5c58e1e39 (MD5) Previous issue date: 2017-07-03 / Many applications which make use of electric machines require non-interruption operation, even in the presence of faults. Within this context, phase faults are obviously undesired, as may lead the machine to stop operating, or, at least, it reduces the performance of thesystem. Under fault scenarios the performance of the system is expected to degrade and control techniques may be helpful to overcome this issue. Switched Reluctance Machines (SRM), due its inherit characteristics, are naturally tolerant to phase faults, despite of the loss of performance. Most of the techniques used to improve the performance of SRMs in fault situations are related to the switching feed converter or in the machine design itself. Regarding this issue, instead of presenting an alternative converter topology, this work alternatively proposes a control approach which significantly reduces the phase faults effects on the speed of the motor. Furthermore, the high frequency noise is attenuated en compared to the classical proportional integral (PI) controller, commonly applied to control such sort of motors. The proposed switched reluctance adaptive feedforward controller (SRM-AFC) is based in compensation functions identified by means of several tests when the system was submitted to one and two faults. The proposed methodology is able to recover the speed of operation faster than a classical approach, when a feedforward action is not taken into account. / Muitas aplicações que fazem uso de máquinas elétricas exigem operações que não sofram a influência sobre sua operação, mesmo na presença de algum tipo de falta no seu sistema de acionamento. Essa é, logicamente, uma situação indesejada e pode inclusive parar a operação do sistema ou, pelo menos, provocar uma redução do desempenho, e, neste sentido, técnicas de controle podem ser úteis em contornar esse problema. Os motores de relutância variável (MRVs), devido suas características inerentes, são naturalmente tolerantes a faltas, apesar da redução do seu desempenho. Observa-se que a maioria das técnicas usadas para melhorar o desempenho em situações de falta são relacionadas com o conversor de potência, ou mesmo com o próprio projeto da máquina. Neste sentido, ao invés de se propor uma nova topologia de conversor ou máquina, este trabalho propõe uma técnica de controle que reduz significativamente os efeitos da falta de fase na velocidade de operação do MRV. Além disso, o ruído de alta frequência é atenuado qu do comparado com um controlador proporcional integral (PI), que é geralmente utilizado em controle de velocidade de máquinas. Nesta tese propõ-se um controlador adaptativo feedforward para o MRV (CAF-MRV). Este baseia-se em funções de compensação identificadas por meio de uma série de ensaios realizados sobre o sistema quando submetidos a uma e duas faltas. A metodologia proposta é capaz de recuperar a velocidade de operação mais rápido do que a técnica clássica, quando uma ação feedforward não é considerada. Foi proposto ainda uma plataforma de simulação do sistema de acionamento sob estudo no ambiente Matlabr, completamente em linhas de código, dotando o sistema de transparência e flexibilidade. Resultados de simulação com o sistema desenvolvido foram comparados com resultados experimentais de modo a ratificar a precisão da metodologia.

The Bulk Electric System (BES) in the United States includes transmission lines of 100kV and above, transformers of 100kV and above on Low Voltage (LV) side and generating units that step up to 100 kV and above. The BES is a power network that connects different states and utility companies via tie lines for exchange of Power. To maintain the integrity of power systems, it is very important to keep the BES intact and for that the regulatory authority, North American Electric Reliability Corporation (NERC), has developed over 100s of reliability standards and is responsible to enforce them. During the past several years, the U.S has experienced power system instability events in which a fault occurred on one part of a system and travelled through the entire interconnection. Some of the extreme events are a major concern for power systems in the U.S that consists of Cascading, Uncontrolled Separation and natural disasters damaging the transmission circuits. Protection System plays important role towards the stability of power systems, but most important aspect of protection system is the Critical Fault Clearing Time. This case study focused on the Critical Fault Clearing Time enhancement by making a comparison between a Gang Operated (GO) and Independent Pole Operated (IPO) Breaker. An extreme event was considered as a fault scenario for the case study that consisted of three phase fault followed by breaker failure scenario. PSS®E 33.9 software was used to perform dynamic study on three different power plants to show the comparison between GO breaker and IPO breaker. A tremendous improvement was achieved using IPO breaker with more than 100% increase in Critical Fault Clearing Time.

Les entraînements électriques polyphasés ont acquis une importance particulière ces derniers temps pour leur utilisation dans des applications où la fiabilité présente un intérêt pour des raisons économiques et de sécurité. Cette thèse se centre sur le développement de techniques de commande en mode instantané pour contrôler de manière optimale les machines polyphasées, en analysant leur tolérance dans différentes conditions de fonctionnement, telles que lors de l’atteinte de limites électriques (limites de tension, de courant et de niveau maximum de magnétisation) ou de défauts de type phase ouverte. Tout d’abord, la technique DTC est proposée pour gérer le cas de défaut de type phase ouverte dans la machine polyphasée. Une comparaison de la tolérance à la défaillance des commandes de type DTC par rapport à d’autres techniques de commande est réalisée, permettant une conclusion sur les forces et les faiblesses des méthodes analysées. Enfin, un contrôleur de courant optimal est développé utilisant des techniques MPC permettant une utilisation optimale de la capacité de couple du système en cas de limitations électriques. Des résultats de simulation et des validations expérimentales sont effectués pour corroborer les approches initiales, en utilisant des cas particuliers d’entraînements pentaphasés commandés avec différents sous-espaces de commande dans le domaine fréquentiel. / Multiphase drives have gained special relevance in recent times for their use in applications where reliability is of interest for economical and safety reasons. This Thesis focuses on the development of direct control techniques to optimally control multiphase machines, analyzing their tolerance to different limit operating conditions, such as electrical constraints (voltage, current and magnetization level limits) or failure situations such as an open-phase fault. First, the DTC technique is proposed to manage the open-phase fault operation of the multiphase machine. A comparison of the fault-tolerant capability of DTC with other control techniques is carried out, to conclude the strengths and weaknesses of the analyzed methods facing this limit operation. Finally, an optimal current controller is developed using MPC techniques that allows the optimal utilization of the system’s torque capability under electrical limitations. Simulation results and experimental validations are obtained to corroborate the initial approaches, through the use of particular cases of five-phase drives controlled using different frequency-domain control subspaces.

