Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OdailsonCO_DISSERT.pdf: 807518 bytes, checksum: 6b1541fcc8435e2f642b214f2496487c (MD5) Previous issue date: 2011-07-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / An alternative nonlinear technique for decoupling and control is presented. This technique is based on a RBF (Radial Basis Functions) neural network and it is applied to the synchronous generator model. The synchronous generator is a coupled system, in other words, a change at one input variable of the system, changes more than one output. The RBF network will perform the decoupling, separating the control of the following outputs variables: the load angle and flux linkage in the field winding. This technique does not require knowledge of the system parameters and, due the nature of radial basis functions, it shows itself stable to parametric uncertainties, disturbances and simpler when it is applied in control. The RBF decoupler is designed in this work for decouple a nonlinear MIMO system with two inputs and two outputs. The weights between hidden and output layer are modified online, using an adaptive law in real time. The adaptive law is developed by Lyapunov s Method. A decoupling adaptive controller uses the errors between system outputs and model outputs, and filtered outputs of the system to produce control signals. The RBF network forces each outputs of generator to behave like reference model. When the RBF approaches adequately control signals, the system decoupling is achieved. A mathematical proof and analysis are showed. Simulations are presented to show the performance and robustness of the RBF network / Neste trabalho, ser? apresentada uma t?cnica alternativa para o desacoplamento e controle de sistemas n?o lineares. A estrat?gia de desacoplamento proposta est? baseada numa rede neural RBF (Radial Basis Functions) combinada com o controle adaptativo por modelo de refer?ncia. A t?cnica ? aplicada no controle do modelo de um gerador s?ncrono, cujas vari?veis de sa?da s?o o ?ngulo de carga e o fluxo concatenado no enrolamento de campo. O sistema do gerador s?ncrono ? acoplado, ou seja, a mudan?a numa das vari?veis de entrada do sistema altera mais de uma vari?vel de sa?da. A rede RBF realizar? o desacoplamento do sistema, fazendo o controle de forma independente de cada uma das sa?das. Tal estrat?gia n?o exige conhecimento dos par?metros do sistema e observa-se um comportamento est?vel da rede RBF, tanto na presen?a de incertezas na modelagem, como de perturba??es no sistema. Ser? mostrada a simplicidade da aplica??o da t?cnica e do projeto da rede RBF. Os pesos, que interligam as camadas oculta e de sa?da da rede, s?o ajustados utilizando uma lei adaptativa em tempo real. Essa lei adaptativa foi desenvolvida pelo m?todo de fun??es de energia de Lyapunov. O sistema de controle e desacoplamento faz uso dos sinais filtrados da sa?da do gerador e dos sinais dos erros entre as sa?das do gerador e as sa?das do modelo refer?ncia. Assim, atrav?s dos sinais de controle aplicados pela rede RBF, cada sa?da do sistema do gerador ? for?ada a se comportar conforme uma din?mica desejada, dada pelo modelo de refer?ncia. Quando a rede RBF aproxima adequadamente os sinais de controle, o desacoplamento do sistema ? alcan?ado. Os resultados do desempenho da estrat?gia ser?o apresentados atrav?s de simula??es. Tamb?m ser? mostrada a prova matem?tica de estabilidade do sistema em malha fechada para o caso escalar

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SuelioFC_DISSERT.pdf: 1266723 bytes, checksum: 8001a23164a7a48663a60001950fc3e0 (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The stability of synchronous generators connected to power grid has been the object of study and research for years. The interest in this matter is justified by the fact that much of the electricity produced worldwide is obtained with the use of synchronous generators. In this respect, studies have been proposed using conventional and unconventional control techniques such as fuzzy logic, neural networks, and adaptive controllers to increase the stabilitymargin of the systemduring sudden failures and transient disturbances. Thismaster thesis presents a robust unconventional control strategy for maintaining the stability of power systems and regulation of output voltage of synchronous generators connected to the grid. The proposed control strategy comprises the integration of a sliding surface with a linear controller. This control structure is designed to prevent the power system