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Desenvolvimento de regulador de velocidade para turbina Indalma com sintonia PID baseado em Otimização por Enxame de Partículas (PSO)Alves, Kariston Dias 02 February 2018 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-11T20:16:00Z
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Previous issue date: 2018-05-15 / Fundação Rondônia de Amparo ao Desenvolvimento das Ações Científicas e Tecnológicas e à Pesquisa do Estado de Rondônia (FAPERO). / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um regulador de velocidade para a Turbina Indalma, que surgiu como uma alternativa para atender comunidades isoladas da amazônia, dada sua robustez, simplicidade de operação e baixo impacto ambiental. No entanto, era necessária a implementação de um regulador de velocidade afim de otimizar o ganho no seu potencial mecânico, aumentando assim a capacidade de geração elétrica. Deste modo, propôs-se o projeto e construção de um regulador de velocidade, que fosse de fácil instalação, de baixo custo, mantivesse o padrão de robustez do equipamento, possuísse um método fácil e eficiente de sintonia dos parâmetros do controlador, de modo a garantir a máxima eficiência, estabilidade da máquina e otimização do controle utilizado. Para este fim, é apresentada uma análise preliminar da problemática que envolve este tema, sua importância, bem como uma análise da turbina em questão. É feita a modelagem da turbina, via diagrama de blocos, a nível de sistema, com: 1) modelo linear, 2) modelo simplificado, 3) modelo linearizado e 4) modelo não linear, comparando os 4 modelos propostos com a resposta do sistema real. São apresentadas as fases de projeto e desenvolvimento dos componentes: mecânico, eletrônico e supervisório SCADA desenvolvidos para esta aplicação. Ademais, apresenta-se o desenvolvimento de um controlador PID embarcado na placa eletrônica, onde serão implementadas e testadas 3 diferentes sintonias, sendo elas: sintonia manual e duas sintonias via Otimização por Enxame de Partículas - PSO, através dos modelos linear e simplificado, que são apresentados no capítulo 3. Todas as etapas foram desenvolvidas e testadas no laboratório de sistemas hidrelétricos da Universidade de Brasília - UnB, afim de garantir a viabilidade e exequibilidade necessárias para implementação in Loco da tecnologia desenvolvida. Na fase de testes e validação da proposta, foram realizados 12 testes para cada uma das sintonias, afim de analisar o comportamento do sistema. Uma função custo é apresentada com a qual verifica-se todas as respostas e, deste modo, chega-se a um resultado da melhor sintonia testada. Por fim, têm-se a sintonia utilizado PSO baseado no modelo linear como a melhor resposta, dado os parâmetros analisados. / This work presents the development of a speed regulator for Indalma Turbine, which emerged as an alternative to attend isolated communities of the amazon, given their robustness, simplicity of operation and low environmental impact. However, it was necessary to implement a speed regulator in order to optimize the gain in its mechanical potential, thus increasing the electric generating capacity. In this way, the design and construction of a speed regulator for the Indalma turbine, which is easy to install, low cost, maintain the standard of robustness of the equipment, which has an easy and efficient method of tuning the parameters of the controller, in order to ensure maximum efficiency, stability of the machine and optimize the control used. For this purpose, a preliminary analysis is presented of the issues involved in this theme, their importance, as well as an analysis of the turbine in question. The turbine modeling is done, via block diagram, with: 1) linear model, 2) simplified model, 3) linearized model and nonlinear model, comparing the 4 proposed models with the real system response. The phases of design and development of the mechanical, electronic and SCADA supervisory components developed for this application is also presented. In addition, it is shown the development of a PID controller boarded on the electronic board, where three different tunings will be implemented and tested, being: manual tuning and two tunings via Particle Swarm Optimization (PSO) through linear and simplified models, which is presented in Chapter 3. All the steps were developed and tested in the laboratory of hydroelectric systems of the University of Brasília - UnB - Brazil, in order to guarantee the feasibility necessary for the implementation of the developed technology. In the phase of testing and validation of the proposal, 12 tests were performed for each of the tunings, in order to analyze the behavior of the system. A cost function is presented which all the answers are verified and, thus, one arrives at a result of the best tuned test. At least, we have the tuning used PSO based on the linear model as the best answer, given the parameters analyzed.
