Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

LIMA, R. S. G. Autosintonia de controladores PI para malha de corrente de uma máquina à relutância variável. 2006. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by João silva (jpauloqxb@gmail.com) on 2016-06-08T15:46:44Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_rsglima.pdf: 2029024 bytes, checksum: 4f565b599a99558403906ef5db4cd7d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-07-25T13:36:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_rsglima.pdf: 2029024 bytes, checksum: 4f565b599a99558403906ef5db4cd7d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T13:36:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_rsglima.pdf: 2029024 bytes, checksum: 4f565b599a99558403906ef5db4cd7d7 (MD5) Previous issue date: 2006-03 / This work has as objective to drive of a the variable reluctance machine with current loop, controlled through a controller PI (Proportional Integral). The parameters of the controller are auto-tuning through of one technique of identification using the method of relay. A great number of auto-tuning methods can be found in literature, which if they mainly differentiate for the amount of required information. In the case of the method developed in this work, a strategy searched that requested one reduced number of parameters keeping the amount of necessary information for auto-tuning of the controller. The auto-tuning implemented in this work is based on the method relay reference, in which to get the critical parameters of the process presumes the generation of symmetrical oscillations (cycles limits) during the feeding the relay. This type of applied methodology the identification of processes, assures the integrity of the drive system, besides having as main advantage its simplicity of execution. How much to the methods of tuning of controller PI of the current loop. The traditional method of auto-tuning is implemented whose the parameters had been gotten by Ziegler-Nichols, and a method modified in the direction to become more flexible the specifications given for phase and gain for the closed loop. The implementation of the algorithm of controller PI was elaborated in language C, with a hardware structure type computer, thus including a board of developed acquisition and a converter asymmetric half bridge, responsible for the direct feeding of the phases of the machine according to a keying strategy. They are presented resulted experimental of the drive system. / Este trabalho tem como objetivo o acionamento de uma máquina a relutância variável com malha de corrente, controlado através de um controlador PI (Proporcional Integral). Os parâmetros do controlador são autosintonizado através de uma técnica de identificação utilizando o método do relê. Um grande número de métodos de autosintonia pode ser encontrado na literatura, os quais se diferenciam principalmente pela quantidade de informações requeridas. No caso do método desenvolvido neste trabalho, buscou-se uma estratégia que solicitasse um reduzido número de parâmetros mantendo a quantidade de informações necessárias para autosintonia do controlador. A auto-sintonia implementada neste trabalho é baseada no método referência relé, na qual para obter os parâmetros críticos do processo presume a geração de oscilações simétricas (ciclos limites) durante a alimentação a relé. Este tipo de metodologia aplicada a identificação de processos, assegura a integridade do sistema de acionamento, além de ter como vantagem principal a sua simplicidade de execução. Quanto aos métodos de sintonia do controlador PI das malhas de corrente. Implementa-se um método de autoajuste tradicional cujos parâmetros foram obtidos por Ziegler-Nichols, e um método modificado no sentido de tornar mais flexível as especificações dadas por fase e ganho para a malha fechada. A implementação do algoritmo do controlador PI foi elaborada em linguagem C, com uma estrutura de hardware tipo computador, incluindo assim uma placa de aquisição desenvolvida e um conversor meia ponte assimétrica, responsável pela alimentação direta das fases da máquina segundo uma estratégia de chaveamento. São apresentados resultados experimentais do sistema de acionamento.