Applying fuzzy logic to comparative distribution modelling: a case study with two sympatric amphibians.

We modelled the distributions of two toads (Bufo bufo and Epidalea calamita) in the Iberian Peninsula using the favourability function, which makes predictions directly comparable for different species and allows fuzzy logic operations to relate different models. The fuzzy intersection between individual models, representing favourability for the presence of both species simultaneously, was compared with another favourability model built on the presences shared by both species. The fuzzy union between individual models, representing favourability for the presence of any of the two species, was compared with another favourabilitymodel based on the presences of either or both of them. The fuzzy intersections between favourability for each species and the complementary of favourability for the other (corresponding to the logical operation “A and not B”) were compared with models of exclusive presence of one species versus the exclusive presence of the other. The results of modelling combined species data were highly similar to those of fuzzy logic operations between individual models, proving fuzzy logic and the favourability function valuable for comparative distribution modelling. We highlight several advantages of fuzzy logic over other forms of combining distribution models, including the possibility to combine multiple species models for management and conservation planning.

Design and Performance Analysis of the Electrical Power System of a Petrochemical Facility

This thesis deals with the sizing and analysis of the electrical power system of a petrochemical plant. The activity was carried out in the framework of an electrical engineering internship. The sizing and electrical calculations, as well as the study of the dynamic behavior of network quantities, are accomplished by using the ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) software. After determining the type and size of the loads, the calculation of power flows is carried out for all possible network layout and different power supply configurations. The network is normally operated in a double radial configuration. However, the sizing must be carried out taking into account the most critical configuration, i.e., the temporary one of single radial operation, and also considering the most unfavorable power supply conditions. The calculation of shortcircuit currents is then carried out and the appropriate circuit breakers are selected. Where necessary, capacitor banks are sized in order to keep power factor at the point of common coupling within the preset limits. The grounding system is sized by using the finite element method. For loads with the highest level of criticality, UPS are sized in order to ensure their operation even in the absence of the main power supply. The main faults that can occur in the plant are examined, determining the intervention times of the protections to ensure that, in case of failure on one component, the others can still properly operate. The report concludes with the dynamic and stability analysis of the power system during island operation, in order to ensure that the two gas turbines are able to support the load even during transient conditions.

Modelo de sistema de inferência difuso para auxílio da resposta ao risco em projectos

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de mestre em Engenharia e Gestão Industrial

Knowledge-based modelling and simulation of operational problems of microbiological origin in wastewater treatment plants

The activated sludge and anaerobic digestion processes have been modelled in widely accepted models. Nevertheless, these models still have limitations when describing operational problems of microbiological origin. The aim of this thesis is to develop a knowledge-based model to simulate risk of plant-wide operational problems of microbiological origin.For the risk model heuristic knowledge from experts and literature was implemented in a rule-based system. Using fuzzy logic, the system can infer a risk index for the main operational problems of microbiological origin (i.e. filamentous bulking, biological foaming, rising sludge and deflocculation). To show the results of the risk model, it was implemented in the Benchmark Simulation Models. This allowed to study the risk model's response in different scenarios and control strategies. The risk model has shown to be really useful providing a third criterion to evaluate control strategies apart from the economical and environmental criteria.

ANALYSIS & STUDY OF AI TECHNIQUES FORAUTOMATIC CONDITION MONITORING OFRAILWAY TRACK INFRASTRUCTURE : Artificial Intelligence Techniques

Since the last decade the problem of surface inspection has been receiving great attention from the scientific community, the quality control and the maintenance of products are key points in several industrial applications.The railway associations spent much money to check the railway infrastructure. The railway infrastructure is a particular field in which the periodical surface inspection can help the operator to prevent critical situations. The maintenance and monitoring of this infrastructure is an important aspect for railway association.That is why the surface inspection of railway also makes importance to the railroad authority to investigate track components, identify problems and finding out the way that how to solve these problems. In railway industry, usually the problems find in railway sleepers, overhead, fastener, rail head, switching and crossing and in ballast section as well. In this thesis work, I have reviewed some research papers based on AI techniques together with NDT techniques which are able to collect data from the test object without making any damage. The research works which I have reviewed and demonstrated that by adopting the AI based system, it is almost possible to solve all the problems and this system is very much reliable and efficient for diagnose problems of this transportation domain. I have reviewed solutions provided by different companies based on AI techniques, their products and reviewed some white papers provided by some of those companies. AI based techniques likemachine vision, stereo vision, laser based techniques and neural network are used in most cases to solve the problems which are performed by the railway engineers.The problems in railway handled by the AI based techniques performed by NDT approach which is a very broad, interdisciplinary field that plays a critical role in assuring that structural components and systems perform their function in a reliable and cost effective fashion. The NDT approach ensures the uniformity, quality and serviceability of materials without causing any damage of that materials is being tested. This testing methods use some way to test product like, Visual and Optical testing, Radiography, Magnetic particle testing, Ultrasonic testing, Penetrate testing, electro mechanic testing and acoustic emission testing etc. The inspection procedure has done periodically because of better maintenance. This inspection procedure done by the railway engineers manually with the aid of AI based techniques.The main idea of thesis work is to demonstrate how the problems can be reduced of thistransportation area based on the works done by different researchers and companies. And I have also provided some ideas and comments according to those works and trying to provide some proposal to use better inspection method where it is needed.The scope of this thesis work is automatic interpretation of data from NDT, with the goal of detecting flaws accurately and efficiently. AI techniques such as neural networks, machine vision, knowledge-based systems and fuzzy logic were applied to a wide spectrum of problems in this area. Another scope is to provide an insight into possible research methods concerning railway sleeper, fastener, ballast and overhead inspection by automatic interpretation of data.In this thesis work, I have discussed about problems which are arise in railway sleepers,fastener, and overhead and ballasted track. For this reason I have reviewed some research papers related with these areas and demonstrated how their systems works and the results of those systems. After all the demonstrations were taking place of the advantages of using AI techniques in contrast with those manual systems exist previously.This work aims to summarize the findings of a large number of research papers deploying artificial intelligence (AI) techniques for the automatic interpretation of data from nondestructive testing (NDT). Problems in rail transport domain are mainly discussed in this work. The overall work of this paper goes to the inspection of railway sleepers, fastener, ballast and overhead.

