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Orientadores : Wagner Caradori do Amaral, Luis Gimeno Latre Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Neste trabalho é proposto um novo controlador cujo objetivo é obter, para o sistema controlado, o comportamento especificado como resposta a mudanças no sinal de referência (comportamento determinístico) e um comportamento eficiente do ponto de vista de rejeição a perturbações (comportamento estocástico). O novo controlador é obtido calculando-se os polinômios de ponderação da função de custo do controlador de variância mínima generalizada, de modo a alocar os polos do sistema em malha fechada e minimizar a combinação linear de variâncias dos sinais de saída e de controle dada pela equação a seguir: ?= a1 var yt + a2 var ut onde a1 e a2 são números reais positivos. Propõe-se também uma metodologia freqüencial alternativa na qual os polinômios da função de custo do controlador de variância mínima generalizada são calculados, como anteriormente, através da alocação dos polos em malha fechada, e ainda, através do ajuste do ganho do controlador numa determinada freqüência Abstract: Not informed Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Paulo Augusto Valente Ferreira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Neste trabalho, o projeto de controladores para sistemas lineares invariantes no tempo é abordado em dois aspectos básicos: otimalidade com respeito às especificações de desempenho e realizabilidade prática, no sentido de fornecer controladores de ordens reduzidas. O primeiro aspecto é tratado através de técnicas de análise e de otimização convexas, seguindo uma tendência atual da área de teoria de controle. O problema de desempenho é formulado como um problema de otimização convexo e resolvido através de um método de planos de corte. Como a técnica empregada normalmente gera controladores de ordens elevadas, utiliza-se em seguida uma combinação dos métodos de truncamento balanceado e de Edmunds, com os objetivos de preservar ao máximo as características de otimalidade conseguidas na etapa anterior e, ao mesmo tempo, reduzir significativamente as ordens dos controladores. A tese inclui resultados numéricos que ilustram a abordagem proposta Abstract: ln this work the controller design for linear time-invariant systems is focused in two basic aspects: optimality with respect to the erformance specifications and practical realizability, in the sense of furnishing controllers with reduced orders. The first aspect is treated through convex analysis and optimization techniques, following a current framework of the control theory area. The performance problem is formulated as a convex optimization problem and solved through a cutting plane method. Since this technique usually generates high order controllers, a combination of the balanced truncation and Edmunds method is used to reduce the controller orders significantly, while maintaining as much as possible the optimality characteristics attained in the previous stage. The thesis includes numerical results that illustrate the approach proposed. Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho apresenta a proposta e análise de um Inversor Ponte Completa Bidirecional (IPCB) aplicado a microrredes CC (corrente contínua) no que tange ao seu desempenho na injeção de potência ativa na rede em corrente alternada (CA) e à regulação da tensão no barramento CC diante das inerentes intermitências observadas em geradores fotovoltaicos, as quais não devem provocar distúrbios nas cargas conectadas à Microrrede CC. A estratégia de controle digital é implementada a partir de um DSP (Digital Signal Processor) contando com um controlador do tipo Proporcional Ressonante (P+Res) aliado a um controle corretor de componentes harmônicas de ordem 3, 5 e 7 da corrente imposta na rede elétrica para os dois modos de operação do sistema, o que possibilita a adequação da qualidade de energia às normas internacionais IEEE 1547 (injeção) e IEC 61.000-3-2 (retificação). Por fim, faz-se a análise qualitativa e quantitativa do sistema proposto contendo ainda as especificações de projeto além dos resultados de simulação e experimentais obtidos com a construção de um protótipo de 2,2 kWp. This work presents the proposal and analysis of a Bidirectional Full-Bridge Inverter (BFBI) applied to DC (direct current) microgrids in terms to its performance in active power injection into the AC (alternating current) grid and DC bus voltage regulation front of the inherent intermittences observed in photovoltaic generators, which should not cause disturbances in the dc loads. The digital control strategy is implemented from a DSP (Digital Signal Processor) with Proportional Resonant (P + Res) controller combined with 3th, 5th and 7th Harmonic Correction in the current imposed on the grid for the two modes of operation, which enables the adjustment in power quality to IEEE 1547 (injection) and IEC 61.000-3-2 (rectification) international standards. Finally, this work present the qualitative and quantitative analysis of the proposed system, still containing the design specifications, simulation and experimental results obtained with the construction of a 2.2 kWp prototype. Dissertação (Mestrado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho apresenta o estudo, desenvolvimento e aplicação de novas técnicas de controle aos sistemas de geração de energia fotovoltaica, conectados à rede elétrica monofásica, visando a melhoria da eficiência destes sistemas em relação aos métodos de controle tipicamente utilizados. O trabalho é dividido em duas partes principais, as quais estão relacionadas ao rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) e, depois, ao controlador interno dos conversores boost-quadrático – lado dos painéis fotovoltaicos – assim como aos controladores do inversor de tensão, no lado da rede elétrica monofásica. A primeira parte do trabalho consiste no desenvolvimento de um algoritmo de meta heurística para o MPPT, o qual é baseado no método do recozimento simulado (Simulated Annealing - SA) e tem como objetivo a determinação do ponto de máximo global, buscando soluções fora de uma vizinhança próxima, de modo a evitar o atracamento em máximos locais da curva de potência de saída do arranjo de painéis fotovoltaicos, melhorando, assim, o aproveitamento da energia em situações de sombreamento parcial. A segunda parte do trabalho apresenta o projeto de controladores baseados no modelo interno (Internal Model Control – IMC) com 1 grau de liberdade (1 Degree of Freedom – 1 DOF) aplicados, primeiramente, ao conversor CC-CC Boost Quadrático, utilizado para o MPPT, e, posteriormente, a um inversor de tensão com filtro LCL, conectado à rede elétrica monofásica, operando no modo de injeção de corrente. É apresentada a modelagem matemática de ambos os conversores e analisada a compensação da realimentação interna ao sistema do inversor de tensão, correspondente ao desacoplamento da tensão da rede, através da estratégia de alimentação à frente (Feedforward). Visando-se uma base de comparação, para a análise de desempenho do conversor IMC – 1DOF, também é aplicado ao sistema de injeção de corrente, o controlador Proporcional-Ressonante (P+Res). São apresentados resultados de simulação computacional e experimentais de ambos os 8 controladores, os quais permitem verificar o desempenho do sistema em situação de rede fraca e carga local não-linear. This paper presents the study, development and application of new control techniques for photovoltaic power generation systems, connected to single-phase power grid in order to improve the efficiency of these systems in relation to control methods typically used. The work is divided into two main parts, which are related to tracking the maximum power point (Maximum Power Point Tracking - MPPT) and then the internal controller of boost quadratic converters - side of the photovoltaic panels - as well as the controllers the voltage inverter, the side of the single-phase mains. The first part of the work is the development of a heuristic goal algorithm for MPPT, which is based on the method of simulated annealing (Simulated Annealing - SA) and aims at determining the overall maximum point, seeking out solutions in a close vicinity, so as to prevent the docking local maxima in the curve of power output of the photovoltaic array, thereby improving the utilization of energy in partial shading situations. The second part presents the design of controllers based on internal model (Internal Model Control - IMC) with 1 degree of freedom (1 Degree of Freedom - 1 DOF) applied, first, the DC-DC Boost Quadratic converter, used for MPPT, and thereafter, a voltage inverter with LCL filter connected to the single phase power supply operating in current injection mode. A mathematical modeling of both converters and analyzed the compensation of internal feedback to the voltage inverter system corresponding to the disconnection of the mains voltage through the power strategy a head (feedforward). A basis of comparison for the performance analysis of IMC-1DOF converter is aiming at, is also applied to the current injection system, Proportional-Resonant Controller (P + Res). They are presented computer simulation and experimental results of both controllers, which allow you to check the system performance in low and non-linear local load network situation. Tese (Doutorado)

Geradores síncronos de plantas industriais com cogeração, operando em paralelo com o sistema de energia, normalmente são equipados com controladores de excitação que atuam no modo regulador de fator de potência constante e com controladores de velocidade que operam no modo droop. Embora essas estratégias de controle sejam adequadas na condição de regime permanente, de outra maneira, impedem a ação dessas máquinas síncronas, em resposta a eventuais perturbações, implicando em risco de perda de estabilidade desses sistemas elétricos: sistema elétrico de energia e sistema elétrico industrial. Esse risco se divide em possível perda de estabilidade de tensão, refletindo em afundamentos de tensão em seus barramentos e em presumível perda da estabilidade rotórica, associada a oscilações eletromecânicas que podem resultar em assincronismo e desligamento dos geradores. Desta forma, em situações em que afundamentos de tensão se fazem presentes nas barras do sistema, os controladores de excitação dos geradores deveriam operar no modo regulador de tensão no intento de permitir que as máquinas síncronas contribuissem para a recuperação da tensão. E nos casos de isolamento da planta em relação a rede principal, além do fornecimento de energia reativa para ajuste da tensão em seus terminais - controladores de excitação operando no modo regulador de tensão - as máquinas devem fornecer o máximo factível de potência ativa para permanecerem operando em sincronismo e alimentando a maior quantidade possível de carga, o que exige que os controladores de velocidade das turbinas opere no modo isócrono. Em consonância com esta perspectiva, essa questão foi investigada neste trabalho, mediante simulação computacional empregando-se o ATP (Alternative Transients Program) com o objetivo de possibilitar a análise do comportamento dos geradores quando submetidos a essas perturbações. Nos casos simulados, o controlador de velocidade da maior máquina comuta automaticamente para o modo isócrono, se o sistema industrial perde conexão com a rede de distribuição da concessionária de energia. E os controladores de excitação, também automaticamente, mudam ao modo regulador de tensão, tanto para esse tipo de ocorrência, como para aquela, na qual, por sobrecarga, as barras do sistema de energia sofrem afundamentos de tensão. Os resultados obtidos mostram que o desempenho desejável dos geradores síncronos quanto a estabilidade é assegurado com essa ampliação de estratégia de operação dos modos dos controladores. O que significa dizer, que os sistemas industriais podem contribuir para estabilidade de tensão do sistema de energia, e de outro modo, suas máquinas mantêm o sincronismo quando perdem conexão com a rede de distribuição, ao se mudarem os modos de operação dos controladores. A conclusão obtida aponta que os controladores de velocidade, com aptidão de automaticamente mudar do modo droop para o modo isócrono, e sistemas de controle de excitação com habilidade de mudar, também automaticamente, de reguladores de fator de potência para reguladores de tensão, deveriam ser normatizados para equipar quaisquer geradores distribuídos, por causa da flexibilidade oferecida por essa estratégia híbrida de atuação, que é muito útil para conduzilos perante aos inerentes distúrbios que acometem os sistemas elétricos. Synchronous generators from industrial plants with co-generation, which operate in parallel with the power system, are normally equipped with an excitation and speed controller. The excitation controller functions in the constant power factor regulator mode,while the speed controller operates in droop mode. Although these strategies are adequate under steady state, in other ways, they impede the function of these synchronous machines in response to eventual disturbances, which implies the risk of stability loss of these electric systems, those being the electric energy system and industrial electric system. This risk is divided into possible loss of voltage stability which is reflected through voltage sag on the bars and in presumed loss of rotor stability, associated with the electromechanical oscillations that may result in asynchrony and the shutdown of the generators. In this manner, in those situations where voltage sag is present on the system bus, the excitation controllers of the generators should operate in the voltage regulation mode, under the intent of allowing the synchronous machines to contribute to voltage recuperation. When faced with the situation of plant isolation in relation to the main network, besides the supply of reactive energy for adjusting the voltage on its terminals, which is the excitation controllers, operating in regulator voltage mode, the machines should supply the maximum feasible active power in order to continue operating synchronously, and supply the highest possible quantity of load. This demands that the turbine speed controller operates in isochronous mode. In line with this perspective, this question was investigated as part of this work, by computer simulations using the ATP (Alternative Transients Program) with the aim of analysing the behaviour of the generators when submitted to these disturbances. In the simulated cases, the speed controller automatically switches to the isochronous mode, should the industrial system lose its connection with the distribution network from the power utility. In addition, the excitation controllers automatically change to the voltage regulator mode, for this type of occurrence as well as in those situations, due to overvoltage, where the power system suffers voltage sag. The obtained results show that the desired performance of the synchronous generators, in terms of stability is assured through this operation strategy expansion for the controller modes. This means that the industrial systems can contribute to the voltage stability of the power system; on the other hand, the machines maintain synchronism when they lose their connection with the distribution network, while changing the operational modes of the controllers. The conclusion reached, points out that speed controllers with the capacity to automatically change from droop mode to isochronous mode and excitation control systems, also with the ability to change automatically from power factor regulators to voltage regulators, should be standardized to equip any distributed generator. This being due to the flexibility offered by this actuated hybrid strategy, which is very useful for conducting these controllers when faced with inherent disturbances that occur on electrical systems. Tese (Doutorado)

O crescimento constante da demanda energética, atrelado ao desenvolvimento econômico e industrial, traz consigo a necessidade inerente de expansão do Sistema Elétrico de Potência (SEP), bem como dos seus meios de geração, capazes de suprir o déficit energético criado pelo aumento vertiginoso das cargas do SEP. Isso abre espaço para o surgimento de problemas recorrentes como a instabilidade da frequência elétrica que compromete a continuidade do suprimento energético e a qualidade da energia fornecida ao consumidor final. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver uma metodologia de projeto e simulação com base em técnicas de controle ótimo via LQR, em conjunto com a sua aplicação em SEP através da modelagem dos elementos dinâmicos pertencentes ao sistema de controle de estabilidade de frequência, também conhecido como Controle Automático de Geração (CAG). Além disso, serão analisados computacionalmente, por meio de simulações, cenários de projetos distintos de controladores LQR, analisando a resposta das principais variáveis de controle do sistema sob a ótica de estabilidade em SEP e evidenciando o perfil de atuação dos controladores envolvidos nas simulações. As simulações realizadas neste trabalho consideram a aplicação de eventos de instabilidade sobre o sistema na forma de crescimentos abruptos de carga e utilizam como modelo de malha de controle um sistema multimáquinas com turbinas térmicas à vapor com reaquecimento, composto por duas áreas de controle interligadas através de uma linha de transmissão. Para as simulações, serão utilizados em combinação o software MATLAB através dos quais é desenvolvido o script de projeto do controlador LQR e os softwares, SIMULINK e ANATEM onde são construídos os modelos de controle de frequência, por meio de diagrama de blocos e realizadas as simulações considerando cenários distintos de controles atuando sobre SEP. The constant growth in energy demand, linked to economic and industrial development, brings with it the inherent need for expansion of the Electric Power System (EPS), as well as its means of generation, capable of supplying the energy deficit created by the dizzying increase in EPS loads. This allows for the emergence of recurring problems such as the instability of the electrical frequency that compromises the continuity of the energy supply and the quality of the energy provided to the final consumer. This work’s main objective is to develop a design and simulation methodology based on optimal control techniques via LQR, together with its application in EPS through the modeling of the dynamic elements of the frequency stability control system, also known as Automatic Generation Control (AGC). In addition, different design scenarios of LQR controllers will be computationally analyzed through simulations, analyzing the response of the main system control variables from the perspective of EPS stability, and showing the performance of the controllers involved in the simulations. The simulations developed in this work consider the application of instability events in the system in the form of sudden load growths, considering a multi-machine control loop model system with steam thermal turbines, composed of two control areas interconnected through a transmission line. For the simulations, the MATLAB software, through which the LQR controller design script is developed will be used in combination with the softwares, SIMULINK and ANATEM, where the frequency control models are built, using block diagram techniques, and the subsequent simulations are developed considering different control scenarios on EPS.

