Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 21, Issue: 5, Published: 2010
  • Operating reserve pricing of hydraulic generators in a competitive framework Sistemas Elétricos De Potência

    Manso, Juan Carlos Galvis; Feltrin, Antonio Padilha; Loyo, Jose Maria Yusta

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma proposta para a valorização dos serviços ancilares de reserva operativa, sob um esquema competitivo composto por geradores hidrelétricos. Nesse esquema, os geradores ofertam pela disponibilidade do serviço. Esta proposta busca atribuir um valor à reserva de forma eficiente, em função da concorrência entre os agentes e as condições de operação do sistema. Na primeira parte do artigo, são descritos diversos aspectos relacionados com a reserva operativa destacando, particularmente, os componentes de custo de disponibilidade, uso e oportunidade destes serviços. Na segunda parte é apresentada a proposta propriamente dita, indicando a estrutura do mercado, o tipo de ofertas, assim como um modelo de despacho hidrelétrico conjunto de potência e reserva, que considera as restrições hidráulicas e elétricas do sistema. Estas considerações são importantes no caso do Sistema Brasileiro, já que existe uma alta porcentagem de produção hidrelétrica, cuja operação precisa ser coordenada de forma centralizada, visando minimizar os custos operacionais. O problema de despacho é modelado através de uma formulação linear inteira mista, e é resolvido usando um solver de otimização comercial. A proposta é aplicada em um sistema de três barras e três geradores com fins ilustrativos.

    Abstract in English:

    A pricing proposal for operating reserve ancillary services in a hydraulic competitive framework is presented. In this framework, generator agents bid for the availability of the service. This proposal aims the efficient reserve pricing based on both, agents competition and system operating conditions. In the first part of this paper, some aspects concerning to operating reserve are described, focusing, particularly, in the availability, use and opportunity costs. In the second part, the proposal is described, showing the market structure, the type of auctions and a joint power and operating reserve dispatch model, that considers the hydraulic and electrical characteristics of the system. These considerations are important in the Brazilian system, where there is a high percentage of hydraulic generation, that needs to be coordinated in a centralized manner, optimizing the operational costs. The problem is modeled with a linear integer mixed formulation, and is solved using a commercial optimization solver. The methodology is applied on a three bus, three generator system for illustrative purposes.
  • Hybrid control of frequency in power systems with distribuited generation Sistemas Elétricos De Potência

    Portolann, César A.; Campagnolo, Jorge M.

    Abstract in Portuguese:

    As mudanças estruturais ocorridas nos mercados de eletricidade, fizeram a economia ser tão importante quanto à segurança em sistemas elétricos. Assim, os investimentos são mais seletivos, geralmente não acompanhando o crescimento da demanda. Como resultado, os sistemas tendem a operar com a sua máxima utilização. Ao mesmo tempo, há um incentivo para o uso da geração distribuída, particularmente a geração eólica, que se por um lado melhora a capacidade de geração, por outro dificulta o controle da freqüência. Para utilizar a geração eólica, mantendo uma boa qualidade de freqüência, alguns recursos podem ser utilizados, tais como o aumento da reserva operativa, limitação da taxa de penetração da geração eólica, utilização de turbinas com controle do ângulo de pás, interfaces eletrônicas e armazenagem de potência ativa, porém, são soluções geralmente onerosas ou pouco eficientes. Assim, propõe-se a avaliação de uma solução híbrida, onde um alívio de carga modificado ajuda o controle convencional na regulação de freqüência. Este alívio de carga é visto como uma ferramenta operacional, que atua também em regime permanente e não somente como medida de emergência. Isto permite usufruir dos benefícios da geração eólica, contornando as suas implicações na freqüência, e ainda com custo compatível.

