Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 20, Issue: 3, Published: 2009
  • Alocação de pólos em sistemas lineares invariantes no tempo utilizando realimentação da derivada de estados e a equação de Lyapunov Controle Linear

    Araújo, José M.; Castro, Alexandre C.; Santos, Eduardo T. F.

    Abstract in Portuguese:

    A realimentação da derivada de estados tem recebido grande atenção em tempos recentes, por ser uma alternativa à realimentação de estados e ser capaz de, exceto nos casos em que há pelo menos um pólo na origem, prover a conhecida alocação de pólos de um sistema linear invariante no tempo, que é uma das principais aplicações da realimentação de estados. Com base em procedimentos já consolidados para alocação de pólos por realimentação de estados utilizando a solução da equação de Lyapunov, são apresentados procedimentos análogos para realimentação da derivada de estados, e então apresentadas proposições análogas às aplicadas para realimentação de estados. Exemplos são então apresentados, comprovando a validade de tais procedimentos.

    Abstract in English:

    The state-derivative feedback has received great attention in recent times, for being an alternative to the state feedback and to be capable of, except in the cases where it has at least one pole in origin, to provide the known pole assignment of a linear time-invariant system, one of the main applications of the state feedback. On the basis of procedures already consolidated for pole assignment with state feedback using the solution of the Lyapunov type equation, analogous procedures are presented for state-derivative feedback, and then considered analogous propositions to the applicable ones for state feedback. Examples then are presented, proving the validity of such procedures.
  • Fundamentos de otimização por inteligência de enxames: uma visão geral Sistemas Inteligentes

    Serapião, Adriane Beatriz de Souza

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma breve revisão de alguns dos mais recentes métodos bioinspirados baseados no comportamento de populações para o desenvolvimento de técnicas de solução de problemas. As metaheurísticas tratadas aqui correspondem às estratégias de otimização por colônia de formigas, otimização por enxame de partículas, algoritmo shuffled frog-leaping, coleta de alimentos por bactérias e colônia de abelhas. Os princípios biológicos que motivaram o desenvolvimento de cada uma dessas estratégias, assim como seus respectivos algoritmos computacionais, são introduzidos. Duas aplicações diferentes foram conduzidas para exemplificar o desempenho de tais algoritmos. A finalidade é enfatizar perspectivas de aplicação destas abordagens em diferentes problemas da área de engenharia.

    Abstract in English:

    This paper presents an overview of some most recent bioinspired methods based on swarm behaviors for the development of problem-solving techniques. The metaheuristics provided here are ant colony optimization, particle swarm optimization, shuffled frog-leaping algorithm, bacterial foraging optimization and bee colony. The basic biological principles that have motivated the development of each strategy, as well as their computational algorithms, are introduced. Two different applications were carried out in order to clarify the performance of such algorithms. The goal is to emphasize perspectives of applications of these approaches in different engineering problems.
  • Simulação operacional de uma torre de destilação atmosférica via Aspen Plus e avaliação de modelos de analisadores virtuais Sistemas Inteligentes

    Diehl, F.C.; Secchi, A.R.; Lusa, L.P.; Muniz, L.A.R.; Longhi, L.G.S.

    Abstract in Portuguese:

    A torre atmosférica é um dos equipamentos mais importantes de uma unidade de destilação de óleo cru em uma refinaria. A otimização da operação deste equipamento é uma meta constante neste tipo de indústria, pois ela possibilita retornos financeiros bastante atrativos. Para levar a operação da coluna de destilação atmosférica próximo ao seu ponto operacional ótimo é necessário medir algumas propriedades chaves, em tempo real, para a atuação do sistema de controle. No entanto algumas propriedades não são facilmente medidas em tempo real, ou ainda sua medição depende da compra de analisadores em linha que podem apresentar custos expressivos. Uma alternativa para a obtenção dessas propriedades é a utilização de inferências (analisadores virtuais), que predizema variável desejada através de modelos matemáticos utilizando variáveis secundárias como parâmetros de entrada. Duas inferências, concedidas pela REFAP S/A, foram avaliadas com a finalidade de se determinar aquela com maior poder pre ditivo da temperatura que destila 85% da corrente de hidrocarbonetos desejada (T85%). A fonte de dados, para os testes, foi originada no estado estacionário pelo software Aspen Plus, após a validação de um modelo por dados operacionais médios recolhidos na própria refinaria. Dois modos operacionais foram propostos e análises de sensibilidade foram geradas para que seus resultados fossem utilizados como fonte de dados para os modelos inferenciais. As T85% provenientes do simulador foram consideradas padrão para a comparação com os resultados obtidos pelas inferências. Os analisadores virtuais mostraram-se sensíveis ao modo de operação a que estão submetidos. Isto significa que os ajustes feitos nos parâmetros dos modelos devem ser revistos caso haja uma mudança operacional significativa no sistema de destilação. Para a operação em que os modelos foram desenvolvidos o desempenho das duas inferências foi semelhante, podendo concluir que no estado estacionário as predições de ambas são satisfatórias.