Esta Tese trata de um estudo sobre alocação de recursos em redes de acesso múltiplo por divisão de código óptico e tem por objetivo analisar técnicas de otimização para resolução de três problemas de alocação de recursos: o problema de alocação de potência mínima, o problema de maximização da eficiência energética e o problema do compromisso entre eficiência energética e eficiência espectral. Para o problema de alocação de potência mínima, propomos a implementação da abordagem da rede neural artificial de Hopfield modificada e também o uso de métodos de programação não linear como programação quadrática sequencial e o método Lagrangiano aumentado, os quais são comparados em desempenho-complexidade, robustez algorítmica e qualidade da solução. Para o problema de maximização da eficiência energética em redes de acesso múltiplo por divisão de código óptico, foram propostos e analisados quatro métodos de programação não linear: o método Lagrangiano aumentado, o método de programação quadrática sequencial, a técnica de majoração-minimização e o método de Dinkelbach. Todos os métodos utilizados foram capazes de alcançar convergência para a solução adequada do problema. No entanto, em algumas configurações específicas, porém realistas, do sistema de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código óptico com número elevado de usuários, o método Dinkelbach é ineficiente em termos de convergência total. Outra estratégia para a resolução do problema de maximização da eficiência energética propõe a combinação do método Lagrangiano aumentado com métodos heurísticos evolutivos, a saber otimização por enxame de partículas e uma hibridação do enxame de partículas com o algoritmo de busca gravitacional e com um método de otimização do tipo Quase-Newton. A estrutura do método do Lagrangiano aumentado permite um melhor ajuste ao problema e, por fim, fornece mais informações sobre a solução. Para o problema do compromisso entre eficiência energética e eficiência espectral denominada eficiência de recursos, duas técnicas de otimização multiobjetivo foram utilizadas, o método da soma de pesos e método Є-restrito, ambas associadas ao método do Lagrangiano aumentado, o qual foi empregado na resolução dos subproblemas gerados. Como resultado, a qualidade da solução no sentido do limite de Pareto foi verificada. This thesis deals with a study on resource allocation in optical code division multiple access networks and aims to analyze optimization techniques for solving three resource allocation problems: the minimum power allocation problem, the problem of maximizing energy efficiency and the spectral-energy efficiency tradeoff problem. For the minimum power allocation problem, we propose the implementation of the modified Hopfield artificial neural network approach and also the use of nonlinear programming methods such as sequential quadratic programming and the augmented Lagrangian method, which are compared in performance-complexity, algorithmic robustness and quality of the solution. For the problem of maximizing energy efficiency in optical code division multiple access, four non-linear programming methods were proposed and analyzed: the augmented Lagrangian method, the sequential quadratic programming method, the majorationminimization technique and the Dinkelbach method. All the methods used were able to achieve convergence for the adequate solution of the problem. However, in some specific yet realistic configurations of the multiple access communication system with a high number of users, the Dinkelbach method is inefficient in terms of full convergence. Another proposed strategy for solving the problem of maximizing energy efficiency combines the augmented Lagrangian with evolutionary heuristic methods, namely optimization by particle swarm, as well as the hybridization of the particle swarming technique with the gravitational search algorithm, also combined with the Quasi-Newton method. The structure of the augmented Lagrangian optimization allows a better adjustment to the problem while providing, more information about the solution. For the problem of the energy-spectral efficiencies tradeoff, namely resource efficiency, two multiobjective optimization techniques were used, the weight sum method and the Є-restricted method, both associated with the augmented Lagrangian method, which was employed in solving the generated subproblems. As a result, the quality of the solution towards the Pareto limit was checked.

Considerando que o sistema fotovoltaico (FV) pode estar operando com sombreamento parcial, ou seja, apresentando um ponto global de máxima potência (GMPP) e diversos pontos locais de máxima potência (LMPP), este trabalho apresenta o estudo e análise de técnicas para o seguimento da máxima potência (MPPT). Neste trabalho, as técnicas de MPPT são baseadas na otimização por enxame de partículas (PSO), as quais são capazes de buscar o GMPP, melhorando a eficiência de seguimento do ponto de máxima potência (MPP) global do sistema, bem como aumentando o fator de rastreamento. Neste estudo são comparados os seguintes métodos: Perturba e Observa (P&O); PSO tradicional (PSO 1), PSO com peso inercial não linear (PSO 2); PSO com melhoramento caótico (PSO 3); e, por fim, PSO proposto com peso inercial variado a partir de mapa logístico (PSO 4). Os algoritmos PSO são analisados em um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica monofásica, o qual é composto por meio de um conversor CC-CC elevador (Boost) e um inversor monofásico em ponte completa. Adicionalmente, o algoritmo PSO é empregado para realizar a otimização dos ganhos dos controladores presentes tanto no controle multi-malhas do conversor Boost, quanto no controle da tensão do barramento CC e da malha de corrente de saída do inversor monofásico. Desta forma, o sistema FV apresentado consegue operar com melhor desempenho dinâmico, além de, apresentar melhores índices transitórios e em regime na busca do GMPP, uma vez que tanto a busca da máxima potência, quantos os ganhos dos controladores estão otimizados. O sistema FV é analisado considerando o cenário de irradiação solar uniforme sobre o arranjo, bem como, quando ocorre condições de sombreamento parcial. Por meio de resultados de simulação, as técnicas de MPPT são avaliadas umas com as outras comparando o fator de seguimento, tempo de convergência, oscilação de potência em regime permanente, eficiência na busca do GMPP, assim como a distorção harmônica total na corrente injetada na rede elétrica. Além disso, é realizado a análise de desempenho do sistema FV considerando a sintonização dos compensadores PI pelo método da análise da resposta em frequência e do PSO associado a análise da resposta em frequência. Considering that the photovoltaic (PV) system may be subject to partial shading conditions, i.e., presenting a global (GMPP) and several local (LMPP) maximum power points, this work presents a study and an analysis of techniques for maximum power point tracking (MPPT). In this work, the MPPT techniques are based on particle swarm optimization (PSO), which can search for GMPP, improving the tracking efficiency of the overall system maximum power point (MPP), as well as and increasing the tracking factor. In this study, the following methods are compared: Perturb and Observe (P&O); Traditional PSO (PSO 1), PSO with non-linear inertial weight (PSO 2); PSO with chaotic improvement (PSO 3); and, finally, the proposed PSO with varying inertial weight from a logistic map (PSO 4). The PSO algorithms are analyzed in a photovoltaic system connected to the single-phase utility grid, which is composed by a step-up DC-DC converter (Boost) and a single-phase full bridge inverter. In addition, the PSO algorithm is also used to optimize the gains of the controllers present both in the multi-loop control of the Boost converter, as well as in the control of the DC bus voltage and the output current loop of the single-phase inverter. Thereby, the presented PV system is able to operate with a better dynamic performance, in addition to presenting better transient and steady-state in the search for the GMPP, since both the search for MPP and the controller gains are optimized. The PV system is analyzed considering the scenario of uniform solar irradiation on the arrangement, as well as, when partial shading conditions occur. By means of simulation results, the MPPT techniques are evaluated to each other comparing the tracking factor, convergence time, power oscillations in steady-state and tracking, efficiency in the search for the GMPP, as well as the total harmonic distortion of the injected grid-current. In addition, the performance analysis of the PV system is performed considering the tuning of the PI compensators by the frequency response analysis method and the PSO associated with the frequency response analysis.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho propõe condições para a síntese de observadores com matrizes constantes para sistemas discretos lineares com parâmetros variantes no tempo sujeitos a entradas desconhecidas, assim como sua aplicação para o projeto de controladores por realimentação de estados. Tal abordagem remove a necessidade de medição ou estimação dos parâmetros variantes do sistema, que é uma premissa recorrente na literatura; permitindo, também, que a metodologia proposta possa ser aplicada a outras classes de sistema. Os estados estimados pelo observador proposto são utilizados para compor uma lei de controle, por meio de um controlador por realimentação de estados com ganho constante. O problema é reescrito de maneira a apresentar equivalência ao problema de síntese de controladores por realimentação estática de saída, possibilitando que técnicas presentes na literatura sejam utilizadas para o projeto desses controladores. As condições de projeto do observador e do controlador baseado em observador são descritas em termos de problemas de otimização sujeitos a restrições na forma de desigualdades matriciais lineares. Exemplos numéricos são utilizados para validar e avaliar as abordagens propostas. This work proposes synthesis conditions of constant observers for discrete-time linear parameter-varying systems subject to unknown inputs, as well as their application to the design of state-feedback controllers. Such approach does not require measuring or estimating the time-varying parameters of the systems, which is a recurrent premise in the literature. This also allows the proposed methodology to be applied to other system classes. An observer-based state-feedback control law with constant gain is proposed using the states estimated by the designed observer. The procedure of designing the observer-based controllers is rewritten in a structure similar to the static output-feedback problem, allowing techniques from the literature to be applied to design such controllers. The observer and the observer-based controller design conditions are described in terms of optimization problems subject to linear matrix inequalities constraints. Numerical examples are used to validate and evaluate the proposed approaches.

Orientadora: Elizete Maria Lourenço Coorientador: Odilon Luis Tortelli Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 28/07/2020 Inclui referências: p. 148-153 Área de concentração: Sistemas de Energia Resumo: A recente popularização e crescente inserção de controladores FACTS nos sistemas de potência ao redor do mundo ensejou a necessidade de modelar e inserir tais dispositivos nas metodologias tradicionalmente empregadas na operação e análise de sistemas de energia. O conceito de FACTS está diretamente relacionado ao aprimoramento dos sistemas existentes, tornando-os eletronicamente controláveis. São dispositivos que atuam ativamente no controle das principais grandezas do sistema de forma a flexibilizar sua operação, uma oportunidade especialmente relevante um contexto de Smart Grid. O presente trabalho de pesquisa se concentra na estimação de estados de sistemas de potência que contém dispositivos FACTS, especificamente o controlador TCSC, propondo duas abordagens distintas para tratar o problema de estimação de estados em sistemas em que o referido controlador é inserido. A primeira abordagem proposta se refere à adaptação da formulação de mínimos quadrados ponderados linearizada do problema de estimação de estados, com intuito de inserir o parâmetro de controle do TCSC como uma nova variável de estado para o problema, a ser estimada em conjunto com as variáveis de estado tradicionais do modelo linearizado da rede. A segunda abordagem proposta diz respeito a um estimador de estado baseado na formulação desacoplado-rápido do método de mínimos quadrados ponderados, capaz de processar conjuntos de medidas obtidos de sistemas de transmissão que contém o controlador FACTS TCSC. As reatâncias equivalentes dos controladores são inseridas como novas variáveis de estado no subproblema ativo da formulação desacoplado-rápido, sendo estimadas em conjunto com as variáveis de estado tradicionais do sistema. Além fornecer uma estimativa dos parâmetros de controle dos TCSCs e variáveis de estado tradicionais a partir de um conjunto de medidas obtidas pelo sistema SCADA, as abordagens propostas possuem aplicações na determinação das reatâncias equivalentes dos controladores necessárias para que sejam mantidos os fluxos de potência ativa especificados para os ramos controlados, considerando os modelos linear e não linear da rede. Os resultados apontam para uma boa aplicabilidade dos métodos propostos, capazes de estimar com precisão e eficiência os parâmetros de controle dos TCSCs sob diferentes condições operativas para diferentes sistemas-teste de transmissão. Palavras-chave: Estimação de Estados. FACTS. Thyristor Controlled Series Capacitor. Método Desacoplado-Rápido. Sistemas de Transmissão. Abstract: The recent popularization and increasing insertion of FACTS controllers in power systems gave rise to the need for modeling and inserting such devices in the traditional power system analysis and operation applications. The concept of FACTS is directly related to the improvement of existing installations, making them electronically controllable. FACTS controllers provide active control of many of the power system magnitudes, which flexibilities the system operation with especially relevant opportunities in the Smart Grid context. The present research work focuses on the state estimation of power systems with FACTS, specifically the TCSC controller, proposing two different approaches to address the state estimation problem for power systems with TCSC. The first proposed approach refers to an adaptation of the linearized weighted least squares formulation of the state estimation problem, in which the TCSC's control parameter is inserted as a new state variable for the linearized state estimation problem, being estimated together with the traditional state variables of the linearized power system model. The second proposed approach concerns to an adaptation of the weighted least squares fast-decoupled state estimator, capable of processing measurements obtained from transmission systems with TCSC. The controllers' equivalent reactances are inserted as new state variables in the active subproblem of the fast-decoupled formulation, being estimated together with the traditional state variables of the system. Besides providing an estimate of the control parameters of the TCSCs and traditional state variables from a set of measurements obtained by the SCADA system, the proposed approaches have applications in determining the necessary controllers' equivalent reactances to maintain the desired active power flows through controlled branches, considering the linear and non-linear models of the network. The results point to good applicability of the proposed methods, which are capable of estimating the control parameters of the TCSCs with accuracy and efficiency, under different operating conditions for different transmission systems. Keywords: State Estimation. FACTS. Thyristor Controlled Series Capacitor. Fast- Decoupled Method. Transmission Systems

A principal contribuição deste trabalho é a aplicação e análise de controladores lineares, em conjunto com compensadores "antiwindup", em um sistema físico. O sistema é um processo multivariável cujo objetivo é controlar, pela variação das vazões de líquido frio e quente, o nível e a temperatura de um fluido em um tanque de mistura. Como o sistema é não-linear, duas abordagens distintas são utilizadas. Primeiramente, um modelo linear e invariante no tempo é utilizado para gerar um controlador e um compensador antiwindup também invariantes no tempo. A segunda abordagem consiste em modelar o sistema como linear e dependente de parâmetros variantes no tempo e computar, como consequência, um controlador e um compensador antiwindup também variantes no tempo. Os resultados de simulações teóricas e ensaios práticos permitem validar e verificar a influência do antiwindup na malha de controle, demonstrando-se eficaz. The main contribution of this work is the application and analysis of linear controllers, along with antiwindup compensators, in a physical system. The considered system is a multivariate process aimed to control the level and temperature of a fluid in a mixing tank by varying the flows of cold and hot liquid. Since the system is nonlinear, two distinct approaches are used. First, a linear and time invariant model is used to generate a controller and an antiwindup compensator also time invariant. The second approach is to model the system as linear and dependent on time-varying parameters and to compute, as a consequence, a controller and a compensator antiwindup also variants in time. The results of theoretical simulations and practical tests allow to validate and verify the influence of antiwindup on the closed-loop control, proving to be effective.

