Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 21, Issue: 4, Published: 2010
  • Global parameterization techniques to the continuation power flow Sistemas Inteligentes

    Bonini Neto, Alfredo; Alves, Dilson Amancio

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho analisa a utilização de técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado. Essas técnicas são consideradas inadequadas para a obtenção da margem de carregamento de sistemas com problemas de estabilidade de tensão com características fortemente locais. Isto se deve ao fato de que no ponto de máximo carregamento a singularidade da matriz Jacobiana do método de parametrização global coincide com a da matriz Jacobiana do fluxo de carga. Nesses casos, a parametrização local é considerada como a única forma de se eliminar a singularidade. Entretanto, este trabalho mostra que a singularidade também pode ser eficientemente eliminada não só para estes sistemas, mas para qualquer outro, através de uma nova técnica de parametrização. A técnica utiliza a equação de uma reta que passa através de um ponto no plano determinado pelas variáveis fator de carregamento e a somatória das magnitudes, ou dos ângulos, das tensões nodais de todas as barras do sistema, que são as variáveis comumente usadas pelas técnicas de parametrização global. Os resultados obtidos para diversos sistemas confirmam o aumento da eficiência dos métodos propostos e mostram sua viabilidade para aplicações no planejamento da operação nos atuais sistemas de gerenciamento de energia.

    Abstract in English:

    This paper presents an analysis of the use of global parameterization techniques to the continuation power flow. Those techniques are considered inadequate for computation of the loading margin of power systems characterized by strong local static voltage stability. In such systems, at maximum loading point, the singularity of the Jacobian matrices of global parameterization techniques coincide with the one of the power flow Jacobian matrix. In those cases, the local parameterization is considered as the only way to overcome the singularity. However, this paper shows that this kind of singularity can be efficiently eliminated not only for these systems, but also for all others, by a new parameterization technique. This technique uses the addition of a line equation, which passes through a point in the plane determined by the sum of all the bus voltage magnitudes, or angles, and loading factor variables, that are variables commonly used by global parameterization techniques. The obtained results for several systems confirm the efficiency increased of the proposed methods and show its viability for applications in the operating planning in a modern energy management system.
  • Probabilistic assessment of voltage stability in composite generation and transmission systems Sistemas Elétricos De Potência

    Rodrigues, Anselmo Barbosa; Prada, Ricardo B.; Silva, Maria da Guia da

    Abstract in Portuguese:

    A instabilidade de tensão geralmente manifesta-se de duas formas: insolubilidade das equações de fluxo de potência e a perda de controlabilidade. Entretanto, o último mecanismo não tem sido considerado na Análise Probabilística da Estabilidade de Tensão (APET). O objetivo deste artigo é apresentar um método para incluir a perda de controlabilidade e a insolubilidade na APET. O método proposto se baseia na combinação de três técnicas: Método Monte Carlo (MMC), Fluxo de Potência Ótimo (FPO) não-linear e o Método da Matriz D' (MMD). Os resultados dos testes demonstraram que a perda de controlabilidade é um mecanismo importante na APET.

    Abstract in English:

    The voltage instability is usually characterized by two mechanisms: unsolvability of the power flow equations and controllability loss. However, the last mechanism has not been considered in the voltage stability probabilistic assessment. The objective of this paper is to present a method to include controllability loss and unsolvability in the voltage stability probabilistic assessment. The proposed method is based on the combination of three techniques: Monte Carlo Simulation Method, Nonlinear Optimal Power Flow and D' Matrix Method. The test results demonstrated that the controllability loss is an important mechanism in the voltage stability probabilistic assessment.
  • Automated analysis of digital fault recorder data in power systems Sistemas Elétricos De Potência

    Moreto, Miguel; Rolim, Jacqueline G.

    Abstract in Portuguese:

    Atualmente os registradores digitais de perturbação estão presentes na maioria das instalações dos sistemas elétricos de potência. Estes equipamentos realizam um monitoramento constante do sistema buscando registrar eventuais distúrbios significativos em grandezas como tensões e correntes. A análise da grande quantidade de dados fornecida por estes equipamentos tem se tornado um desafio para os engenheiros analistas, os quais devem priorizar parte dos registros uma vez que não há tempo hábil para que todos os dados sejam verificados. Desta forma, os registros relativos a ocorrências graves, como desligamentos de geradores ou linhas de transmissão, devem ser analisados em primeira instância. Neste artigo é apresentada uma abrangente revisão bibliográfica relacionada com aplicações de metodologias de análise automática de oscilografias e das técnicas mais utilizadas atualmente. Assim, espera-se que a partir deste artigo o leitor possa adquirir os fundamentos necessários para iniciar o desenvolvimento de esquemas que visem auxiliar os engenheiros especialistas na árdua tarefa de analisar e classificar oscilografias.

