Este trabalho apresenta o desenvolvimento e adaptação de técnicas para minimizar os efeitos das variações de carga e de frequência da rede em controladores repetitivos aplicados a filtros ativos de potencia. Para minimizar os efeitos provenientes de sinais aperiódicos decorrentes da conexão ou desconexão de cargas não lineares é elaborada uma técnica que diferencia cargas lineares de não lineares. Esta técnica opera de forma a só reinicializar o controlador quando o erro devido ao transitório for de valor considerável ou quando ocorrer a transição de carga não linear para linear. Também é desenvolvido um algoritmo de adaptação do ganho do controlador repetitivo baseado em uma função de adaptação sigmóide, com intuito de minimizar os efeitos provocados por ruído aleatório no sistema de medição. Na sequência, são analisados os efeitos da variação de frequência e apresentados os principais métodos de compensação deste problema. Entre as soluções apresentadas, encontra-se o método da alteração do número de amostras por período e o método da variação da taxa de amostragem. O primeiro possui a vantagem de utilizar técnicas de projeto lineares e invariantes no tempo. Já o segundo método, por variar a frequência de amostragem, deve ser analisado sob um aspecto de sistema variante no tempo, o que acarreta em maior complexidade na prova de estabilidade. Os algoritmos de reinicialização e adaptação do ganho do controlador repetitivo são analisados sob variação da frequência da rede. Para a compensação da variação da rede, utiliza-se o método do truncamento do número de amostras e o da variação da taxa de amostragem. Por fim, para validar os algoritmos desenvolvidos s˜ao realizados testes em uma plataforma experimental. / This work presents the development and modification of techniques to reduce the effects of load variation and mains frequency deviation in repetitive controllers applied to active power filters. To minimize the effects of aperiodic signals resulting from the connection or disconnection of non-linear loads is developed a technique which recognizes linear and nonlinear loads, and operates to reset the controller only when the error due to the transition of considerable value, and the transition is from non-linear to linear load. An algorithm to adapt the gain of the repetitive controller, based on a sigmoid function adaptation, in order to minimize the effects caused by random noise in the measurement system is also used. This work also analyzes the effects of frequency variation and presents the main methods to cope with this situation. Some solutions are the change in the number of samples per period and the variation of the sampling rate. The first has the advantage of using linear design techniques and results in a time invariant system. The second method changes the sampling frequency and leads to a time variant system that demands a difficult analysis of stability. The proposed algorithms were tested using the methods of truncation of the number of samples and the method of changing the sampling rate of the system to compensate possible frequency variations of the grid. Experimental results are presented to validate the proposal.

CAPES / Uma má qualidade de energia elétrica gera grandes prejuízos para a sociedade. Desta forma são utilizados equipamentos denominados analisadores de qualidade de energia elétrica para quantizar os valores destes distúrbios e assim determinar as causas destas anormalidades. O grande problema destes equipamentos é o custo elevado e geralmente são importados inviabilizando uma medição multiponto do sistema elétrico do cliente. Neste cenário, este trabalho objetiva fornecer subsídios e alternativas para o desenvolvimento de equipamentos analisadores de qualidade de energia, que consiste de um conjunto com sensores de corrente e tensão e um módulo central de processamento. No desenvolvimento de quaisquer sensores ou instrumentação surgem algumas dificuldades de condicionamento de sinal por causa das características elétricas do componente usado e principalmente por causa do ruído. Alguns meios de contornar estes problemas são a utilização de uma instalação adequada dos equipamentos de medição, blindagens eletromagnéticas e projeto de PCB’s. No caso de sensores magnéticos, a histerese, saturação magnética e as interferências por campos magnéticos externos introduzem erro de medida no sistema e para a resolução destes problemas foram adotadas configurações de sensores Hall em malha fechada e diferencial. Outro componente que pode ser usado é o sensor Flux-gate que possui potencialidade para medições de corrente de pequena ordem além de oferecer a vantagem de maior integrabilidade ao sistema medidor. Na sequência foi projetado e construído um registrador de tensão e corrente para análise de qualidade de