    Abstract in English:

    The structural changes that occurred in the market of electricity made the economy have the same importance as the safety in electric systems. Consequently, the investments are more pondered, usually not following the growth of the demand. As a result, the systems tend to operate at their maximum use. At the same time, there is an encouragement regarding the use of wind power, which on the one hand improves the generation capacity but on the other harms the frequency. To use the wind power, maintaining good frequency quality, some resources could be used, such as an increase in the spinning reserve, the limitation on the penetration level of the wind power, the use of turbines with blade pitch control, electronic interfaces and storage of active power, however they are onerous and partial solutions. Considering these issues, the evaluation of a hybrid solution is proposed, where a modified load shedding helps the conventional control in the frequency regulation. This load shedding is seen as an operational tool, which also operates in a steady state and not only as an emergency measure. This may allow obtaining the advantages of the wind power while its implications in the frequency stay soften, with compatible cost.
  • Integer programming methods applied to the automation planning of manoeuvre systems in distribution networks Sistemas Elétricos De Potência

    Sperandio, Mauricio; Coelho, Jorge

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho é apresentada uma comparação entre dois métodos de programação combinatória inteira formulados para resolver um problema de planejamento da automação de sistemas de manobra em redes de distribuição de grande porte. É preciso decidir quais pontos automatizar dentre vários alimentadores de diferentes regiões, minizando os custos e respeitando as metas de qualidade de cada conjunto de consumidores. Os métodos verificados foram o Branch-and-Bound e o Algoritmo Genético.

    Abstract in English:

    This work presents a comparison between two integer programming methods applied to the problem of automation planning of loop controlled distribution feeders in large systems. It is necessary to decide which points to automatize amongst some feeders of different regions, minimizing de costs attaining to quality goals for each consumer cluster. The methods verified are the Branch-and-Bound and the Genetic Algorithm.
  • Selection of alternative energy sources by using a multicriteria analysis for distributed generation system management: the AHP method and the fuzzy logic Sistemas Nebulosos

    Barin, Alexandre; Canha, Luciane Neves; Magnago, Karine Faverzani; Abaide, Alzenira da Rosa

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta uma metodologia para tomada de decisão multicriterial que visa à seleção de sistemas renováveis de energia considerando as características fundamentais de operação e aplicação destes sistemas. Esta metodologia toma como base o método Analytic Hierarchy Process (AHP) e a lógica fuzzy com intuito de avaliar os principais sistemas de geração distribuída que podem fazer uso de fontes primárias renováveis, tais como: painéis fotovoltaicos, aerogeradores, microturbinas e células de combustível com uso de biogás. Para avaliação destas fontes consideram-se os seguintes critérios: eficiência, custos, maturidade tecnológica, impactos ambientais, amplitude de atuação do sistema e vida útil. Por fim é apresentada uma classificação em ordem de prioridade para o uso das fontes de geração comparando resultados provenientes da aplicação do método AHP e da lógica fuzzy para os cenários custos e meio ambiente.

    Abstract in English:

    This paper presents a methodology for renewable energy sources selection according to the evaluation of the main operational characteristics related with social, economic and environmental aspects. Accordingly, the proposed methodology taking as basis the theory developed by Saaty in the AHP method and multi-rules-based decision and multi-sets considerations applied in the fuzzy logic. By exploiting a multi-criteria decision making, this methodology evaluates the most important energy technologies that make use of renewable primary resources, such as - wind generators, microturbines, photovoltaic cells and fuel cells. For the purpose of the study, these technologies are evaluated with the intention to find the most appropriate renewable energy system for different scenarios, according to the selected criteria, namely: efficiency, costs, technical maturity, environmental impacts, power application range and lifecycle. In conclusion, it is presented a comparison of the final results - renewable energy sources ranking - achieved by the fuzzy logic and the AHP method for environment impacts and costs scenarios.
  • An Empirical Modeling Methodology Using Multiple Steps Neural Integrator of Adams-Bashforth Redes Neurais

