Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2317

O Doutorado Acadêmico inicio-se em 1998 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

Navegar

Agora exibindo 1 - 7 de 7

Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de framework para análise e simulação dinâmica de sistemas elétricos de potência
(Universidade Federal do Pará, 2013-01-18) SENA, José Adolfo da Silva; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Esta tese apresenta uma metodologia flexível orientada a objetos (OO) para a aplicação no projeto e implementação de sistemas de software utilizados na realização de estudos dinâmicos de sistemas elétricos de grande porte. A metodologia OO proposta objetiva tornar mais simples o desenvolvimento, a atualização e a manutenção de complexos sistemas de software para estudos de transitórios eletromecânicos em sistemas elétricos de potência. Os requisitos de usuário são mapeados para um conjunto de classes básicas, as quais são usadas para efetuar a modelagem de dispositivos dinâmicos tais como geradores elétricos. Para avaliação da metodologia foram realizados dois estudos de casos. No primeiro estudo caso o Framework foi aplicado na simulação das unidades geradoras da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. Os resultados da simulação foram comparados com medições obtidos em ensaios no campo e mostrou a boa performance do Framework na reprodução dos fenômenos eletromecânicos desta usina de grande porte. No segundo estudo de caso, por outro lado, o Framework foi aplicado na modelagem de um sistema de geração fotovoltaico (PV) com seu sistema de Rastreamento da Potência Máxima (MPPT). O controle MPPT foi implementado usando técnicas digitais. Os resultados das simulações demonstram a performance do Framework na modelagem do sistema de controle de corrente, assim como no controle MPPT, dos sistemas de geração PV.
Acesso aberto (Open Access)
Estudos de geradores distribuídos de grande porte conectados ao sistema elétrico via conversores cc-ca aplicados ao projeto de estabilizadores de sistemas de potência
(Universidade Federal do Pará, 2015-12-16) FONSECA, Maria da Conceição Pereira; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Nesta tese apresenta-se um estudo que objetiva desenvolver modelos lineares adequados ao estudo de estabilidade em sistemas de potência interligados que incorporem grandes geradores distribuídos conectados à rede via inversor. Para esse fim, um modelo do tipo Heffron-Phillips estendido foi desenvolvido para um sistema de teste que é constituído por um gerador distribuído de grande porte, e de um gerador síncrono, ambos de potências similares e interligados a um sistema de porte muito maior (barra infinita). Devido à presença do gerador distribuído e de seu subsistema de controle de corrente, o modelo estendido apresenta um conjunto de canais que se originam no subsistema de regulação de corrente do gerador distribuído e chegam até o ponto de soma dos torques atuando no eixo do loop eletromecânico do gerador síncrono. Através de considerável número de testes computacionais, e para uma ampla gama de condições de operação, foram avaliadas as importâncias relativas dos novos ganhos de canal. Verificou-se, então, que os ganhos associados aos caminhos diretos são aqueles que possuem influência predominante na contribuição do gerador distribuído para os torques de sincronismo e de amortecimento que atuam no eixo do gerador síncrono. Além disso, os valores dos novos ganhos mostraram-se desprezíveis quando o nível de geração do gerador distribuído torna-se bastante reduzido. Esta observação permitiu efetuar simplificações adicionais ao modelo proposto, a fim de se obter um modelo mais adequado ao projeto de Estabilizadores de Sistema de Potência (ESP) para tal classe de sistemas de potência. Além disso, novas fórmulas são propostas na tese para estimar os valores dos coeficientes dos torques de sincronismo e de amortecimento, em função do nível de geração de potência ativa do gerador distribuído. Para o sistema teste, um ESP foi projetado utilizando-se o modelo simplificado e, subsequentemente, sua degradação de desempenho foi investigada para um grande conjunto de condições de operação do sistema. Os resultados mostraram uma considerável dessintonia no desempenho do ESP para elevado nível de potência ativa pelo gerador distribuído, em comparação com o nível de geração do gerador síncrono. Testes complementares foram realizados com o objetivo de avaliar possíveis efeitos adversos de uma interação entre o ESP e o controle Proporcional e Integral (PI) de um dispositivo FACTS – TCSC (Flexible AC Transmission Systems - Thyristor Controlled Series Compensator). Verificou-se que é necessário evitar operar o controlador PI (Proporcional e Integral) com ganhos muito elevados, de forma a não reduzir substancialmente a estabilidade do sistema.
Acesso aberto (Open Access)
Identificação em malha fechada para controle tolerante a falta passivo aplicado a um sistema industrial de bombeamento hidráulico