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Análise de um regulador de velocidade digital para a Usina Hidroelétrica de Curuá-UnaARAGON, Luis David Gonçalves 21 January 2011 (has links)
Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-06-05T13:42:18Z
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Previous issue date: 2011 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Analisa uma proposta de um controlador digital para o regulador de velocidade da Usina Hidroelétrica de Curuá-Una, utilizando duas estratégias de projeto, a estratégia indireta com o projeto do controlador sendo feito no plano contínuo e depois discretizado e a estratégia direta, em que o controlador é projetado inteiramente no plano discreto. O conhecimento gerado no simulador é de grande importância, pois é uma das grandes ferramentas para avaliar o comportamento dos controladores digitais propostos, em ambiente seguro. O estudo dos
controladores também permite uma substituição de equipamentos antigos, com produção descontinuada, por equipamentos novos que permitem a confecção de controladores modernos, digitais e inteligentes, que proporcionam uma substituição de técnicas antigas de
controle por estratégias avançadas de controle, maximizando o rendimento do sistema em condições adversas de operação. O trabalho levanta as diferenças, vantagens e desvantagens de cada controlador, com o objetivo de auxiliar na escolha do controlador mais adequado para projetos de controladores avançados: tipo um controle adaptativo, controle fuzzy ou controle
neural. As dificuldades de projeto e os resultados das simulações foram os principais
indicadores na avaliações dos dois RV digitais projetados. De uma forma geral o RV digital direto apresentou melhor desempenho, estabilidade e menor esforço computacional,
entretanto, o RV digital indireto mostrou desempenho similar, menor degradação devido às não linearidades e ao menor esforço de projeto. / This paper makes an analyze of a digital controller for the speed control in a
hydroelectric factory of Curuá-Una. It’s used two design strategies, one that uses the
indirect approach where the controller design is still done on the continues plane and then discretized and direct strategy , where the controller is designed entirely in the discrete plane. The knowledge generated using simulated tests is of great
importance because it is one of the major tools to evaluate the performance of digital
controllers in a secure environment. The study also contribute with the replacement
of old equipment ( with a discontinued production) for digitalized equipment that allow the implementation of modern controllers, this way providing the replacement of classic continues controllers for advanced modern digital controllers, maximizing the efficiency of the system under adverse operation conditions. The work raises the differences, advantages and disadvantages of each controller, in order to assist in choosing the most suitable driver for the design of advanced controllers: adaptive control, fuzzy control or neural control. The difficulties of design and simulation results were the main indicators in assessments of the two digital speed regulator (SR) projected. In overall the SR Direct Digital had the best performance, stability and less effort, however, SR indirect digital performance showed similar, less degradation due to nonlinearities and less design effort.
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Análise da estabilidade de pequenas centrias hidrelétricas em operação isolada / Stability analysis of small hydroelectric plant in isolated operationKarnikowski, Douglas de Castro 21 March 2016 (has links)
Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Islanding occurs when a part of the electrical system is supplied solely by a unit or group of distributed generators isolated from the main electrical network. When the center of Distributed Generation (DG) operates connected to the electrical system, the stability depends especially on the inertia of the large power generation plants. However, when DG operates in isolation, the stability depends on the response from controllers, the dynamics of the turbine and generator to maintain the system in normal operation. Due to the low inertia of the isolated system, the network is more susceptible to sags or swells and violations in the frequency levels. Thus, this work aims to analyze the stability of systems with DG operating in isolation, making sure that it can keep the stress levels and appropriate frequency. Dynamic simulation system are performed in Matlab Simulink® environment using the SimPowerSystems library, where the case study is carried out with a DG type Small Hydroelectric Plant (SHP), analyzing the stability of microgrid upon disconnection with the system main and stand-alone operation (load shedding, load connection, short circuit, among other contingencies). It is also observed the behavior of the microgrid in cases of restoration of power supply through the start of DG operating in isolation. / O ilhamento ocorre quando uma parte do sistema elétrico é suprida unicamente por uma unidade ou grupo de geradores distribuídos isolados da rede elétrica principal. Quando a central de Geração Distribuída (GD) opera conectada ao sistema elétrico, a estabilidade depende especialmente da inércia das grandes centrais de produção de energia. No entanto, quando a GD opera em modo isolado, a estabilidade depende da resposta dos controladores, da dinâmica da turbina e do gerador para manter a rede elétrica em operação adequada. Devido à baixa inércia do sistema isolado, a rede fica mais susceptível a afundamentos e/ou elevações de tensão e violações nos níveis de frequência. Desta forma, este trabalho tem o objetivo de analisar a estabilidade de sistemas com GD operando no modo isolado, verificando se a mesma pode manter os níveis de tensão e frequência adequados. As simulações dinâmicas são realizadas em ambiente Matlab® Simulink®, utilizando a biblioteca SimPowerSystems, onde o estudo de caso é realizado com uma GD do tipo Pequena Central Hidrelétrica (PCH), analisando a estabilidade da microrrede no momento da desconexão do sistema principal e em operação isolada (rejeição de carga, conexão de cargas, curto-circuito, entre outras contingências). Também é verificado o comportamento da microrrede em casos de recomposição do fornecimento de energia através da partida da GD em operação isolada.
