<p> In the past, analog circuits, discrete digital logic circuits or minicomputers have been used to implement the signal processing section of a sonar systems. More recently, microprocessor based logic circuit designs have produced a new breed of system design approach which gives designers the flexibility that has never been available through the use of analog or discrete logic circuits; however, due to the inherent slow speed of the metal-oxide semiconductor (MOS) logic circuits, incorporating microprocessors in the implementation of a sonar signal processor is not feasible. With the advent of bipolar Schottky large scale integrated circuit technology, the speed performance of the microprocessors have been improved considerably, and signal processor designs employing microprocessors are now feasible. </p> <p> The main objective of this work is to design, implement, and test a real-time digital sonar signal processor for processing pulsed CW signals. With design based on the use of the bit slice microprocessor, a signal processor has been constructed that has an 8 bit input, a 16 bit output. The processor is capable of detecting 16 different Doppler shifts. Laboratory generated signals are used in the testing and the experimental results show good agreement with the theory. A possible means of expanding the existing single channel signal processor into a multichannel processor has also been outlined. </p> / Thesis / Master of Engineering (MEngr)

A proteção de Sistemas de Distribuição (SDs) é de fundamental importância considerando as condições adversas de operação e faltas elétricas a que os mesmos podem estar submetidos. A crescente utilização de Geradores Distribuídos (GDs) conectados aos SDs e as possíveis operações em ilhamento promovem interferências consideráveis aos dispositivos de proteção. Dessa forma, evidencia-se a importância de estudos para esses novos cenários. Neste contexto, esta pesquisa tem como proposta analisar o desempenho do sistema de proteção, quando na presença de uma elevada contribuição de geração distribuída, e aprimorar a proteção tradicional, quando tem-se a mudança do cenário de operação para o modo ilhado. Sendo assim, evidencia-se através de simulações no Real-Time Digital Simulator (RTDS) os efeitos da perturbação nos Relés de Sobrecorrente (RSC). Na metodologia desenvolvida implementa-se um sistema de proteção adaptativo, cujos parâmetros são definidos por um algoritmo de otimização. Também são adicionadas as proteções associadas aos GDs, recomendadas por norma. Tal prática é dificilmente abordada em trabalhos correlatos a pesquisa, no entanto através dos resultados observou-se que esses dispositivos podem influenciar na respostas dos elementos de proteção implementados nos SDs. Como diferencial também buscou-se implementar todo o sistema de controle dos GDs e utilizou-se da simulação em malha fechada com relés comerciais, afim de aproximar a modelagem da realidade encontrada nos SDs. Por fim, evidenciou-se que a utilização de relés adaptativos pode viabilizar a operação em ilhamento. / The protection of Distribution Systems (DSs) is of fundamental importance, considering the adverse operating conditions and electrical faults to which they may be submitted. The increasing usage of Distributed Generators (DGs) connected to DSs, and possible islanded operations promote considerable interference to protective devices. Thus, it is evident the importance of studies for these new scenarios.This research aims to analyze the performance of the protection system, when in the presence of a massive contribution of distributed generation, and to improve the traditional protection when there is a change from the operating scenario to island mode. Thus, via simulations, carried out in the Real-Time Digital Simulator (RTDS), the effects of the disturbance on the Overcurrent Relays (OCs) were evident. The developed methodology implements an adaptive protection system, whose parameters are defined by an optimization algorithm. The protections associated with DGs were also added, as recommended by the standard. This practice is hardly approached in related studies however, through the results, it was observed that these devices could influence the responses of the protective elements implemented. The closed-loop simulations carried out considering the standard controls systems regarding DGs and commercial intelligent eletronic devices, ensuring the test bed verisimilitude to actual DSs. This approach is not standard on the literature related. Finally, it was evidenced that the use of adaptive relays can contribute to the islanded operation.