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-02-11T14:32:55Z No. of bitstreams: 1 TeseOmar VERFINAL.pdf: 7899735 bytes, checksum: 64ad3789af21bfdc665928cc701c3e5f (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-02-11T14:33:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseOmar VERFINAL.pdf: 7899735 bytes, checksum: 64ad3789af21bfdc665928cc701c3e5f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-11T14:33:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseOmar VERFINAL.pdf: 7899735 bytes, checksum: 64ad3789af21bfdc665928cc701c3e5f (MD5) / Nesta tese é apresentada a análise e o projeto de amplificadores de tensão e corrente de tal forma que estes sejam empregados em testes de relés. Em uma primeira etapa, sãoo gerados sinais para testes de relés de até a 20th harmônica. A topologia de conversores classe D, usados em diversas aplicações em 50/60Hz foi utilizado para manter os valores de picos nominais produzidos por transformadores de tensão e de corrente convencionais. A análise dos amplificadores a respeito da estabilidade, é realizada através do método do Lugar Geométrico das Raízes (LGR), que, diferentemente do método tradicional do LGR, este é modificado e mantém a realimentação constante e a carga variável na entrada do relé. A análise da resposta em frequência, com diferentes valores de carga, foi realizada. Em uma segunda etapa deste trabalho, procurou-se estender a faixa na geração de sinais arbitrárias até a 50th harmônica em testes em relés de proteção e corrigir os desvios de fase e de magnitude no projeto dos amplificadores de tensão e de corrente. Foi proposta a compensação em frequência baseado num filtro adaptativo FIR, no qual os parâmetros do filtro são calculados através um algoritmo LMS entre a saída dos amplificadores e o sinal de referência. Os efeitos compensados pelo filtro adaptativo FIR, que limitam a geração de sinais nos amplificadores de tensão e de corrente, são devidos à taxa de amostragem que define a frequência de chaveamento dos IGBTs, isto é, as não-linearidades do segurador de ordem zero e o atraso computacional. Esta compensação produz valores em magnitude e fase, que são introduzidos por um filtro FIR na entrada dos amplificadores e assim produz os sinais desejados. Para a geração dos sinais de teste, os sinais de referência são armazenados num computador e reproduzidos, usando a saída analógica deste, condicionada para a entrada do amplificador. Os controladores dos amplificadores foram implementados por meio de um Processador Digital de Sinais (DSP) com Modulação por Largura de Pulso (PWM) e uma ponte monofásica IGBT. As análises teórica e numérica mostram que é possível estender a faixa de geração de frequências do amplificador de tensão e corrente, produzindo sinais de até a 50th harmônica com a inserção de um filtro adaptativo FIR. Resultados de simulações e resultados experimentais são apresentados para faltas típicas, incluindo componentes harmônicas em regimes estacionário e transitório.

A proteção diferencial é o esquema preferido para proteção de equipamentos e linhas de transmissão. A proteção diferencial exige que informações de todos terminais de zona sob proteção sejam usados para calcular a corrente diferencial. Se esta corrente excede um determinado limite significa que uma falta pode existir na zona protegida. Tais cálculos devem ser executados em cada terminal, consequentemente deve existir um rápido canal de comunicação entre todos os terminais de linha. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do algoritmo de uma proteção diferencial digital de linhas de transmissão com compensação em série. O algoritmo proposto foi implementado em Matlab e foi testado com os mais diferentes tipos de faltas simuladas no programa ATP (Alternative Transients Program). Os resultados comprovam o correto funcionamento do algoritmo. O uso de tecnologias atuais de sincronização por GPS (Global Positioning System) e transmissão de dados em banda larga, resolvem antigos problemas da implementação de proteções diferenciais em linhas de transmissão. / The differential protection is the preferred scheme to protect equipment and transmission lines. The differential protection needs information from all terminals of a protected zone to be used to calculate the differential current. If the current exceeds the threshold level, it means that a fault may exist in the protected zone. These computations must be made on each terminal, consequently a fast communication channel connecting all terminals must exist. This work presents the development of a digital differential protection algorithm for series compensated transmission lines. The algorithm was implemented in Matlab and it was tested with the most different variety of faults simulated with ATP (Alternative Transients Program) software. The results proved the correct operation of the algorithm. The use of modern technologies of synchronization such as GPS (Global Positioning System) and data transmission by wide band solved old problems presented by the implementation of differential protection in transmission lines.