    Abstract in English:

    The atmospheric tower is one of the most important equipments of an unit of distillation of raw oil in a refinery. The optimization of the operation of this equipment is a constant goal in this industry type, because it makes possible plenty financial returns attractive. To take the operation of the close column of atmospheric distillation to its optimal operational point it is necessary to measure some key properties, in real time, for the performance of the control system. However some properties are not measured easily in real time, or still its measurement depends on the purchase of on-line analyzers that they can present expressive costs. An alternative for the obtaining of those properties is the use of inferences (virtual analyzers), that predict the variable wanted through mathematical models using secondary variables as entrance parameters. Two inferences, granted by REFAP S/A, were appraised with the purpose of determining that with larger predictive power of the temperature that distils 85% of the current of wanted hydrocarbons (T85%). The source of data, for the tests, it was originated in the stationary state by the software Aspen Plus, after the validation of a model for medium operational data collected in the own refinery. Two operational manners were proposed and sensibility analyses were generated so that their results were used as source of data for the inferential models. T85% coming of the simulator were considered pattern for the comparison with the results obtained by the inferences. The virtual analyzers were shown sensitive to the operation way the one that is submitted. This means that the adjustments done in the parameters of the models should be reviewed in case there is a significant operational change in the distillation system. For the operation in that the models were developed the acting of the two inferences was similar, could conclude that in the stationary state the predictions of both are satisfactory.
  • Análise qualitativa no monitoramento automático dos eventos de tensão de curta duração Sistemas Elétricos De Potência

    Usida, Wesley F.; Oleskovicz, Mário; Rodrigues, Letícia C. P.; Coury, Denis V.

    Abstract in Portuguese:

    Esta pesquisa busca caracterizar o monitoramento automático de eventos de curta duração relacionados à qualidade da energia elétrica (QEE). Toda a metodologia e resultados a serem apresentados tomarão como base um sistema de distribuição real, simulado e analisado via utilização do software ATP (Alternative Transients Program). Duas técnicas foram estudadas e comparadas no intuito de detectar e classificar os eventos de curta duração gerados. Frente às situações analisadas, os resultados obtidos demonstraram a eficiência da transformada Wavelet (TW) em comparação com o cálculo do valor RMS (Root Mean Square). Desta constatação, têm-se pontos relevantes que abrem espaço para aplicações de novas técnicas de análise de sinais, como a TW, em QEE.

    Abstract in English:

    This research characterizes the automatic supervision of short-duration events concerning electrical power quality (PQ). The methodology and results are based on an actual distribution electric system that was simulated and analyzed using ATP (Alternative Transients Program) software. Two techniques were studied and compared to detect and classify the short-duration events. Concerning the situation studied, the results obtained have shown that the Wavelet transform (WT) is more efficient than calculation of RMS value. The evidences observed open space to applications of new techniques of analysis of the signal as WT in PQ.
  • Análise de sensibilidade de parâmetros elétricos de linhas de transmissão dependentes na freqüência Sistemas Elétricos De Potência

    Pinheiro, Michel Gonçalves; Tavares, Maria Cristina

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho foi realizada uma extensa análise de sensibilidade dos parâmetros elétricos longitudinais e transversais de uma linha de transmissão trifásica em função da freqüência. Uma linha real de 440 kV foi utilizada como base para a parametrização. Na análise de sensibilidade variaram-se as seguintes características da linha: diâmetro dos cabos pára-raios, diâmetros dos condutores fase, altura dos condutores, distância horizontal entre as fases e geometria dos feixes das fases. Para cada variação, observou-se o comportamento dos parâmetros em termos das parcelas das matrizes primitivas e em termos de componentes modais. Em relação à modelagem, o trabalho contribuirá para o desenvolvimento de novas metodologias e de fórmulas simplificadas para cálculo de parâmetros aplicado a análise de transitórios de manobra.