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Análise da estabilidade de sistemas de potência via ATP e comparação dos resultados com o PSAT / Power system stability analysis using ATP and comparison of results with PSATFerreira, Gislene Cristiane de Lima 20 September 2012 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study had as main objective to perform the modeling and analysis of transient stability of a typical electric power system. The second goal, also important, was to assess the feasibility of using ATP (Alternative Transients Program) as a computer tool for simulation of transient stability. The system focused here is comprised of nine busses with three generators, one hydraulic and the other two with thermal characteristics. All the system machines were equipped with voltage regulators and speed governor in ATP software. The technical issues studied here refer to the analysis of system stability after a disturbance, such as: three-phase short-circuit, load loss and generation outage. The results show that ATP software performs satisfactorily the transient stability analysis. This fact can also be proved by comparing the results obtained from ATP with those from simulations with PSAT (Power System Analysis Toolbox). For this purpose some adjustments were necessary in the graphical results since ATP works in time domain while PSAT program operates in the frequency domain. / Este trabalho teve como principal objetivo realizar a modelagem e a análise da estabilidade transitória de um sistema elétrico de potência típico. O segundo objetivo, também importante, consistiu em avaliar a viabilidade de se utilizar o ATP (Alternative Transients Program) como uma ferramenta computacional para simulação de estabilidade transitória. O sistema aqui enfocado é composto por nove barramentos com três unidades geradoras, uma com característica hidráulica e as outras duas com características térmicas. Todas as máquinas do sistema foram equipadas com reguladores de tensão e velocidade no programa ATP. As questões técnicas estudadas aqui se referem à análise da estabilidade do sistema após uma perturbação, sendo elas: falta trifásica, perda de carga e saída de geração. Os resultados mostram que o software ATP realiza satisfatoriamente a análise de estabilidade transitória. Este fato pode também ser comprovado pela comparação dos resultados obtidos com o ATP com aqueles provenientes de simulações com o PSAT (Power System Analysis Toolbox). Para este propósito foi necessário realizar alguns ajustes nos resultados gráficos já que ATP trabalha no domínio do tempo enquanto que o programa PSAT opera no domínio da frequência, tais como: transformação de alguns gráficos fornecidos pelo ATP em pu. / Mestre em Ciências
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Estudos de desempenho dinâmico de geradores síncronos de produtores independentes em sistemas de geração distribuída via ATPDraw / Dynamic performance studies of synchronous generators of independent producers in distributed generation systems via ATPDrawPeres, Larissa Marques 19 July 2013 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to analyze the dynamic performance of a synchronous
generator and its controls in a distributed generation system, as well as evaluate
the impacts of its operation when connected to the distribution grid, using for
this task the ATPDraw interface/tool of software ATP.
Within this context, it is firstly necessary to obtain suitable models to
represent the synchronous machine control systems (voltage regulator, speed
governor and stabilizer system) in ATPDraw.
Furthermore, for stability analysis, it is developed a mathematical
technique to calculate the machine power angle which is represented in
ATPDraw by a device (icon).
The adjustments of voltage and speed control system parameters are
performed by some adopted procedures which are verified using two electric
systems: the first one with a synchronous generator connected to the distribution
grid; and the second with three distinct generators forming a multimachine
system. In these systems some disturbances are applied such as load shedding
and short-circuit to accomplish the studies.
Finally, with the previous results, it is carried out some dynamic
performance studies of a synchronous generator of an independent producer
connected to a distribution grid so as to assess aspects of power quality (voltage
magnitude), stability and to evaluate the influence of machine controls during
the system response for a given load shedding. / Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho dinâmico de um
gerador síncrono e seus controles, num sistema de geração distribuída, assim
como avaliar os impactos causados por este quando da sua operação conectado
às redes de distribuição, utilizando a interface ATPDraw do software ATP.
Neste contexto, é primeiramente necessário obter modelos adequados para
representar os sistemas de controle da máquina síncrona (regulador de tensão e
regulador de velocidade e estabilizador do sistema) no ATPDraw.
