Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: Igor Kopcak / Banca: Carlos Roberto Mendonça da Rocha / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre análise e controle coordenado de múltiplos dispositivos FACTS com vistas à melhoria da estabilidade transitória de Sistemas de Energia Elétrica, considerando especificamente os efeitos dos dispositivos em derivação (SVC) e em série (TCSC). As análises são feitas por métodos baseados na função energia do sistema mais especificamente na energia potencial avaliada no espaço das posições angulares dos rotores das máquinas em torno de um ponto de equilíbrio estável. A influência e a alocação dos dispositivos FACTS são avaliadas por um índice de efeito de atuação sobre a capacidade de sincronização entre os pares de máquinas, denominado fator de efeito. O controle coordenado dos múltiplos dispositivos FACTS se dá mediante sua compensação dinâmica por meio de cada uma das três leis de controle que objetivam elevar a superfície gerada pela função energia potencial do sistema que circunda o ponto de equilíbrio estável durante a primeira oscilação, denominada de vale energético, e direcionar sua trajetória para um caminho mais íngreme, idealmente na mesma orientação do gradiente da energia potencial na direção de um ponto de máximo local dificultando sua ultrapassagem pela cordilheira energética e, consequentemente, proporcionando ao sistema, melhoria das condições de estabilidade transitória observada pela elevação do tempo crítico de eliminação de uma falta. As simulações feitas nos três sistemas testes (Sistema Kundur, Sistema IEEE 14 Barras e Sistema New England) foram usadas para avaliar o controle proposto. Conclui-se que cada uma das leis de controle proposta contribui, de forma similar, na melhoria da estabilidade transitória de Sistemas de Energia Elétrica / Abstract: This thesis presents a study about coordinated analysis and control over multiple FACTS devices with the objective of improving the transient stability of Electric Power Systems, considering specifically, the effects of the devices in derivation (SVC) and in series (TCSC). The analysis are made by methods based on the system energy function, more specifically on the potential energy evaluated in the angular positions' space from the rotors of machines around a stable balance position. The influence and location of FACTS devices are evaluated by a performance effect index over the synchronization capacity between pairs of machines, called effect factor. The coordinated control over multiple FACTS devices is possible through it's dynamic compensation by means of each one of the three laws of control whose objective is to elevate the surface generated by the system potential energy function of the system which surrounds the stable balance point during the first oscillation, named energy valley. The system trajectory is conduced to a steeper way, ideally on the same orientation as the gradient of the potential energy towards a single point of a function local max so hardening it's passage through the energy barrier. The improvements on the transient stability's conditions observed by elevation of the critical time of a fault elimination. The simulations done on the three test systems (Kundur System, IEEE 14 Bars System and New England) System were used to evaluate the proposed control. It follows that each of the proposed control laws contributes similarly, improving transient stability of Electric Electric Systems / Doutor

Tesis por compendio / [ES] Las microrredes inteligentes se presentan como una solución para integrar las energías renovables así como para mejorar la eficiencia de la red por medio de la incorporación de las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC). Sin embargo, la alta penetración de los recursos energéticos distribuidos (RED) en las microrredes, requiere una serie de cambios técnicos en los sistemas de comunicación caracterizados tradicionalmente por esquemas centralizados, donde un controlador central se comunica con todos los recursos energéticos distribuidos y toma decisiones, hacia esquemas descentralizados donde cada recurso energético distribuido tiene capacidad de comunicación y decisión de forma local. En este sentido, el objetivo global de las estrategias de comunicación descentralizadas es dotar al sistema energético de una mayor escalabilidad, fiabilidad, robustez, y flexibilidad que la que presentan los sistemas centralizados. Además, las microrredes con esquemas descentralizados presentan una gran oportunidad para el advenimiento del futuro Internet de la Energía o Internet of Energy (IoE), ya que cada recurso energético distribuido desplegado en la microrred es susceptible de conectarse a la nube y enviar y recibir datos desde hacia la red en tiempo real, en cualquier momento y lugar. Uno de los puntos críticos derivados de la incorporación de las TIC en las microrredes de gestión distribuida es garantizar la conectividad entre los recursos energéticos al tiempo que se satisfacen los requisitos técnicos de estos sistemas energéticos. Los distintos estándares y normas establecidas para el despliegue de microrredes destacan la necesidad de cumplir con algunos parámetros de calidad de servicio (Quality