    Abstract in English:

    Nowadays the use of digital fault recorders is common practice in most power system substations and plants. These devices continuously monitor signals such as voltages and currents, aiming to record meaningful alterations in their values. The analysis of the huge amount of Digital Fault Recorder data has become a challenge to the specialized engineers, who have to prioritize some records because, in general, there is not enough time to examine all of them. A bibliographic revision concerning applications of automated DFR data analysis methodologies and the most employed computational techniques are presented in this paper. From this article the reader may gain the necessary fundamentals for starting the development of such automated schemes, helping expert engineers in dealing with the classification of the large amount of data provided by DFR.
  • Allocation of power quality meters by genetic algorithms and Fuzzy sets theory Sistemas Elétricos De Potência

    Almeida, C. F. M.; Kagan, N.

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é apresentada a aplicação de Algoritmos Genéticos (AGs) e Conjuntos Fuzzy no dimensionamento de sistemas para a monitoração de Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs) em redes de transmissão de energia elétrica. De acordo com a metodologia proposta, são simulados diferentes tipos de curto-circuitos em diversos pontos, com o intuito de caracterizar o Sistema Elétrico de Potência (SEP) em avaliação com relação a ocorrência de VTCDs. Em seguida, diferentes configurações para o sistema de monitoração, isto é, número de medidores e barras em que os mesmos devam ser instalados, são avaliadas através de AGs, com o objetivo de garantir que ao menos um dos medidores seja sensibilizado para cada um dos curto-circuitos simulados. Duas formas de modelagem do AG são apresentadas, sendo uma utilizando vetores binários para a decisão da instalação de medidores nas barras do SEP e a outra utilizando vetores inteiros, para a indicação das barras do SEP em que devem ser instalados os medidores. É feita a comparação das duas modelagens, bem como a avaliação dos resultados fornecidos pela medologia para uma rede de transmissão real de 154 barras. A metodologia também é aplicada na rede teste de 30 barras do IEEE, de modo a permitir a comparação da mesma com trabalhos semelhantes na área.

    Abstract in English:

    The aim of this article is to present the application of Genetic Algorithms (GAs) and Fuzzy Mathematical Programming in the design of voltage sag and swell monitoring systems for power transmission networks. The proposed methodology uses the simulation of different types of short-circuit in many different points of the power system, in order to characterize the system behavior towards the occurrence of voltage sags and swells. Then, different configurations for the monitoring system, i.e. number of monitors and buses where they are supposed to be installed, are assessed through GAs. Two different GA codifications are presented, namely one based on binary vectors, for the decision over the installation of a monitor in a specific bus of the power system and another based on integer vectors, in order to indicate in which buses the monitors should be installed. A comparison between the two models is presented. The evaluation of the methodology performance is determined for a real 154 bus transmission network. The methodology is also applied for the IEEE 30 bus network, in order to allow its comparison with a previous research work.
  • Spatial electric load forecasting using an evolutionary heuristic

    Carreno, E. M.; Padilha-Feltrin, A.; Leal, A. G.

    Abstract in English:

    A method for spatial electric load forecasting using elements from evolutionary algorithms is presented. The method uses concepts from knowledge extraction algorithms and linguistic rules' representation to characterize the preferences for land use into a spatial database. The future land use preferences in undeveloped zones in the electrical utility service area are determined using an evolutionary heuristic, which considers a stochastic behavior by crossing over similar rules. The method considers development of new zones and also redevelopment of existing ones. The results are presented in future preference maps. The tests in a real system from a midsized city show a high rate of success when results are compared with information gathered from the utility planning department. The most important features of this method are the need for few data and the simplicity of the algorithm, allowing for future scalability.
  • Identification of harmonic current sources in single-phase power systems using feature selection techniques and artificial neural networks Sistemas Inteligentes

    Fernandes, Ricardo A. S.; Silva, Ivan N. da; Oleskovicz, Mário

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho consiste em apresentar um método para a identificação de cargas lineares e não-lineares comumente encontradas em sistemas elétricos residenciais. Desta identificação, soluções viáveis poderão ser aplicadas com o intuito de mitigar os níveis de emissão das correntes harmônicas geradas, advindas principalmente por cargas com características não-lineares. No desenvolvimento do método, utilizaram-se de técnicas para a seleção de atributos, de forma a minimizar a dificuldade em se identificar as cargas conectadas ao sistema. A etapa posterior de identificação foi realizada pela aplicação de redes neurais artificiais. Todas as situações de distorção harmônica foram geradas em laboratório por uma fonte de alimentação, onde em sua saída foram alocados analisadores de energia, responsáveis pela extração das medidas necessárias sobre as cargas residenciais em análise. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, mostrando-se que a metodologia proposta pode ser também empregada pelas concessionárias de energia elétrica para que estas obtenham informações sobre o perfil das cargas instaladas em consumidores residenciais.