    Abstract in English:

    In this work a large sensitivity analysis of longitudinal and transversal electrical parameters of a three-phase transmission line in frequency domain was performed. An actual 440 kV transmission line was used as reference. In sensitivity analysis, the following line characteristics were varied: ground wires diameter, phase conductors diameter, height of conductors, horizontal distance among phases and vertical spacing within external phase bundle. For each line characteristic, the performance of electrical parameters in frequency domain, in terms of primitive and modal matrices was observed.
  • Método híbrido para o cálculo dos custos de interrupções em processos eletro-eletrônicos causados por faltas em sistemas de distribuição de energia elétrica Sistemas Elétricos De Potência

    Amasifen, Juan Carlos Cebrian; Kagan, Nelson

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho é apresentado um método híbrido para análise de riscos de interrupções em processos sensíveis provocadas por faltas nos sistemas de distribuição de energia elétrica. Com a utilização deste método, são avaliados índices relativos às interrupções de longa duração e às variações de tensão de curta duração (afundamentos e elevações) em cada consumidor da rede de distribuição de energia elétrica. O método permite, de forma inovadora, a obtenção, para cada ocorrência na rede, dos valores de magnitude da tensão e da duração do evento. Em cada barra do sistema, as freqüências de ocorrências de cada índice são obtidas e classificadas por faixas de magnitude e duração. O método parte de um conjunto de informações de configuração, de parâmetros da rede e dos dispositivos de proteção e, através de um conjunto de simulações aleatórias de curto-circuito, é possível mapear as áreas de risco relativas aos fenômenos de interrupção e variações de tensão de curta duração (VTCDs). Dispondo ainda do conjunto de curvas de sensibilidade dos processos industriais, avaliam-se as freqüências de disrupções de processos, esperadas por ano no ponto analisado, isto é, o número de vezes que um processo é interrompido pelos eventos de curta duração considerados, para então serem avaliados os custos anuais associados.

    Abstract in English:

    This paper shows a new hybrid method for risk assessment regarding interruptions in sensitive processes due to faults in electric power distribution systems. This method determines indices related to long duration interruptions and short duration voltage variations, such as voltage sags and swells in each customer supplied by the distribution network. Frequency of such occurrences and their impact on customer processes are determined for each bus and classified according to their corresponding magnitude and duration. The method bases on information regarding network configuration, system parameters and protective devices and randomly generates a number of fault scenarios to assess risk areas regarding long duration interruptions and voltage sags and swells. Based on process sensitivity curves, the method determines frequency indices regarding disruption in customer processes that represent possible process interruptions due to the considered short duration events to eventually determine the associated annual costs.
  • Modelo orientado a objetos para avaliação da confiabilidade composta por simulação Monte Carlo com representação da geração eólica Sistemas Elétricos De Potência

    Dias, Júlio Alberto Silva; Borges, Carmen Lucia Tancredo

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta um modelo computacional flexível orientado a objetos para avaliação da confiabilidade composta de sistemas de potência por Simulação Monte Carlo Seqüencial e Não-Seqüencial. O enfoque principal dado ao modelo foi a representação de grandezas variantes no tempo, tais como a geração eólica e a curva de carga. A flexibilidade da modelagem permite a representação de componentes de rede complexos, além da incorporação de modelos de simulação híbridos que combinem características da simulação sequencial e da não-sequencial. Os resultados obtidos para vários estudos baseados no sistema IEEE-RTS comprovam a aplicabilidade do modelo desenvolvido e permitem levantar várias conclusões sobre a influência da geração eólica nos índices de confiabilidade do sistema.

    Abstract in English:

    This paper presents a flexible object-oriented computational model for composite systems reliability evaluation based onSequential and Non-Sequential Monte Carlo simulation. The main focus of the model is in the representation of time varying components, such as the wind generation and the load. The modeling flexibility enables the representation of complex network components, as well as the incorporation of hybrid simulation approaches that combine sequential and nonsequential characteristics. The results obtained with several studies based on the IEEE RTS system prove the applicability of the developed model and provide important conclusions about wind generation influence on power system reliability indices.
  • Redução das correntes de arco secundário em sistemas de transmissão típicos Sistemas Elétricos De Potência

    Zevallos, Milton E.; Tavares, Maria C.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho otimizamos o valor de reator de neutro para conseguir minimizar a corrente de arco secundário em sistemas de transmissão com compensação reativa em derivação. Através de uma análise de sensibilidade conseguimos identificar valores de reator de neutro para os quais se consegue uma alta probabilidade de auto-extinção da corrente de arco secundário para diferentes sistemas de transmissão visando assegurar uma manobra abertura/religamento monopolar com sucesso. O método para identificar o reator de neutro ótimo e os valores das correntes de arco secundário para linhas típicas do sistema brasileiro é apresentado.