A proteção diferencial é o esquema preferido para proteção de equipamentos e linhas de transmissão. A proteção diferencial exige que informações de todos terminais de zona sob proteção sejam usados para calcular a corrente diferencial. Se esta corrente excede um determinado limite significa que uma falta pode existir na zona protegida. Tais cálculos devem ser executados em cada terminal, consequentemente deve existir um rápido canal de comunicação entre todos os terminais de linha. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do algoritmo de uma proteção diferencial digital de linhas de transmissão com compensação em série. O algoritmo proposto foi implementado em Matlab e foi testado com os mais diferentes tipos de faltas simuladas no programa ATP (Alternative Transients Program). Os resultados comprovam o correto funcionamento do algoritmo. O uso de tecnologias atuais de sincronização por GPS (Global Positioning System) e transmissão de dados em banda larga, resolvem antigos problemas da implementação de proteções diferenciais em linhas de transmissão. / The differential protection is the preferred scheme to protect equipment and transmission lines. The differential protection needs information from all terminals of a protected zone to be used to calculate the differential current. If the current exceeds the threshold level, it means that a fault may exist in the protected zone. These computations must be made on each terminal, consequently a fast communication channel connecting all terminals must exist. This work presents the development of a digital differential protection algorithm for series compensated transmission lines. The algorithm was implemented in Matlab and it was tested with the most different variety of faults simulated with ATP (Alternative Transients Program) software. The results proved the correct operation of the algorithm. The use of modern technologies of synchronization such as GPS (Global Positioning System) and data transmission by wide band solved old problems presented by the implementation of differential protection in transmission lines.

Um sistema elétrico de potência agrega toda a estrutura pela qual a energia elétrica percorre, desde a sua geração até o seu consumo final. Nas últimas décadas observou-se um significativo aumento da demanda e, consequentemente, um aumento das interligações entre sistemas, tornando assim a operação e o controle destes extremamente complexos. Com o fim de obter a desejada operação destes sistemas, inúmeros estudos na área de Proteção de Sistemas Elétricos são realizados, pois é sabido que a interrupção desses serviços causam transtornos que podem assumir proporções desastrosas. Em sistemas elétricos malhados, nos quais as correntes de curto-circuito podem ser bidirecionais e podem ter intensidades diferentes devido a alterações topológicas nos mesmos, coordenar relés de sobrecorrente pode ser uma tarefa muito trabalhosa caso não haja nenhuma ferramenta de apoio. Neste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia eficiente que determine os ajustes otimizados dos relés de sobrecorrente direcionais instalados em sistemas elétricos malhados de forma a garantir a rapidez na eliminação da falta, bem como a coordenação e seletividade, considerando as várias intensidades das correntes de curto-circuito. Seguindo essa linha de raciocínio, observou-se que o uso de técnicas metaheurísticas para lidar com o problema da coordenação de relés é capaz de alcançar resultados significativos. No presente projeto, dentre os algoritmos inteligentes estudados, optou-se por pesquisar a aplicação do Algoritmo Enxame de Partículas Evolutivo (Evolutionary Particle Swarm Optimization) por este apresentar como características as vantagens tanto do Algoritmo Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization) quanto as dos Algoritmos Genéticos, possuindo assim grande potencial para solução destes tipos de problemas. / An electric power system aggregates all the structure in which the electric energy travels, from its generation to the final user. In the last decades it has been observed a significative increase of the demand and, consequently, an increment of the number of interconnections between systems, making the operation and control of them extremely complex. Aiming to obtain a good operation of this kind of systems, a lot of effort in the research area of power system protection has been spent, because it is known that the interruption of this service causes disorders that may assume disastrous proportions. In meshed power systems, in which the shortcircuit currents might be bidirectional and might have different magnitudes due to topological changes on them, to coordinate overcurrent relays may be a really hard task if you do not have a support tool. Look in this context, this work aims the development of and efficient methodology thats determine the optimal parameters of the directional overcurrent relays in a meshed electric power system ensuring the quickness in the fault elimination, as well as the coordination and selectivity of the protection system, considering the various intensities of the short-circuit currents. Maintaining this line, it has been noticed that the use of metaheuristics to deal with the problem of relay coordination is capable of achieving promissory results. In the present research, among the studied intelligent algorithms, it was chosen to use in it the Evolutionary Particle Swarm Optimization, due to its features thats is the advantages of the Particle Swarm Optimization as well as the Genetic Algorithms ones, hence it has great potential do solve theses kind of problems.