Além disso, para análise de estabilidade é desenvolvido uma técnica
matemática para o cálculo do ângulo de potência da máquina a qual é
representada no ATPDraw por um dispositivo (ícone).
Para ajustar os parâmetros dos sistemas de controle de tensão e de
velocidade são apresentados alguns procedimentos adotados, sendo estes
verificados por meio de dois sistemas elétricos: o primeiro com um gerador
síncrono conectado a uma rede de distribuição; e o segundo composto por três
geradores distintos formando um sistema multimáquinas. Nesses sistemas são
aplicados distúrbios do tipo rejeição de carga e curto-circuito para realização dos
estudos.
Finalmente, com os resultados obtidos anteriormente, são realizados
estudos do desempenho dinâmico de um gerador síncrono de um produtor
independente, conectado a rede de distribuição, para avaliar aspectos de
qualidade de energia (magnitude de tensão), de estabilidade e verificar as
influências dos controles da máquina durante a resposta do sistema para uma
dada rejeição de carga. / Mestre em Ciências
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[en] VALIDATION OF SYSTEMIC DYNAMIC SIMULATIONS USING SYNCHROPHASOR DATA / [pt] VALIDAÇÃO DE SIMULAÇÕES DINÂMICAS SISTÊMICAS UTILIZANDO REGISTROS SINCROFASORIAIS03 November 2020 (has links)
[pt] Os Sistemas de Energia Elétrica (SEE) operam de acordo com limites de
segurança definidos pelo planejamento da operação através de simulações
computacionais. Portanto, os componentes da rede elétrica devem ser devidamente
modelados para garantir uma operação segura e econômica. A tecnologia
dos sistemas de medição fasorial sincronizada permite a obtenção de registros
de distúrbios reais, que podem ser comparados com simulações para verificar
sua aderência. Tem-se verificado nos atuais SEE diferenças entre os registros e
as simulações computacionais dos eventos observados. Tais diferenças têm
ocorrido também no Sistema Interligado Nacional (SIN), principalmente em relação
ao desvio de frequência, sendo a resposta simulada menos severa quando
comparada ao comportamento observado, podendo levar o SIN a operar em um
ponto inseguro com risco de atuação de esquemas regionais de alívio de carga.
Nesta dissertação são avaliados os modelos de usinas hidráulicas e termoelétricas
e os parâmetros que podem influenciar significativamente a resposta das
simulações, com ênfase no desempenho da frequência. Distúrbios que ocorreram
no SIN são reproduzidos utilizando casos de tempo real, construídos a partir
dos dados de estimadores de estado, em conjunto com uma base de modelos
dinâmicos. Os resultados das simulações são comparados com os registros reais
obtidos pelas PMUs (Phasor Measurement Unit) instaladas no SIN. Parâmetros
como altura de queda, resposta dos reguladores de velocidade e modelagem
dinâmica e estática das cargas são investigados. Impactos e simulações do
fenômeno multi-infeed são apresentados. Os resultados obtidos mostram a necessidade
de melhorias nos modelos e nos parâmetros de entrada das simulações
de transitórios eletromecânicos do SIN. Ressalta-se a importância da contínua
validação sistêmica e específica dos modelos para o planejamento da operação
do SIN. / [en] Electric power systems (EPS) operate according to safety limits defined by
the operation planning assessed through computer simulations. Therefore, the
components of the electrical grid must be properly represented to ensure secure
and economical operation. The technology of synchronized phasor measurement
systems allows to obtain records of actual faults, which can be compared to
simulation results to check their accuracy. Differences between records and
computer simulations of the observed events have been verified in the current
EPS. Such differences have also occurred in the Brazilian interconnected system
(BIS), mainly related to frequency deviations, with the simulated response being
less severe when compared to the observed performance. This may lead the BIS
to operate under unsafe conditions, with risk of activating regional protection
schemes for load shedding; a possible hasty and undesirable action. In this dissertation, the models of hydraulic and thermoelectric power plants and other parameters that can significantly influence the response of simulations are evaluated, with an emphasis on frequency performance. Disturbances that occurred in the BIS are reproduced using real-time cases, built from state estimator data,
together with a collection of dynamic models. The simulation results are compared
with the actual records obtained by PMUs (Phasor Measurement Units)
installed in the BIS. Parameters such as hydropower head, response of speed
regulators and dynamic and static modeling of loads are explored. Impacts and
simulations of the multi-infeed phenomenon are also presented. The results show
the need for improvements in the models and simulation input parameters of
electromechanical transient studies of the BIS. There is a continuous need to
observe the systemic and specific validation of models for planning and operation
of the BIS.
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