Este trabalho propõe um novo método de proteção de geradores síncronos baseado em inteligência artificial, mais especificamente lógica fuzzy, com o propósito de melhorar a proteção destes componentes vitais aos sistema elétricos de potência. Um sistema elétrico de potência completo composto por geradores, linhas de transmissão e cargas foi simulado através do Real Time Digital Simulator para fornecer dados para realização de testes e validação do algoritmo de proteção inteligente. Adicionalmente, foram desenvolvidos dois esquemas experimentais que proporcionaram a obtenção de um conjunto extensivo de ensaios de faltas internas em dois geradores síncronos reais, com o objetivo de fornecer dados para comprovar a eficácia da proteção proposta. Um sistema integrado de software e hardware cujo objetivo é servir de plataforma para desenvolver e executar em tempo real algoritmos de proteção aplicados foi desenvolvido. Esse sistema integrado foi utilizado nos testes embarcados em tempo-real do algoritmo de proteção desenvolvido. Apresenta-se também um arranjo composto por funções de proteção tradicionais mais utilizadas em campo, as quais serviram como base de comparação de desempenho para o esquema de proteção inteligente desenvolvido. Os resultados apresentados mostram que o método de proteção inteligente proposto é mais sensível para detectar instantaneamente faltas fase-terra em geradores síncronos com aterramento de alta-impedância, além de ser capaz de identificar faltas entre-espiras e entre-caminhos / This work presents the development of a synchronous generator protective technique based on artificial intelligence, specifically fuzzy logic, in order to improve the protection of these vital components of the electric power system. A complete electric power system composed of generators, transmission lines and loads was simulated using the Real Time Digital Simulator to provide data for testing and validating the intelligent protection algorithm. Additionally, an extensive set of internal fault experiments conducted on two actual synchronous generators provided oscillograms to demostrate the proposed protection effectiveness. An integrated hardware and software system whose purpose is to serve as a platform for developing and executing real-time protection algorithms is presented. This integrated system was used for real-time embedded testing of the protection algorithm developed. An arrangement composed of traditional protection functions most used in the field is also presented, this arrangement served as a comparison basis for the intelligent protection scheme performance. The results show that the intelligent protection is more sensitive to detect instantly ground faults in synchronous generators with high-impedance grounding, it is also shown that the proposed scheme is able to identify inter-turns and inter-circuits faults

Este trabalho propõe um novo método de proteção de geradores síncronos baseado em inteligência artificial, mais especificamente lógica fuzzy, com o propósito de melhorar a proteção destes componentes vitais aos sistema elétricos de potência. Um sistema elétrico de potência completo composto por geradores, linhas de transmissão e cargas foi simulado através do Real Time Digital Simulator para fornecer dados para realização de testes e validação do algoritmo de proteção inteligente. Adicionalmente, foram desenvolvidos dois esquemas experimentais que proporcionaram a obtenção de um conjunto extensivo de ensaios de faltas internas em dois geradores síncronos reais, com o objetivo de fornecer dados para comprovar a eficácia da proteção proposta. Um sistema integrado de software e hardware cujo objetivo é servir de plataforma para desenvolver e executar em tempo real algoritmos de proteção aplicados foi desenvolvido. Esse sistema integrado foi utilizado nos testes embarcados em tempo-real do algoritmo de proteção desenvolvido. Apresenta-se também um arranjo composto por funções de proteção tradicionais mais utilizadas em campo, as quais serviram como base de comparação de desempenho para o esquema de proteção inteligente desenvolvido. Os resultados apresentados mostram que o método de proteção inteligente proposto é mais sensível para detectar instantaneamente faltas fase-terra em geradores síncronos com aterramento de alta-impedância, além de ser capaz de identificar faltas entre-espiras e entre-caminhos / This work presents the development of a synchronous generator protective technique based on artificial intelligence, specifically fuzzy logic, in order to improve the protection of these vital components of the electric power system. A complete electric power system composed of generators, transmission lines and loads was simulated using the Real Time Digital Simulator to provide data for testing and validating the intelligent protection algorithm. Additionally, an extensive set of internal fault experiments conducted on two actual synchronous generators provided oscillograms to demostrate the proposed protection effectiveness. An integrated hardware and software system whose purpose is to serve as a platform for developing and executing real-time protection algorithms is presented. This integrated system was used for real-time embedded testing of the protection algorithm developed. An arrangement composed of traditional protection functions most used in the field is also presented, this arrangement served as a comparison basis for the intelligent protection scheme performance. The results show that the intelligent protection is more sensitive to detect instantly ground faults in synchronous generators with high-impedance grounding, it is also shown that the proposed scheme is able to identify inter-turns and inter-circuits faults