Projetos de controladores para sistemas de potência utilizando LMI'S

A presente dissertação tem como objetivo estudar e aprimorar métodos de projetos de controladores para sistemas de potência, sendo que esse trabalho trata da estabilidade dinâmica de sistemas de potência e, portanto, do projeto de controladores amortecedores de oscilações eletromecânicas para esses sistemas. A escolha dos métodos aqui estudados foi orientada pelos requisitos que um estabilizador de sistemas de potência (ESP) deve ter, que são robustez, descentralização e coordenação. Sendo que alguns deles tiveram suas características aprimoradas para atender a esses requisitos. A abordagem dos métodos estudados foi restringida à análise no domínio tempo, pois a abordagem temporal facilita a modelagem das incertezas paramétricas, para atender ao requisito da robustez, e também permite a formulação do controle descentralizado de maneira simples. Além disso, a abordagem temporal permite a formulação do problema de projeto utilizando desigualdades matriciais lineares (LMI’s), as quais possuem como vantagem o fato do conjunto solução ser sempre convexo e a existência de algoritmos eficientes para o cálculo de sua solução. De fato, existem diversos pacotes computacionais desenvolvidos no mercado para o cálculo da solução de um problema de inequações matriciais lineares. Por esse motivo, os métodos de projeto para controladores de saída buscam sempre colocar o problema na forma de LMI’s, tendo em vista que ela garante a obtenção de solução, caso essa solução exista.

Estabilizador de sistema de potência para máquinas síncronas de polos salientes utilizando a transformada Wavelet

The power system stabilizers are used to suppress low-frequency electromechanical oscillations and improve the synchronous generator stability limits. This master thesis proposes a wavelet-based power system stabilizer, composed of a new methodology for extraction and compensation of electromechanical oscillations in electrical power systems based on the scaling coefficient energy of the maximal overlap discrete wavelet transform in order to reduce the effects of delay and attenuation of conventional power system stabilizers. Moreover, the wavelet coefficient energy is used for electric oscillation detection and triggering the power system stabilizer only in fault situations. The performance of the proposed power system stabilizer was assessed with experimental results and comparison with the conventional power system stabilizer. Furthermore, the effects of the mother wavelet were also evaluated in this work

Estabilizador de sistemas de potência digital aplicado a uma unidade geradora da UHE de Tucuruí

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.

Implementação e testes de campo de um ESP digital

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e os resultados da implementação e testes em campo de um estabilizador de sistema de potência (ESP) projetado com técnica de controle digital para fins de amortecimento de modos de oscilação eletromecânica observáveis em sinais de potência elétrica medido em uma unidade hidro-geradora, de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. É apresentada e aplicada a metodologia de identificação de modelos paramétricos lineares do tipo auto regressivo com entradas exógenas (ARX), para estimação de modelos com capacidade de capturar a informação relevante (amortecimento e freqüência natural) dos modos eletromecânicos dominantes do sistema. De posse do modelo paramétrico ARX, é efetuada então a síntese da lei de controle digital amortecedor para o ESP, através da técnica de deslocamento radial dos pólos da função de transferência de malha fechada. Para a síntese da lei de controle digital, utilizou-se uma estrutura canônica do tipo RST. Para os testes de campo, a lei de controle amortecedor do ESP digital foi codificada em linguagem C e embarcada em um protótipo cujo hardware é baseado em microcontrolador modelo DSPIC 30F3014, o qual incorpora um grande número de periféricos para aquisição e comunicação de dados. Para avaliar o desempenho do ESP digital desenvolvido, testes experimentais foram realizados em uma unidade geradora de 350 MVA da casa de força número 1, da UHE de Tucuruí. O estabilizador desenvolvido atua através da modulação da referência de tensão do regulador automático de tensão da respectiva unidade geradora, de acordo com as oscilações observadas através da medida de potência elétrica no estator do gerador. Os resultados de testes de campo mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um modo eletromecânico, de freqüência natural de aproximadamente 1,7 Hz, observado nos teste de campo realizado.

Desenvolvimento e implementação de estratégias de controle digital para regulação de tensão e amortecimento de oscilações eletromecânicas em um gerador síncrono de 10kVA

Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle digital para regulação automática de tensão e para o amortecimento de oscilações eletromecânicas em um sistema de potência em escala reduzida de 10kVA, localizado no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT), da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto dos dois controladores é baseado na técnica de alocação polinomial de polos. Para o projeto do Regulador Automático de Tensão (RAT) foi adotado um modelo simplificado, de primeira ordem, da máquina síncrona, cujos parâmetros foram levantados experimentalmente. Para o controlador amortecedor, por sua vez, também chamado de Estabilizador de Sistemas de Potência (ESP), foi utilizado um modelo discreto, do tipo auto regressivo com entrada exógena (ARX). Este modelo foi estimado por meio de técnicas de identificação paramétrica, considerando para tal, o conjunto motor-gerador interligado a um sistema de maior porte (concessionária de energia elétrica). As leis de controle foram embarcadas em um microcontrolador de alto desempenho e, para a medição dos sinais utilizados nos controladores, foi desenvolvida uma instrumentação eletrônica baseada em amplificadores operacionais para o condicionamento dos sinais dos sensores. O sinal de controle é baseado na técnica de modulação por largura de pulso (PWM) e comanda o valor médio da tensão de um conversor CC-CC, o qual é utilizado como circuito de excitação que energiza o enrolamento de campo do gerador. Além disso, o acionamento elétrico das máquinas que compõem o grupo gerador de 10kVA foi projetado e automatizado somando segurança aos operadores e ao componentes deste sistema de geração. Os resultados experimentais demonstraram o bom desempenho obtido pela estratégia proposta.

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.

Projeto e avaliação experimental de uma estratégia baseada em análise intervalar aplicada ao projeto de estabilizador de sistemas de potência robusto implementado em um sistema de geração de 10KVA

Neste trabalho, são apresentados a metodologia de projeto e resultados de testes experimentais de um estabilizador de sistema de potência (ESP), implementado em um sistema de geração em escala reduzida de 10 kVA, localizado no Laboratório de Controle e Sistema de Potência (LACSPOT) da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto do ESP é baseado em uma estratégia de controle robusto com ênfase em incertezas paramétricas estruturadas, as quais são tratadas com ferramentas da teoria de análise intervalar. Estas incertezas são decorrentes de mudanças do ponto de operação do sistema, que provocam variações nos parâmetros de um modelo matemático linearizado referente ao comportamento dinâmico do sistema elétrico de potência no referido ponto de operação. Para o projeto do ESP robusto intervalar, são realizados uma serie de ensaios experimentais com o propósito de estimar os parâmetros de modelos linearizados da planta, representando satisfatoriamente a dinâmica dos modos poucos amortecidos do sistema de geração interligado. O método de identificação é baseado em técnica de identificação paramétrica, baseado em mínimos quadrados. A partir de um conjunto de dados de entrada e saída, para cada ponto de operação, um modelo linear, do tipo auto-regressivo com entrada exógenos (ARX), estimado para fim de uso do projeto do ESP. Por fim, uma série de testes experimentais é realizada no sistema de geração interligado a rede elétrica local, com o propósito de verificar a efetividade da técnica de controle robusto intervalar proposta para a sintonia do ESP. A partir da análise da função custo do sinal de erro de desvio de potência elétrica na saída do gerador síncrono e a função custo do sinal de controle do ESP comprova-se experimentalmente o bom desempenho obtido pela técnica de controle proposta em comparação com uma técnica de controle clássica.

Métodos de otimização aplicados no ajuste de ESPS e controladores de amortecimento inseridos no FACTS TCSC em sistemas elétricos de potência

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Power Transformer Differential Protection Based on Clarke`s Transform and Fuzzy Systems

The power transformer is a piece of electrical equipment that needs continuous monitoring and fast protection since it is very expensive and an essential element for a power system to perform effectively. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can affect the protection behavior and the power system stability. This paper proposes the development of a new algorithm to improve the differential protection performance by using fuzzy logic and Clarke`s transform. An electrical power system was modeled using Alternative Transients Program (ATP) software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed. The results were compared to a commercial relay for validation, showing the advantages of the new method.

Combined heuristic with fuzzy system to transmission system expansion planning

A heuristic algorithm that employs fuzzy logic is proposed to the power system transmission expansion planning problem. The algorithm is based on the divide to conquer strategy, which is controlled by the fuzzy system. The algorithm provides high quality solutions with the use of fuzzy decision making, which is based on nondeterministic criteria to guide the search. The fuzzy system provides a self-adjusting mechanism that eliminates the manual adjustment of parameters to each system being solved. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.