Orientador: Prof. Dr. Roman Kuiava Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 28/02/2019 Inclui referências: p.78-83 Área de concentração: Sistemas de Energia Resumo: Os controladores automaticos de potencia reativa ou fator de potencia (var/fp) aparecem nas especificacoes de usinas de energia eletrica empregadas no contexto de geracao distribuida. Alguns estudos reforcam, por sua vez, que a utilizacao destes controladores em geradores sincronos distribuidos (GSDs) pode levar a problemas de qualidade de tensao e de amortecimento de oscilacoes associadas aos modos eletromecanicos. Segue, portanto, como possivel alternativa para minimizar os efeitos adversos de tais modos oscilatorios em situacoes operativas envolvendo o uso destes controladores, o projeto conjunto das malhas de controle de var/fp e de controle suplementar de amortecimento, tambem chamado de estabilizador de sistemas de potencia (ESP). Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia de sintonia de ESP e de controlador do tipo var/fp para GSDs, sendo esta baseada na otimizacao de indices de desempenho dinamico, empregando alocacao de autoestrutura das matrizes de estado do modelo de sistema de potencia em malha fechada. Busca-se, de um modo geral, o aumento do amortecimento dos modos oscilatorios eletromecanicos, a minimizacao da energia das oscilacoes de velocidade angular e de tensao de campo dos GSDs, ao mesmo tempo em que se busca uma reducao do esforco de controle para evitar a saturacao do mesmo. A sintonia dos controladores e feita de maneira simultanea, evitando interacoes adversas entre eles. A metodologia e aplicada para o projeto das malhas de controle de um GSD operando em uma rede de distribuicao de 33 kV com 6 barras. A avaliacao do desempenho dos controladores e feita por meio de analise modal e por simulacoes nao-lineares para diferentes condicoes operativas. Os resultados mostram que as taxas de amortecimento dos modos oscilatorios apresentam valores satisfatorios, e o pico maximo atingido pela tensao de campo e inferior quando comparado ao caso sem controladores. Alem disso, o sistema de excitacao conta com uma logica de chaveamento automatico, implementada para realizar a comutacao entre os modos de operacao do GSD com o objetivo de atuar ora como mantenedor de tensao, ora como seguidor de tensao, mostrando-se vantajosa no quesito de evitar a desconexao mandatoria dos GSDs em caso de subtensao. Palavras-chave: Sistemas eletricos de potencia. Geradores sincronos distribuidos. Oscilacoes eletromecanicas. Estabilizadores de sistemas de potencia. Controle de var/fp. Abstract: The automatic controllers of reactive power and power factor (var/pf) have appeared in specifications from power plants when distributed generation is applied. Some studies reinforce that the use of these types of controllers on distributed synchronous generators (DSGs) can lead to problems related to voltage quality and oscillations' damping associated with electromechanical modes. It follows, therefore, as a possible alternative to minimize the adverse effects of such oscillatory modes during operative situations involving the use of these controllers, the joint design of the meshes from the var/pf controller and the supplementary damping controller, also called power system stabilizer (PSS). In this scenario, this work presents a tuning methodology of PSS and var/pf controller for DSGs, which is based on the optimization of dynamic performance indexes employing eigenstructure allocation of the state matrices of the closed-loop power system model. In general, the goal is increasing the damping of the electromechanical oscillatory modes, and minimizing the energy of the oscillations from the angular speed and the field voltage from the DSG, at the same time, a reduction of the control effort is sought to avoid saturation of the same. The tuning of the controllers is done simultaneously, avoiding adverse interactions among them. The methodology is applied for the design of the control meshes of a DSG operating in a distribution network of 33 kV with 6 bars. The evaluation of controller performance is done through modal analysis and non-linear simulations for a set of different operating conditions. The results show that the damping rates of the oscillatory modes have presented satisfactory values, besides reducing the machine field voltage peaks. In addition, the excitation system has an automatic switching logic, implemented to perform the switching between the operating modes of the DSG with the objective of either acting as a voltage maintainer or as a voltage follower, proving to be advantageous in terms of to avoid the mandatory disconnection of GSDs in case of undervoltage. Keywords: Electrical Power Systems. Distributed Synchronous Generators. Electromechanical oscillations. Power system stabilizers. Var/pf controllers.

Submitted by Ednei Luiz Miotto (edneimiotto@utfpr.edu.br) on 2018-11-05T12:58:43Z No. of bitstreams: 1 TESE EDNEI LUIZ MIOTTO.pdf: 5057627 bytes, checksum: 74b7d6f2bd477e7e02941873ca291fa3 (MD5) Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-11-08T19:07:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 miotto_el_dr_ilha.pdf: 5057627 bytes, checksum: 74b7d6f2bd477e7e02941873ca291fa3 (MD5) Made available in DSpace on 2018-11-08T19:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 miotto_el_dr_ilha.pdf: 5057627 bytes, checksum: 74b7d6f2bd477e7e02941873ca291fa3 (MD5) Previous issue date: 2018-10-18 Este trabalho apresenta o Novel Bat Algorithm com uma nova técnica para realizar o ajuste coordenado dos parâmetros de controladores suplementares de amortecimento (Estabilizadores de Sistemas de Potência e do conjunto Generalized Unified Power Flow Controller – Power Oscillation Damping) em sistemas elétricos de potência multimáquinas. O objetivo principal é inserir amortecimento adicional aos modos oscilatórios de baixa frequência e, consequentemente, garantir a estabilidade do sistema elétrico frente a pequenas perturbações. Para representar o sistema elétrico de potência será utilizado o Modelo de Sensibilidade de Potência. Desse modo, todos os seus dispositivos e componentes foram modelados por injeções de potência. Análises estáticas e dinâmicas foram realizadas em dois sistemas teste, sendo: o Sistema Simétrico de Duas Áreas e o Sistema New England. A eficiência do dispositivo FACTS Generalized Unified Power Flow Controller atuando em conjunto com uma estrutura de controle baseada em controladores Proporcional – Integral foi criteriosamente avaliada para o controle de fluxos de potências ativa e reativa, para a melhoria do perfil de tensão do sistema elétrico e na redução das perdas no sistema de transmissão. O desempenho do Novel Bat Algorithm, no que concerne ao ajuste dos parâmetros dos controladores, foi comparado a outros quatro algoritmos bio-inspirados bastante difundidos na literatura: Particle Swarm Optimization, Bacterial Foragim Optimization, Bat Algorithm e o Algoritmo Genético com Elitismo. Os resultados demonstraram que o Novel Bat Algorithm foi mais eficiente que as demais técnicas avaliadas, obtendo soluções com amortecimento satisfatório, mesmo quando variações nos cenários de carregamento do sistema são consideradas, sendo, portanto, credenciado como ferramenta promissora para a análise da estabilidade a pequenas perturbações em sistemas elétricos de potência multimáquinas. This work presents the Novel Bat Algorithm as a new technique for the to perform the coordinated tuning of the parameters of the supplementary damping controllers (Power Systems Stabilizers and Generalized Unified Power Flow Controller - Power Oscillation Damping) in multi-machine electric power systems. The main objective is to insert damping to low-frequency oscillations and thus ensure the stability of the electrical system against minor disturbances. The Power Sensitivity Model is used to represent the system. Thus, all devices and their components are modeled by power injection. Static and dynamic analyzes were performed in the two systems: the two-areas symmetric, and the New England. The performance of the proposed methodology (Novel Bat Algorithm), for tuning of the parameters of the controllers was compared to four other algorithms, presented in the literature: The Particle Swarm Optimization method, Bacterial Foraging Optimization method, Bat Algorithm method and a Genetic Algorithm with elitism. The results demonstrated that the Novel Bat Algorithm was more effective than the other techniques presented, generating robust solutions when variations on the scenarios of loads were considered, and therefore accredited it as a tool in the analysis of the study of small-signal stability.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os conversores bidirecionais e isolados abordados nesse trabalho são de grande interesse para aplicação como UPS’s (Uninterrupted Power Supply) e sistemas híbridos de produção. Possibilitam realizar a carga e descarga das baterias em um único equipamento, podendo apresentar alto ganho de tensão e fornecer isolação galvânica para o banco de baterias. No desenvolvimento deste trabalho é proposto o projeto e implementação de um conversor com baixos níveis de ondulação de tensão e corrente em ambos os lados do conversor, além da possibilidade de atuar na regulação do barramento CC com valor fixo de tensão e operar sem o uso de circuitos auxiliares a fim de garantir a operação bidirecional. O estudo se baseia no projeto, simulações e implementação do conversor, analisando o seu comportamento sob diferentes pontos de operação das baterias. Para atuar no controle dos processos de carga e descarga das baterias, o conversor foi modelado a partir do modelo médio em espaço de estados, possibilitando projetar os controladores envolvidos no sistema. Neste sentido, com a implementação do conversor em laboratório tem-se como principais contribuições do trabalho a modelagem do conversor, implementação do projeto de controle para a carga das baterias, regulação da tensão no barramento CC e a proposta de modulações que permitem que o conversor opere sem o uso de circuitos auxiliares. The bidirectional and isolated converters discussed in this work are of great interest for applications such as UPS’s (Uninterrupted Power Supply) and hybrid generation power systems. They allow the charging and discharging of the batteries in a single equipment, which can present high voltage gain and provide galvanic insulation to the battery bank. In the development of this work, it is proposed the design and implementation of a converter with low levels of voltage and current ripple on both sides of the converter, besides the possibility to operate in the regulation of the DC link with fixed voltage value and to operate without the use of auxiliary circuits to ensure bidirectional operation. The study is based on the design, simulations and implementation of the converter, analyzing its behavior under different points of operation of the batteries. In order to control charge and discharge processes of the batteries, the converter was modeled from the state space model, allowing the design of the controllers involved in the system. In this sense, with the implementation of the converter in the laboratory, has as main contributions of the work modeling of the converter, implementation of the design of control for the charge of the batteries, regulation of the voltage in the DC link and the proposal of modulations that allow the converter to operate without the use of auxiliary circuits.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Esta dissertação aborda os principais problemas operacionais enfrentados pelos operadores de redes de distribuição devido à elevada integração de geradores fotovoltaicos (FV), tais como sobretensões, comutações excessivas de tape e a condição de runaway em reguladores de tensão. As sobretensões ao longo do alimentador podem ser causadas pela significativa injeção de potência ativa do gerador FV. Adicionalmente, as variações rápidas e significativas na potência ativa injetada pelo gerador FV, associadas com os transitórios de nuvens, resultam em aumento excessivo de comutações de tape no regulador de tensão, afetando negativamente a vida útil desse equipamento. Além disso, quando a direção do fluxo de potência é invertida no alimentador devido à significativa injeção de potência ativa do gerador FV, o regulador de tensão pode falhar no controle da tensão na barra sob regulação e o tape pode atingir seu limite inferior ou superior (condição de runaway). Esta dissertação propõe um controle local de potência reativa para inversores FV a fim de aliviar tais problemas mencionados. O controle proposto é avaliado usando dados de medição de um sistema fotovoltaico real instalado no telhado de uma residência localizada em Belém e simulações dinâmicas de um alimentador de média tensão com uma miniusina FV. This dissertation addresses the major operational problems faced by distribution network operators due to the high integration of photovoltaic (PV) generators, such as overvoltages, excessive tap counts and voltage regulator runaway condition. The overvoltage problem in distribution networks may be caused by significant active power injection from PV generation. Additionally, the rapid and significant variations in PV generator active power associated with cloud transients result in an increase of voltage regulator tap counts, adversely affecting the useful life of that device. Also, when the direction of the power flow is reversed due to PV generator active power injection, the voltage regulator can fail to control voltage at the regulated bus and reach lowest or highest tap limit (runaway condition). This dissertation proposes a local reactive power control for PV inverters to alleviate such problems. The proposed control is evaluated using measurement data from the real rooftop PV system in the city of Belém and dynamic simulations on a single MV feeder with a PV solar plant.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Este trabalho propõe uma nova técnica de síntese de controladores via rede (Networked Control System - NCS), projetado para sistemas lineares a parâmetros variantes no tempo (Linear Parameter Varying - LPV), considerando que tanto a entrada de controle, quanto as variáveis de estados, estão sujeitas a atrasos inerentes à rede. Para o fato, é proposta a utilização de um método de análise de estabilização robusta com base na Função de Lyapunov-Krasovskii, usando a técnica de controle misto H2/H∞ através da resolução de um conjunto de desigualdades matriciais lineares (Linear Matrix Inequalitiy - LMIs). O trabalho apresenta o desenvolvimento da condição de síntese do controlador H2 e, para o controlador H∞, foram utilizadas as condições já estabelecidas pela literatura. As LMIs são tratadas de forma politópica, considerando as variáveis dependentes de parâmetros e de um grau polinomial arbitrário. A validação do método de controle será através de um exemplo numérico, comparando os resultados obtidos com o controle misto, controle H∞ e controle H2. The problem addressed in this work is a Networked Control System (NCS) design for linear parameter varying (LPV) systems, considering that both the input signal and states variables are subject to delays inherent to the network. This work proposes the use of a robust stabilization method based on the Lyapunov-Krasovskii functional, using a mixed H2/H∞ control technique, which relies on the resolution of a set of Linear Matrix Inequalities (LMIs) conditions. To this end, it is developed a synthesis condition for the H2 controller and, for the H∞ controller, conditions established in the literature are used. The LMI problem is solved in a polytopical way, considering that the variables are polynomially dependent of parameters, being the polynomials of arbitrary degree. The effectiveness of the technique is illustrated by a numerical experiment, comparing the results obtained with the mixed control, H∞ control and H2 control.