Um sistema elétrico de potência agrega toda a estrutura pela qual a energia elétrica percorre, desde a sua geração até o seu consumo final. Nas últimas décadas observou-se um significativo aumento da demanda e, consequentemente, um aumento das interligações entre sistemas, tornando assim a operação e o controle destes extremamente complexos. Com o fim de obter a desejada operação destes sistemas, inúmeros estudos na área de Proteção de Sistemas Elétricos são realizados, pois é sabido que a interrupção desses serviços causam transtornos que podem assumir proporções desastrosas. Em sistemas elétricos malhados, nos quais as correntes de curto-circuito podem ser bidirecionais e podem ter intensidades diferentes devido a alterações topológicas nos mesmos, coordenar relés de sobrecorrente pode ser uma tarefa muito trabalhosa caso não haja nenhuma ferramenta de apoio. Neste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia eficiente que determine os ajustes otimizados dos relés de sobrecorrente direcionais instalados em sistemas elétricos malhados de forma a garantir a rapidez na eliminação da falta, bem como a coordenação e seletividade, considerando as várias intensidades das correntes de curto-circuito. Seguindo essa linha de raciocínio, observou-se que o uso de técnicas metaheurísticas para lidar com o problema da coordenação de relés é capaz de alcançar resultados significativos. No presente projeto, dentre os algoritmos inteligentes estudados, optou-se por pesquisar a aplicação do Algoritmo Enxame de Partículas Evolutivo (Evolutionary Particle Swarm Optimization) por este apresentar como características as vantagens tanto do Algoritmo Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization) quanto as dos Algoritmos Genéticos, possuindo assim grande potencial para solução destes tipos de problemas. / An electric power system aggregates all the structure in which the electric energy travels, from its generation to the final user. In the last decades it has been observed a significative increase of the demand and, consequently, an increment of the number of interconnections between systems, making the operation and control of them extremely complex. Aiming to obtain a good operation of this kind of systems, a lot of effort in the research area of power system protection has been spent, because it is known that the interruption of this service causes disorders that may assume disastrous proportions. In meshed power systems, in which the shortcircuit currents might be bidirectional and might have different magnitudes due to topological changes on them, to coordinate overcurrent relays may be a really hard task if you do not have a support tool. Look in this context, this work aims the development of and efficient methodology thats determine the optimal parameters of the directional overcurrent relays in a meshed electric power system ensuring the quickness in the fault elimination, as well as the coordination and selectivity of the protection system, considering the various intensities of the short-circuit currents. Maintaining this line, it has been noticed that the use of metaheuristics to deal with the problem of relay coordination is capable of achieving promissory results. In the present research, among the studied intelligent algorithms, it was chosen to use in it the Evolutionary Particle Swarm Optimization, due to its features thats is the advantages of the Particle Swarm Optimization as well as the Genetic Algorithms ones, hence it has great potential do solve theses kind of problems.

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de \"software\" para proteção digital das linhas de transmissão. Com esse propósito são implementados relés de distância com características quadrilaterais e adaptativas. Um \"software\" básico para este fim consiste de várias etapas como: detecção da falta, filtragem digital, classificação da falta, cálculo da impedância aparente e verificação das zonas de proteção. Na etapa de filtragem digital das ondas, é utilizada a Transformada Discreta de Fourier (TDF) para a extração dos componentes fundamentais de tensão e corrente. A característica quadrilateral mostra-se eficiente para determinadas condições de operação fixas do sistema, mas seu desempenho é comprometido quando ocorrem mudanças das mesmas. Para solucionar este problema, é introduzida a teoria de relés adaptativos onde a característica de abertura do relé digital muda com as alterações nas condições de operação do sistema, mantendo-se assim a eficiência da proteção. / The objective of this work is the development of a software for digital protection of transmission lines. For this purpose relays of distance with Quadrilateral and Adaptive characteristics are implemented. A basic software with this aim consists of several steps such as: detection of the fault, digital filtering of the faulted waves, classification of the fault, impedance calculation and verification of the protection zones. For the digital filtering purpose, the Fourier Discret Transform, is used in order to extract the fundamental phasors of voltages and currents. Quadrilateral characteristcs are shown to be effective under certain operation conditions of the system, but its performance is not so efficient when those conditions are changed. In order to solve these problems, the theory of adaptive relays was introduced whereby the characteristic of digital relay changes according to the alterations in the conditions of the system operation, and by these means the protection is kept efficient.