of Service, QoS) como ancho de banda, latencias, throughput (rendimiento), entre otros, ya que un ancho de banda bajo puede dar lugar a cuellos de botella, pérdida de paquetes de datos y distorsión. Por otra parte, si la comunicación no presenta una tasa positiva de promedio de éxito o sufre retardos y/o supera el tiempo requerido, la información no cumple su cometido y, en el peor de los casos, daños eléctricos se pueden producir en la microrred. En la presente tesis se presenta el diseño, desarrollo e implementación de infraestructuras de comunicación distribuidas para la gestión, monitorización y control de microrredes que permitan administrar la potencia y energía eficientemente mediante comunicaciones síncronas y asíncronas. Además, este estudio describe las principales características de la Internet de la Energía, los principios en los que se basa, los elementos y tecnologías disponibles para lograr la comunicación entre los recursos distribuidos desplegados en la microrred y establece las principales diferencias de IoE con respecto a los sistemas tradicionales de monitoreo y gestión. Con toda esta información, se describe una propuesta de arquitectura de la Internet de la Energía aplicada a las microrredes y un prototipo de monitoreo y gestión. Se han realizado ensayos experimentales para validar los estudios y propuestas realizadas. Para ello se ha desplegado una red Ethernet en la microrred experimental del Grupo de Sistemas Electrónicos Industriales (GSEI) y se ha dotado a cada recurso energético distribuido de capacidades de comunicación e inteligencia a través del acoplamiento de sistemas de placa única BeagleBone Black donde poder instaurar el software desarrollado. Los resultados han evidenciado que las arquitecturas de comunicación distribuida propuestas permiten comunicaciones robustas, eficientes, escalables y flexibles en el ámbito de las microrredes a la vez que se cumplen con los requerimientos técnicos demandados por éstas. / [CA] Les micro-xarxes intel·ligents es presenten com una solució per integrar energies renovables així com per millorar l'eficiència de la xarxa mitjançant la incorporació de les Tecnologies de la Informació i la Comunicació (TIC). No obstant, l'alta penetració del recursos energètics distribuïts (RED) en les micro-xarxes requereix d'una sèrie de canvis tècnics en els sistemes de comunicació caracteritzats tradicionalment per esquemes centralitzats, el quals un controlador central es comunica amb tots el recursos energètics distribuïts i pren decisions, cap a esquemes descentralitzats on cada recurs energètic distribuït té capacitats de comunicació i decisió localment. En aquest sentit, l'objectiu global de les estratègies de comunicació descentralitzades es dotar al sistema energètic de major escalabilitat, fiabilitat, robustesa i flexibilitat que els que presenten els sistemes centralitzats. A més, les micro-xarxes amb esquemes descentralitzats presenten una gran oportunitat per l'adveniment de la futura internet de la energia, ja que cada recurs energètic distribuït desplegat en la micro-xarxa es susceptible de connectar-se al núvol i enviar i rebre dades cap a la xarxa en temps real, en qualsevol lloc i moment. Un dels punts crítics derivats de la incorporació de les TIC en les micro-xarxes de gestió distribuïda es garantir la connectivitat entre el recursos energètics distribuïts al temps que es satisfacen els requeriments tècnics de aquests sistemes energètics. Els diferents estàndards i normes establides per al desplegament de micro-xarxes destaquen la necessitat de complir amb alguns paràmetres de qualitat de servici com amplada de banda, latències i rendiment, entre d'altres, ja que una amplada de banda baixa resulta colls d'ampolla, pèrdues de paquets i distorsió. D'una altra banda, si la comunicació no presenta una taxa positiva de mitjana de èxit o sofreix retards o supera el temps requerit, la informació no acompleix la seua comesa i en el pitjor dels casos, danys elèctrics poden ocórrer en la micro-xarxa. En la present tesi se presenta el disseny, desenvolupament i implementació d'infraestructures de comunicació distribuïdes per la gestió, monitorització i control de micro-xarxes que permeten administrar la potencia i energia eficientment mitjançant comunicacions síncrones i asíncrones. A més, aquest estudi es descriu les principals característiques de la internet de la energia, els principis en els quals es basa, elements i tecnologies disponibles per acomplir la comunicació entre els recursos energètics distribuïts desplegats en la micro-xarxa i estableix les principals diferencies de la internet de la energia respecte del sistemes tradicionals de monitorització i gestió. Amb aquesta informació, es descriu una proposta d'arquitectura de la internet de la energia aplicada a les micro-xarxes. S'han realitzat assajos experimentals per validar els estudis i les propostes realitzades. Per a això, s'ha desplegat una xarxa d' ethernet en la micro-xarxa experimental del grup de sistemes industrials i s'ha dotat a cada recurs energètic distribuït de capacitats de comunicació i intel·ligència mitjançant l'acoblament de sistemes de placa única BeagleBone Black on s'ha instaurat el software desenvolupat. Els resultats han evidenciat que les arquitectures de comunicació distribuïdes proposades permeten comunicacions robustes, escalables i flexibles en l'àmbit de les micro-xarxes al temps que es acompleixen els requeriments tècnics demandats per estes. / [EN] Smart microgrids are presented as a solution to integrate renewable energies as well as to improve the efficiency of the network through the incorporation of Information and Communication Technologies (ICT). However, the high penetration of distributed energy resources (DER) in microgrids requires several technical improvements on communication systems that are traditionally characterized by centralized schemes, where a central controller communicates with all distributed energy resources and makes decisions, towards decentralized schemes where each distributed energy resource has communication and decision capacities locally. The main objective of decentralized communication strategies is provide to the energy system with better scalability, reliability, robustness, and flexibility that centralized systems do. Moreover, microgrids with decentralized schemes represent a great opportunity for the future Internet of Energy (IoE) due to each distributed energy resource could connect to the cloud and send and receive data in real time anywhere and anytime. One of the major issues about the ICT integration on microgrids is to guarantee the connectivity among DERs at the same time that technical requirements are met. Different microgrid standards give specifications for these requirements and highlight the need to accomplish with quality of service parameters like bandwidth, delays, throughput, among others. The communication infrastructure in the microgrid must satisfy these timing requirements, because a low bandwidth can lead to bottlenecks, loss of data packets and distortion. Besides, if the communication delay exceeds the required time, the information does not fulfill its purpose and, in the worst case, electric damage in the microgrid could happen. In this Ph.D. thesis the design, development and implementation of synchronous and asynchronous distributed communications infrastructures for the efficient microgrid monitoring and control are studied. In addition this study describe the main IoE characteristics, its foundation principles, available elements and technologies deployed into microgrid and the main differences between IoE and tradition systems are provided. Regarding these information, a proposal of architecture of the Internet of energy applied to the microgrid is described. Experimental tests have been carried out in order to validate the theoretical studies and proposals presented in this thesis. It has been deployed an Ethernet network in the experimental GSEI microgrid. In addition, communications and intelligent capacities have been added to each distributed energy resource through the BeagleBone Black single board computers where the developed software has been deployed. The results showed that the proposed distributed communications architectures allow robust, efficient, scalable and flexible communications in the microgrids field at the same time that quality of service requirements are accomplished. / Marzal Romeu, S. (2019). Concepción e integración de arquitecturas y protocolos de comunicación dentro de sistemas de supervisión y control de microrredes inteligentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124345 / Compendio

[pt] As linguagens multimídia de alto-nível atuais são limitadas. Suas limitações decorrem não da ausência de funcionalidades mas da complexidade causada pelo excesso delas e, especialmente, da sua definição não-estruturada. Linguagens como NCL, SMIL e HTML definem diversas construções para controlar a apresentação de dados audiovisuais, porém falham ao não descreverem precisamente como essas construções relacionam-se umas com as outras, particularmente em termos de comportamento. Não há uma separação clara entre construções básicas e construções derivadas; nem um princípio aparente de estruturação hierárquica na sua definição. Usuários dessas linguagens podem dispensar tal princípio, mas ele é imprescindível para as pessoas que definem e implementam essas linguagens: o princípio de estruturação hierárquica torna as especificações e implementações controláveis através da redução da linguagem a um conjunto de conceitos básicos (primitivos). Nesta tese, um conjunto de tais conceitos básicos é proposto e adotado como a linguagem de uma máquina virtual para apresentações multimídia. Mais precisamente, uma nova linguagem multimídia de alto-nível, chamada Smix (Synchronous Mixer), é apresentada e definida de forma a servir como camada de abstração adequada para a definição e implementação de linguagens multimídia de nível superior. Ao definir a linguagem Smix, isto é, ao escolher um conjunto de conceitos básicos, este trabalho visa o minimalismo mas ao mesmo tempo trata alguns dos principais problemas das linguagens multimídia de alto-nível atuais, a saber, os modelos semânticos inadequados de suas especificações e as abordagens não-sistemáticas de suas implementações. No lado da especificação, sustenta-se o uso de uma semântica síncrona simples porém expressiva, com uma noção temporal