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This thesis treats some dynamic properties of power system models. An extension of the classical concept of dissipativity is formulated to deal with these systems described by differential-algebraic equations on phasor variables. A class of models of these systems the same that is known to admit an energy function is shown to be dissipative in the sense mentioned above, to later be extended to include realistic models of synchronous machines and other devices. The small signal models are shown to satisfy a convex constraint in the frequency domain that is later articulated with Integral Quadratic Constraints, a well-known stability analysis tool. Specific features of realistic power system models, as the effect of voltage regulation and damping injection, are precisely captured and incorporated into the analysis. It is shown that a trade-off between the mentioned control actions and the voltage sensitivity is a sufficient condition to establish the robustness of the electromechanical modes. This result and others mentioned above are validated through several examples. Esta tesis trata algunas propiedades dinámicas de los sistemas eléctricos de potencia. Se formula una extensión del concepto clásico de disipatividad compatible con estos sistemas, descritos por ecuaciones algebraico-diferenciales sobre variables fasoriales. Se muestra que una clase de modelos de estos sistemas satisface este concepto de disipatividad y se muestra que también lo hacen modelos detallados de máquinas síncronas y otros dispositivos de potencia. Se demuestra que los modelos en pequeña señal satisfacen una restricción convexa en el dominio de la frecuencia, capaz de ser articulada con herramientas bien conocidas de análisis de estabilidad. Características específicas de los sistemas eléctricos reales, tales como la acción de la regulación de tensión y las señales estabilizadoras, son precisamente definidas e incorporadas al análisis. Se demuestra que un adecuado balance entre las acciones de control mencionadas y la sensibilidad a variaciones de tensión es una condición suficiente para la robustez de los modos electromecánicos del sistema. Este resultado y otros mencionados anteriormente son validados mediante el análisis de varios ejemplos.

This paper describes a dissipativity-based methodology for the stability analysis of power systems. Sufficient conditions for dissipativity assessment which are based on classical results of the control theory are introduced. These conditions allow conclude the dissipativity of the overall power systems from decentralized dynamic information. The overall stability analysis is shown to need additional information on interconnected dynamics. The decentralized dynamical tests are shown to be easy to verify for several classical power system models.

In recent years, the electrical engineering department of the engineering school at Universidad de la Republica has introduced several changes in the curriculum of the electrical engineering career. The common aim of these experiences is to improve the preparation of the future engineers as active factors in the transformation of the Uruguayan society. The career, based in credits, allows the definition of a flexible curriculum within a general formation. Our graduates, with a common title, may work in electrical engineering fields such that power electrical systems, electronics and telecommunication. The final project has been modified in order to build up an integrative activity with some specific objectives. The students must solve an engineering problem working in a team, within a project management framework with restrictive limits of scope and time. An obligatory professional internship of three months has been included in the curriculum. Two new activities specifically designed to stimulate creativity and collective work has been created. In “Taller de Proyecto” several teams composed by more than 4 students must solve a technical problem posed without an excessive level of definition and subject to budgetary, temporal and technical constraints. They are stimulated to cooperate at the inside of the team and to compete with the other teams. In the “Taller de Arte y Programacion” about 125 undergraduate students from electrical engineering, computer science, arts, music, architecture and other disciplines are put together for a quarter in an effort to approximate them to digital technology with an holistic vision. The students with such different backgrounds work together, develop a common language and work with digital refuse in order to put the knowledge on scene. In this paper we present these experiences and we try to integrate them in a general conception of the electrical engineer education for this country and this time. The Uruguayan engineers must be active actors of social and economic change. They must be able to use the most modern technology to solve real problems of concern in a third world country like Uruguay.

The design of a dynamic prefilter from the point of view of robust performance under structured uncertainty is considered. Synthesis methods are presented for the cases of Xm or #8216,U2 performance, and Linear Time-Invariant (LTI) or Linear Time Varying (LTV) uncertainty, all of which result in convex optimization problems across frequency. Methods to obtain finitedimensional approximations are discussed. In the case of Uw performance and LTV uncertainty, the synthesis problem is reduced exactly to a finite dimensional Linear Matrix Inequality (LMI) in state space. nbsp

A Teoria de Controle Robusto tem sua origem na crítica dos métodos de projeto próprios da Teoria de Controle Moderna, que acusaram severos inconvenientes na sua aplicação industrial. A razão dessas dificuldades reside na ausência de uma metodologia que permitisse uma análise quantitativa profunda da influência que os elementos incertos do modelo têm sobre o comportamento do sistema físico controlado. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de análise .de sistemas a partir de modelos matemáticos lineares com elementos incertos. Com este fim são revisados alguns conceitos da teoria de sistemas dinâmicos lineares, tais como os espaços de sinais e de sistemas e suas normas associadas. Destaca-se a utilização desses conceitos na modelagem de sistemas incertos. Considera-se especialmente a classe de incertezas estruturadas, resultantes da composição de múltiplos elementos incertos. As técnicas de análise são logo utilizadas como ferramentas de síntese de controladores com o intuito de obter um sistema em malha fechada com propriedades robustas adequadas. São apresentadas as técnicas de controle em 'Hom 'Hz e /1-síntese. Os requisitos de desempenho dos sistemas de controle sao entao classificados em duas categorias e, em cada caso, é analisada sua relação com a estrutura de controle mais adequada.E estudada a utilidade dos controladores de dois graus de liberdade frente a requisitos de robustez, rejeição de perturbações e seguimento de sinais de referência. Para esse tipo de controlador sao propostas duas metodologias de projeto em 'Hz e Hoo, que constituem umacontribuiçao original deste trabalho. Os conceitos e algumas das técnicas descritas são aplicados a um exemplo relativoa estabilização robusta e melhora de desempenho de um helicóptero em vôo pairado. La Teoria de Control Robusto tiene su origem en la crítica de los métodos de diseno propios de la Teoria de Control Moderna, que acusaron severos inconvenientes en su aplicación industrial. La razón de esas dificultades reside en la ausencia de una metodologia que permita un análisis cuantitativo profundo de la influencia que tiene la incertidumbre del modelo sobre el comportamiento del sistema fisico controlado. El presente trabajo tiene como objetivo presentar una metodologia de análisis de sis- temas a partir de modelos matemáticos lineales con elementos inciertos. Con este fin son revisados .algunos conceptos de la teoria de sistemas dinámicos lineales, tales como los espacios de señales y de sistemas y sus normas asociadas. Es destacada la utilización de esos conceptos en el modelado de sistemas inciertos. Es considerada especialmente la clase de incertidumbres estructuradas, resultante de la composición de múltiples elementos inciertos. Las técnicas de análisis son entonces utilizadas como herramientas de sintesis de con- troladores -que garanticen un sistema en lazo cerrado con propiedades robustas adecuadas. Son presentadas las técnicas -de control en 'HW 'Hz y la p-sintesis. A continuación los requisitos de desempeño de los sistemas de control son clasificados en dos categorias y, en cada caso, es' analizada su relación con la estructura de control más adecuada. Es estudiada la utilidad de los controladores de dos graus de libertad frentea requisitos de robustez, atenuación de perturbaciones y seguimiento de senales de referencia. Para ese tipo de controlador son propuestas dos metodologias de diseno en 'Hz y HW, que constituyen una contribución original de este trabajo. Los conceptos y algunas de las técnicas descritas son aplicados a un ejemplo relativoa la estabilización robusta y mejora de desempeño de un helicóptero operando en hover. The Robust Control Theory has its origin in some efforts to overcome some drawbacks of the design methods of the Modern Control Theory, Which often lead the designed controller to fail in practice. These problems Were related to the lack of a consistent mehodology to analize the influency of the model uncertainty on the closed loop system behavior. This Work is intended to present an analysis methodology of systems described by linear models With some uncertain elements. Some concepts from the linear dynamic systems theory like the signals and systems spaces and their associated norms are studied. The usefulness of these concepts When modeling uncertain systems is emphasized and special attention is devoted to the case of structured uncertainties.' The analysis techniques are then used for synthesis purposes in order to get controllers that guarantee a closed loop system with adequate robust properties. The ,u-synthesis and the 7100 and 'Hz design methods are presented._ The performance requirements are classified in two classes and their relation With the controller structure is analized. It is studied the usefulness of the two-degrees-of-freedom con- trollers when several requirements, such as robustness, disturbance attenuation and tracking, must be satisfied. A contribution of this Work is to present new 'Hz and Tico design methodolo- gies for two-degrees-of-freedom controllers. The described techniques are illustrated With an example about the robust stabilization and performance improvement of a helicopter model operating near hover.

Tribunal: MSc. Michel Artestein, César Briozzo, Celia Sena, Dr. José Cataldo La expansión y diversificación de la infraestructura energética uruguaya, con una penetración significativa de fuentes renovables, está dando lugar a cambios estructurales en el sistema eléctrico de potencia, tanto en la transmisión como en los subsistemas de distribución. Estos cambios impactan, entre otros, en los criterios de operación y en la protección del sistema de potencia. Este trabajo representa un nuevo abordaje del tema de formación intencional de islas, considerando como tal la condición en la que una parte del sistema de potencia que tiene tanto carga como generación, permanece energizada aislada del resto del sistema. Los estudios anteriores sobre las condiciones de isla en el sistema eléctrico uruguayo, se basan en generación convencional síncrona, sin generación eólica y se refieren a la separación del sistema eléctrico de potencia uruguayo en islas que incluyen prácticamente la mitad de la red del país. Este trabajo analiza uno de los fenómenos que surgen en los nuevos escenarios de la red eléctrica: la posibilidad de funcionamiento en isla de sistemas relativamente chicos(decenas de MVA), que incluyen estos nuevos generadores, dispersos geográficamente. Este nuevo escenario plantea retos y también oportunidades, ya que la formación controlada de islas eléctricas(islanding)puede constituir una estrategia de protección válida en algunos casos. Se analiza cada uno de los pasos por lo que atraviesa la formación intencional de islas, desde la detección de la misma, el control del sistema, la protección de la isla y el rearmado del sistema eléctrico de potencia reconectando la isla al mismo. El estudio de casos incluye tanto generadores eólicos como de biomasa, que en ciertos casos, han demostrado ser capaces de operar en isla después de perturbaciones importantes.

El presente trabajo se centra en la máquina sincrónica de reluctancia y su posible aplicación en un aerogenerador. La máquina bajo estudio es modelada en detalle y luego se propone un sistema de control original capaz de controlarla con precisión, denominado Control Deslizante Doble. El sistema de control tiene por principal característica el control satisfactorio de una máquina con incertidumbre en sus parámetros. Luego el conjunto máquina-control es implementado para un aerogenerador de velocidad variable con éxito. Sobre el final se proponen una serie de optimizaciones al sistema de manera de mejorar el desempeño. Todo el desarrollo es respaldado por simulaciones realizadas en MatLab. Al final del documento se encuentran una serie de apéndices donde se tienen una completa descripción de los principales elementos que involucra un aerogenerador. This document focuses on the reluctance synchronous machine and its application in a wind generator. The machine under study is modeled in detail and then it is proposed an original control system, called Double Slide Control, capable of controlling the machine precisely. This control system's main feature is to successfully control a machine with uncertainty in its parameters. The machine together with control system are successfully implemented for a variable speed wind generator. Finally there are proposed some optimizations to the system in order to improve its performance. The whole study is supported with simulations in MatLab. At the end of the document there are series of appendices which have a full description of the main elements that involves a wind generator.

Esta tesis se centra en analizar las modificaciones que sufre la dinámica de los sistemas eléctricos de potencia debido a la inclusión de parques eólicos, haciendo particular énfasis en su repercusión en la estabilidad en pequeña señal. Este fenómeno se aborda utilizando tres herramientas: en primera instancia el análisis teórico en pequeña señal, que pretende establecer las bases conceptuales que permitirán comprender el problema bajo estudio y las variantes que presenta el mismo; en segundo lugar el análisis modal realizado sobre el caso particular de la red de transmisión uruguaya, el cual permite verificar la validez de los estudios teóricos, brindando información concreta sobre los cambios que sufre la estructura dinámica del sistema; y finalmente, el análisis transitorio, que permite validar y delimitar la validez del análisis en pequeña señal cuando se estudia en el dominio del tiempo la respuesta del sistema de potencia frente a una perturbació severa. A partir de lo expuesto, se diagnostican las fortalezas y debilidades que adquiere el sistema de potencia al integrar energía eólica, permitiendo al mismo tiempo, establecer diferentes métodos para mejorar su desempeño transitorio. En este trabajo se realiza el diagnóstico de la inclusión de la generación eólica en la red eléctrica uruguaya y la aplicación de dos métodos que permiten mitigar e inclusive mejorar el desempeño dinámico del sistema eléctrico en los casos que la generación eólica presente un efecto adverso sobre la estabilidad del sistema. Estos métodos están basados en aprovechar la capacidad que tienen los generadores eólicos de velocidad variable para desacoplar la producción de potencia activa y reactiva, así como de desacoplar la velocidad de rotación de los mismos respecto la frecuencia de la red a la cual están interconectados. El primer método radica en establecer restricciones operativas en el intercambio de potencia reactiva entre los parques eólicos y la red de forma tal que se induzca un mayor par sincronizante en los generadores sincrónicos afectados por su inclusión; el segundo método consiste en utilizar un PSS concebido para que los aerogeneradores se comporten dinámicamente como los generadores sincrónicos cuyo amortiguamiento se desea potenciar, a partir de la utilización de sincrofasores. Finalmente se establece que ambos métodos pueden ser aplicados en forma simultánea, permitiendo aprovechar las diferentes fortalezas de los mismos para mejorar el desempeño oscilatorio de los generadores sincrónicos afectados en forma adversa por la inclusión de energía eólica. This thesis focuses on analyzing the changes suffered by the power systems dynamics due to the inclusion of wind farms, with particular emphasis on small signal stability. This phenomenon is discussed using three tools: in first instance, a theoretical analysis is made to establish the conceptual basis that will help to understand the addressed problem. Secondly, modal analysis is performed on the particular case of the Uruguayan transmission grid in order to verify the validity of the theoretical studies and providing specific information on the changes that occur in the dynamic structure of the power system. Finally, a transient analysis is performed to validate the small signal analysis and to recognize its limitations when the power system is subject to a severe disturbance. Taking this into account, it has been diagnosed the strengths and weaknesses that acquires the power system when wind power is integrated. This will allow to establish different methods to improve its transient performance. In this work is performed the diagnosis of the inclusion of wind power in the Uruguayan electrical grid and the application of two methods to mitigate and even improve the performance of the power system oscillatory behaviour in those cases that wind power present an adverse effect on the small-signal stability. These methods are based on taking advantage of the capacity of the variable speed wind turbines for decoupling the production of active and reactive power and decouple the speed of rotation of the generator respect the frequency electrical grid to which are interconnected. The first method lies in establishing operational constraints in the reactive power exchange between the wind farms and the grid in order to increase the synchronizing torque of the synchronous generators affected by their inclusion. The second method is to use a PSS in wind turbines to control de active power production and to induce them to behave dynamically as the synchronous generators whose damping is trying to increase, assisted by the use of synchrophasors. Finally, it is established that both methods can be applied simultaneously to improve the oscillatory performance of those synchronous generators adversely affected by the inclusion of wind power.

In this work we analyze the application of energy function methods to the problem of defining security margins to voltage collapse in power systems. After reviewing the matematical theory of voltage collapse and the Liapunov' s theory of stability of dynamical systems, we describe how these theories may be applied to define a security margin to voltage collapse (the energy margin) in a power system model. We describe some basic properties of the energy margin, and its relationship with another security margin (the load margin) frequently used in power systems' planning and operation. Taking into account that the effective calculation of the energy margin requires the previous calculation of the unstable equilibria of the system's steady state equations (the so called load flow equations),we review its main calculation methods and,in particular,the theoretical foundations of the methods based on the rectangular formulation of the load flow equations. We present, finally, the main results of some test applications of the corresponding calculation software. We include in this work some specific original contributions to the theory and the calculation methods .In particular:we propose a modification to the basic theory of energy functions of power system's structure preserving model, we analyze the invariance properties of the energy margin in reference to the load dynamics, we describe how to incorporate some additional power devices to the general system's model,and we propose slight modifications to some of the classical calculation methods. Keywords : Voltage stability, Voltage collapse, Energy function