Nas subestações das grandes concessionárias de distribuição de energia elétrica coexistem sistemas de proteção com diferentes tecnologias, formados por relés eletromecânicos, estáticos e digitais, que, em alguns casos, continuarão funcionando por algumas décadas. Essa diversidade de tecnologias implica em sistemas com características de hardware e software diferentes, o que dificulta a implantação de funcionalidades locais e remotas que sejam interoperáveis. Dessa forma, torna-se interessante desenvolver um sistema baseado nas diferentes plataformas de proteção do mercado, com o objetivo de integrar as informações dos relés de proteção de diferentes tecnologias e que se comunicam através de protocolos distintos, criando uma base de dados homogênea. Para isso é necessário realizar uma coleta de dados provenientes dos vários relés de proteção e disponibilizar as informações do sistema de proteção para uma base de dados, através de uma interface de protocolos, onde essas informações possam ser tratadas de maneira uniforme e organizadas de forma estruturada, otimizando a funcionalidade local da instalação e podendo alimentar um sistema central de gestão. / In substations of large electric power distribution companies coexist protection systems with different technologies, comprised of electromechanical, static and digital relays that, in some cases, will continue to work for a few decades. This technology diversity implies in systems with different features of hardware and software, which hampers the implementation of local and remote functionalities that are interoperable. It would be interesting to develop a system based on integrated functional use of different protection platforms on the market, aiming to integrate the information of protective relays from different technologies that communicate with different protocols, creating a homogeneous database. It would be necessary a collection of data from the various protection relays that, through an interface protocols, provide information from the protection system for a database where information can be treated uniformly and organized in a structured manner, optimizing the local functionalities and feeding a central management system.

Este trabalho apresenta um estudo de viabilidade de um Sistema de Monitoramento de Baixo Custo (SMBC), por meio da observação de ganhos operacionais no caso de serem agregadas funções de monitoramento e controle aos relés eletrônicos dos protetores (equipamentos religadores do sistema de distribuição reticulado), visando a melhoria da qualidade no fornecimento de energia elétrica através da redução dos tempos de reação das concessionárias às falhas, do aumento da vida útil dos equipamentos e redução dos custos operacionais. Um relé para protetores de rede com características apropriadas foi desenvolvido pela empresa Futura, testado nos laboratórios do IEE/USP e instalado em campo, dentro do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da ANEEL com a concessionária Companhia Energética de Brasília. A operação foi acompanhada por 13 meses avaliando as novas possibilidades de operação remota, os benefícios para a concessionária e os ganhos sociais. Os benefícios do uso do sistema, os ganhos operacionais, gerenciais e sociais, são relatados constatando a viabilidade técnica e econômica da adoção do sistema. Ao final, recomendações para a continuidade da pesquisa são feitas / This work presents a viability study for a Low-cost Monitoring System (SMBC), through the examination of the operational improvements on electrical network distribution systems when new functions are added to network protectors relays allowing remote monitoring and control using typical automation protocols. The improvements on energy supply quality by reducing response times to failures, extension of equipment life and pro-active actions are also evaluated. A network protector relay with the new features have been developed by Futura Automação and tested in the IEE/USP laboratories, within a Research & Development program promoted by the national electrical energy regulator, ANEEL, and the utility Companhia Energética de Brasília (CEB). The 7 new relays have been installed for field operation and for evaluation of the new possibilities of operation and possible gains for the utility took place in 13 months of continuous operation. The benefits, operational improvements, management and social gains are described assuring the technical and economical viability of the system. Recommendations for future research are made