Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 22, Issue: 5, Published: 2011
  • A methodology to assess robust stability and robust performance of automatic flight control systems

    Silva, Alex Sander Ferreira da; Paiva, Henrique Mohallem; Kienitz, Karl Heinz

    Abstract in Portuguese:

    Esse artigo apresenta uma metodologia para avaliar a estabilidade robusta e o desempenho robusto de sistemas automáticos de comando de vôo. A ferramenta matemática utilizada na metodologia proposta é o valor singular estruturado, µ. Para fins de comparação, o artigo utiliza uma metodologia largamente utilizada na indústria aeronáutica para mensurar as características mencionadas. Os problemas dessa metodologia são discutidos e é mostrado que o método proposto é uma elegante alternativa para contornar as desvantagens do método industrial. Um procedimento passo a passo é apresentado, incorporando as vantagens da abordagem atualmente utilizada na indústria e eliminando suas fraquezas.

    Abstract in English:

    This article presents a methodology to assess the robust stability and the robust performance of automatic flight control systems (AFCS). The mathematical tool used in the proposed methodology is the structured singular value, µ. For comparison purposes, the paper uses a method largely employed in the aircraft industry to measure the quoted AFCS attributes. The issues existing in this methodology are discussed and it is shown that the proposed method presents one elegant path to deal with the mentioned drawbacks. A step by step procedure is provided, incorporating the advantages offered by the approach currently used in the industry and eliminating its weaknesses.
  • Supervised learning with imbalanced data sets: an overview Sistemas Inteligentes

    Castro, Cristiano Leite de; Braga, Antônio Pádua

    Abstract in Portuguese:

    Algoritmos de aprendizado tradicionais induzidos por conjuntos de treinamento complexos e altamente desbalanceados têm apresentado dificuldade em diferenciar entre os grupos. A tendência é produzir modelos (ou regras) de classificação que favorecem a classe com maior probabilidade de ocorrência (majoritária), resultando em uma baixa taxa de reconhecimento para o grupo minoritário. O objetivo desse artigo é fornecer uma investigação sobre esse problema, que tem atraído o interesse de muitos pesquisadores nos últimos anos. No escopo de tarefas de classificação binária, são apresentados conceitos associados à natureza do problema de classes desbalanceadas e métricas de avaliação, incluindo os fundamentos da análise ROC (Receiver Operating Characteristic); além do estado da arte das soluções propostas na literatura. Uma breve discussão a respeito de como os tópicos abordados no artigo podem ser estendidos para o aprendizado multiclasse é também fornecida.

    Abstract in English:

    Traditional learning algorithms induced by complex and highly imbalanced training sets may have difficulty in distinguishing between examples of the groups. The tendency is to create classification models that are biased toward the overrepresented (majority) class, resulting in a low rate of recognition for the minority group. This paper provides a survey of this problem which has attracted the interest of many researchers in recent years. In the scope of two-class classification tasks, concepts related to the nature of the imbalanced class problem and evaluation metrics are presented, including the foundations of the ROC (Receiver Operating Characteristic) analysis; plus a state of the art of the proposed solutions. At the end of the paper a brief discussion on how the subject can be extended to multiclass learning is provided.
  • Fuzzy logic applied to power transformer differential protection Sistemas Elétricos De Potência

    Barbosa, Daniel; Chemin Netto, Ulisses; Coury, Denis V; Oleskovicz, Mário

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta um algoritmo baseado na lógica nebulosa para a proteção diferencial de transformadores de potência. A abordagem nebulosa utilizada neste trabalho permite detectar os defeitos internos, distinguindo-os de outras situações operativas, como a energização, a energização solidária e a sobre-excitacão. O sistema elétrico de potência, incluindo o transformador estudado, foi modelado utilizando-se do software ATP (Alternative Transients Program) para gerar dados de situações de operação e falta, as quais são empregadas durante a etapa de testes do algoritmo proposto. Cabe comentar que na validação, os resultados foram comparados com um relé digital comercial, mostrando as vantagens do método proposto.

    Abstract in English:

    This article presents a new algorithm based on fuzzy logic for differential protection of power transformers. The fuzzy approach used in this work is able to detect and discriminate between an internal fault and other operating conditions, such as energization, sympathetic inrush and overexcitation. The electrical power system, including the power transformer studied, was modeled using the ATP (Alternative Transients Program) software to obtain data of operational conditions and fault situations in order to test the developed algorithm. Concerning the validation process, the results were compared to a commercial relay, showing the advantages of the proposed method.
  • Hydro-thermal scheduling of active e reactive power generation using rectangular form and Interior points method Sistemas Elétricos De Potência

    Borges, Saimon S; Fernandes, Thelma S. Piazza; Almeida, Katia Campos de

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta a formulação matemática de um problema de pré-despacho de geração de potência ativa e reativa no qual a função objetivo engloba minimização dos custos de usinas térmicas e minimização das perdas elétricas na transmissão. A representação do fasor tensão é feita em coordenadas retangulares, consideram-se os limites de transmissão utilizando a formulação linearizada e o problema de otimização é resolvido pelo Método de Pontos Interiores versão Primal-Dual. A eficiência da formulação é testada utilizando-se o sistema de 5 barras e o sistema de 291 barras que representa o sistema elétrico reduzido do estado do Paraná.