    Abstract in English:

    Inthis workwe optimize the neutral reactorvalue in orderto minimize the secondary arc current in transmission systems with shunt reactive compensation. Sensitivity analysis was conducted to identify neutral reactor values that will promote high probability of self-extinction the secondary arc current in different transmission systems to ensure a success single-phase opening/reclosure maneuver. The method is presented to identify the optimum neutral reactor and also values of the secondary arc current for typical lines of Brazilian system.
  • Tratamento computacional da topologia de grandes redes elétricas Sistemas Elétricos De Potência

    Schilling, M. Th.; Assis, T. M. L.; Cárdenas, D. S. T.; Ross, R. P. D.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo descreve a concepção de um novo aplicativo computacional (Anatopo) composto por diversos módulos, visando a identificação, diagnóstico e vários tipos de tratamento de configurações topológicas representativas de sistemas de potência descritos por grafos. Tais grafos são definidos por listas de nós (e.g. subestações ou barras), ramos longitudinais (e.g. linhas de transmissão, transformadores, elementos série) e transversais (e.g. cargas, injeções, capacitores e reatores em derivação). O utilitário proposto é útil para operações de pré-processamento de estudos convencionais de fluxo de potência, fluxo de potência ótimo, curto-circuito, confiabilidade, estimação de estado, estabilidade, ou para a avaliação de propriedades estruturais inerentes à topologia de redes.

    Abstract in English:

    This paper describes a computer program (Anatopo) useful for dealing with actual large scale power systems described by graphs, defined by a list of nodes (e.g. substations) and branches (e.g. transmission lines). The program have several independent modules which can be applied to a power system, producing a set of diagnoses and topological operations previously selected by the analyst. It has several practical applications related with studies involving the evaluation of power flows, short-circuits, grid structural properties and many others.
  • Controlador repetitivo para inversores PWM com referência de freqüência variável Eletrônica De Potência

    Michels, Leandro; Stefanello, Márcio; Gründling, Hilton A.

    Abstract in Portuguese:

    Controladores repetitivos têm se mostrado eficazes na rejeição de distúrbios cíclicos em inversores de tensão modulados por largura de pulso. Contudo, observa-se que estes controladores têm seu desempenho comprometido caso seu período não seja sincronizado com o período do sinal de referência, o que restringe o seu uso em aplicações de freqüência variável. Para mitigar este problema, é proposta uma modificação nestes controladores para adequá-los à aplicações com referência senoidal de freqüência variável. O algoritmo proposto é simples, sendo apenas ajustados o comprimento das memórias circulares e os ponteiros empregados para endereçá-las nos controladores repetitivos convencionais. Resultados experimentais, obtidos em dois protótipos com especifiações distintas, são apresentados para validar a técnica proposta.

    Abstract in English:

    Repetitive controllers have demonstrated efficacy in the rejection of cyclic disturbances in pulse-width modulated voltage-source inverters. However, the performance of these controllers is compromised if their period are not synchronized with the period of the reference signal. This drawback restrict their use in variable frequency applications. In order to mitigate this problem, it is proposed a modification in these controllers to make them suitable for sinusoidal references with variable frequency. The proposed algorithm is simple given that is only performed a chance in the length of circular buffers and in the pointer used to address them. Experimental results, obtained with two different prototypes, are presented to validate the proposed technique.
  • Projeto e implementação de um reator eletrônico microcontrolado, de elevado fator de potência, orientado a lâmpadas de vapor metálico Eletrônica De Potência

    Dalla Costa, Marco Antônio; Braga, Henrique A. C.; Perdigão, Marina M. S. D.; Alonso, José Marcos

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho descreve a análise, o projeto e a implementação de um reator eletrônico para lâmpadas de vapor metálico (MH) baseado em microcontrolador. O circuito do reator se fundamenta na integração de um conversor buck com um conversor flyback. A tarefa de correção do fator de potência é realizada pela etapa buck, enquanto a etapa flyback controla a potência na lâmpada fornecendo uma corrente em onda quadrada de baixa freqüência. Este é um método adequado para se evitar o fenômeno da ressonância acústica, comum em lâmpadas de descarga de alta pressão (HID). Os dois estágios conversores operam no modo de condução descontínua (DCM), o que permite o uso de apenas um interruptor de alta freqüência simplificando o controle. O reator eletrônico é controlado digitalmente e emprega um microcontrolador de baixo custo PIC16F684. Este componente é programado para desempenhar todas as tarefas necessárias aos processos de ignição, aquecimento e regime permanente da lâmpada, respondendo também pelo controle em malha fechada da corrente na lâmpada e proteções convencionais. O artigo inclui resultados experimentais obtidos de um protótipo que alimenta uma lâmpada MH de 35W.