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T22:58:46Z No. of bitstreams: 1 JAMILE PINHEIRO NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 2146495 bytes, checksum: e397e112357d55c0badad1a62f5324cf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T22:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JAMILE PINHEIRO NASCIMENTO - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 2146495 bytes, checksum: e397e112357d55c0badad1a62f5324cf (MD5) Previous issue date: 2014-08 / Um algoritmo de proteção adaptativa para solucionar o problema da proteção de sistemas com geração distribuída é proposto. O algoritmo modifica as configurações dos relés de forma on-line, utilizando como informação de entrada, os estados dos disjuntores. Ao final, constatou-se que mesmo com a entrada ou saída dos geradores distribuídos, o sistema de distribuição continuou a ser protegido. Para validar o algoritmo utilizou-se um sistema-teste do IEEE e o Real Time Digital Simulator (RTDS). / An adaptive protection algorithm to solve protecting systems with distributed generation problem is proposed. The algorithm modifies relays settings on on-line form, using circuit breakers state as input information. At the end, it was found that even with the input or output of distributed generators, distribution system continued to be protected. To validate the algorithm it was used an IEEE test system and the Real Time Digital Simulator (RTDS).

This thesis presents the multivariable controller design and implementation for a high-precision 6-degree-of-freedom (6-DOF) magnetically levitated (maglev) positioner. The positioner is a triangular single-moving part that carries three 3-phase permanent-magnet linear-levitation-motor armatures. The three planar levitation motors not only generate the vertical force to levitate the triangular platen but control the platen's position in the horizontal plane. All 6-DOF motions are controlled by magnetic forces only. The positioner moves over a Halbach magnet matrix using three sets of two-axis Hall-effect sensors to measure the planar motion and three Nanogage laser distance sensors for the vertical motion. However, the Hall-effect sensors and the Nanogage laser distance sensors can only provide measurements of the displacement of all 6-axis. Since we do not have full-state feedback, I designed two Linear Quadratic Gaussian (LQG) multivariable controllers using a recursive discrete-time observer. A discrete hybrid H2/H(infinity) filter is implemented to obtain optimal estimates of position and orientation, as well as additional estimates of velocity and angular velocity for all 6 axes. In addition, an analysis was done on the signals measured by the Hall-effect sensors, and from there several digital filters were tested to optimize the readings of the sensors and obtain the best estimates possible. One of the multivariable controllers was designed to close the control loop for the three-planar-DOF motion, and the other to close the loop for the vertical motion, all at a sampling frequency of 800 Hz. Experimental results show a position resolution of 1.5 micrometers with position noise of 0.545 micrometers rms in the x-and y-directions and a resolution of less than 110 nm with position noise of 49.3 nm rms in z.

D.Ing. (Electrical and Electronic Engineering) / Please refer to full text to view abstract

Shipboard Power Systems (SPS) play a significant role in next-generation Navy fleets. With the increasing power demand from propulsion loads, ship service loads, weaponry systems and mission systems, a stable and reliable SPS is critical to support different aspects of ship operation. It also becomes the technology-enabler to improve ship economy, efficiency, reliability, and survivability. Moreover, it is important to improve the reliability and robustness of the SPS while working under different operating conditions to ensure safe and satisfactory operation of the system. This dissertation aims to introduce novel and effective approaches to respond to different types of possible faults in the SPS. According to the type and duration, the possible faults in the Medium Voltage DC (MVDC) SPS have been divided into two main categories: transient and permanent faults. First, in order to manage permanent faults in MVDC SPS, a novel real-time reconfiguration strategy has been proposed. Onboard postault reconfiguration aims to ensure the maximum power/service delivery to the system loads following a fault. This study aims to implement an intelligent real-time reconfiguration algorithm in the RTDS platform through an optimization technique implemented inside the Real-Time Digital Simulator (RTDS). The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed real-time approach to reconfigure the system under different fault situations. Second, a novel approach to mitigate the effect of the unsymmetrical transient AC faults in the MVDC SPS has been proposed. In this dissertation, the application of combined Static Synchronous Compensator (STATCOM)-Super Conducting Fault Current Limiter (SFCL) to improve the stability of the MVDC SPS during transient faults has been investigated. A Fluid Genetic Algorithm (FGA) optimization algorithm is introduced to design the STATCOM's controller. Moreover, a multi-objective optimization problem has been formulated to find the optimal size of SFCL's impedance. In the proposed scheme, STATCOM can assist the SFCL to keep the vital load terminal voltage close to the normal state in an economic sense. The proposed technique provides an acceptable post-disturbance and postault performance to recover the system to its normal situation over the other alternatives.