    Abstract in English:

    This article presents the mathematical formulation of the active and reactive power generation pre-dispatch problem, whose objective function is the minimization of thermal plant costs and transmission losses. Bus voltages are represented in rectangular coordinates, transmission limits are imposed through linearized constraints and the optimization problem is solved by the Primal Dual Interior Point Method. The efficiency of the formulation is analyzed in a 5 buses example and an equivalent of the Paraná system composed of 291 buses.
  • Evolutionary algorithm for frequency estimation in electrical systems using FPGAS Sistemas Elétricos De Potência

    Coury, Denis V; Delbem, Alexandre C. B; Oleskovicz, Mário; Simões, Eduardo V; Barbosa, Daniel; Carvalho, Janison R. de

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta uma técnica eficiente para a estimação da frequência em Sistemas Elétricos de Potência (SEPs) baseada em Algoritmos Genéticos (AGs). A estimação da frequência de um sinal elétrico é modelada como um problema de otimização. A motivação do uso de AGs nesta abordagem é a sua intrínseca robustez ao ruído presente nos sinais. O AG proposto é implementado em um dispositivo FPGA (Field-Programmable Gate Array) e 0 procedimento de estimação da frequência é realizado em tempo real. Isto é possível devido: (a) ao paralelismo implícito dos FPGAs no processamento das instruções, (b) a escolha de operadores apropriados dos AGs para explorar este paralelismo e (c) a determinação da arquitetura do circuito para FPGA que paraleliza o AG, assegurando um desempenho satisfatório. Para a avaliação do desempenho da metodologia proposta, um SEP com condições de operação típicas foi modelado através do software ATP (Alternative Transients Program). Os sinais gerados deste sistema foram processados pela abordagem AG/FPGA proposta, sendo as respostas decorrentes da mesma comparada às respostas de um relé comercial. Resultados bastante promissores foram alcançados com a metodologia proposta.

    Abstract in English:

    This paper presents an efficient technique for frequency estimation in Electrical Power Systems (EPS) based on Genetic Algorithms (GAs). Frequency estimation of a distorted electrical signal is modeled as an optimization problem. The motivation concerning the use of the GA approach is related to its intrinsic robustness to noise. The GA is implemented in a FPGA (Field-Programmable Gate Array) device and the estimation process is computed in real-time. This is made possible due to (a) the implicit parallelism of FPGAs (b) the suitable choice of the GA operators to explore this parallelism and (c) the determination of the appropriate architecture for a FPGA that parallelizes the GA routine and ensures its good performance. In order to evaluate the performance of the proposed method, an EPS was simulated using the ATP software for some typical operation conditions. The resulting signals were analyzed by the proposed GA/FPGA approach and they were compared to the performance of a commercial relay. Promising results were found with the proposed methodology.
  • Influence of earth's conductivity and permittivity frequency dependence on overhead transmission lines: analysis for the one - conductor case Sistemas Elétricos De Potência

    Gertrudes, J. B; Tavares, M. C; Portela, C

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho enquadra-se na linha de pesquisa que tem como objetivo a busca de modelos mais precisos para cálculo de parâmetros de linhas aéreas de transmissão na faixa de frequência 0 a 2 MHz. Esta faixa de frequência cobre a maioria das perturbações eletromagnéticas nos sistemas elétricos (manobras, ocorrências de faltas, rejeições de carga, descargas atmosféricas, perturbações harmônicas). Entre 1 Hz e 2 MHz o solo pode ter a condutividade elétrica da mesma ordem de grandeza que o produto entre a constante dielétrica e a frequência angular do sinal incidente no solo, em função da dependência desses parâmetros com a frequência. Consequentemente, as suposições de baixa frequência tradicionalmente adotadas - condutividade do solo constante e permissividade desprezível - podem levar a modelos que não representam de forma adequada a resposta da linha no caso de transitórios rápidos (com espectro de frequência acima de 1 kHz). É apresentado um estudo dos parâmetros de uma linha formada por um único condutor acima de solo condutor imperfeito, - onde a impedância e a admitância de retorno pelo solo são avaliadas através de métodos tradicionais de cálculo e através de integração numérica das formulações de Carson modificadas para inclusão do modelo de solo com parâmetros dependentes da frequência.