energia elétrica, denominado PQ-Logger, que pode usar estes sensores mencionados anteriormente. O uso de um DSP e um chip para acessar um pendrive genérico permite o armazenamento destes dados. O PQ-Logger-Tran é outro equipamento que foi idealizado para armazenar trechos de transiente de média frequência. Os resultados indicam positivamente o uso conjunto destes sensores de corrente e o equipamento desenvolvido para o propósito de medição destes parâmetros de forma rápida e econômica na infraestrutura elétrica do cliente. / A poor quality power causes large losses to society. Thus it is used an equipment named power quality analyzers for magnitude measurement of these disturbances and determine the causes of these abnormality. The principal problem with these devices is the high cost and they usually are imported that invalidates multipoint measurement of client’s electrical system. In this scenario, this work aims to provide support and alternatives for the development of power quality analyzers, which consists of a set with voltage and current sensors and a central processing module. In the development of any sensors or instrumentation there are difficulties on signal conditioning generated from the used component’s electrical characteristics and principally noise. Some solutions for these problems is the use of proper measuring equipment installation, electromagnetic shielding and design of PCBs. For magnetic sensors, the hysteresis, magnetic saturation and interference by external magnetic fields introduce measurement error in the system and to solve these problems it was adopted Hall sensors in closed-loop and differential configurations. Another component that can be used is the Flux-gate sensor that has potential use in small range current measurements and offers the advantage of higher integrability in the meter system. Following is designed and built a voltage and current logger for Power quality analysis, called PQ-Logger that may utilize the sensors mentioned above. The use of a DSP and a chip for accessing a generic flash drive allows storage of these data. The PQ-Logger-Tran is other equipment that was designed to store snippets of mid-frequency transient. The results positively indicate the combined use of these current sensors and equipment developed for the measuring purpose of these parameters in a quickly and economically form in the customer‘s electrical infrastructure.

Este trabalho apresenta uma metodologia para classificação de eventos de curto-circuito e mano-bras em redes de distribuição de energia elétrica, com base nos registros oscilográficos de tensão na barra da subestação de distribuição. São apresentados os resultados obtidos para duas formas distintas de pré-processamento dos sinais de tensão, sendo a primeira baseada em Transformada de Fourier e a segunda em Transformada Wavelet para diferentes famílias de funções wavelet. Foram comparados três modelos neurais para o processo de classificação: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function e Support Vector Machine. Os modelos foram treinados levando em conta uma característica autônoma de operação das redes, ou seja, a seleção automática do modelo e o controle de complexidade. Os resultados foram validados para um conjunto de simulações realizadas no programa Alternative Transient Program, visando a aplicação prática do método proposto em um equipamento registrador de oscilografias, desenvolvido pelo Lactec em conjunto com a Copel - Curitiba, PR, denominado Power Quality Monitor. Foram obtidos resultados com desempenho na ordem de 90% de acerto médio para as diferentes formas de pré-processamento e diferente modelos neurais. / This work presents a method for automatic classification of faults and events related to quality of service in power distribution networks, based on oscillographies of the bar feeder voltages of the distribution substation. We present the results for two distinct pre-processing forms of the voltage signals. The first is based on the Fourier Transform and the second on the Wavelet Transform for different families of wavelet functions. We compared three neural models for the process of classification: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function and Support Vector Machine. The models were trained taking into account the autonomous operation of networks, i.e. automatic model selection and control complexity. The results were validated for a set of simulations performed using the Alternative Transient Program, aimed at practical implementation of the proposed method in an oscillograph logger, developed by Lactec together with Copel, called the Power Quality Monitor. The results were obtained with performance on the order of 90% of average accuracy for the various pre-processing forms and neural models.