precisa. No lado da implementação, propõe-se uma arquitetura de duas camadas que facilita o mapeamento dos conceitos da especificação em primitivas de processamento digital de sinais. A camada superior (front end) é a realização da semântica e a camada inferior (back end) estrutura-se como um dataflow para processamento digital de sinais multimídia. / [en] Current high-level multimedia languages are limited. Their limitation stems not from the lack of features but from the complexity caused by the excess of them and, more importantly, by their unstructured definition. Languages such as NCL, SMIL, and HTML define innumerable constructs to control the presentation of audiovisual data, but they fail to describe how these constructs relate to each other, especially in terms of behavior. There is no clear separation between basic and derived constructs, and no apparent principle of hierarchical build-up in their definition. Users may not need such principle, but it is indispensable for the people who define and implement these languages: it makes specifications and implementations manageable by reducing the language to a set of basic (primitive) concepts. In this thesis, a set of such basic concepts is proposed and taken as the language of a virtual machine for multimedia presentations. More precisely, a novel high-level multimedia language, called Smix (Synchronous Mixer), is presented and defined to serve as an appropriate abstraction layer for the definition and implementation of higher level multimedia languages. In defining Smix, that is, choosing a set of basic concepts, this work strives for minimalism but also aims at tackling major problems of current high-level multimedia languages, namely, the inadequate semantic models of their specifications and unsystematic approaches of their implementations. On the specification side, the use of a simple but expressive synchronous semantics, with a precise notion of time, is advocated. On the implementation side, a two-layered architecture that eases the mapping of specification concepts into digital signal processing primitives is proposed. The top layer (front end) is the realization of the semantics, and the bottom layer (back end) is structured as a multimedia digital signal processing dataflow.

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Resumo: Nesta pesquisa apresentam-se os principais conceitos gerais de estabilidade elétrica, assim como suas divisões e classificações, onde são desenvolvidas as condições de operação de um sistema elétrico de potência, que são relevantes nos estudos de estabilidade angular do rotor, tensão e frequência. Para os estudos de estabilidade da frequência e de tensão é preciso conhecer os equipamentos como os reguladores de tensão e frequência, em consequência é apresentada a modelagem matemática de vários componentes dinâmicos como o sistema de excitação, estabilizador do sistema de potência (PSS), sistema de regulação de velocidade, sistema de regulação de tensão (AVR), máquina síncrona, turbina a vapor e turbina hidráulica. É necessário a modelagem de eles para projetar seus respectivos controladores. Nesta pesquisa também se faz a introdução ao controlador Fuzzy e controlador PID convencional assim como os métodos de sintonia, depois projetamos um controlador que combine os dois controladores e tenha mais vantagens como o controlador híbrido PID-Fuzzy. Depois de desenvolver a modelagem do regulador de tensão e frequência, fazemos o projeto do controlador PID-Fuzzy, previamente projetado o controle PID. As simulações dos sistemas de regulação de tensão e frequência sem controlador, com controlador PID e com controlador PID-Fuzzy foram realizadas aplicando a ferramenta computacional de Matlab-Simulink no domínio do tempo contínuo e as respostas foram investigadas e discutidas. / Abstract: This research presents the main general concepts of electrical stability, as well as their divisions and classifications, where the operating conditions of an electrical power system are developed, which are relevant in the studies of angular stability of the rotor, voltage and frequency. For frequency and voltage stability studies it is necessary to know equipment such as voltage and frequency regulators, consequently the mathematical modeling of several components is presented as dynamic as the excitation system, power system stabilizer (PSS) , speed regulation system, voltage regulation system (AVR), synchronous machine, steam turbine and hydraulic turbine. We need the modeling of them to design their respective controllers. In this investigation we also do the introduction to the Fuzzy controller and conventional PID controller as well as the tuning methods then we designed a controller that combines the two controllers and has more advantages as the hybrid PID-Fuzzy controller. After developing the modeling of the voltage and frequency regulator, we design the PID-Fuzzy controller, previously designed the PID control. The simulations of the voltage and frequency regulation systems without controller, with PID controller and with PID-Fuzzy controller were performed applying the Matlab-Simulink computational tool in the continuous time domain and the answers were investigated and discussed. / Mestre