losing synchronism after a sudden failure and regulation of the terminal voltage of the generator after the fault. The feasibility of the proposed control strategy was experimentally tested in a salient pole synchronous generator of 5 kVA in a laboratory structure / A estabilidade de geradores s?ncronos conectados a rede el?trica tem sido objeto de estudo e investiga??es durante anos. O interesse por este assunto ? justificado pelo fato de grande parte da energia el?trica produzida no mundo ser obtida com a utiliza??o de geradores s?ncronos. Nesse aspecto, muitos trabalhos t?m sido propostos utilizando t?cnicas de controle convencional e n?o convencional como l?gica fuzzy, redes neurais e controladores adaptativos visando aumentar a margem de estabilidade do sistema quando ele est? sujeito a falhas s?bitas e dist?rbios transit?rios. Este trabalho apresenta uma estrat?gia de controle robusta n?o-convencional para a manuten??o da estabilidade dos sistemas de pot?ncia e regula??o da tens?o de sa?da de geradores s?ncronos conectados ? rede el?trica. A estrat?gia de controle utilizada ? composta pela integra??o de uma superf?cie deslizante com um controlador linear. Esta estrutura de controle contribui para a preven??o dos sistemas de pot?ncia de perder o sincronismo ap?s uma falha s?bita e regula??o da tens?o terminal do gerador ap?s a falta. A viabilidade da estrat?gia de controle proposta foi testada experimentalmente em um gerador s?ncrono de p?los salientes de 5 kVA em uma estrutura de laborat?rio

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CecilioMSN_DISSERT.pdf: 1132732 bytes, checksum: 95ce32ef2cdf325116d25b76e2b1858a (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The power system stabilizers are used to suppress low-frequency electromechanical oscillations and improve the synchronous generator stability limits. This master thesis proposes a wavelet-based power system stabilizer, composed of a new methodology for extraction and compensation of electromechanical oscillations in electrical power systems based on the scaling coefficient energy of the maximal overlap discrete wavelet transform in order to reduce the effects of delay and attenuation of conventional power system stabilizers. Moreover, the wavelet coefficient energy is used for electric oscillation detection and triggering the power system stabilizer only in fault situations. The performance of the proposed power system stabilizer was assessed with experimental results and comparison with the conventional power system stabilizer. Furthermore, the effects of the mother wavelet were also evaluated in this work / Os estabilizadores de sistemas de pot?ncia s?o empregados para suprimir oscila??es eletromec?nicas, de baixa frequ?ncia, e estender os limites de estabilidade de geradores s?ncronos. Prop?e-se nesta disserta??o de mestrado um estabilizador de sistema de pot?ncia baseado nas wavelets, composta por uma novametodologia para extra??o e compensa??o de oscila??es eletromec?nicas em sistemas el?tricos de pot?ncia baseada nas energias dos coeficientes de aproxima??o da transformada wavelet discreta redundante, com o objetivo de reduzir os efeitos de atraso e atenua??es dos estabilizadores de sistemas de pot?ncia convencionais. Por outro lado, as energias dos coeficientes wavelet s?o utilizadas para detec??o das oscila??es el?tricas e habilita??o do estabilizador de sistema de pot?ncia proposto apenas nas situa??es de falta. A efic?cia do desempenho do estabilizador de sistema de pot?ncia proposto foi comprovada por meio de resultados experimentais, cujo desempenho foi comparado com o desempenho do estabilizador de sistema de pot?ncia convencional. Al?m disso, os efeitos das wavelets m?es tamb?m foram avaliados

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ErnanoAJ_DISSERT.pdf: 1903927 bytes, checksum: 0bb4c95cc8f08d85b6af9c71ab44494b (MD5) Previous issue date: 2014-07-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Currently, there are several power converter topologies applied to wind power generation. The converters allow the use of wind turbines operating at variable speed, enabling better use of wind forces. The high performance of the converters is being increasingly demanded, mainly because of the increase in the power generation capacity by wind turbines, which gave rise to various converter topologies, such as parallel or multilevel converters. The use of converters allow effective control of the power injected into the grid, either partially, for the case using partial converter, or