Orientador : Prof. Dr. Odilon Luís Tortelli Coorientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 03/08/2017 Inclui referências : p. 109-113 Resumo: As empresas do setor elétrico estão sujeitas a constantes desafios para proporcionar energia elétrica de forma eficiente e segura para os consumidores, tendo em vista que a insegurança ou ineficiência no fornecimento é fonte de prejuízos diversos tanto para os consumidores residenciais, como, principalmente, para os comerciais e industriais. Assim, portanto, é de suma importância a superação contínua destes desafios por parte dos agentes do setor. Países como o Brasil, com grande extensão territorial e distribuição populacional pouco homogênea, estão mais sujeitos aos desafios de expandir e operar uma rede elétrica interligada de maior porte que conecta os centros de geração aos centros de consumo. Nesse contexto os Controladores FACTS (do inglês, Flexible Alternate Current Transmission System) tem papel extremamente relevante. Dessa forma, a correta localização destes dispositivos na rede elétrica pode propiciar grandes vantagens operacionais, aumentando a controlabilidade do sistema, com reflexos na melhoria da sua eficiência e segurança. Tendo isto em vista esta dissertação visa o estudo, implementação e comparação de seis metodologias de alocação de dispositivos FACTS baseadas em meta-heurísticas. Foram considerados para tanto os controladores denominados da segunda geração: Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) e Unified Power Flow Controller (UPFC). A alocação destes dispositivos é considerada tanto de forma individual como simultânea, por meio do cálculo de fluxo de potência, sendo este baseado no método de Newton-Raphson, que incorpora a representação funcional de cada um dos controladores. A técnica de Algoritmos Genéticos (AG) é utilizada como base para a implementação das demais meta-heurísticas de otimização, tanto como aferição dos resultados quanto como base de comparação, visto que ela já foi largamente utilizada para o propósito de alocação de dispositivos em redes elétricas. Para a comparação e validação destes métodos foram utilizados principalmente dois sistemas teste, um de pequeno porte e um de porte médio, sendo que no sistema de pequeno porte foram considerados diferentes níveis de carga. Os resultados obtidos apontaram que, embora as diferentes técnicas tenham demostrado potencialidade para lidar com problemas complexos e proporcionar soluções adequadas para alocação de controladores FACTS, a técnica GWO (Grey Wolf Optimizer) apresentou um desempenho particularmente mais destacado, que aliado a maior simplicidade na definição dos parâmetros de atuação a qualificam como alternativa relevante à consagrada técnica de AG para estudos dessa natureza. A avaliação do desempenho das técnicas meta-heurísticas de desenvolvimento recente tratadas neste trabalho impactam diretamente a pesquisa de alocação de sistemas reais, permitindo o aperfeiçoamento de metodologias e a redução do custo computacional. Palavra chave: Planejamento de Operação, Dispositivos FACTS , Alocação de controladores, Meta-heurísticas de otimização. Abstract: Companies in the electricity sector are faced with constant challenges to provide electricity in an efficient and safe way for consumers, since insecurity or inefficiency in supply is a source of diverse damages for both residential consumers and especially, Commercial and industrial consumers. Therefore, it is extremely important to continuously overcome these challenges on the part of the agents of the sector. Countries such as Brazil, with a large territorial extension and poor homogeneous population distribution, are more subject to the challenges of expanding and operating a larger interconnected power grid that connects generation centers to consumption centers. In this context, the FACTS (Flexible Alternate Current Transmission System) Controllers play extremely relevant roles. In this way, the correct location of these devices in the electrical network can provide great operational advantages, increasing the controllability of the system, with reflexes in the improvement of its efficiency and safety. With this in mind, this dissertation aims to study, implement and compare six methodologies based on metaheuristics to allocate FACTS devices. Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) and Unified Power Flow Controller (UPFC) were considered for this purpose. The allocation of these devices is considered both individually and simultaneously, by means of the power flow calculation, which is based on the Newton-Raphson method, which incorporates the functional representation of each of the controllers. The Genetic Algorithm (GA) technique is used as the basis for the implementation of other optimization meta-heuristics, since it has already been widely used for the purpose of device allocation in power networks. For the comparison and validation of these methods, two test systems were used, one of small size and one of medium size. Different load levels were considered with the small test system simulations. The performance evaluation of the recent development metaheuristic techniques, treated in this work, directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. The results showed that, although the different techniques have demonstrated potential to deal with complex problems and provide adequate solutions for FACTS controller allocation, the GWO (Grey Wolf Optimizer) technique presented a particularly outstanding performance, which, together with the simplicity of parameters definition qualify it as a relevant alternative to the established AG technique for studies of this nature. The evaluation of the performance of the meta-heuristic techniques of recent development treated in this work directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. Keyword: Transmission Systems Planning, FACTS devices, Controllers allocation, Metaheuristics.

This paper presents a continuous time predictive current controller applied to DFIG-based wind turbine. The controller design is based on the rotor current model and its tuning is carried out by adjusting two parameters. The first parameter is responsible for the continuous-time horizon and the second parameter tunes the filter, which is responsible to reduce electromagnetic torque/ instantaneous power ripple. Moreover, it addresses windup problems since the saturation model is part of the loop control. The simple tuning procedure and anti-windup scheme are the benefits of the proposed controller. The robustness of the design controller is verified by increasing the rotor’s resistance, so that the uncontrolled instantaneous power oscillations are reduced when compared with the conventional PI controller. Experimental results were carr Este trabalho apresenta uma nova estratégia de controle preditivo aplicada a um sistema de geração eólico baseado em DFIG. O projeto do controlador baseia-se em um modelo matemático da malha de corrente do rotor e sua sintonia é efetuada através de dois parâmetros de ajuste, um para obter uma resposta rápida ao seguimento de referência e o outro para reduzir as oscilações no sinal de controle. O primeiro parâmetro de ajuste utiliza horizonte de predição contínuo ao invés do tradicional horizonte discreto, o qual possibilita uma melhor sintonia do controlador, e o segundo baseia-se no projeto de um filtro para diminuir as oscilações no conjugado eletromagnético e nas potências instantâneas produzidas pelo sistema. Além disso, propõe-se a inclusão do modelo da saturação no controlador para evitar problemas de windup. A vantagem do uso deste controlador consiste na sua simplicidade de sintonia e capacidade de reduzir o tempo de permanência do sinal de controle em saturação, caso ocorra, e manter o sistema estável na saída desta não linearidade. É verificada a robustez do controlador proposto quando a resistência do rotor da máquina é aumentada, reduzindo as variações de potência não controladas ao ser comparado com controlador PI tradicional. Resultados experimentais são obtidos utilizando um protótipo de 3,7kW que mostram a eficácia do controlador desenvolvido quando o sistema é submetido a variações de potência, velocidade do rotor e afundamento de tensão simétrico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. Neste trabalho é realizada a modelagem em espaço de estados por valores médios de um sistema de filtros ativos paralelos que empregam controladores ressonantes no sistema de eixos síncronos para a compensação de harmônicas de corrente. Servindo-se desse modelo, o objetivo principal desta pesquisa é realizar um estudo de estabilidade do sistema considerando a variação da característica de indutância e de resistência da rede com o intuito de encontrar melhores valores de ganho dos controladores ressonantes que garantam o funcionamento do sistema na faixa de operação desejada. Esse estudo é comparado a diversos métodos de análise de estabilidade baseados na observação da impedância de entrada do conversor controlado, incluindo o critério baseado em passividade, que, nessa pesquisa, se mostrou bastante relevante na análise de sistemas multiconversores. Os resultados obtidos com a metodologia empregada são comprovados por simulações e experimentação em um protótipo de 175 kVA. Abstract : This work presents the state-space averaged modeling of an active power filter system that employs resonant controllers in a synchronous reference frame for current harmonics compensation. Making use of that model, the main objective of this research is to carry out a system stability study considering the grid inductance and resistance characteristics variation in order to find better resonant controllers gain values that ensure the functioning of the system in the desired operation range. That study is compared to several methods of stability analysis based on the observation of the controlled converter input impedance, such as the Passivity-Based Stability Criterion, that, in this research, showed itself to be considerably relevant in the analysis of multiconverter systems. The results achieved through the methodology applied here are confirmed by simulation and experimentation tests using a 175 kVA prototype.

Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 04/05/2016 Inclui referências : f. 79-87 Área de concentração: Sistemas eletrônicos Resumo: Esta dissertação tem por objetivo avaliar abordagens de sintonia de controladores PI (Proporcional e Integral) multivariável e acoplado, utilizando metaheurísticas de otimização aplicada a soma ponderada dos sinais de erro do sistema. Os controladores PI e PID (Proporcional, Integral e Derivativo) são os controladores mais utilizados na indústria, pois possui um algoritmo simples e eficiente. Nesta dissertação, o algoritmo evolutivo denominado evolução diferencial (DE), é comparado a outros algoritmos derivados do DE clássico e também a outros algoritmos evolutivos baseados em população. Estes algoritmos são aplicados na otimização de controle PI em dois estudos de caso: um processo de uma caldeira de turbina (Boiler-Turbine) e um processo de controle de nível (Quadruple Tank). O processo de otimização lida com a soma ponderada dos sinais de erro dos sistemas tratando-os como um problema de otimização mono-objetivo. Nos dois estudos de caso o algoritmo que obteve o melhor desempenho entre todos os algoritmos foi o EPSDE (Ensemble of Mutation and Crossover Strategies and Parameters in DE), e o que apresentou o desempenho menos promissor entre todos os algoritmos testados foi o CMAES (do inglês, Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy). Entre os algoritmos baseados em população o que apresentou o pior desempenho nos dois estudos de caso foi o MVO (do inglês, Multi-Verse Optimization) e o que apresentou o melhor desempenho foi PSO (do inglês, Particle Swarm Optimization). Para o primeiro estudo de caso, o DE clássico teve um bom desempenho, o que não ocorreu no segundo estudo de caso. Os algoritmos variantes de DE apresentaram um bom desempenho para os dois estudos de caso quando comparados a outros algoritmos baseados em população aplicados nesta dissertação, concluindo assim, a eficácia dos algoritmos DE para os casos testados. Palavras-chave: Controle PI Multivariável, Metaheurísticas de Otimização, Algoritmo de Evolução Diferencial. Abstract: This thesis focuses on validate the approaches used for PI control (proportional and integral) multivariable and coupled using metaheuristics optimization applied the weighted sum of the system error signals. The PI and PID (proportional, integral and derivative) controllers are the controllers most commonly used in the industry because it has a simple and efficient algorithm. In this thesis the evolutionary algorithm named differential evolution (DE) is compared to other derived algorithms and also other evolutionary algorithms based on population. These algorithms are applied to the optimization of PI control in two case studies: a process of a boiler turbine (Boiler-Turbine) and level control process (Quadruple Tank). The optimization process deals with the weighted sum of the systems errors signals by treating them as a singleobjective optimization problem. In the two case studies the algorithm which obtained the best performance among all algorithms was the EPSDE (Ensemble of Mutation and Crossover Strategies and Parameters in DE) and presented the performance less promising among all algorithms tested was the CMAES (Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy). Among the algorithms based on population presented the worst performance in two case studies was the MVO (Multi-Verse Optimization) and presented the best performance was PSO (Particle Swarm Optimization). For the first case study, the classic DE had a good performance, which did not occur in the second case study. The algorithms DE variants performed well for the two case studies compared to other based population algorithms applied in this thesis, concluding thus the effectiveness of DE algorithms for the cases tested. Key-words: PI Control Multivariable, Optimization Metaheuristics, Differential Evolutionary Algorithm.