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-30) ROCHA, Erick Melo; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Sistemas de bombeamento de fluidos fazem parte de uma infinidade de aplicações industriais. Do tradicional abastecimento de água, a sistemas de resfriamento de usinas termonucleares, até o complexo sistema de manobra de aeronaves, que faz uso de atuadores pneumáticos, nos deparamos com exemplos de aplicações destes sistemas. E, assim como qualquer processo industrial, sistemas de bombeamento podem estar sujeitos a comportamentos anômalos ou faltas, que podem levar ao mal funcionamento, ou a perda de estabilidade de um processo, provocando avarias permanentes, devido ao efeito de fenômenos indesejáveis, como a cavitação e o golpe de aríete, por exemplo. Deste modo, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de controle tolerante a falta (FTCS – Fault Tolerante Control System) para mitigar os efeitos indesejáveis de variações de pressão e oscilações de velocidade, que podem acometer este tipo de sistema. Tal investigação parte do princípio de que, por razões econômicas, e de seguranças, sistemas industriais operam, por padrão, em malha fechada, para garantir estabilidade e desempenhos desejados. Em vista disso, é apresentada uma metodologia, para identificação da função de transferência de malha aberta de plantas industriais, a partir de dados obtidos por medição de sinais, do processo operando em malha fechada, conhecido como Método de Dois Estágios. O modelo identificado é utilizado para projetar um controlador que atenda aos critérios de desempenho definidos pelo FTCS, em substituição ao sistema de controle tradicional, supostamente em operação no sistema, e que é projetado para um ponto de operação específico e, portanto, sem levar em consideração a falta atuando no sistema. Para avaliação experimental, utilizou-se uma bancada industrial de bombeamento de fluidos, desenvolvida no Laboratório de Automação e Controle, da Universidade Federal do Pará (UFPA). Foi projetado um FTCS passivo, utilizando-se técnica de controle robusto, baseada em incertezas paramétricas. Para isso, utilizou-se um conjunto de modelos incertos, obtidos por identificação paramétrica, considerando uma faixa de operação desejada para a planta de testes, com o sistema operando tanto em condições normais quanto sob ação de falta. Índices de desempenho foram calculados afim de avaliar quantitativamente o desempenho do sistema monitorado pelo FTCS, com os resultados obtidos para o sistema operando sem o FTCS (usando controlador clássico). Os resultados obtidos demonstram o bom desempenho da metodologia proposta.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação de estratégias de controle robusto multivariável descentralizado aplicadas à melhoria do desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura single inductor multiple output
(Universidade Federal do Pará, 2018-02-05) MEDEIROS, Renan Landau Paiva de; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Os sistemas conversores de potência CC/CC, são dispositivos fundamentais amplamente utilizados em diversos setores da sociedade. Neste sentido, novas topologias de conversores CC/CC estão sendo desenvolvidas, a fim de proporcionar melhorias no desempenho destes equipamentos, de modo a reduzir perdas e melhorar a qualidade da conversão de energia. No entanto, em prol de proporcionar tais melhorias, não se deve apenas avaliar as topologias de conversores, torna-se necessário observar rigorosamente as estratégias de controle que possibilitem o funcionamento do dispositivo de forma adequada. Em especial, esta tese trata acerca de uma investigação experimental do desenvolvimento de um projeto de controlador multivariável robusto descentralizado, visando projetar uma matriz de transferência de controle, contendo apenas os elementos da diagonal principal e levando em consideração uma família de incertezas paramétricas. Tal investigação será aplicada em uma topologia de conversor de potência CC/CC multivariável do tipo Buck, onde para esta topologia compartilha-se apenas um elemento indutivo. Deste modo, torna-se de fundamental importância proporcionar a estabilidade do sistema conversor, bem como realizar a regulação adequada do dispositivo. No entanto, algumas dificuldades estão presentes, como: forte acoplamento das saídas, não linearidades fortes devido à presença do elemento indutivo, além das incertezas decorrentes de imprecisões no modelo matemático e variações nos valores nominais dos elementos discretos que compõem o sistema. Com o intuito de avaliar o desempenho da metodologia robusta proposta, constituiu-se experimentos com relação a variações paramétricas no conversor CC/CC, tais experimentos foram avaliados em um ambiente experimental, bem como via simulação utilizando o ambiente computacional Matlab. Os resultados obtidos confirmam o bom desempenho do projeto proposto.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação e desenvolvimento de um framework para testes de estratégias de controle automático visando melhoria de desempenho em servidores web apache