Wound Independently Controlled Stator Coil (WICSC) machines are a novel type of multiphase machine with the ability to change its pole-phase configuration during operation. This enables improved post-fault control and thus prolonged continuous operation. For a smooth transition to post-fault control, a quick and robust strategy for Fault detection and isolation (FDI) is essential. This master thesis concerns the design of a procedure to localise Open Phase Fault (OPF) and Open Switch Fault (OSF) in WICSC machines. The strategy is based on Harmonic Plane Decomposition (HPD), which generalises Vector Space Decomposition (VSD) to variable pole-phase machines. A previous iteration of the FDI strategy is analysed and developed further on MatLab. Experimental verification is performed on a WICSC motor with and without imitated OPF. A Printed Circuit Board (PCB) is designed to imitate OSF during operation. The outcome displays a fault detection within less than 30% of a fundamental current period. After no more than one period the full diagnosis is completed. Although only OPFs are tested, the results suggest the Fault detection and isolation (FDI)’s ability to identify OSFs as well. The parameter tuning is shown to be important for both correct fault localisation and avoiding false positives. Imbalances in the machine require special care when choosing the parameter values. Future work includes using the PCB for OSF tests and making the parameter tuning more robust. / WICSC-maskiner är en ny typ av multifasmaskin med förmågan att ändra sin polfas-konfiguration under drift. Detta möjliggör förbättrad reglering efter att fel uppstår och därmed förlängd drift. För att uppnå en mjuk övergång till reglering efter fel krävs en snabb och robust strategi för feldiagnosticering. Denna masteruppsats rör utvecklingen av en strategi för att detektera och lokalisera tomgångsfel i spolar och elektroniska brytare till WICSC-maskiner. Strategin baseras på HPD, som är en generalisering av VSD. En tidigare iteration av strategin analyseras och vidareutvecklas i MatLab. Experimentell verifiering utförs på en WICSC-motor med samt utan imiterade tomgångsfel i spolarna. En PCB designas för att imitera tomgångsfel i växelriktarens brytare. Resultaten ger en feldetektering på under 30% av en fundamental strömperiod. Efter maximalt en period är hela diagnosticeringen slutförd. Trots att endast spolfel testas pekar resultaten på att strategin även fungerar för brytarfel. Strategins parametervärden visar sig vara viktiga för både fellokaliseringen och för att undvika falska positiv. Obalans i maskinen ställer särsklit höga krav på justeringen av dessa värden. I framtida studier kommer PCB-enheten användas för att testa diagnosticering av brytarfel och göra justeringen av parametervärdena mer robust.

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.

Je jasné, že nejúspěšnější konstrukce zahrnuje postup vícefázového řízení, ve kterém každá fáze může být považována za samostatný modul. Provoz kterékoliv z jednotek musí mít minimální vliv na ostatní, a to tak, že v případě selhání jedné jednotky ostatní mohou být v provozu neovlivněny. Modulární řešení vyžaduje minimální elektrické, magnetické a tepelné ovlivnění mezi fázemi řízení (měniče). Synchronní stroje s pulzním tokem a permanentními magnety se jeví jako atraktivní typ stroje, jejíž přednostmi jsou vysoký kroutící moment, jednoduchá a robustní konstrukce rotoru a skutečnost, že permanentní magnety i cívky jsou umístěny společně na statoru. FS-PMSM jsou poměrně nové typy střídavého stroje stator-permanentní magnet, které představují významné přednosti na rozdíl od konvenčních rotorů - velký kroutící moment, vysoký točivý moment, v podstatě sinusové zpětné EMF křivky, zároveň kompaktní a robustní konstrukce díky umístění magnetů a vinutí kotvy na statoru. Srovnání výsledků mezi FS-PMSM a klasickými motory na povrchu upevněnými PM (SPM) se stejnými parametry ukazuje, že FS-PMSM vykazuje větší vzduchové mezery hustoty toku, vyšší točivý moment na ztráty v mědi, ale také vyšší pulzaci díky reluktančnímu momentu. Pro stroje buzené permanentními magnety se jedná o tradiční rozpor mezi požadavkem na vysoký kroutící moment pod základní rychlostí (oblast konstantního momentu) a provozem nad základní rychlostí (oblast konstantního výkonu), zejména pro aplikace v hybridních vozidlech. Je předložena nová topologie synchronního stroje s permanentními magnety a spínaným tokem odolného proti poruchám, která je schopná provozu během vinutí naprázdno a zkratovaného vinutí i poruchách měniče. Schéma je založeno na dvojitě vinutém motoru napájeném ze dvou oddělených vektorově řízených napěťových zdrojů. Vinutí jsou uspořádána takovým způsobem, aby tvořila dvě nezávislé a oddělené sady. Simulace a experimentální výzkum zpřesní výkon během obou scénářů jak za normálního provozu, tak za poruch včetně zkratových závad a ukáží robustnost pohonu za těchto podmínek. Tato práce byla publikována v deseti konferenčních příspěvcích, dvou časopisech a knižní kapitole, kde byly představeny jak topologie pohonu a aplikovaná řídící schémata, tak analýzy jeho schopnosti odolávat poruchám.