total control for the case of using full converter. The back-to-back converter is one of the most used topologies in the market today, due to its simple structure, with few components, contributing to robust and reliable performance. In this work, is presented the implementation of a wind cogeneration system using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) associated with a back-to-back power converter is proposed, in order to inject active power in an electric power system. The control strategy of the active power delivered to the grid by cogeneration is based on the philosophy of indirect control / Existem diversas topologias de conversores de pot?ncia aplicadas a sistemas de gera??o de energia e?lica. Os conversores permitem a gera??o de energia com turbinas e?licas em condi??es de velocidade vari?vel do vento, possibilitando um aproveitamento de forma mais eficaz das for?as do vento. A utiliza??o dos conversores possibilita o controle efetivo da pot?ncia injetada na rede, seja de maneira parcial, no caso de utiliza??o de conversores parciais, ou controle total, no caso de utiliza??o de conversores completos. O alto desempenho dos conversores vem sendo cada vez mais necess?rio, principalmente quando se busca a eleva??o da capacidade de gera??o de pot?ncia por parte das turbinas e?licas, o que fez surgir diversas novas topologias de conversores, sejam conversores paralelos ou multin?veis. O conversor na configura??o back-to-back ? um dos mais utilizados no mercado atualmente, devido ? sua estrutura simples, com poucos componentes, contribuindo assim para um desempenho robusto e confi?vel. Neste trabalho, apresenta-se a implementa??o de um sistema de cogera??o e?lica utilizando um gerador s?ncrono a ?m? permanente (PMSG) associado a um conversor de pot?ncia na topologia back-to-back, de maneira a injetar pot?ncia ativa em um sistema el?trico de pot?ncia. A estrat?gia do controle da pot?ncia ativa fornecida pela cogera??o ? rede el?trica ? baseada na filosofia do controle indireto

This work develops a new mathematical model to the salient pole synchronous machines (SPSM), based on the abc reference system. The model considers the distribution and coil pitch factors of windings and develops a new function for the variable air gap, generated by the curvature of the polar mass. As a result, the development of the modeling takes into account the spatial harmonic components of: magneto motive force MMF(θ)h, electromagnetic ux density B(θ)h and variation function of the air gap g(θ)h. It is also proposed a new and simplied methodology using the locked rotor tests, volt-ampere method, to obtain the constants of the synchronous machine design, which allow the calculation of the modeling parameters and the terminals magnitudes determination. It presents also contributions to traditional methods of obtaining experimental inductances, using the locked rotor test. Yet it develops procedures and makes the simulation of the main temporal magnitudes at the generator terminals connected to the utility grid, electrical torque, speed, voltage and current. The model is validated through the theoretical and experimental confrontation of inductances, and also of the voltages and currents at the generator terminals connected to the utility grid. / Este trabalho desenvolve uma nova modelagem matemática para as máquinas síncronas de polos salientes (MSPS), baseada no sistema abc de referência. A modelagem considera os fatores de distribuição e de passo de bobina dos enrolamentos e desenvolve uma nova função para o entreferro variável, gerado pela curvatura da sapata polar. Como conseqüência o desenvolvimento da modelagem leva em consideração os componentes harmônicos espaciais de: força magneto motriz FMM(θ)h, densidade de uxo eletromagnético B(θ)h e da função de variação do entreferro g(θ)h. É também proposto uma nova e simplificada metodologia a partir dos testes de rotor bloqueado, método volt-ampere, para a obtenção das constantes de projeto da máquina síncrona que possibilitam os cálculos dos parâmetros da modelagem, bem como a determinação das grandezas terminais. Também apresenta contribuições aos métodos tradicionais de obtenção de indutâncias experimentais, a partir dos testes de rotor bloqueado. Ainda desenvolve os procedimentos e faz a simulação das principais grandezas temporais nos terminais do gerador conectado à rede da concessionária: torque elétrico, velocidade, corrente e tensão. A modelagem é convalidada através das confrontações teórico-experimental das indutâncias, e também