Orientador : Profª. Drª. Arislete Dantas de Aquino Co-orientador : Prof. Dr. Eduardo Ratton Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Mestrado Profissional em Meio Ambiente Urbano e Industrial, em parceria com o Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial e a Universität Stuttgart. Defesa: Curitiba, 21/11/2016 Inclui referências: f. 86-92 Resumo: As rodovias representam uma importante fonte de mortalidade direta para muitas espécies de animais silvestres. As colisões com animais silvestres também representam um risco à segurança de condutores e passageiros de veículos, sendo o tráfego, com suas características de volume e velocidade, um dos fatores determinantes em muitos acidentes rodoviários. Neste contexto, a BR-262/MS entre as cidades de Anastácio e Corumbá, atravessa os Biomas Cerrado e Pantanal, sendo recorrente os atropelamentos de animais silvestres ao longo da rodovia. Na busca pela minimização deste impacto, a implantação de 20 (vinte) controladores eletrônicos de velocidade (CEVs) foi a primeira medida adotada como parte de uma proposta de dispositivos de proteção à fauna apresentada pela gestão ambiental das obras de melhoramentos e implantação de acostamentos no referido trecho. Assim, o presente trabalho avaliou a eficácia do uso de controladores eletrônicos de velocidade na redução de atropelamentos de animais silvestres na rodovia BR-262/MS, trecho de Anastácio a Corumbá. Para essa avaliação foi utilizado o método antes - depois com um grupo de comparação, uma forma de minimizar a interferência de fatores de confusão sobre o efeito da medida adotada. Como resultado, a análise da eficácia dos CEVs indicou uma redução significativa nos atropelamentos de fauna, sendo os maiores percentuais de redução obtidos no intervalo de avaliação de 500 metros dos dispositivos. Ademais, a migração das ocorrências dos atropelamentos de fauna para as adjacências dos CEVs, devido a um possível comportamento de compensação da redução de velocidade imposta pelos dispositivos, não foi evidenciada. Diante do resultado obtido, recomenda-se o aumento da fiscalização da velocidade regulamentar em todo o trecho da BR-262/MS e que o limite máximo de velocidade seja fixado preferencialmente à 80 km.h-1, bem como que seja dado continuidade ao monitoramento de atropelamentos de animais silvestres no trecho para que se tenha uma melhor avaliação da medida mitigadora já adotada, bem como das demais que venham a ser implantadas, para que esses resultados possam servir de base para a sua adoção em outras localidades. Palavras-chave: Fauna atropelada. Medida mitigadora. Controle da velocidade. Abstract: The highways are an important source of direct mortality for many species of wild animals. Collisions with wild animals also pose a risk to the safety of drivers and passengers of vehicles, being the traffic, with its features of volume and speed, one of the determinants factors in many road accidents. In this context, the BR-262/MS between the cities of Anastácio and Corumbá, goes through the Cerrado and Pantanal biomes, being recurrent the wildlife-vehicle collision along the highway. In searching for minimizing this impact, the implementation of 20 speed cameras was the first measure adopted as part in a wildlife protection devices proposal presented by the environmental management for the improvements and implementation of road shoulders in that stretch. Thus, this study evaluated the effectiveness of the use of speed cameras in reducing wildlife-vehicle collision on the highway BR-262/MS, at the stretch between Anastácio and Corumbá. For this evaluation the method before-andafter with a comparison group was used, a tool to minimize the interference of confounding factors on the effect of the measure adopted. As a result, the analysis of the effectiveness of speed controllers indicated a significant reduction in wildlifevehicle collision, with the highest reduction percentages obtained in the interval of 500 meters of the devices. Furthermore, the migration of occurrences of wildlife-vehicle collision to the adjacencies of speed controllers, due to a possible compensation behavior of the speed reduction imposed by the devices, showed no evidences. Based on the result obtained, it is recommended to increase the enforcement on the regulatory speed throughout the stretch of the BR-262/MS between Anastácio and Corumbá, and that the limit be set preferably at 80 km.h-1; and to be continued the monitoring of wildlife-vehicle collision in that stretch in order to have a better assessment of mitigation measure already adopted, as well as others that may be implemented so that these results can serve as a basis for its adoption in other locations. Key words: Wildlife-vehicle collision. Mitigation measure. Speed control.

Orientador : Gustavo H. da C. Oliveira Coorientador : Gideon V. Leandro Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 29/08/2016 Inclui referências : f. 100-103 Área de concentração Resumo: O sistema elétrico de potência precisa manter a qualidade e confiabilidade de operação. Entre outros fatores, isto significa manter a frequência com o mínimo de variação, responsabilidade esta do controlador de carga e frequência. Considerando as não-linearidades no sistema de uma usina hidroelétrica, o controle de carga e frequência é um assunto ainda em aberto exigindo amplo estudo. Neste trabalho propõe-se aplicar ao problema de controle de carga e frequência em usinas hidroelétrica uma técnica controle H? com otimização por Algoritmos Genéticos para obter um controlador PID. Mais especificamente, são usados algoritmos genéticos para sintonizar os parâmetros de um PID pelos critérios do controle H? robusto. O resultado é um controlador simples que ao mesmo tempo herda a principal característica do controlador H? robusto: a estabilidade robusta frente à variação do modelo do sistema. Neste problema o processo é o sistema elétrico cujo modelo varia conforme o carregamento. Para ser possível aplicar a técnica proposta, foram necessárias algumas modificações no modelo do sistema e na descrição usual da técnica de controle H?. Como estudo de caso, foram utilizados um sistema elétrico com uma área e uma usina, baseado em uma usina do Sistema Elétrico de Potência (SEP) Brasileiro, e outro sistema elétrico de potência composto por duas usinas. Analisa-se o comportamento do controlador proposto em situações de isolamento inesperado da área. Os resultados obtidos foram promissores ao apresentar desempenho superior aos controladores previamente propostos para a mesma situação. Palavras-chave: Sistema Elétrico de Potência, Controle de Carga e Frequência, Usina Hidroelétrica, Controle Robusto, Controle H?, Algoritmo Genético. Abstract: The electric power system must maintain operation quality and reliability. Among others factors, this means to keep the frequency constancy, and this is the purpose of load frequency control. Because of the non-linearities in the hydroelectric power plant, the load frequency control is an open problem and requires extensive study. In this work, we propose to apply to load frequency problem in hydroelectric power plant a technique of H? control with optimization by Genetic Algorithm to obtain a PID controller. More specifically, we used genetic algorithms to tune the PID parameters using H? control specification. The result is a simple controller that at same time inherits the main feature of H? robust control: the robust stability to the variation of system model. In this problem the plant is the electric system whose model changes according load. To be possible apply the proposed technique, it were required some alteration in the model of system and in the usual description of the H? control technique. The case study was a single area and single power plant electric system, based in a power plant of Brazilian Electric Power System, and other composed of two power plants. It was analyzed the behavior of an area in an unexpected isolating. The obtained results were promising to present superior performance to the previously proposed controllers for the same situation. Key-words: Electric Power System, Load Frequency Control, Hydroelectric Power Plant, Robust Control, H? Control, Genetic Algorithm.

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:23:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-21. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:29:40Z : No. of bitstreams: 1 000854150.pdf: 684683 bytes, checksum: fe23a7667e4108497ea2ea4204c9fec2 (MD5) Nesta dissertação apresentam-se resultados para a estabilidade de sistemas lineares sujei- tos a parâmetros variantes no tempo (do inglês Linear Parameter Varying - LPV). De início, apresenta-se um método para o projeto de um controlador gain scheduled via de- sigualdades matriciais lineares (do inglês Linear Matrix Inequalitites - LMIs), com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov com parâmetro variante e empregando uma realimentação derivativa do vetor de estado. Propõe-se um método para projetar o con- trolador gain scheduling usando realimentação derivativa do vetor de estado, considerando também incertezas paramétricas. Esta nova formulação foi obtida utilizando o Lema de Finsler, o que permitiu encontrar o ganho do controlador sem ter que inverter uma matriz literal In this thesis are presented results for the stability of linear time-varying systems (Linear Parameter Varying - LPV). At first, it is described a method for designing a gain scheduling controller via linear matrix inequalities (Linear Matrix Inequalitites - LMIs), based on the stability theory of Lyapunov with time-variant parameter and using state derivative feedback. It is proposed a method to design a gain scheduling controller using state derivative feedback and also considering parametric uncertains. This new formulation was manipulated using the lemma of Finsler, and allowed to find the control law without having to invert a symbolic matrix

Neste trabalho, é apresentado o projeto e desenvolvimento de um Sistema Multiconversor, baseado em uma Microrrede com barramento em corrente contínua e conversores estáticos CC-CC e CC-CA. Este sistema está localizado no Laboratório de Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT) na Universidade Federal do Pará (UFPA). O Sistema Multiconversor consiste de três conversores estáticos, sendo dois na topologia abaixador Buck e o terceiro um inversor trifásico. O primeiro conversor alimenta um barramento de corrente contínua com tensão controlada, o qual fornece tensão para um segundo conversor Buck. No segundo conversor, é aplicada uma estratégia de controle de tensão de forma a manter a potência constante. O inversor também é alimentado através do barramento CC e pode ser conectado à rede elétrica de forma a permitir a realização de estudos com sistemas interligados e geração distribuída. Para a validação dos conversores Buck estudados neste trabalho, foram desenvolvidos controladores digitais, através do método indireto de projeto de controladores digitais. Ambos os controladores foram desenvolvidos a partir da leitura das tensões na saída dos dois conversores, com o intuito de manter a tensão e a potência constantes nos conversores primário e secundário, respectivamente. Além da dificuldade inerente de sistemas com incertezas no modelo matemático e não linearidades presentes em conversores estáticos, o conversor com controle de tensão alimenta o segundo conversor. Isto introduz características não lineares que podem, inclusive, provocar instabilidade na tensão do barramento. Por esse motivo, faz-se necessário desenvolver uma estratégia de controle com o intuito de se manter a tensão no barramento o mais próximo possível da tensão de referência. Por fim, uma série de testes é realizada tanto em simulação computacional, quanto no sistema real, com o intuito de verificar a eficácia das técnicas de controle estudadas e aplicadas. Os resultados obtidos mostram o bom desempenho da estratégia de controle para o Sistema Multiconversor. This paper presents the design and development of a Multiconverter System based on a Microgrid comprised of a DC bus and static power converters DC-DC and DC-AC. This system is located at the Power Systems Control Laboratory (LACSPOT) at Federal University of Pará (UFPA). The Multiconverter System consists in three power converters, two in step-down Buck topology and the third a three-phase inverter. The first converter feeds a direct current voltage controlled bus that provides voltage to a second Buck converter. On the second Buck converter is also applied a voltage control strategy in order to maintain a constant power supply. The three-phase inverter is also powered by a DC bus can be connected to the local power grid, allowing studies with grid-tied systems and distributed generation. To test the buck converter studied in this work, were developed digital controllers, based on indirect digital control design method. Both controllers were developed using the output voltages as feedback signals in order to maintain the voltage and power as constant as possible, on the primary and secondary converters, respectively. Besides inner difficult in systems with parametric uncertainties and nonlinearities shown in power converters, the power converter with voltage control also feeds the second power converter. That introduces non-linear characteristics that may cause bar voltage instability. For that reason, it is necessary to develop a control strategy with the goal of keeping the voltage near to the voltage bus reference. To sum up, several tests were performed both in computer simulation, as in the real system in order to check the effectiveness of control techniques studied and applied. The obtained results shown that the Multiconverter System was able to provide a good performance under the designed control strategy.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-09. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:33Z : No. of bitstreams: 1 000836510.pdf: 733047 bytes, checksum: 0974d0626d02737133a5bde72e9af8d1 (MD5) Diversos protótipos de sistemas Maglev (transporte de levitação magnética) em todo o mundo, principalmente na Alemanha e Japão, têm demonstrado que este modo de transporte pode lucrativamente competir com o transporte aéreo. No entanto, um sistema Maglev tal como o Transrapid da Alemanha é inerentemente instável. Esta instabilidade deve-se ao sistema de suspensão eletromagnética, a qual usa força atrativa para levitar o trem. Com isto, algum sistema de controle da levitação deve ser implementado para tornar a operação segura. A partir de um modelo simplificado para o sistema experimental Transrapid é possível investigar a instabilidade e consequentemente propor algum projeto de controle. Neste trabalho, é proposto dois projetos de controladores ótimos. As seguintes técnicas são utilizadas para projetar os controladores: Regulador linear Quadrático (LQR) e Equação de Riccati Dependente do Estado (SDRE). O primeiro projeto é um controlador linear, já o outro é não-linear. As simulações computacionais mostram que o controlador SDRE permite o sistema Maglev operar com perturbações muito maiores no entreferro do que o controlador LQR permite Several experimental Maglev (magnetic levitation transport) systems all around the world, mainly in Germany and Japan have demonstrated that this mode of transportation can profitably compete with air travel. However, a system such as the German Maglev train (called Transrapid) is inherently unstable. This instability is because the electromagnetic suspension system uses attractive force to levitate the train. Herewith, some levitation control system must be implemented to make safe operation. From a simplified model for the Transrapid experimental system is possible to investigate the instability and to propose some control design. In this work, we propose two control designs for the system. The following techniques are used to design the controllers: Linear Quadratic Regulator (LQR) and State-Dependent Riccati Equation (SDRE). The first project is a linear controller, while the other is non-linear. Simulations shows that the SDRE controller allows the Maglev system to operate with much larger disturbances in the air gap than the LQR controller does

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:33:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:59Z : No. of bitstreams: 1 000830205.pdf: 2510424 bytes, checksum: 92cd2d10569ea398a6689c563f431e95 (MD5) Sistemas de captação aproveitam a energia do ambiente, tais como solar, térmica, eletromagnética e de vibração. Grande parte dos projetos de sistemas de captação de energia por vibração utiliza excitação periódica em ressonância com a frequência natural do sistema para que a amplitude de vibração seja máxima, resultando em uma quantidade de energia desejável para transdução. No entanto, na natureza o espectro de vibração é grande, o que dificulta o projeto físico de um sistema de captação de energia com esse propósito, acrescenta-se que a vibração do ambiente é de baixa frequência, o que dificulta ainda mais o projeto de um dispositivo de tamanho reduzido. Acrescenta-se, ainda, que a vibração do ambiente, em geral, não permanece em uma única faixa, variando constantemente. Esse tipo de vibração do meio ambiente pode ser modelado como uma excitação não-ideal. O objetivo principal dessa tese é modelar um sistema de captação de energia por vibração para sistemas lineares e não-lineares, sujeitos a excitação periódica e não-ideal e projetar controladores para melhorar a interação do sistema de captação com a fonte de excitação aumentando sua eficiência. Como principal resultado, observou-se que a vibração não-ideal oferece mais energia ao sistema de captação do que a excitação periódica e que os controladores projetados, em especial o LMI, conseguiu atingir um resultado expressivo no ganho de eficiência Harvesting systems harness the energy from the environment such as solar, thermal, electromagnetic and vibrational. Many projects of vibration energy harvesting systems use harmonic excitation in resonance with the system natural frequency to maximum vibration amplitude, resulting in a desirable amount of energy to transduction. However , the ambient vibration spectrum is large, which hampers the physical design of a system to capture energy for this purpose , it adds that the vibration environment is low frequency , which further complicates the design of a device of reduced size. In addition the ambient vibration in general does not remain in a single band and varying constantly. The ambient vibration can be modeled as a non-ideal excitation. The main objective of this thesis is to model a linear and non-linear vibration energy harvesting systems subject to periodic and non-ideal excitation and project controllers to improve the interaction of the system with excitation source increasing its efficiency. As a main result, it was observed that the non-ideal vibration provides more energy to the harvesting system than periodic excitation and that the controllers designed in particular LMI, achieved a significant result in efficiency gain