Este trabalho apresenta uma metodologia para classificação de eventos de curto-circuito e mano-bras em redes de distribuição de energia elétrica, com base nos registros oscilográficos de tensão na barra da subestação de distribuição. São apresentados os resultados obtidos para duas formas distintas de pré-processamento dos sinais de tensão, sendo a primeira baseada em Transformada de Fourier e a segunda em Transformada Wavelet para diferentes famílias de funções wavelet. Foram comparados três modelos neurais para o processo de classificação: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function e Support Vector Machine. Os modelos foram treinados levando em conta uma característica autônoma de operação das redes, ou seja, a seleção automática do modelo e o controle de complexidade. Os resultados foram validados para um conjunto de simulações realizadas no programa Alternative Transient Program, visando a aplicação prática do método proposto em um equipamento registrador de oscilografias, desenvolvido pelo Lactec em conjunto com a Copel - Curitiba, PR, denominado Power Quality Monitor. Foram obtidos resultados com desempenho na ordem de 90% de acerto médio para as diferentes formas de pré-processamento e diferente modelos neurais. / This work presents a method for automatic classification of faults and events related to quality of service in power distribution networks, based on oscillographies of the bar feeder voltages of the distribution substation. We present the results for two distinct pre-processing forms of the voltage signals. The first is based on the Fourier Transform and the second on the Wavelet Transform for different families of wavelet functions. We compared three neural models for the process of classification: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function and Support Vector Machine. The models were trained taking into account the autonomous operation of networks, i.e. automatic model selection and control complexity. The results were validated for a set of simulations performed using the Alternative Transient Program, aimed at practical implementation of the proposed method in an oscillograph logger, developed by Lactec together with Copel, called the Power Quality Monitor. The results were obtained with performance on the order of 90% of average accuracy for the various pre-processing forms and neural models.

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CNPq, CAPES / O presente trabalho inclui a revisão das normas de qualidade de energia elétrica, a fim de normatizar o desenvolvimento do projeto seguindo normas nacionais e internacionais; a simulação de algoritmos como CFA e FFT, a fim de verificar a viabilidade de seu uso, bem como as limitações associadas ao processamento de formas de onda fortemente distorcidas. Inclui também a proposição e a verificação de um algoritmo capaz de calcular os índices (selecionados durante a revisão das normas) que pudessem avaliar a qualidade de energia através de sinais de tensão e corrente. Para o desenvolvimento do protótipo, foram selecionados sensores de tensão e de corrente confiáveis para o sistema de aquisição; um DSP, que executa os algoritmos previamente simulados, processando em tempo real os sinais adquiridos pelos sensores, a fim de reportar o estado da rede elétrica e/ou eventos ocorridos na rede através de um módulo ZigBee, responsável pela transmissão desses dados de forma segura. A classe de eventos de variação de tensão de curta duração foi incluída no processamento em tempo real realizado pelo DSP. Devido à imprevisibilidade e à rapidez da ocorrência desses eventos, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de gerar essa classe de eventos, o gerador de VTCD. A análise de QEE em tempo real se mostrou viável mesmo com a utilização de dispositivos de baixo custo, permitindo, ainda que com algumas limitações, o levantamento de informações de QEE às quais cargas conhecidas estavam submetidas. / The present document includes a comprehensive literature review on power quality issues, to keep the development of this project aligned with national and international standards related; simulation algorithms such as FFT and CFA in order to verify the feasibility of its use, as well as limitations associated with the processing of strongly distorted waveform. It also includes the proposal and verification of an algorithm able to calculate the indices (selected during the standards review) that could assess the power quality through voltage and current signals. For prototype development, voltage and current sensors were selected for reliable acquisition system; a DSP, which running the previously simulated algorithms in order to process in real time the acquired voltage and current signals provided by sensors in order to report the status of the mains grid and/or events occurrence on the network through a ZigBee module, responsible for safety transmission data. The short term voltage change events class was also included in the real time processing performed by the DSP. Due to the unpredictability and short duration of these events, it was developed a tool capable of generating this class of events, the STVC generator. The PQ analysis in real time was feasible even with the use of low cost devices, allowing, although with some limitations, the survey of PQ information which known loads was submitted.

CNPq, CAPES / O presente trabalho inclui a revisão das normas de qualidade de energia elétrica, a fim de normatizar o desenvolvimento do projeto seguindo normas nacionais e internacionais; a simulação de algoritmos como CFA e FFT, a fim de verificar a viabilidade de seu uso, bem como as limitações associadas ao processamento de formas de onda fortemente distorcidas. Inclui também a proposição e a verificação de um algoritmo capaz de calcular os índices (selecionados durante a revisão das normas) que pudessem avaliar a qualidade de energia através de sinais de tensão e corrente. Para o desenvolvimento do protótipo, foram selecionados sensores de tensão e de corrente confiáveis para o sistema de aquisição; um DSP, que executa os algoritmos previamente simulados, processando em tempo real os sinais adquiridos pelos sensores, a fim de reportar o estado da rede elétrica e/ou eventos ocorridos na rede através de um módulo ZigBee, responsável pela transmissão desses dados de forma segura. A classe de eventos de variação de tensão de curta duração foi incluída no processamento em tempo real realizado pelo DSP. Devido à imprevisibilidade e à rapidez da ocorrência desses eventos, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de gerar essa classe de eventos, o gerador de VTCD. A análise de QEE em tempo real se mostrou viável mesmo com a utilização de dispositivos de baixo custo, permitindo, ainda que com algumas limitações, o levantamento de informações de QEE às quais cargas conhecidas estavam submetidas. / The present document includes a comprehensive literature review on power quality issues, to keep the development of this project aligned with national and international standards related; simulation algorithms such as FFT and CFA in order to verify the feasibility of its use, as well as limitations associated with the processing of strongly distorted waveform. It also includes the proposal and verification of an algorithm able to calculate the indices (selected during the standards review) that could assess the power quality through voltage and current signals. For prototype development, voltage and current sensors were selected for reliable acquisition system; a DSP, which running the previously simulated algorithms in order to process in real time the acquired voltage and current signals provided by sensors in order to report the status of the mains grid and/or events occurrence on the network through a ZigBee module, responsible for safety transmission data. The short term voltage change events class was also included in the real time processing performed by the DSP. Due to the unpredictability and short duration of these events, it was developed a tool capable of generating this class of events, the STVC generator. The PQ analysis in real time was feasible even with the use of low cost devices, allowing, although with some limitations, the survey of PQ information which known loads was submitted.

The electric power supply industry has evolved into one of the largest industries. Even though secure and reliable operation of the electric power system is fundamental to economy, social security and quality of modern life, the complicated power grid is now facing severe challenges to meet the high-level secure and reliable operation requirements. New technologies will play a major role in helping today's electric power industry to meet the above challenges. This dissertation has focused on some key technologies among them, including the emerging technologies of energy storage, controlled power electronics and wide area measurement technologies. Those technologies offer an opportunity to develop the appropriate objectives for power system control. The use of power electronics based devices with energy storage system integrated into them, such as FACTS/ESS, can provide valuable added benefits to improve stability, power quality, and reliability of power systems. The study in this dissertation has provided several guidelines for the implementation of FACTS/ESS in bulk power systems. The interest of this study lies in a wide range of FACTS/ESS technology applications in bulk power system to solve some special problems that were not solved well without the application of FACTS/ESS. The special problems we select to solve by using FACTS/ESS technology in this study include power quality problem solution by active power compensation, electrical arc furnace (EAF) induced problems solution, inter-area mode low frequency oscillation suppression, coordination of under frequency load shedding (UFLS) and under frequency governor control (UFGC), wide area voltage control. From this study, the author of this dissertation reveals the unique role that FACTS/ESS technology can play in the bulk power system stability control and power quality enhancement in power system. In this dissertation, almost all the studies are based on the real system problems, which means that the study results are special valuable to certain utilities that have those problems. The study in this dissertation can assist power industry choose the right FACTS/ESS technology for their intended functions, which will improve the survivability, minimize blackouts, and reduce interruption costs through the use of energy storage systems. / Ph. D.