dos resultados de correntes e tensões nos terminais do gerador conetado à rede da concessionária. / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas de controle de excitação em máquinas síncronas devem detectar com bastante rapidez as mudanças causadas pela entrada de carga no gerador isolado e atuar no sistema de excitação de forma rápida e eficiente, para manter a tensão terminal em níveis desejados. Ao contrário de outros trabalhos realizados nesta área com circuitos eletrônicos analógicos, em muitos casos, este controlador pode ser construído utilizando tecnologia microcontrolada por possuir alto nível de eficiência no controle, circuito com flexibilidade para implementação de diferentes estratégias de controle e baixo custo para produção. A abordagem deste trabalho consiste em uma proposta para aplicação de um controle de excitação automático utilizando uma malha PID, com opções de controle manual, monitoramento de tensão terminal e temperatura de estator da máquina, utilizando um microcontrolador PIC16F877A da empresa Microchip Technology. Os resultados obtidos a partir de ensaios práticos em laboratório com partidas diretas de motores de indução (1 e 2 cv) com um gerador de 2 kVA mostra que a atuação do controlador recuperou a tensão terminal em pouco tempo, para o setpoint adotado. E por fim, os resultados obtidos foram comparados com os tempos de resposta de outro conhecido regulador automático de tensão encontrado no mercado, para comprovar o bom desempenho de controle deste projeto. / The excitation control systems in synchronous machines must very quickly detect changes caused by load increase on the isolated generator and act on the excitation system in a rapid and efficient way in order to maintain terminal voltage at optimal desired levels. Unlike other works related with this area which used analog-based electronic circuits, this controller can in many case be built utilizing microcontrolled technology which is more efficient and flexible to implement different control strategies, as well as having a low cost of production. The approach of this research consists in a proposal to apply an automatic excitation controller, utilizing a PID control loop, including manual adjustments and monitorings of terminal voltage and stator temperature of the machine. It employs a PIC16F877A microcontroller from the Microchip Technology Company. The results obtained through practical tests in laboratory with a direct online start of induction motors (1 and 2 HP) on a 2 kVA generator show that the controller acts to recover the terminal voltage to the adopted setpoint in a reduced time. Finally, the results were also compared to the time of response provided from another well-known automatic voltage regulator found in the market, in order to prove the good control performance of this project. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-09-14T11:19:37Z No. of bitstreams: 2 Tese - José Mário Menescal de Oliveira - 2018.pdf: 3555364 bytes, checksum: 7da381c5690449c518f20f2a3fd49fea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-17T10:48:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - José Mário Menescal de Oliveira - 2018.pdf: 3555364 bytes, checksum: 7da381c5690449c518f20f2a3fd49fea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-17T10:48:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - José Mário Menescal de Oliveira - 2018.pdf: 3555364 bytes, checksum: 7da381c5690449c518f20f2a3fd49fea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / This thesis demonstrates the effects of harmonic pollution in a salient pole synchronous generator and an induction generator operating in parallel on an isolated system, supplying a non-linear load. The main contributions of this research-study consist of identifying and quantifying the oscillations that non-linear load cause on the electric variables of synchronous and induction generators, such as, the electromagnetic conjugate that presents oscillations of sixth harmonic due to the distorted currents. / Este trabalho mostra os efeitos da poluição harmônica em um gerador síncrono de polos salientes e um gerador de indução operando em paralelo em um sistema isolado suprindo carga não linear. As principais contribuições deste trabalho consistem em identificar e quantificar as oscilações que a carga não linear utilizada provoca nas variáveis elétricas dos geradores síncronos e dos geradores de indução, tal como, o conjugado eletromagnético que apresenta oscilações de sexto harmônico devido as correntes distorcidas.

