Um estudo sobre métodos de determinação de estados e parâmetros de máquinas síncronas de polos salientes

Orientador: Mateus GiesbrechtDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: As máquinas síncronas de polos salientes desempenham um papel fundamental na análise de estabilidade de sistemas elétricos de potência, especialmente em países cuja maior parte da energia gerada provém de fontes hidráulicas. Os modelos elétricos equivalentes que descrevem o comportamento dessas máquinas são compostos por diversos parâmetros, os quais são utilizados em uma ampla gama de estudos. No presente trabalho, estudam-se e propõem-se técnicas de estimação de estados e parâmetros de máquinas síncronas de polos salientes. A princípio, as equações de tensão, de fluxos concatenados, de potência e de movimento são desenvolvidas com as devidas unidades de medida, tanto em variáveis de máquina quanto em variáveis projetadas sobre um plano ortogonal que gira na velocidade elétrica do rotor. Na maior parte da literatura, essas unidades não são explicitadas no equacionamento. Dentre os parâmetros elétricos dos modelos das máquinas síncronas de polos salientes, as reatâncias de magnetização são os que mais influenciam o comportamento da máquina em condições de regime permanente senoidal. Desta forma, apresenta-se uma nova abordagem à estimação do ângulo de carga dessas máquinas e o subsequente cálculo das reatâncias de magnetização a partir de condições de carga específicas -- o desempenho do método proposto é avaliado em dados de simulação e em dados reais de operação de um gerador síncrono de grande porte. Algumas abordagens à determinação de parâmetros requerem que a máquina seja posta fora de operação para que ensaios específicos possam ser realizados. Dentre eles, um dos mais empregados na determinação de parâmetros transitórios e de regime permanente é o ensaio de rejeição de carga; assim, este ensaio também é analisado e aperfeiçoado por um método automatizado de separação de soma de exponenciais baseado em projeção de variáveis. Por tratar-se de um sistema multivariável e altamente não linear, diferentes observadores de estado também são utilizados para se determinarem estados e parâmetros de máquinas síncronas em tempo hábil e com precisão satisfatória. Este trabalho apresenta uma abordagem não linear recursivamente aplicável à estimação de fluxos concatenados, correntes de enrolamentos amortecedores, ângulo de carga e reatâncias de magnetização de máquinas síncronas de polos salientes por meio da filtragem de partículas. Um modelo não linear de oitava ordem é considerado e apenas as medições realizadas nos terminais da armadura e do campo durante regime permanente se fazem necessárias para estimar as referidas grandezasAbstract: Salient-pole synchronous machines play a fundamental role in the stability analysis of electrical power systems, especially in countries where most of the generated energy comes from hydraulic sources. The electrical equivalent models that describe the behavior of these machines are composed of several electrical parameters, which are used in a wide range of studies. In the present work, techniques for estimating states and parameters of salient-pole synchronous machines are studied and proposed. A priori, the voltage, flux linkage, power, and motion equations are developed with the appropriate units included, both in machine variables and in variables projected on an orthogonal plane rotating in the rotor's electrical speed. In most of the literature, these units are not explained in the equation process. Among the electrical parameters, the magnetizing reactances are the ones that most influence the machine behavior under transient and steady-state conditions. In this way, a new approach to estimate the load angle of these machines and the subsequent calculation of the magnetizing reactances from specific load conditions are presented -- the performance of the proposed method is evaluated by means of simulation data and by operating data of a large synchronous generator. Some approaches to determine parameters require the machine to be taken out of operation, so that specific tests may be performed. Among them, one of the most used to determine transient and steady-state parameters is the load rejection test; thus, this test is also analyzed and refined by an automated method based on variable projection for separating the resulting sum-of-exponentials. Since the machines are highly nonlinear, multivariate, dynamic systems, different state observers seek to solve the state estimation problem in a timely manner and with satisfactory accuracy. This work presents a nonlinear and recursive approach for the estimation of flux linkages per second, amortisseur winding currents, load angle, and magnetizing reactances of salient-pole synchronous machines by means of the particle filtering. An eighth-order nonlinear model is considered, and only measurements taken at the machine terminals are necessary to estimate these quantitiesMestradoAutomaçãoMestre em Engenharia Elétrica162015/2018-6CNPq

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In this paper a recursive immuno inspired algorithm is proposed to identify time variant discrete multivariable dynamic systems. The main contribution of this paper has as starting point the idea that a multivariable dynamic system state space model can be seen as a point in a space defined by all possible matrices quadruples that define a state space model. With this in mind, the time variant discrete multivariable dynamic system modeling is transformed in an optimization problem and this problem is solved with an immuno inspired algorithm. To do that the inputs given to the system and the resulting outputs are divided in small sets containing data from small time intervals. These sets are defined as time windows, and for each window an immuno inspired optimization algorithm is applied to find the state space model that better represents the system at that time interval. The initial candidate solutions of each time interval are the ones of the last interval. The immuno inspired algorithm proposed in this paper has some modifications to the original Opt-AINet algorithm to deal with the constraints that are natural from the system identification problem and these modifications are also contributions of this paper. The method proposed in this paper was applied to identify a time variant benchmark system, resulting in a time variant model. The outputs estimated with this model are closer to the benchmark system outputs than the outputs estimated with models obtained by other known identification methods. The Markov parameters of the variant benchmark system are also reproduced by the time variant model found with the new method526910

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