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e adaptação de técnicas para minimizar os efeitos das variações de carga e de frequência da rede em controladores repetitivos aplicados a filtros ativos de potencia. Para minimizar os efeitos provenientes de sinais aperiódicos decorrentes da conexão ou desconexão de cargas não lineares é elaborada uma técnica que diferencia cargas lineares de não lineares. Esta técnica opera de forma a só reinicializar o controlador quando o erro devido ao transitório for de valor considerável ou quando ocorrer a transição de carga não linear para linear. Também é desenvolvido um algoritmo de adaptação do ganho do controlador repetitivo baseado em uma função de adaptação sigmóide, com intuito de minimizar os efeitos provocados por ruído aleatório no sistema de medição. Na sequência, são analisados os efeitos da variação de frequência e apresentados os principais métodos de compensação deste problema. Entre as soluções apresentadas, encontra-se o método da alteração do número de amostras por período e o método da variação da taxa de amostragem. O primeiro possui a vantagem de utilizar técnicas de projeto lineares e invariantes no tempo. Já o segundo método, por variar a frequência de amostragem, deve ser analisado sob um aspecto de sistema variante no tempo, o que acarreta em maior complexidade na prova de estabilidade. Os algoritmos de reinicialização e adaptação do ganho do controlador repetitivo são analisados sob variação da frequência da rede. Para a compensação da variação da rede, utiliza-se o método do truncamento do número de amostras e o da variação da taxa de amostragem. Por fim, para validar os algoritmos desenvolvidos s˜ao realizados testes em uma plataforma experimental. This work presents the development and modification of techniques to reduce the effects of load variation and mains frequency deviation in repetitive controllers applied to active power filters. To minimize the effects of aperiodic signals resulting from the connection or disconnection of non-linear loads is developed a technique which recognizes linear and nonlinear loads, and operates to reset the controller only when the error due to the transition of considerable value, and the transition is from non-linear to linear load. An algorithm to adapt the gain of the repetitive controller, based on a sigmoid function adaptation, in order to minimize the effects caused by random noise in the measurement system is also used. This work also analyzes the effects of frequency variation and presents the main methods to cope with this situation. Some solutions are the change in the number of samples per period and the variation of the sampling rate. The first has the advantage of using linear design techniques and results in a time invariant system. The second method changes the sampling frequency and leads to a time variant system that demands a difficult analysis of stability. The proposed algorithms were tested using the methods of truncation of the number of samples and the method of changing the sampling rate of the system to compensate possible frequency variations of the grid. Experimental results are presented to validate the proposal.

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.

Fundação Araucária Este trabalho apresenta o estudo, projeto e simulação de um conversor CC boost, com controle da tensão de saída utilizando redes neurais. O conversor boost estudado neste trabalho está sendo utilizado em um aerogerador de baixa potência, com potência máxima de 3kW. Devido à operação em velocidade variável do aerogerador, a tensão de entrada no conversor também é variável em uma ampla faixa de operação, e a saída deve ser estabilizada para uma tensão fixa. Isso faz com que haja a necessidade do controle do conversor para que as diferenças na tensão de entrada sejam compensadas. Para a compensação dessa diferença, foi projetado um controlador utilizando o método de lugar das raízes. A modelagem do conversor boost também é apresentada. O controlador fornece o tempo de atuação da chave semicondutora de potência utilizada no conversor, controlando assim a tensão de saída. A variação na tensão de entrada, que pode variar de 50V a 350V, faz com que o controlador não atue de forma otimizada para todos os pontos de operação. Dessa forma, um controlador neural foi projetado para que trabalhe como controlador, compensando distúrbios de tensão de entrada do conversor. A validação dos controles foi efetuada através de simulação utilizando o software Matlab/Simulink, para confirmação do desenvolvimento teórico apresentado no trabalho. This work presents the study, design and simulation of a DC boost converter with output voltage control using neural networks. The boost converter studied in this work is being used in a wind turbine low power, with maximum power of 3kW. Due to the operation of the variable speed of the wind turbine, the input voltage of the converter is also variable over a wide operating range, and the output must be stabilized to a fixed voltage. This means that there is a need to control the converter so that differences in input voltage are compensated. To compensation this difference, a controller was designed using the root locus method. The modeling of the boost converter is also presented. The controller provides the time of operation of power semiconductor switch used in the converter, thereby controlling the output voltage. The variation in input voltage, which can vary from 50V to 350V, makes the driver does not act optimally for all operating points. Thus, a neural controller is designed to work as a controller, compensating disturbances of the converter input voltage. The validation of this controller was performed by simulation using Matlab / Simulink software, to confirm the theoretical development presented in the work.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-16Bitstream added on 2014-12-02T11:20:52Z : No. of bitstreams: 1 000800797.pdf: 2128856 bytes, checksum: cc64da39a86a1aa9e5dd1a5341897045 (MD5) A linha de transmissão é uma componente essencial do sistema elétrico de potência e a sua proteção é necessária para garantir o funcionamento contínuo e estável da rede. Um sistema de proteção adequado deve reunir de forma confiável e segura diferentes funções de proteção. Neste trabalho é adotada a proteção piloto, transferência de trip de sobre alcance permissivo para linhas de transmissão de extra-alta tensão (EAT). Esta proteção utiliza funções de sobrecorrente para retaguarda de faltas fase-terra e funções de distância para faltas entre fases. Um método inteligente foi desenvolvido para realizar a coordenação de relés de sobrecorrentes e de distância para sistemas malhados, assim como a modelagem de relés numéricos com a inserção de controladores nebulosos desenvolvidos em MODELS para serem inseridos no ATP (AlternativeTransientProgram). A metodologia proposta consiste em coordenar de forma ó-tima estes relés em sistemas de transmissão, para isto utiliza-se um algoritmo genético dedi-cado. Além disto, é desenvolvido o projeto de um controlador nebuloso que agregado ao relé numérico auxilia na proteção e na tomada de decisões independente das condições operacio-nais do sistema – topologia e níveis de carregamentos. Os resultados representam tempos de coordenação reduzidos quando comparados com outras técnicas. A presença do controlador auxilia o relé na tomada de decisões contribuindo para a confiabilidade do projeto de proteção The transmission line is a component essential to power systems and your protection its es-sential to ensure a stable and continuous network operation. A appropriate protection system must collect securely and trustily different protection functions. In this work a pilot protectio-nis used, a permissive overreaching transfer trip for extra high voltage lines. This structure uses directional overcurrent relays as backup protections against phase-earth faults and dis-tance relays for phase-phase faults. A intelligent method was developed for mesh networks to coordination relays, as modeling of numerical relay with fuzzy control using MODELS lan-guage to be inserted in ATP (Alternative Transient Program). The proposedmethodology rea-lizes an optimal coordination for all relays in the transmission network. To get this a genetic algorithm is developed. In addition, a fuzzy control is designed in numeric relay, this tool helps the relay on decisions independent of topology changes or different load levels that makes the pilot protection an adaptive protection

Este trabalho apresenta os resultados, simulados e com experimentação, obtidos nos estudos relacionados ao projeto e à implementação de estratégias avançadas de controle digital preditivo do tipo Generalized Predictive Control e supervisionado por lógica fuzzy, aplicadas ao controle e auxílio na melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência. Uma das principais contribuições deste trabalho é de natureza prática já que a avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas será realizada por meio de testes em um sistema de potência real e de escala reduzida. Outras contribuições do trabalho incluem: a) o desenvolvimento e a validação de um simulador computacional de sistemas de potência utilizado para avaliar dinamicamente o comportamento das estruturas de controle propostas quando o sistema de potência estudado é submetido a contingências operacionais comumente observadas durante sua operação; b) a montagem de um protótipo de sistema de potência real e de escala reduzida utilizado nos ensaios de avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas. O protótipo de sistema de potência, formado por um motor de corrente contínua acoplado a um gerador síncrono de polos salientes conectado a um sistema de potência de escala comercial por uma pequena linha de transmissão, foi montado no Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), localizado em Belém, Pará. Com os recursos deste protótipo, é possível avaliar e validar estratégias avançadas de controle, monitoração e manutenção preditiva aplicadas às máquinas elétricas rotativas em operação na ELETROBRAS-ELETRONORTE. This thesis presents the experimental and simulated results obtained in the project and implementation of Generalized Predictive Control, an advanced digital predictive control technique, and fuzzy logic, applied to control and improvement of the stability of electric power systems. One of the main contributions of this thesis is of pratical nature, since a part of the proposed predictive control strategies were experimentaly avaliated by real avaliation tests. These tests are realized with a small scale real power system. There are other contributions like these: a) the project and validation of a computational power system simulator used to evaluate the behavior of the proposed control structures when operational contingencies, commonly observed in normal operation of the power system, are simulated; b) assembly a prototype of a small scale real electric power system used to evaluate a part of the proposed predictive control techniques. The assembled power system prototype is formed by two electric machines: a DC motor and a salient-pole synchronous generator. These two machines are mechanicaly coupled and connected to a commercial power system through a small transmission line simulator. The prototype was assembled at the Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), located in Belém, Pará, Brazil. Using the prototype's features, it is possible to evaluate and validate advanced monitoring and control strategies. After these avaliations, these strategies can be used as predictive maintenance tools for the rotating electrical machines in operation at ELETROBRAS-ELETRONORTE.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. Neste trabalho apresentam-se metodologias de projeto de controladores de corrente para inversores conectados à rede, incluindo um controlador proporcional+ressonante, um controlador preditivo do tipo deadbeat e uma estratégia híbrida utilizando ambos controladores. Os controladores são aplicados em um sistema inversor trifásico, dois níveis, conectado à rede elétrica por meio de um filtro indutivo-capacitivo-indutivo (LCL). As seguintes análises são realizadas: modelagem do sistema completo, efeitos de variações paramétricas, avaliação de problemas relacionado à perturbações e o comportamento do sistema para grandes variações da impedância presente na rede elétrica. Os controladores projetados são testados em um protótipo de $ 10~$kW, no qual avaliam-se seus comportamentos dinâmicos e a distorção harmônica total resultante. Além disso, verificam-se suas estabilidades quando conectados à uma rede elétrica com comportamento altamente indutivo. Abstract : This work presents design procedures for current controllers in grid-tied inverter applications including a proportional+resonant controller, a predictive deadbeat controller and a hybrid strategy using both concepts. The controllers are applied in a two-level three phase voltage source inverter system connected to the grid via an inductive-capacitive-inductive (LCL) filter. The following analyzes are performed: overall system modeling, effects of parametric variations, evaluation of disturbance related issues and the system behavior for large grid impedance variations. The design controllers are implemented in a 10 kW prototype. The dynamical responses are tested, the total harmonic distortion is evaluated and the performance with a highly inductive grid impedance is proven.