    Abstract in English:

    This work presents a method to identify linear and nonlinear loads commonly encountered in residential electrical systems. From this method, feasible solutions can be applied to mitigate the high levels of harmonic currents, generated mainly by nonlinear loads. Techniques of feature selection were used to data preprocessing and to minimize the effort in identification of loads connected to the electrical system. For the next step, the load identification, artificial neural networks were applied. All harmonic distortion situations were created in laboratory from a power source, and in its outputs were inserted the loads and power quality analyzers, which perform the extraction of all measurements. The obtained results were considered satisfactory, which show that the methodology can be employed by power distribution companies in order to obtain information about the profile of loads used by residential consumers.
  • Neural and vectorial controller for XY table Projeto Mecatrônico

    Menezes Filho, José Bezerra de; Silva, Simplício Arnaud da; Araújo, Clivaldo Silva de; Xavier Filho, Antônio Feliciano

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma nova estratégia de acionamento para uma mesa de coordenadas XY, denominada de Controle Vetorial Neural, utilizando uma rede neural multicamada (RNMC) atuando como controlador adaptativo direto, cujo algoritmo de aprendizagem se baseia na minimização do erro entre o vetor de posição atualizado e o de referência. Duas estratégias de controle são mostradas. A primeira estratégia é baseada no uso de controladores de posição neurais, independentes, para cada eixo e a segunda é apresentada como principal contribuição deste trabalho e é baseada no uso do Controlador Vetorial Neural. A estratégia proposta é diferenciada dos conhecidos controladores de trajetória por não possuírem controladores independentes para cada eixo. A mesa de coordenadas XY, usada para validação, é uma estrutura de dois graus de liberdade considerada como um manipulador de eixos desacoplados. Resultados experimentais e de simulação mostram o desempenho superior do Controlador Vetorial Neural. Um menor tempo de processamento no uso de uma única rede neural é uma vantagem adicional do uso do Controlador Vetorial Neural em relação aos controladores independentes.

    Abstract in English:

    The proposal of this research is to present a new strategy of drive, called of Neural Vectorial Control, using a Multilayer Neural Network acting as a direct adaptive controller, that is based on the minimization of the error between the actual position vector and the vector of reference position. Two strategies of control are shown. The first strategy is based on the use of position neural controllers of independent axes. The second strategy, presented as the main contribution of this paper, is based on the use of the vectorial neural controller. The strategy proposal in this research is differentiated of the well known tracking controllers for not possessing individual closed loops of control for each axis. The XY table used for validation is a structure of two degrees of freedom, that it is considered as a manipulator with detached axes. Experimental and simulated results show the superior performance of the vectorial neural control. A lesser time of processing in the use of an only Neural Nework is an additional advantage of the use of the vectorial neural controller in relation to the independent controllers.
  • Modeling and simulation of CAN-Based Communication Networks Informática Industrial

    Godoy, Eduardo P.; Lopes, Wellington C.; Sousa, Rafael V.; Porto, Arthur J. V.; Inamasu, Ricardo Y.

    Abstract in Portuguese:

    Uma grande tendência na área industrial tem sido a aplicação de tecnologias de redes de comunicação, como o protocolo CAN (Controller Area Network), como solução em sistemas de controle distribuído. O maior desafio no desenvolvimento de sistemas distribuídos baseados em redes industriais é o efeito dos atrasos de comunicação da rede no desempenho do sistema de controle. Este fato tem norteado o desenvolvimento de modelos e ferramentas de simulação para calcular esses atrasos, analisar o desempenho e simular o comportamento temporal desses sistemas. Sob este contexto, apresenta-se o desenvolvimento de um modelo matemático e de um modelo com Redes de Petri Coloridas para simulação de sistemas de controle distribuído baseados no protocolo CAN. Os modelos desenvolvidos apresentaram grande flexibilidade e potencial de aplicação, permitindo a obtenção de diversos parâmetros relacionados ao desempenho da rede e do sistema distribuído. Além disso, um caso de estudo referente à simulação de um sistema distribuído com rede CAN para um robô móvel permitiu evidenciar que os modelos desenvolvidos podem ser utilizados para a análise de qualquer aplicação de sistemas de controle distribuído com redes CAN.

    Abstract in English:

    A major trend in industrial systems is the application of communication networks technologies, such as CAN (Controller Area Network), in distributed control systems. A challenging problem in the development of distributed system based on communication networks is the network delay effects in the performance of the system. This fact has motivated the development of simulation tools and models to calculate these delays, to simulate the timing behavioral and evaluate the performance of these systems. This work presents the development of a mathematical model and a Colored Petri Nets model to the simulation of CAN-based distributed systems. The flexibility and potential obtained with the developed models allow determining and analyzing several performance parameters related to communication network and the distributed control. An example of a CAN-based distributed system applied to perform the control of a mobile robot demonstrates the functionalities of the models and its applicability to the analysis of any CAN application.
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