Este trabalho apresenta uma análise de algoritmos computacionais aplicados à estimação de fasores elétricos em SEPs. A medição dos fasores é realizada por meio da alocação de Unidades de Medição Fasorial nestes sistemas e encontra diversas aplicações nas áreas de operação, controle, proteção e planejamento. Para que os fasores possam ser aplicados, são definidos padrões de medição, sincronização e comunicação, por meio da norma IEEE C37.118.1. A norma apresenta os padrões de mensagens, timetag, fasores, sistema de sincronização, e define testes para avaliar a estimação. Apesar de abranger todos esses critérios, a diretriz não define um algoritmo de estimação padrão, abrindo espaço para uso de diversos métodos, desde que a precisão seja atendida. Nesse contexto, o presente trabalho analisa alguns algoritmos de estimação de fasores definidos na literatura, avaliando o comportamento deles em determinados casos. Foram considerados, dessa forma, os métodos: Transformada Discreta de Fourier, Método dos Mínimos Quadrados e Transformada Wavelet Discreta, nas versões recursivas e não-recursivas. Esses métodos foram submetidos a sinais sintéticos, a fim de verificar o comportamento diante dos testes propostos pela norma, avaliando o Total Vector Error, tempo de resposta e atraso e overshoot. Os algoritmos também foram embarcados em um hardware, denominado PC104, e avaliados de acordo com os sinais medidos pelo equipamento na saída analógica de um simulador em tempo real (Real Time Digital Simulator). / This work presents an analysis of computational algorithms applied to phasor estimation in Electrical Power Systems. The phasor estimation process uses the allocation of Phasor Measurement Units in the system and the measures can be used in many control, operation, planing and protection applications. Therefore, the power system phasors are very useful, specially if they have a common time reference, allowing the determination of the system\'s condition at a given time. The procedures necessary for power system\'s phasors estimation and application are defined by IEEE C37.118.1 standard. The standard defines the requirements for phasor estimation, presenting tests and a methodology to evaluate the algorithms performance. Thus, the standard defines the time tag and data patterns, some synchronization methods, and message examples, simplifying the communication requirements. Despite defining all these parts, the standard does not state which estimation algorithm should be used, making room for the use of various methods, since the standard precision is met. In this context, this work analyzes some phasor estimation algorithms defined in the literature, evaluating their behavior for some cases. It was adopted the recursive and non-recursive versions of the methods: Discrete Fourier Transform, Least Squares and Discrete Wavelet Transform. They were submitted to the standard signals, evaluating the Total Vector Error, time delays, and overshoots. The algorithms were also embedded in hardware (named PC104) and evaluated by real time simulated signals, measured by the PC104 using the analog outputs of a Real Time Digital Simulator.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta. / Protection systems play a critical role in the safety and reliability of electric power systems. The non-operation or wrong operation of protective relays during a fault in a network element can evolve to a systemic event in large scale (blackout). These events bring risks and high economic losses to society. Despite the high cost and complexity, the protection of synchronous generators has not received much attention in the literature devoted to protection of other network elements, such as transmission lines. This stems from the smaller number of generators in the network and also the idea that the faults in this type of equipment are less frequent. This research discusses the main aspects involved in the design of a protection system for large synchronous generators. Initially, it discusses the key concepts of interest to the generation protection. Particular attention is given to grounding techniques and the criteria adopted for the design of grounding resistors used in those equipment. Then the main protection functions applicable to generators are presented, particularly those related to fault detection in the stator windings. The criteria for setting the parameters of these functions are also discussed. After that, the use of a laboratory shelf, based on Real-Time Digital Simulator (RTDS) for testing and analysis of the protection system, is described in order to validate the correct performance in face of possible operating conditions in the field. Finally, a study case is developed using the concepts developed throughout the research. Then, the design and implementation of the protection system of generators of a hypothetical hydroelectric plant are carried out. To evaluate and analyze the performance of this example network protection system, parameterized up IED G60 (GE) and held numerous simulations in the proposed test platform.