In advanced process control, the Model Predictive Control (MPC) may be considered the most important innovation in recent years and the standard tool for industrial applications due to the fact that it keeps the plant operating in the constraints more profitable. However, like every control algorithm, the MPC after some time in operation rarely works as originally designed. Thus, to preserve the benefits of MPC systems for a long period of time, their performance needs to be monitored and evaluated during the operation. This task require the presence of reliable and effective tools to detect when the controller performance is below of the desirable, to define the need, or not, of recommissioning the system. Thus, the objective of this work is development of techniques for monitoring and evaluating the performance of multivariable predictive controllers, being developed two new tools: LQG benchmark Modified and IHMC benchmark. The results obtained from numerical simulations were satisfactory and consistent with the technical literature applied in the developments of the evaluators, which were used in the monitoring of the control system MPC of the oil-water-gas three-phase separation process, offering an appropriate solution and providing subsidies for implementations in real industrial systems. Em controle avançado de processos, o controlador preditivo ou MPC (Model Predictive Control) pode ser considerado como a mais importante inovação dos últimos anos e a ferramenta padrão para aplicações industriais, devido ao fato do MPC manter a planta operando dentro das suas restrições de forma mais lucrativa. Entretanto, como todo algoritmo de controle, o MPC depois de algum tempo em operação dificilmente funciona como quando fora inicialmente projetado. Desta forma, com o objetivo de manter os benefícios dos sistemas MPC por um longo período de tempo, seu desempenho precisa ser monitorado e avaliado durante a operação. Esta tarefa requer a presença de ferramentas efetivas e confiáveis para detectar quando o desempenho do controlador estiver abaixo do desejável, para definir a necessidade, ou não, de um recomissionamento do sistema. Destarte, aborda-se neste trabalho o desenvolvimento de técnicas para monitoramento e avaliação de desempenho de controladores preditivos multivariáveis, sendo desenvolvidas duas novas ferramentas: LQG benchmark Modificado e IHMC benchmark. Os resultados obtidos a partir de simulações numéricas foram satisfatórios e coerentes com a literatura técnica aplicada no desenvolvimento dos avaliadores, os quais foram utilizados no monitoramento do sistema de controle MPC do processo de separação trifásica água-óleo-gás, oferecendo assim uma solução apropriada e fornecendo subsídios para implementações em sistemas industrias reais.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:00:47Z : No. of bitstreams: 1 mainardijunior_ei_dr_ilha.pdf: 7813397 bytes, checksum: 2d1fa03fad1e1a159f2454cd88dc5869 (MD5) Neste trabalho são apresentados estudos teóricos que investigam os seguintes problemas: estabilidade e controle de sistemas chaveados lineares e afins contínuos no tempo. Primeiramente, um breve estudo sobre sistemas lineares chaveados é apresentado, e em decorrência desse estudo propõe-se o projeto de controle com acesso somente à saída da planta. Neste contexto, uma nova lei de chaveamento dependente apenas da saída do sistema linear chaveado, que assegura a estabilidade assintótica do sistema linear chaveado, é proposta. O mesmo método de projeto foi proposto para a classe de sistemas lineares chaveados incertos contínuos no tempo. Novas condições menos conservadoras foram obtidas a fim de relaxar um custo garantido e o conservadorismo do projeto. Índices de desempenho tais como, taxa de decaimento e minimização de um custo garantido são considerados a fim de tornar o procedimento de projeto mais geral. Simulações foram realizadas ilustrando o desempenho dos sistemas lineares chaveados controlados, demonstrando que o método proposto apresenta uma solução eficiente para este problema de controle. Posteriormente, apresenta-se uma extensão dos estudos teóricos para a classe de sistemas chaveados afins contínuos no tempo. Uma revisão de resultados precedentes disponíveis na literatura sobre estabilidade de sistemas chaveados afins com aplicações em eletrônica de potência, é apresentada. Em decorrência desse estudo são propostas novas técnicas de projeto de controle, tais como: controle chaveado com acesso apenas à saída da planta, controle utilizando estrutura variável e controle adaptativo. Um outro assunto abordado neste trabalho foi a proposta de novas condições suficientes, baseadas em LMIs, e o projeto de estratégias de controle a tempo fixo... This paper presents theoretical studies that investigate the following problems related to continuous - time plants: stability and control of switched linear and affine systems. First, a brief study about switched linear systems is presented, and based on this study a control design dependent only on the plant output is proposed. In this context, a new switching strategy, which ensures the asymptotic stability of the switched linear system, is proposed. The same design method was proposed for a class of uncertain switched linear systems. New less conservative conditions were proposed in order to reduce a guaranteed cost and the conservatism of the design condition. Performance indices such as decay rate and guaranteed cost are considered, allowing a more general design procedure. Simulations were performed illustrating the performance of the controlled switched linear systems, demonstrating that the proposed method provides an efficient solution for this control problem. Subsequently, an extension of the theoretical study for a class of continuous time switched affine systems is presented. Then, a review of previous results available in the literature about stability of the switched systems with applications to power electronics is offered. Following, new control design techniques, such as switched control with only acess on output plant, variable structure control and adaptive control, are proposed. Another issue addressed in this work is the proposal of new sufficient conditions, based on LMIs, and the design of new switching strategies with fixed time, that ensure uniform ultimate bounded stability (CORLESS; LEITMANN, 1981) for a class of switched affine system. The proposed methods were applied to control four DC-DC converters, Buck, Boost, Buck-Boost and Sepic in order to compare and to validate the controller designs. The techniques... (Complete abstract click electronic access below)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. Essa tese apresenta uma metodologia de controle robusto, baseada em otimização paramétrica, para a síntese de estabilizadores de sistemas de potência (ESP). O objetivo dos ESP é fornecer torque de amortecimento aos sistemas elétricos multimáquinas, quando sujeitos a oscilações eletromecâanicas, de baixa frequência.O projeto dos controladores para os sistemas de potência é baseado em otimização de funções mono-objetivo e multiobjetivo, de natureza não suave e não convexa. Métodos de otimização baseados na estimativa de derivadas e métodos baseados em heurística são utilizados para a solução das funções objetivo. Controladores de ordem fixa e realimentação de saídas são considerados, bem como estruturas que utilizam sinais remotos.O objetivo principal dos ESP é garantir, além da estabilidade do sistema a robustez e coordenação entre as fontes de amortecimento. A robustez dos controladores é considerada através de requisitos baseado no cálculo de valores singulares de sistemas e no pseudoespectro. Técnicas de controle multivariável são aplicadas para garantir a coordenação entre os ESP. Requisitos de estabilidade, robustez e coordenação são combinados e resolvidos simultaneamente através do método de projeto paramétrico. Abstract : In this thesis a robust control methodology, based on parametric optimization,for power system stabilizers (PSS) synthesis is presented.The goal of PSS is to provide damping torque to the multi-machineelectrical systems, when subjected to oscillations of low frequency.The design of power systems controllers is based on optimization ofmono-objective and multiobjective functions that are nonsmooth andnonconvex. Optimization methods based on the estimated of derivativesand heuristics methods are used to solve the objective functions.Fixed order controllers, output feedback and control structures usingremote signals are considered.The main PSS purpose is to ensure stability, robustness and coordinationbetween the damping sources. Controller robustness is consideredby imposing requirements based on the singular value decompositionof the system and on the pseudospectrum. Multivariable control techniquesare applied to ensure coordination between the PSS. Stability,robustness and coordination requirements are combined and solved, simultaneously,by the proposed parametric design method.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 Neste trabalho é proposto o estudo e a implementação de um conversor que apresente o comportamento de uma carga indutiva trifásica variável. Tal conversor pode ser empregado na regulação da tensão senoidal ou compensação de potência reativa de um sistema de distribuição, como alternativa aos conversores convencionais que empregam tiristores. São apresentados, além do princípio de funcionamento do conversor e uma estratégia de modulação, uma analise teórica para obtenção de expressões simples que relacionam a variável de controle - razão cíclica - com a impedância equivalente do conversor. É implementado um protótipo de 12,5 kVAr operando com freqüência de chaveamento de 20 kHz. Os resultados experimentais são apresentados e comparados com os resultados obtidos por simulação tanto para o conversor proposto quanto para o conversor convencional a tiristor. Por fim, são descritas as contribuições e as possibilidades de continuidade do trabalho

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 Input multiplicity deal with an output value as a function of two or more steady-state input values, showing maximum and/or minimum values in the steady-state relationship. The control design for input multiplicity plants is challenging when the setpoint plant coincides with one of these values. These maximum or minimum points have null steady-state gain and different dynamic behavior to each side of the maximum and/or minimum values, generating closed-loop stability problems. A benchmark plant with input multiplicity is the Van de Vusse reaction system. It is widely used in chemical process applications. For this plant the steady-state maximum value coincides with the optimal setpoint value for the process variable to be controlled. In reactors optimization fields this system is widely used in applications around the steady-state maximum value. In process control, although this system be considered for controller design, their use in control systems that operate in the steady-state maximum value has been limited, being normally used to assess control algorithms on plants working far from the steady-state maximum value. This work discusses the control design for the Van de Vusse reaction system in the steady-state maximum value, through a multiple modeling control strategy. For this purpose, both parametric and nonparametric modeling techniques are applied and the open-loop model performance is evaluated. Using multiple model techniques, control systems are designed, where several local models are utilized for deriving the global model. This global model is used to calculate the control output. For detection and to determine the number of models that will be applied, some performance indices are introduced. This work also analyzes qualitatively the relationships of both dynamic and static behaviors for input multiplicity systems, showing that in the control design and setpoint definition the analysis between these relations must be considered to assess the closed-loop stability. A múltiplicidade de entrada refere-se à obtenção de um valor estável da variável de saída em função de dois ou mais valores da variável de entrada. Sistemas com multiplicidade de entrada exibem curvas estáticas com valores máximos ou mínimos e o problema de controle é desafiante quando o valor desejado de operação da planta coincide com um destes valores. Estes máximos ou mínimos apresentam ganho estático nulo e diferentes comportamentos dinâmicos na operação a esquerda ou direita do valor ótimo. Na área de processos químicos, um sistema benchmark de multiplicidade de entrada é o sistema de Van de Vusse. Neste sistema o valor máximo da curva de operação estática coincide com o valor ótimo da referência da variável de interesse a ser controlada. Na área de otimização de redes de reatores este sistema tem sido amplamente estudado. Na área de controle de processos, embora este sistema seja considerado para estudos de controle, o seu uso no projeto de controladores que operem no valor ótimo tem sido limitado, sendo normalmente referido como sistema de teste em projetos de controle com plantas trabalhando longe do valor ótimo de operação. Este trabalho é direcionado ao problema de controle do sistema de Van de Vusse no valor ótimo de operação, através de uma estratégia de modelagem múltipla. São aplicadas técnicas de modelagem paramétrica e não-paramétrica, por múltiplos modelos, avaliando o desempenho em malha aberta. Posteriormente, com base nas técnicas usadas, são projetados sistemas de controle que fazem uso do modelo da planta para o cálculo da saída de controle. Na definição da quantidade de modelos a serem utilizados, são introduzidos índices de detecção de número de modelos. O trabalho também apresenta relações de comportamento estático e dinâmico para estes sistemas, mostrando que no projeto de controle e definição das referências de operação a análise destas relações deve ser levada em consideração visando a estabilidade de malha.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012 Neste trabalho é descrito um ambiente de desenvolvimento de aplicativos para o processamento de dados fasoriais provenientes de SPMS, destinado à prototipação de metodologias e análise do desempenho do Sistema Interligado Nacional. O ambiente computacional, denominado DFAM, foi desenvolvido em Matlab® e possui funcionalidades como: análise em regime permanente, análise de ocorrências, qualidade de energia elétrica, identificação e detecção de eventos e estudos de oscilações eletromecânicas. Este ambiente tem sido amplamente utilizado no âmbito do Projeto MedFasee (LabPlan/UFSC), na realização de estudos do SIN e tem permitido o desenvolvimento de diversos outros trabalhos científicos. Fazem parte deste trabalho, a avaliação do desempenho de métodos de identificação de oscilações eletromecânicas, sendo estes os métodos de Prony, HTLS, Feixe de Matrizes, N4SID, Realização Balanceada Estocástica e Wiener-Hopf. Para uma adequada utilização destes métodos em sincrofasores são sugeridos ajustes nos parâmetros, tais como: ordem do modelo, tamanho da janela e dimensão das matrizes de dados. A demonstração deste ambiente computacional e avaliação das metodologias são feitas utilizando dados monitoradas pelo SPMS MedFasee BT de três grandes ocorrências no SIN. A primeira perturbação escolhida ocorreu em 10/02/2011 em que o SIN é separado em três subsistemas. Com esta ocorrência mostrou-se a efetividade das metodologias e dos ajustes de parâmetros aplicados em situações de ringdown, juntamente com a validação do cálculo das formas modais. O segundo evento ocorreu em 02/09/2011 envolvendo a UHE de Itaipu, com rejeição de carga de 5.100 MW desta usina. Com este evento, confirmam-se a eficiência dos métodos para ringdown e avaliam-se os métodos para processamento de dados ambientes. Os resultados encontrados foram satisfatórios, com destaque para o desempenho do método RBE que apresentou melhores resultados, com pouco esforço computacional. O terceiro evento analisado são de oscilações sustentadas que se mantiveram dos dias 05 a 09/05/2012 quando na região do Mato Grosso do Sul. Com este evento mostra-se a eficiência do método DFT aplicadas a dados ambientes, podendo ser estendida para monitoramento em tempo real. Abstract : This work describes an environment for developing applications for the processing of synchrophasors data, for the methodologies prototyping and performance analysis of the Brasilian Interconnected Power System. The computational environment called DFAM, was developed in Matlab ® and it has features such as: steady state analysis, events analysis, power quality analysis, detection and identification of events and eletromechanical oscillations analysis. The DFAM have been used to conduct studies of the Brazilian Interconected Power System (BIPS), and it have permited develop new methodologies uder the MedFasee Project (LabPlan/UFSC). Also as part of this work, has been evaluated the performance of methods for identification of electromechanical oscillations, which are the methods of Prony, HTLS, Matrix Pencil, N4SID, Balanced Stochastic Realization and Wiener-Hopf. For a proper use of these methods in synchrophasor are suggested adjustments to parameters such as: model order, the window size and dimension of the data matrix. The demonstration of this computing environment and the evaluation methodologies have made using data monitored by Low Voltage SPMS MedFasee of three major occurrences on BIPS. The first chosen disturbance occurred on Feb 02, 2010 wherein the BIPS was separated into three subsystems. With this occurrence was demonstrate the effectiveness of methods and parameter settings applied in rindgdown situations, along with the validation of the calculation of mode shapes. The second event occurred on Sept 02, 2011 involving the Itaipu Hydroelectric Power Plant, with load shedding of 5,100 MW from this plant. In this event was confirmed the efficiency of the methods for ringdown and was evaluated the methods for processing ambient data. The results were satisfactory, with emphasis on the performance of the RBE method that showed better results, with little computational effort. The third event analysed are permanent oscillations during the days May 05-09, 2012 in the Mato Grosso do Sul. With this event was showed the efficiency of the DFT method applied to ambient data, and was indicated that this method can be extended to monitoring in real time.