    Abstract in English:

    The analysis, design and implementation of a microcontroller-based electronic ballast to supply metal halide (MH) lamps are presented. The proposed power scheme is based on the integration of the buck and flyback converters. The former providing power factor correction and the latter controlling lamp power by supplying the lamp with a low frequency square waveform current, which is a convenient way to avoid acoustic resonances in high intensity discharge (HID) lamps. Both converters operate in discontinuous conduction mode (DCM), thus allowing the use of only one high-frequency switch and simplifying the control. The electronic ballast is digitally controlled by using a low cost microcontroller PIC16F684. The microcontroller performs all the necessary tasks during starting, warming-up and steady state, including closed loop control of lamp current and protections. Experimental results for a 35W MH lamp are presented.
  • An electronic solution for the direct connection of a three-phase induction generator to a single-phase feeder

    Machado, Ricardo Q.; Gonçalves, Amílcar F. Q.; Buso, Simone; Pomilio, José A.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo propõe uma solução para a conexão direta de geradores de indução trifásicos em uma rede monofásica com regulação de vazão o que faz com que, a velocidade do gerador de indução se mantenha acima de sua velocidade síncrona. Para que a conexão entre gerador e rede monofásica seja satisfatória e para que os critérios de qualidade de energia sejam preservados, o controle do fluxo de energia, entre a rede monofásica e o conversor PWM trifásico, é realizado empregando a idéia de sistema interligado ajustando a defasagem e amplitude da tensão sintetizada pelo conversor em relação a tensão da rede monofásica de forma que o fator de potência na rede monofásica seja unitário. Em relação ao conversor de potência, espera-se que o mesmo produza tensões senoidais, com freqüência e amplitude fixas para que o gerador de indução opere balanceado. O artigo descreve a estratégia de controle do inversor, o critério de projeto dos controladores e apresenta alguns resultados experimentais.

    Abstract in English:

    This paper proposes a solution for the direct connection of a three-phase induction generator to a single-phase feeder. This high power quality system is intended to be used in micro-hydro power plants applications with control of the water flow. It is employed to maintain the speed of the induction generator greater than its synchronous value. The difference between the generated power and the power consumed by the local load flows through the single-phase feeder. The power flow control is provided by a three-phase PWM inverter that additionally guarantees the local power quality. A system with good power quality must have sinusoidal and constant amplitude voltages, fixed frequency operation, balanced induction generator voltages and currents, harmonics and reactive power compensation. The paper describes the inverter control strategy, presents design criteria of the controllers, and shows experimental results.
  • Integrated design & control of a buck boost converter

    Garcia, Martin J. Pomar; Normey-Rico, Julio E.; Gutierrez, Gloria; Prada, César de

    Abstract in English:

    This paper presents the integrated design and control of a buck boost converter (BBC). In the proposed methodology the design tool provides simultaneously the controller tuning and BBC design parameters in such a way that some closed-loop pre-specified static and dynamic behavior is obtained. This approach contrasts with the traditional methodology, where the design of BBC is performed without taking into account its dynamical behavior. An optimization procedure is used to obtain the electronic components of the BBC and the tuning parameters of the controller, minimizing an objective function that considers the set of performance specifications. Although the methodology can be applied to any converter and any control strategy, in this particular case an ideal BBC and a Sliding Model Control (SMC) strategy are used. Some simulation results show the advantages and principally the flexibility that can be obtained with this approach.
  • Nova modulação vetorial para o controle da tensão do ponto central do divisor capacitivo do conversor com ponto neutro grampeado Eletrônica De Potência

    Grigoletto, Felipe Bovolini; Pinheiro, Humberto

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma nova estratégia de modulação vetorial para controle da tensão do ponto central do divisor capacitivo do conversor de ponto neutro grampeado - NPC. O controle da corrente do ponto central do divisor capacitivo garante o equilíbrio e a eliminação das componentes de baixa ordem nas tensões dos capacitores, em toda região linear do inversor independentemente do fator de potência bem como para operação com cargas não lineares. Duas sequências de comutação são exploradas para demonstrar a flexibilidade do método proposto. Resultados de simulação são apresentados e estes ilustram o bom desempenho da técnica modulação proposta.

    Abstract in English:

    This paper presents a new space vector modulation strategy for the dc capacitor voltages control of neutral point clamped converters. By defining the neutral point current it is possible not only to ensure the balance of the dc voltages as well as to guarantee the elimination of low frequencies harmonic in neutral-point voltage under all load conditions in the entire converter linear operation region. Two switching sequences are explored to show the flexibility of propose method. Experimental results are presented and they show the good perform of the proposed modulation technique.
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