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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Projeto coordenado de controladores para o amortecimento de oscilações em sistemas de energia elétrica = Power systems damping controllers coordinated design
Title Alternative: Power systems damping controllers coordinated design
Author: Bernardo, Raul Torres, 1990-
Advisor: Dotta, Daniel, 1978-
Abstract: Resumo: A crescente utilização de fontes renováveis aumenta a variabilidade dos pontos de operação e torna mais complexa a modelagem e o controle dos Sistemas de Energia Elétrica (SEE). Diversas estratégias vêm sendo exploradas para assegurar o desempenho adequado desses sistemas. No que diz respeito a EPP (Estabilidade Angular a Pequenas Perturbações), a leitura de sinais remotos, com medição fasorial sincronizada, possibilita estruturas de controle mais sofisticadas e a utilização de dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission System) permite atuar sobre diferentes pontos do sistema. Do ponto de vista de projeto, o grande desafio consiste em sintonizar esses diversos dispositivos para que atuem de forma coordenada no desempenho global do sistema. Apesar dos avanços na implementação dessas novas tecnologias, a estratégia mais frequentemente utilizada para garantir o amortecimento das oscilações em sistemas de energia é aplicação de Estabilizadores do Sistema de Potência (ESP). Instalados junto aos reguladores de tensão das máquinas síncronas, esses dispositivos configuram uma estrutura de controle descentralizada. Apesar de estruturalmente mais simples, projetar ESPs decentralizados de forma coordenada representa um desafio ainda maior, dado quantidade limitada de variáveis as quais esses dispositivos têm acesso devido a sua atuação local. No presente trabalho, são apresentadas duas metodologias para o projeto coordenado de controladores para o amortecimento de oscilações em SEE. Em ambas é explorado o projeto de controladores dinâmicos por realimentação de saída, com estrutura descentralizada. O desempenho adequado dos sistemas no âmbito da EPP é alcançado por meio de restrições de mínimo amortecimento impostas aos algoritmos de projeto. A primeira metodologia estudada faz uso da formulação convexa com Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs - do inglês Linear Matrix Inequalities) para o projeto de controladores robustos à incertezas politópicas. Um algoritmo já explorado em SEE foi implementado e modificações foram propostas, buscando melhorar seu desempenho. A segunda abordagem utiliza um algoritmo de otimização não convexa para o projeto de controladores de ordem reduzida, por meio da ferramenta computacional HIFOO. Uma metodologia para a inclusão da restrição de mínimo amortecimento nessa ferramenta é proposta. Essa modificação somada a análise de robustez com LMIs resulta em uma metodologia simples e eficiente para o projeto de controladores robustos, de ordem reduzida, para o amortecimento de oscilações. Os algoritmos de projeto são validados com aplicação em dois sistemas pertencentes ao Benchmark Systems for Small-Signal Stability Analysis and Control, o Sistema Equivalente do Sul-Sudeste Brasileiro e o Sistema New England Reduced Model. A análise dos amortecimentos dos modos de oscilação e simulações de distúrbios nos modelos não lineares dos sistemas são realizadas para avaliar o desempenho dos controladores projetados

Abstract: The growing use of renewable sources increases the variability of operating points and makes the modeling and control of Electric Power Systems more complex. Several strategies have been explored to ensure the proper performance of these systems. Regarding small-signal stability, remote signal readings, with synchrophasor measurements, allows more sophisticated control structures and the use of FACTS devices (Flexible AC Transmission System) enables the control action over different points of the system. The challenge, from control project point of view, is to tune these various devices to coordinately act over the systems overall performance. Despite the advances in these new technologies implementations, Power System Stabilizers (PSS) are the most frequently used devices to damp power systems oscillations. Together with the voltage regulators, these controllers are installed directly in the synchronous machines, configuring a decentralized control structure. Although structurally simpler, the coordinated PSS design poses an even greater challenge due to the limited number of variables available in a local control action. In the present work, two methodologies for the coordinated design of power system damping controllers are presented. The output feedback dynamic controllers design, with a decentralized control structure, is explored in both. The small-signal stability performance is achieved by means of minimum damping constraints, imposed on the design algorithms. In the first methodology, the convex formulation with Linear Matrix Inequalities (LMIs) is applied to robust controller design, using polytopic uncertainty representation. A former algorithm, already exploited in power systems small-signal stability problems, was implemented and modifications were proposed, seeking to improve its performance. The second approach uses a nonconvex optimization algorithm to design reduced order controllers, using the HIFOO computational tool. A methodology to include the minimum damping constraint in this tool is proposed. This modification combined with robustness analysis with LMIs results in a simple and efficient method to robust low-order damping controllers design. The design algorithms are validated with the application in two benchmark systems for small-signal stability analysis, the South-Southeast Brazilian Equivalent System and the New England Reduced Model. Linear analysis of oscillation modes and nonlinear time domain simulations are performed to evaluate the designed controllers performance
Subject: Sistemas elétricos de potência (estabilização)
Desigualdades matriciais lineares
Otimização
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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