As técnicas de controle fuzzy Takagi-Sugeno (TS) permitem que a síntese de controladores não lineares seja realizada por meio de problemas de otimização sujeitos a Desigualdades Matriciais Lineares e exigem, para isso, um modelo fuzzy TS do sistema a ser controlado.Neste trabalho, uma função de Lyapunov fuzzy candidata e condições de síntese propostas em trabalhos recentes da literatura são usados para projetar controladores fuzzy TS baseados em modelos de referência. Além disso, algumas modificações em relação a uma técnica numérica de obtenção de modelos fuzzy são sugeridas, de modo a torná-la mais geral. As condições de síntese supramencionadas são aplicadas ao problema de sincronismo de dois osciladores caóticos acoplados unidirecionalmente por um canal de transmissão e ao problema de controle do movimento longitudinal de uma aeronave de asa fixa. Em relação ao problema de sincronismo de dois osciladores caóticos, a contribuição deste trabalho está na proposição de uma estratégia de sincronismo em que se estuda formalmente o efeito da distorçãointroduzida pelo canal de transmissão com banda limitada. Em relação ao problema de controle do movimento longitudinal de uma aeronave de asa fixa, a lei de controle utilizada pode ser pensada como um controlador de ganho escalonado, sintonizado de forma sistemática graças a representação Takagi-Sugeno (TS) do mesmo. Além disso, o uso de um modelo de referência permite especificar de forma simples o desempenho associado ao problema de Assistência à Pilotagem - um dos temas motivadores deste trabalho. Takagi-Sugeno fuzzy control techniques allow the synthesis of nonlinear controllers based on Linear Matrix Inequalities, as long as a fuzzy Takagi-Sugeno model of the system is available. In this work, a fuzzy candidate Lyapunov function and recently proposed synthesis conditions serve as basis to design model reference based fuzzy Takagi-Sugeno controllers. In addition, some modifications are proposed generalizing a numerical technique used to obtain the fuzzy models. Such synthesis conditions are applied to the problem of synchronizing two chaotic oscillators coupled unidirectionally by a transmission channel, and to the problem of controlling the longitudinal dynamics of a fixed wing aircraft.Regarding the chaotic oscillators synchronization problem, one of the contributions is the proposition of a synchronization strategy that formally incorporates the transmitted signal distortion introduced by a band-limited transmission channel. On the problem of fixed wing aircraft longitudinal control, the final control law can be seen as a gain scheduled controller, whose scheduling strategy is automatically accomplished relying on the TS representation of the controller. In addition, the use of a closed loop reference model simplify the performance requirements specification related to the design of piloting assistance systems - a motivating problem to the present work.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Neste documento são apresentadas técnicas de processamento digital de sinais com a finalidade de analisar oscilaçoes e detectar modos eletromecânicos pouco amortecidos de sistemas elétricos de potência. Os sinais usados para a deteção de modos eletromecânicos são oriundos de sistemas teste implementados em programas de análise de estabilidade transitória e também de um Sistema de Medição Fasorial Sincronizada (SMFS), instalado na baixa tensão, que possibilita o monitoramento de todas as regiões do sistema elétrico brasileiro. Dentre as ferramentas utilizadas para análise de sinais, estao o método de Prony e sua extensão para análise de múltiplos sinais, o modelo ARMA, o método de identificação de subespaço de espaço de estados N4SID com e sem a utilização do fator de esquecimento 1. Foi proposta a utilização de um índice de dominância modal (IDM) em conjunto com o método de Prony e o N4SID. O uso conjunto do IDM com os referidos métodos possibilita que a ordenação modal seja feita automaticamente e para o N4SID também permite que a monitoração contínua de modos possa ser feita de forma automática. Também foram utilizadas as transformadas de Hilbert-Huang e a de Teager-Huang, esta última se baseia no operador de energia de Teager-Kaiser (TKEO). Uma extensão para o TKEO foi proposta, já que tal operador fornece apenas amplitudes e frequências instantâneas de sinais unimodais. A extensão proposta neste trabalho permite calcular o amortecimento instantâneo via o operador de energia de Teager- Kaiser. Foi provado, após manipulações, que a fórmula proposta para o cálculo do amortecimento instantâneo via TKEO é bastante similar à utilizada para estimar o amortecimento instantâneo quando se usa a transformada de Hilbert. Os algoritmos de análise de sinais foram validados em sistemas teste e utilizados em análises de ocorrências reais do Sistema Interligado Nacional (SIN), cujos dados foram fornecidos pelo SMFS. Monitorações contínuas foram feitas e os principais modos inter-área puderam ser rastreados perante a presença ou não de grandes distúrbios no SIN. Técnicas de controle multivariável foram utilizadas com a finalidade de projetar controladores centralizados para amortecer oscilações eletromecânicas. Foram considerados projetos de controladores via técnicas de controle ótimo (LQR) com e sem restrições estruturais e o uso de Inequaçoes Matriciais Lineares (LMIs) 2, ambos com realimentações de saída. Na utilização de LMIs, os controladores foram projetados considerando a modelagem do sistema elétrico de potência tanto na forma de equaçõoes de estado quanto na de sistemas descritores. O projeto de controladores a partir de técnicas de otimização não-convexa também foram exploradas. Com a metodologia utilizada é possível pré estabelecer a ordem dos controladores, que podem variar desde ganhos a polinômios com elevado grau. Durante a síntese de controladores, foi necessário considerar a modelagem de atrasos causados pelo tempo de transmissão de dados devido a utilização de sinais remotos do SMFS de diversas regiões geograficamente distantes. A proposta desta tese é identificar sistemas elétricos de potencia a partir de dados de SMFS e, partir dos sistemas identificados, projetar controladores robustos realimentados por sinais locais e remotos de SMFS. Esta meta dificilmente pode ser atingida, ao menos no estágio atual, devido às técnicas de identificação de sistemas não serem capazes de identificar sistemas com a exatidão necessária em certas circunstâncias e ao fato que o projeto de controladores não pode ser feito em tempo hábil. Uma alternativa utilizada, que satisfaz parcialmente os objetivos, foi a aplicação de um controle tipo Gain Schedule (GS), onde controladores previamente projetados para diferentes condições operativas do sistema podem ser chaveados. Os chaveamentos ocorrem a partir da identificação de condições operativas do sistema, feitas por algoritmos de identificação de sistemas In this research digital signal processing techniques are presented in order to detect and analyze electromechanical oscillation modes in power systems. The analyzed signals, used for detecting electromechanical modes, are acquired from transient stability programs and also from a low voltage synchronized phasor measurement system (SPMS), which enables monitoring all regions of the Brazilian electric power system. The tools used for signal analysis were the Prony method, its extension, the multi-signal Prony method, ARMA models and subspace algorithms like the N4SID, the last implemented with and without a forgetting factor. It was also proposed the use of a modal dominance index (MDI) together with Prony method and the N4SID. The use of MDI with the mentioned methods allows the automatic modal ranking. For the N4SID it is also possible to perform continuous modal monitoring. The Hilbert-Huang and the Teager-Huang, based on the on the Teager-Kaiser energy operator (TKEO), transforms were also used. An extension of the TKEO, which originally allows just the calculation of instantaneous amplitudes and frequencies for monocomponent signals was proposed. This extension allows the calculation of the instantaneous damping via TKEO. It was also demonstrated that the proposed formula for damping calculation via TKEO is very similar to the one used to estimate instantaneous damping via Hilbert transform. All the algorithms used to analyze signals were validated in test systems and after that used to analyze real data from the Brazilian Interconnected Power System (BIPS). The real data were acquired by the SPMS. The main BIPS interarea electromechanical modes were tracked constinuously under ambient data with or without ringdowns. Output feedback multivariable control techniques were used to design centralized controllers to damp electromechanical oscillations. Among the used control techniques are the Linear Quadratic Regulator (LQR) with or without structural restrictions and Linear Matrix Inequalities (LMIs). LMI techniques were used to design controllers for power systems in state-space and also in descriptor systems form. The design of controllers using nonsmooth optimization techniques were also explored. With these methodos it is possible to preset the controllers order, which may vary from static gains to dynamic controllers. The SPMS signal transmission time delay was considered during the control design to account the transmission data time. The thesis puspose is to identify critical electromechanical oscillations through SPMS analysis, then design robust controllers after the identification. This is currently a hard task since identification techniques are not able to identify systems with precision all the time, and also due to the computational burden involved in the control design that also implies in a time delay. An alternative way, used in this work, to circumvent those problems was the Gain Schedule control. In the Gain Schedule control, a set of controllers is designed for several critical situations. When one of these situations is detected, the controller corresponding to the detected operating point is switched

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica No século XXI, mudanças são esperadas nas formas em que a produção de energia ocorre. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, o custo da eletricidade a partir da geração eólica caiu mais de 80% durante os últimos anos. A geração de energia através de sistemas de conversão de energia eólica representará uma parcela considerável da energia elétrica gerada. Nesse contexto, turbinas eólicas equipadas com geradores síncronos a ímãs permanentes apresentam vantagens importantes sobre outros tipos de geradores. No entanto, esses geradores precisam ser conectados a uma rede de distribuição através de conversores estáticos de capacidade nominal. Estes conversores permitem que o sistema de conversão de energia eólica seja utilizado em seu ponto ideal de operação a todo instante. Além disto, os conversores estáticos modernos garantem a melhoria da qualidade da energia gerada e que esta seja transmitida à rede com alto rendimento de conversão e de maneira confiável e flexível. Este trabalho propõe uma nova estratégia de controle de corrente de alto desempenho e elevado fator de potência. A estratégia proposta baseia-se na técnica de autocontrole de corrente para retificadores PWM trifásicos, incrementando-a no que diz respeito à compensação de reativos no gerador. Utiliza-se um estágio retificador PWM trifásico robusto e com baixas perdas de condução. Este retificador é analisado e um esquema apropriado de modulação vetorial é proposto. O sistema de conversão de energia eólica é estudado por simulações numéricas e a técnica de controle de corrente proposta é verificada também de forma experimental em um protótipo de laboratório de 6,5 kVA.

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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Orientador: Vivaldo Fernando da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Mestrado

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Neste trabalho, estudam-se os problemas de análise e síntese de controladores para sistemas lineares sujeitos à saturação de controle. Novas condições de estabilidade para o sistema em regime de saturação são propostas. Estas condições são obtidas a partir da teoria de Lyapunov combinada com o uso do Lema de Finsler, o qual introduz graus de liberdade adicionais às condições de estabilidade, sob a forma de multiplicadores. Duas abordagens são utilizadas para representar a saturação: uma modelagem politópica e uma modelagem do tipo não-linearidade de setor. Os resultados de análise e síntese são desenvolvidos para ambas as representações. Os graus de liberdade obtidos a partir do Lema de Finsler são então utilizados para propor técnicas para a síntese de sistemas de controle baseados em observadores de estado e para o tratamento dos problemas de tolerância e atenuação de perturbação via realimentação de estados. A síntese de observadores de estado sob saturação é inicialmente tratada, considerando-se as modelagens politópica e por não-linearidade de setor, a partir de condições clássicas de estabilidade quadrática. Os domínios de estabilidade obtidos para o sistema composto em malha fechada são, em ambos os casos, associados a funções de Lyapunov quadráticas com estrutura bloco-diagonal. Utiliza-se então o Lema de Finsler para deduzir novas condições, acrescidas de multiplicadores, que permitem obter domínios de estabilidade menos conservadores, agora associados a funções de Lyapunov quadráticas sem estrutura particular. Os problemas de tolerância e atenuação de perturbação são tratados utilizando diretamente o lema de Finsler e a modelagem por não-linearidade de setor. São consideradas perturbações limitadas em norma ${\cal L}_2$. Relativamente ao problema de tolerância à perturbação, é proposta uma técnica para a síntese de realimentação de estados através da resolução de um problema de otimização com múltiplos objetivos de controle. Esta técnica visa garantir a estabilidade interna do sistema para um certo domínio de condições iniciais e maximizar o domínio de perturbações toleráveis pelo sistema sob saturação. Uma técnica similar permite tratar o problema de minimização do ganho ${\cal L}_2$ do sistema em malha fechada. A abordagem apresentada permite reduzir os graus de conservadorismo do problema uma vez que é possível utilizar diferentes funções de Lyapunov para cada requisito de controle.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Este trabalho apresenta a análise e o projeto de compensadores de tempo morto discretos de dois graus de liberdade mostrando como pode-se melhorar a resposta de rejeição de perturbações quando o processo tem atraso significativo. O estudo dos controladores está enfocado a partir de duas concepções. A primeira apresenta o projeto do controle no domínio discreto tanto para plantas estáveis quanto para plantas integradoras e também considera-se o caso do ajuste deadbeat para a rejeição de perturbações. A segunda apresenta a discretização de controladores de dois graus de liberdade para plantas com atraso dominante aplicando diferentes métodos de discretizacão. Um estudo comparativo permite analisar as vantagens e desvantagens de cada uma destas concepções. Finalmente realiza-se um estudo dos problemas associados à escolha do período de amostragem e propõe-se uma nova metodologia para o ajuste deste período considerando as características da resposta e a estabilidade robusta. Diversos exemplos de processos simulados são utilizados para ilustrar os resultados apresentados.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica O presente trabalho trata do projeto e implementação experimental de controladores para o seguimento de trajetória de atuadores hidráulicos. O modelo matemático do atuador hidráulico é interpretado como um subsistema mecânico acionado por um subsistema hidráulico. Usando esta interpretação são apresentados controladores em cascata baseados em modelos lineares e não-lineares que não incluem a dinâmica da válvula. Analisando a estabilidade do subsistema hidráulico, demonstra-se a limitação causada pela dinâmica da válvula e propõe-se um controlador em cascata baseado em um modelo que inclui a dinâmica da válvula como uma dinâmica de 1a ordem. O controlador proposto é sintetizado pelo método direto de Lyapunov e o sistema em malha fechada é exponencialmente estável quando os parâmetros são conhecidos. Os controladores em cascata são implementados experimentalmente em um atuador hidráulico composto por uma válvula proporcional e um cilindro de dupla haste. Nesta implementação discutem-se os efeitos da zona-morta, do atrito e de compensações propostas. Resultados experimentais ilustram as principais características dos controladores em cascata tratados neste trabalho

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Este trabalho trata de um estudo da aplicação de um controlador DSP, em eletrônica de potência, na implementação do controle digital de um conversor Boost operando como pré-regulador com alto fator de potência. Parte-se de um estudo sobre as principais características, necessárias ao projeto, do controlador DSP. Prossegue-se através do projeto do conversor Boost e dos controladores das malhas de controle da tensão e da corrente. Os resultados de simulação são apresentados e em uma última etapa são mostrados os resultados experimentais de um protótipo com potência de 500W, tensão de saída de 400V e freqüência de comutação de 50kHz.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. São apresentadas três contribuições para o projeto de controladores não-lineares para sistemas com restrições no controle. Primeiramente é considerado o problema de estabilização global de sistemas lineares com saturação nos atuadores. Um novo algoritmo é proposto para escalonamento de ganho de uma lei de controle construída a partir de soluções da equação algébrica de Riccati. Este algoritmo reduz a conservatividade de algoritmos existentes, resultando em um melhor desempenho, enquanto garante propriedades de robustez similares. Na segunda contribuição, a técnica do anti-windup é utilizada para propor uma estratégia de controle para seguimento de set-point para sistemas lineares com modos instáveis e com restrições de magnitude e taxa de variação no sinal de controle. A estratégia proposta admite sinais de referência de magnitude arbitrária e assegura total liberdade de projeto para induzir o desempenho de seguimento ``local'' desejado. Por fim, o problema de compensação da saturação de atuadores é considerado no contexto de sistemas não-lineares. A abordagem utilizada baseia-se na técnica da unificação de controladores locais e globais. A estratégia de controle desenvolvida é então aplicada na compensação de saturação de atuadores no controle de robôs manipuladores, e resultados de simulação são apresentados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica