Estratégias de controle digital a parâmetros fixos e supervisionados por lógica fuzzy aplicadas na melhoria do desempenho de sistemas elétricos de potência: resultados simulados e com experimentação em um micro gerador de energia

This thesis presents the experimental and simulated results obtained in the project and implementation of Generalized Predictive Control, an advanced digital predictive control technique, and fuzzy logic, applied to control and improvement of the stability of electric power systems. One of the main contributions of this thesis is of pratical nature, since a part of the proposed predictive control strategies were experimentaly avaliated by real avaliation tests. These tests are realized with a small scale real power system. There are other contributions like these: a) the project and validation of a computational power system simulator used to evaluate the behavior of the proposed control structures when operational contingencies, commonly observed in normal operation of the power system, are simulated; b) assembly a prototype of a small scale real electric power system used to evaluate a part of the proposed predictive control techniques. The assembled power system prototype is formed by two electric machines: a DC motor and a salient-pole synchronous generator. These two machines are mechanicaly coupled and connected to a commercial power system through a small transmission line simulator. The prototype was assembled at the Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), located in Belém, Pará, Brazil. Using the prototype's features, it is possible to evaluate and validate advanced monitoring and control strategies. After these avaliations, these strategies can be used as predictive maintenance tools for the rotating electrical machines in operation at ELETROBRAS-ELETRONORTE.Este trabalho apresenta os resultados, simulados e com experimentação, obtidos nos estudos relacionados ao projeto e à implementação de estratégias avançadas de controle digital preditivo do tipo Generalized Predictive Control e supervisionado por lógica fuzzy, aplicadas ao controle e auxílio na melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência. Uma das principais contribuições deste trabalho é de natureza prática já que a avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas será realizada por meio de testes em um sistema de potência real e de escala reduzida. Outras contribuições do trabalho incluem: a) o desenvolvimento e a validação de um simulador computacional de sistemas de potência utilizado para avaliar dinamicamente o comportamento das estruturas de controle propostas quando o sistema de potência estudado é submetido a contingências operacionais comumente observadas durante sua operação; b) a montagem de um protótipo de sistema de potência real e de escala reduzida utilizado nos ensaios de avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas. O protótipo de sistema de potência, formado por um motor de corrente contínua acoplado a um gerador síncrono de polos salientes conectado a um sistema de potência de escala comercial por uma pequena linha de transmissão, foi montado no Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), localizado em Belém, Pará. Com os recursos deste protótipo, é possível avaliar e validar estratégias avançadas de controle, monitoração e manutenção preditiva aplicadas às máquinas elétricas rotativas em operação na ELETROBRAS-ELETRONORTE

Model based predictive control technique applied to voltage control of a synchronous generator - experimental results

This paper presents the results of the experimental evaluation of a digital self-tuning predictive control methodology applied to the voltage control of a small-scale energy generation system. A recursive estimator based on the well known least-squares method is used in the identification stage of the proposed controller. The stage for calculation of the signal control method is performed with the Generalized Predictive Controller (GPC) algorithm. The experimental evaluation was performed using step perturbations applied in different operating conditions of the studied power system. For comparison purposes, the results of the evaluation of a self-tuning controller using the pole-placement method for the control signal formulation and three digital controllers with fixed parameters also will be presented.Neste trabalho serão apresentados os resultados da avaliação experimental de uma metodologia de controle digital preditivo auto-ajustavel aplicada ao controle de tensão de um sistema de geração de energia de escala reduzida. Um estimador recursivo baseado no conhecido método de mínimos quadrados é utilizado na etapa de identificação do controlador preditivo proposto. A etapa de cálculo da lei de controle é realizada com o algoritmo Generalized Predictive Controller (GPC). A avaliação experimental foi realizada com testes de resposta ao degrau e rastreamento aplicados em diferentes condições operacionais do sistema de potência estudado. Para fins de comparação, também serão apresentados os resultados da avaliação de um controlador auto-ajustável que utiliza o método de alocação de pólos para a síntese do sinal de controle e três controladores digitais com parâmetros fixos