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-29) BARRETO, Marcos Vinicius Sadala; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho, é realizado um estudo para o desenvolvimento de um ambiente computacional para testes de controle automático em sistemas computacionais de resposta às requisições “HTTP” “Apache”. Em particular, são discutidos os detalhes de implementação e resultados parciais em um ambiente para controle digital de desempenho do sistema de resposta HTTP”. Desta forma, foi necessário projetar e desenvolver um ambiente para a coleta de dados no sistema computacional que fornece o serviço de resposta a solicitações “HTTP” e faz intervenções nos valores dos parâmetros disponíveis para controlar o sistema automaticamente em malha fechada. Os parâmetros a serem obtidos como variáveis endógenas do sistema computacional são “MaxRequestWorks” (“MaxClient”), e o exógeno é a quantidade de memória consumida. A ferramenta desenvolvida não modifica nem o código-fonte do software de resposta para as solicitações “HTTP” dos clientes nem o código do sistema operacional do computador “host”, não sendo intrusivos em relação à configuração original do sistema. Um controlador proporcional integral (PI) foi projetado para manter a média de resposta do tempo percebido de mensagens “HTTP” reguladas. Testes experimentais realizados em um servidor “Apache” mostram a melhoria obtida na resposta temporal do sistema.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação experimental de estratégias de controle robusto aplicadas à melhoria de desempenho de um conversor de potência CC/CC do tipo buck com estrutura Single Inductor Multiple Output
(Universidade Federal do Pará, 2024-08-05) MONTAÑO SAAVEDRA, Alvaro Christian; MEDEIROS, Renan Landau Paiva de; http://lattes.cnpq.br/8081923559538095; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Recentemente, conversores de potência CC/CC têm ganhado uma ampla atenção, especialmente na indústria, telecomunicações e no controle de fontes renováveis de energia. O incremento no uso desta tecnologia poder ser explicada pela crescente demanda de uma regulação de tensão DC de alta qualidade em várias aplicações. Adicionalmente, os recentes avanços em eletrônica de potência junto com a engenharia de controle aceleraram o desenvolvimento dos conversores de potência CC/CC. Portanto, buscaram a otimização destes conversores em vários sentidos, por exemplo, melhorando eficiência de conversão e reduzindo seu peso e custo. No trabalho proposto são investigadas estratégias de controle para regulação de tensão em um sistema conversor Buck DC-DC de indutor único e saída dupla (SIDO). Com base em um modelo nominal de planta de múltiplas entradas e múltiplas saídas e requisitos de desempenho, tanto um Regulador Linear Quadrático (LQR) quanto uma lei de controle do tipo PI Desacoplada são projetados para controlar o sistema conversor de energia sob incertezas paramétricas, como variação da fonte de tensão, variações de cargas de potência constante (CPLs) e variações das resistências de carga. Um protótipo de um conversor Buck DC-DC de saída dupla com indutor único foi desenvolvido para testes experimentais. Os resultados indicam que a abordagem da estratégia LQR proposta é razoável e fornece melhorias adequadas de desempenho nos controladores do conversor SIDO nas condições de variação da fonte de tensão e variações nas resistências de carga, oferecendo desempenho robusto e estabilidade do sistema; no entanto, mais pesquisas são necessárias para lidar com variações nas cargas de potência constante e no projeto do controlador PI para sua aplicação neste tipo de planta.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação experimental de estratégias de identificação e controle LPV aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência
(Universidade Federal do Pará, 2012-06-29) NOGUEIRA, Fabrício Gonzalez; BARREIROS, José Augusto Lima; http://lattes.cnpq.br/1246564618922453; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Nesta tese e realizada a investigação experimental de uma estratégia de controle LPV (do inglês, linear parameter varying) aplicada ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potencia. O estudo foi realizado em um modelo de sistema de potencia em escala reduzida de 10kVA, cuja configuração e do tipo maquina interligada a uma barra infinita, alem de testes em campo em uma unidade geradora de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruvi. Primeiramente, foi desenvolvido e testado computacionalmente um conjunto de rotinas para analise e síntese de controlador amortecedor do tipo LPV, bem como para identificação de modelos LPV da planta. Os coeficientes do controlador amortecedor LPV, no caso um Estabilizador de Sistemas de Potencia (ESP), dependem do valor de uma variável de operação selecionada que, neste estudo, foram as potencias ativa (P) e reativa (Q) nos terminais da unidade geradora. Para fins de projeto, a dinâmica da planta foi representada através de um modelo ARX LPV, o qual foi estimado a partir de dados coletados experimentalmente na planta, para uma ampla faixa de condições operacionais. A partir do modelo LPV da planta, os valores dos parâmetros do ESP LPV foram determinados via um problema de otimização convexa, na forma de uma LMI parametrizada (PLMI). A solução da PLMI e obtida a partir de uma relaxação via decomposição em soma de quadrados. O ESP LPV foi projetado de modo a garantir a estabilidade e o desempenho do sistema para uma ampla faixa de condições operacionais da planta, o que geralmente não e possível de obter com controladores convencionais a parâmetros fixos. A lei de controle amortecedor do ESP LPV foi implementada em um sistema embarcado baseado em um controlador digital de sinais. Os resultados experimentais mostraram um excelente desempenho do ESP LPV no amortecimento de oscilações eletromecânicas, tanto no sistema de potencia em escala reduzida, quanto em uma unidade geradora da UHE de Tucurui.

Navegar

Navegando Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC por Orientadores "BARRA JUNIOR, Walter"