    Marin, Regina Paiva Melo; Tasinaffo, Paulo Marcelo

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta e desenvolve uma metodologia empírica alternativa para modelar e obter as funções de derivadas instantâneas para sistemas dinâmicos não-lineares através de um treinamento supervisionado utilizando integradores numéricos neurais de múltiplos passos do tipo Adams-Bashforth. Esta abordagem a rede neural desempenha o papel das funções de derivadas instantâneas que é acoplada à estrutura do integrador numérico, que efetivamente, é o responsável em realizar as propagações no tempo apenas através de uma combinação linear de redes neurais feedforward com respostas atrasadas. É um fato importante que somente os integradores numéricos de mais alta ordem aprendem efetivamente as funções de derivadas instantâneas com precisão adequada, o que comprova o fato de que os de primeira ordem somente conseguem aprender as derivadas médias. Esta abordagem é uma alternativa à metodologia que trata os problemas de modelagem neural em estruturas de integração de passo simples do tipo Runge-Kutta de alta-ordem, sendo esta, mais robusta e complexa na determinação da retropropagação, que exige - neste caso - o emprego da regra da cadeia para funções compostas. Ao final deste artigo são apresentadas simulações de resultados numéricos dos integradores neurais de Adams-Bashforth em três estudos de caso: 1) pêndulo não-linear sem variáveis de controle; 2) um modelo abstrato com controle e 3) sistema de Van der Pol.

    Abstract in English:

    This paper presents and develops an alternative empirical methodology to model and get instantaneous derivative functions for nonlinear dynamic systems by a supervised training using multiple step neural numerical integrator of Adams-Bashforth. This approach, neural network plays the role of instantaneous derivative functions and it is coupled to numerical integrator structure, which effectively is the responsible for execute the propagations in time through a linear combination of feedforward neural networks with delayed responses. It is an important fact that only numerical integrators of highest order effectively learn instantaneous derivative functions with sutable precision, which proves the fact that those of first order can only learn mean derivatives. This approach is an alternative to the methodology that deals with the problems of neural modeling in simple step integration structures of high-order Runge-Kutta type, and this, which is more robust and complex in determining the backpropagation, which requires - in this case - the employment of the chain rule for compounded functions. At the end this paper numerical simulation results of Adam-Bashforth neural integrator are presented in three study cases: 1) nonlinear pendulum without variables control; 2) an abstract model with variables control and 3) Van der Pol system.
  • Fault diagnosis of discrete event systems modeled as automata Controle De Sistemas A Eventos Discretos

    Basilio, João Carlos; Carvalho, Lilian Kawakami; Moreira, Marcos Vicente

    Abstract in Portuguese:

    Este tutorial apresenta os fundamentos necessários para o estudo e a pesquisa em diagnose de falhas de sistemas a eventos discretos modelados por autômatos. Tanto a diagnose centralizada quanto a descentralizada com coordenação (codiagnose) são consideradas. Além de apresentar as condições necessárias e suficientes para a verificação da diagnosticabilidade e codiagnosticabilidade, este artigo também apresentada testes utilizando diagnosticadores e verificadores. Resultados recentes envolvendo a diagnose centralizada em sistemas sob observação parcial são também considerados.

    Abstract in English:

    This tutorial presents the background necessary to the study and research on fault diagnosis of discrete-event systems modeled as automata. Both centralized diagnosability and co-diagnosability with coordination are considered. Besides presenting necessary and sufficient conditions for the verification of diagnosability and co-diagnosability, the paper also presents tests using diagnosers and verifiers. Recent results on centralized diagnosis under partial observation are also addressed.
  • A controller for the three-phase to three-phase matrix converter and for the voltage source three-phase inverter without DC-link capacitor Eletrônica De Potência

    Oliveira Filho, M. E.; Sguarezi Filho, A. J.; Gazoli, J. R.; Ruppert Filho, E.

    Abstract in Portuguese:

    Com o avanço da tecnologia dos dispositivos semicondutores de potência os inversores de frequência atuam de forma importante em toda indústria. O inversor de frequência convencional contém elementos armazenadores de energia no seu elo de corrente contínua. Estes elementos armazenadores de energia são capacitores eletrolíticos e possibilitam manter a tensão do elo de corrente contínua constante. Entretanto, quanto maior sua capacitância maior é a distorção da corrente de entrada. Com a substituição do banco de capacitores eletrolíticos por um capacitor de filme, diminui-se a distorção nas correntes de entrada, porém distorções indesejadas aparecem na tensão do elo de corrente contínua e também nas correntes de saída. Estas distorções são compostas por componentes harmônicas de baixas frequências. O conversor em matriz trifásico-trifásico por sua vez, possibilita a transferência direta de energia da entrada (rede) diretamente para a saída (carga) sem a necessidade de elementos armazenadores de energia como acontece no inversor de frequência. Entretando o desbalanceamento das tensões da entrada afetam diretamente a forma de onda das tensões da saída. Dessa maneira, este trabalho propõe um método de controle de corrente do conversor em matriz e do inversor de frequência sem banco de capacitores do elo de corrente contínua com objetivo de compensar o desbalanceamento das tensões de saída do conversor em matriz e compensar também as componentes harmônicas de baixa frequência que aparecem nas correntes de saída do inversor de frequência. O método proposto utiliza um controlador do tipo PI e modulação por vetores espaciais para que a frequência de acionamento das chaves dos conversores seja constante.

    Abstract in English:

    Voltage source three-phase inverter plays an important role in modern industry. The conventional voltage source inverter has a large electrolytic capacitor as energy store element in order to keep the DC-link voltage constant. However, a large electrolytic capacitor increases the input current distortion. Replacing the large electrolytic capacitor by a small film capacitor, the input current quality is improved but the DC-link voltage and the output currents are distorted by low order harmonic components. The three phase to three phase matrix converter performs electric energy direct transfer from the input to the output with sinusoidal input current although the distortion and the unbalance of the input voltages affects directly the output of the matrix converter. This paper proposes a load current control method to the matrix converter and also to the voltage source inverter in absence of the dc-link capacitor in order to compensate the distortion caused by low order harmonics components in the output currents. The proposed load current control scheme employs just one PI controller and since that the space vector modulation is used in this control, the switching frequency of the converter is kept constant. Theorical foundation, simulations results and experimental results are presented.
  • Non-linear force control of polymeric artificial muscles based on capacitive effects Robótica

    Assis, Pedro F. C. Blois de; Meggiolaro, Marco Antonio

    Abstract in Portuguese:

    Uma tecnologia incipiente para atuação de sistemas com características físicas e dinâmicas parecidas com músculos naturais vem sendo estudada desde o início da década de 90. No entanto, o controle destes sistemas não é uma tarefa trivial, devido às não-linearidades intrínsecas. Este trabalho apresenta uma proposta para controle não-linear de força em músculos artificiais baseados no polímero acrílico VHB4905. São desenvolvidos modelos matemáticos do atuador polimérico experimentado. Essas equações são utilizadas no controle de forma a compensar os efeitos não-lineares do sistema. Experimentos são conduzidos em uma bancada de testes especialmente desenvolvida, contendo um sensor de força e o atuador polimérico acionado por um circuito de alta tensão (até 10kV). Obtém-se um erro máximo de força de 1% entre o modelo que caracteriza o material e o experimento de força em função do estímulo elétrico. Demonstra-se que o controle não-linear proposto gera melhores resultados a entradas em degrau que um controle PID padrão, o qual não leva em consideração a não-linearidade e a alta sensibilidade do atuador quando submetido a tensões próximas da tensão de quebra do dielétrico, gerando oscilações. A eficácia da técnica de controle proposta é comprovada experimentalmente.

    Abstract in English:

    An incipient technology for actuation with physical and dynamic characteristics similar to natural muscles has been studied since early 90's. However, the control of such systems is not a trivial task, due to actuator non-linearities. This work presents a proposal for non-linear control of force in artificial muscles based on the VHB4905 acrylic polymer. Mathematical models of the tested actuator are developed. Experiments are performed on a especially developed test bench with a force transducer and the artificial muscle actuated by a high voltage circuit (10kV maximum). A maximum force error of 1% is obtained when comparing the model that characterizes the material and the experiment that measures force versus electric stimulus. It is shown that the proposed non-linear controller results in a better step response when compared to a standard PID controller. The standard PID does not take into account the system non-linearities, therefore it cannot avoid oscillations in the step response when subjected to high voltages, close to the dielectric breakdown of the polymer. The effectiveness of the proposed control technique is proven experimentally.
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