Investigação experimental de estratégias de identificação e controle LPV aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência

Nesta tese e realizada a investigação experimental de uma estratégia de controle LPV (do inglês, linear parameter varying) aplicada ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potencia. O estudo foi realizado em um modelo de sistema de potencia em escala reduzida de 10kVA, cuja configuração e do tipo maquina interligada a uma barra infinita, alem de testes em campo em uma unidade geradora de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruvi. Primeiramente, foi desenvolvido e testado computacionalmente um conjunto de rotinas para analise e síntese de controlador amortecedor do tipo LPV, bem como para identificação de modelos LPV da planta. Os coeficientes do controlador amortecedor LPV, no caso um Estabilizador de Sistemas de Potencia (ESP), dependem do valor de uma variável de operação selecionada que, neste estudo, foram as potencias ativa (P) e reativa (Q) nos terminais da unidade geradora. Para fins de projeto, a dinâmica da planta foi representada através de um modelo ARX LPV, o qual foi estimado a partir de dados coletados experimentalmente na planta, para uma ampla faixa de condições operacionais. A partir do modelo LPV da planta, os valores dos parâmetros do ESP LPV foram determinados via um problema de otimização convexa, na forma de uma LMI parametrizada (PLMI). A solução da PLMI e obtida a partir de uma relaxação via decomposição em soma de quadrados. O ESP LPV foi projetado de modo a garantir a estabilidade e o desempenho do sistema para uma ampla faixa de condições operacionais da planta, o que geralmente não e possível de obter com controladores convencionais a parâmetros fixos. A lei de controle amortecedor do ESP LPV foi implementada em um sistema embarcado baseado em um controlador digital de sinais. Os resultados experimentais mostraram um excelente desempenho do ESP LPV no amortecimento de oscilações eletromecânicas, tanto no sistema de potencia em escala reduzida, quanto em uma unidade geradora da UHE de Tucurui.

ABSTRACT: In this thesis is performed an experimental investigation of the performance of a LPV (linear parameter varying) control strategy applied to damp electromechanical oscillations in electric power systems. The study was performed in a 10kVA electric power system, which is configured as a single machine connected to an infinite bus. Furthermore, were also performed field tests on a generating unit of Tucurui Hydroelectric Power Plant. Firstly, a set of routines for the analysis and synthesis of LPV damping controllers were developed and tested computationally, along with routines for the identification of LPV models of the plant. The coefficients of the LPV damping controller, in this case a power system stabilizer (PSS), depends on the value of a variable representative of the system operating condition (scheduling parameter), which in this study, were the terminal active power (P) and reactive power (Q) of the generating unit. For control ends, the dynamics of the plant was represented by an ARX LPV model, which was estimated from experimental data collected in the plant for a wide range of operating conditions. From the LPV model of the plant, the values of the parameters of the LPV controller were determined via an optimization problem, in the form of a parameterized LMI (PLMI). The solution of PLMI is obtained from a relaxation via sum-of-squares decomposition. The LPV PSS was designed to ensure stability and performance for a wide range of operating conditions of the plant, which is generally not possible to obtain with conventional fixed parameter controllers. The LPV PSS control law was implemented in an embedded system based on a digital signal controller. The experimental results showed an excellent performance of the LPV PSS on the damping of the electromechanical oscillations both in the 10kVA electric microgenerator system, and in the Tucurui generating unit.