    Abstract in English:

    In this paper the influence of earth's conductivity and permittivity frequency dependence are evaluated when calculating transversal and longitudinal transmission lines' parameters. The aim is to compare results calculated from the complex plane method and Carson's modified expressions on longitudinal parameters and also between Carson's modified potential-coefficient correction factors and results from approximations methods for transversal admittance parameters. The importance of properly considering the frequency-dependent soil model is presented for oneconductor case, in order to compare the longitudinal and transversal parameters considering the earth's conductivity and permittivity frequency dependence soil model in relation to the common soil representation with a constant conductivity and a permittivity that can be neglected assuming a low frequency approximation.
  • Determination of scheduled maintenance interval in the protection of transmission lines considering the penalties associated to transmission equipament unavailabilities Sistemas Elétricos De Potência

    Pereira, Felipe E. L; Prada, Ricardo B; Melo, Albert C. G. de; Rodrigues, Anselmo Barbosa; Silva, Maria da Guia da

    Abstract in Portuguese:

    Atualmente, a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) aplica penalidades nas empresas de transmissão devido aos desligamentos programados e não-programados. O uso destas penalidades tem como objetivo assegurar a confiabilidade do serviço de transmissão em um ambiente competitivo. Este artigo propõe um método para minimizar as penalidades associadas com desligamentos de equipamentos de transmissão através da otimização dos intervalos das manutenções programadas. O modelo de otimização proposto neste artigo se baseia em novo método analítico que é capaz de estimar precisamente os valores esperados das penalidades.

    Abstract in English:

    Currently, the National Agency for Electric Energy applies penalties to the transmission companies due to scheduled and non-scheduled outages. These penalties have as objective to assure the reliability of the transmission service in a competitive environment. This paper proposes a method to minimize the penalties associated to the transmission equipment outages through the optimization of the scheduled maintenance interval. The proposed optimization model is based on a new analytic method that estimates the expected penalties accurately.
  • Estabilizador de sistemas de potencia digital aplicado a uma unidade geradora da uhe de Tucurui Sistemas Elétricos De Potência

    Nogueira, Fabrício G; Barra Junior, Walter; Costa Junior, Carlos T. da; Barreiros, José A. L; Nascimento Filho, Paulo S; Moraes, Anderson R. B; Gomes, Marcus Ciro; Lana, Jânio José de

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho apresenta o desenvolvimento e resultados de testes de campo de um estabilizador de sistemas de potência (ESP) digital, destinado ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas interligados. Os testes experimentais foram efetuados em uma das unidades hidrogeradoras, de 350 MVA, da UHE de Tucuruí. A lei de controle amortecedor do ESP digital foi embarcada em um sistema de hardware baseado em um controlador digital de sinais (DSPIC 30f5011). A estrutura da lei de controle é na forma canónica RST, de tempo discreto, sendo os parâmetros do controlador calculados através da técnica de deslocamento radial de pólos. Para fins de projeto, a dinâmica da planta, no ponto de operação considerado, foi representada por um modelo paramétrico, o qual foi estimado a partir de dados medidos em campo. Os resultados experimentais mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um dos modos eletromecânicos observável na UHE de Tucuruí.

    Abstract in English:

    This paper presents the development and results of field tests of a digital power system stabilizer (PSS), designed for the damping of electromechanical oscillations in interconnected systems. Experimental tests were performed in a 350 MVA hydrogenerator unit, of the Tucurui Power Plant. The PSS damper control law was embedded in a digital hardware system based on a digital signal controller (DSPIC 30f5011). The structure of the control law is in discrete time RST canonical form, and the controller parameters were calculated using the pole shifting technique. For purposes of the controller design, the dynamics of the plant, in the considered operating point, was represented by a parametric model, which was estimated from data measured in the field. The experimental results showed an excellent performance of the damping of electromechanical modes observable UHE Tucurui by digital PSS.
  • A new simplified SVPWM algorithm based on modified carrier signal

    Garcia, Raymundo Cordero; Pinto, João Onofre Pereira

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta um algoritmo simplificado da modulação por largura de pulso por vetores espaciais (SVPWM) para um inversor trifásico de dois níveis, o qual pode operar em submodulação e sobremodulação. Em outras simplificações achadas na literatura, as tensões de referência são modificadas e comparadas com um portador triangular para estimar os estados de comutação do inversor. Não obstante, este artigo propõe a modificação do portador, em lugar das referências. Este procedimento reduz o número de operações matemáticas e aumenta a velocidade de execução do algoritmo SVPWM em DSPs ou FPGAs. As ondas de referência são senoidais, ainda no modo de sobremodulação. Resultados de simulação e experimentais demonstram que a simplificação proposta produz o mesmo padrão de chaveamento que o SVPWM convencional, é mais simples e rápida que outras simplificações.

    Abstract in English:

    This paper presents a simplified algorithm of space vector pulse width modulation (SVPWM) for a two-level three-phase inverter, which can operate in undermodulation and overmodulation modes. In other simplifications founded in literature, the reference voltages are modified and compared with a triangular carrier to estimate the switching states of the inverter. However, this paper proposes the modification of the carrier signal instead of the references. This procedure reduces the number of mathematical operations and increases the execution speed of SVPWM algorithm in DSPs or FPGAs. The reference voltages are sinusoidal, even for overmodulation mode. Simulation and experimental results proves that the proposed simplification produces the same switching patterns than conventional SVPWM, is simpler and is faster than other simplifications.
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