O ensaio de resposta em frequência em geradores síncronos vem ganhando espaço nas últimas décadas, porém o alto custo dos equipamentos empregados para realização do ensaio ainda é um empecilho, tanto para fabricantes como para consumidores finais. Este trabalho tem por objetivo complementar trabalhos anteriores, através do uso de redes neurais artificiais para identificação de padrões em ensaios realizados com equipamentos de baixo custo e baixa resolução. Através das redes neurais artificiais utilizadas é possível estimar novos pontos de ensaio sem que seja necessário um novo ensaio ou até mesmo um ensaio com equipamentos mais caros. Através de uma combinação de algoritmos de tratamento de dados, é possível a aproximação de modelos ensaiados com modelos teóricos e através desses resultados obter parâmetros elétricos dos geradores síncronos. / The frequency response test on synchronous generators has been increasing in recent decades, but the high cost of equipment used for conducting the test is still a stumbling block for both manufacturers and end-consumers. This dissertation aims to complement previous work, through the use of artificial neural networks to identify patterns in tests conducted with low-cost and low-resolution equipment. Through the artificial neural networks used it is possible to estimate a new set of test points without retesting is necessary or even a more expensive assay equipments. Through a combination of data processing algorithms, the approach tested models with theoretical models is possible and through these results to obtain electrical parameters of synchronous generators.

Made available in DSpace on 2016-08-17T16:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Jose Gomes de Matos.pdf: 8310310 bytes, checksum: b4d88d65be5edbb4f214f9dd09ed8f3b (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work proposes a new strategy to control the generated power in an alternating current autonomous microgrid that has distributed generators and battery banks. There are no restrictions regarding the type of generator to be connected, however in this particular study the effectiveness of the proposed strategy is analyzed by considering that the power source is a wind turbine coupled to a permanent magnet synchronous generator. The microgrid analyzed consists of at least one bidirectional electronic converter powered by a battery bank, which has the function of forming the microgrid; an electronic converter connected to a wind turbine generator, which operates as a power supplier to the microgrid; loads, and other peripheral systems of control and maneuver. The main objective of the proposed strategy is to maintain the terminal voltages of battery banks under control and below its upper limit, even when momentarily the power demanded by the loads connected to the microgrid is less than the power sources generation capacity. The proposed strategy controls the terminal voltage of the battery banks, controlling the power output that comes from the generators. This is done without the use of dump loads or any physical communication between the electronic converters connected to the battery banks and the electronic converters connected to the generators. A modified droop control technique, based on the grid frequency, is used to inform to the power generator electronic converters on the amount of energy they need to generate in order to maintain the state of charge of the battery banks below their limits. The work also presents the methodology to design and tuning the controllers of the associated variables of the generation system. This includes the voltage and frequency grid, the active and reactive power generated by the generators, the DC bus voltages in all electronic power converters and the terminal voltage of the battery banks. All controllers are designed in the discrete domain. A strategy to decouple the effects of the input disturbances is incorporated, into each controller. Special attention is given to the grid voltage controller due the fact that the effect of the load current disturbance is very significant for the grid power quality. Issues x related to the operation of the wind turbine on its maximum power point are also addressed in the control of the power electronic converter connected to the generator. The control strategy proposed in this study is validated through experimental results obtained using a microgrid prototype of 15 kW rated power. / Este trabalho propõe uma nova estratégia para controle da potência gerada em uma microrrede isolada, que opera em corrente alternada e que dispõe de geradores e bancos de baterias distribuídos ao longo da mesma. Embora não haja restrições quanto ao tipo de gerador a ser conectado à microrrede, neste estudo a aplicabilidade da estratégia proposta é analisada considerando a fonte de potência como sendo uma turbina eólica acoplada a um gerador síncrono a imãs permanentes. A microrrede estudada é composta de um conversor eletrônico bidirecional, alimentado por um banco de baterias, que tem a função de formar a microrrede; um conversor eletrônico ligado ao gerador da turbina eólica e que funciona como alimentador da microrrede; além das cargas e demais sistemas periféricos de controle e manobra. O principal objetivo dessa estratégia é controlar a tensão terminal dos bancos de baterias abaixo de um determinado valor limite, mesmo quando momentaneamente a potência demandada pela carga conectada à microrrede seja inferior à capacidade de geração das fontes de potência. A estratégia proposta controla a tensão dos bancos de baterias, controlando a energia gerada que vem dos geradores. Isto é feito sem a utilização de carga auxiliar para consumir o excesso de energia e sem comunicação física entre os conversores eletrônicos dos bancos de baterias e os conversores eletrônicos conectados aos geradores. Uma técnica de controle droop modificada, com base na frequência da microrrede, é usada para informar aos conversores dos geradores sobre a quantidade de energia que eles estão liberados para gerar, a fim de manter a tensão dos bancos de baterias abaixo dos seus valores limites. O trabalho ainda apresenta as sistemáticas de projeto e sintonia dos controladores das variáveis associadas com o sistema de geração. Isso compreende o controle da tensão e da frequência da microrrede, o controle das tensões nos barramentos de corrente contínua de todos os conversores eletrônicos de potência e o controle da tensão terminal dos bancos de baterias. Todos os controladores são projetados no domínio discreto. Uma estratégia de desacoplamento dos efeitos das entradas de perturbações é incorporada a cada controlador. Nesse enfoque, é dada atenção especial ao controlador de tensão da microrrede, cujo efeito da viii perturbação da corrente da carga é muito significativo para a qualidade de energia do sistema de geração. As questões relativas à maximização do aproveitamento energético das fontes renováveis são contempladas no controle do conversor da turbina eólica. A estratégia de controle proposta neste trabalho é validada a partir de resultados experimentais obtidos com um protótipo de microrrede de potência nominal 15 kw.

An algorithm that is capable of estimating the parameters of non-stationary sinusoids in real-time lends application to various branches of engineering. Non-stationary sinusoids are sinusoidal signals with time-varying parameters. In this dissertation, a nonlinear filter is applied to power system applications to test its performance. The filter has a structure which renders it fully adaptive to tracking time variations in the parameters of the targeted sinusoid, including its phase and frequency. Mathematical properties of the differential equations which govern the proposed filter are presented. The performance of the proposed filter in the field of power systems is demonstrated with the aid of computer simulations and practical experimentations. The filter is applied to synchronous generator excitation control, voltage dip mitigation as well as the real-time estimation of symmetrical components. The parameter settings of the filter are tested and optimized for each of the applications. This dissertation demonstrates the simulation and experimental results of the filter when applied to the various power system applications. AFRIKAANS : 'n Filter wat bevoeglik is met die beraming van die parameters van beweeglike sinusoïdale in ware-tyd, kan bruikbaar aangewend word in verskeie takke van ingenieurswese. Beweeglike sinuskrommes is sinusoïdale seine met tyd-wisselende parameters. In hierdie verhandeling word `n nie-liniêre filter aangewend in verskeie kragstelseltoepassings om die werksverrigting van die filter te toets. Die filter het 'n struktuur wat dit toelaat om wisselende tydvariasies in die parameters van die teikensinusoïdaal op te spoor, insluitende die fase en frekwensie. Wiskundige eienskappe van die differensiaalvergelykings wat die voorgestelde filter beheer is ondersoek. Die werksverrigting van die voorgestelde filter in die veld van kragstelsels is gedemonstreer met die hulp van rekenaarsimulasies asook praktiese eksperimente. Die filter is toegepas tot opgewekte, sinkrone eksitasie-beheer, spanningsverlaging versagting, asook die ware tyd estimasie van simmetriese komponente. Die parameter verstellings van die filter is getoets en geoptimeer vir elk van die toepassings. Hierdie verhandeling demonstreer die simulering en eksperimentele resultate van die filter wat aangewend is vir verskeie kragstelseltoepassings. Copyright / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted