Application of ARX neural networks to model the rate of penetration of petroleum wells drilling

Bit performance prediction has been a challenging problem for the petroleum industry. It is essential in cost reduction associated with well planning and drilling performance prediction, especially when rigs leasing rates tend to follow the projects-demand and barrel-price rises. A methodology to model and predict one of the drilling bit performance evaluator, the Rate of Penetration (ROP), is presented herein. As the parameters affecting the ROP are complex and their relationship not easily modeled, the application of a Neural Network is suggested. In the present work, a dynamic neural network, based on the Auto-Regressive with Extra Input Signals model, or ARX model, is used to approach the ROP modeling problem. The network was applied to a real oil offshore field data set, consisted of information from seven wells drilled with an equal-diameter bit.

Estudo dos efeitos da compensação em derivação no desempenho dinâmico e transitório dos SEE sob o enfoque de energia transitória

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Treinamento de uma rede neural de base radial usando computação evolutiva: implementação e aplicações

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Retificador entrelaçado boost, no modo de condução descontínua, com técnica de correção da corrente de entrada e elevado fator de potência, para aplicação em sistema trólebus

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fluxo de potência ótimo em sistemas multimercados através de um algorítmo evolutivo multiobjetivo

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Análise da área de vulnerabilidade e estabilidade de tensão em sistemas elétricos com a inserção de parques eólicos

A presente dissertação de mestrado avalia os afundamentos e a estabilidade de tensão de um sistema elétrico real com inserção de parques eólicos. Os estudos de afundamentos de tensão servem de base para a determinação das áreas de vulnerabilidade do sistema elétrico, nas quais, por sua vez, são investigados os aspectos referentes à instabilidade de tensão ocasionada pela integração de parques eólicos com geradores assíncronos. Para este fim, é utilizado o programa computacional ANAQUALI, desenvolvido pelo CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica). No estudo do comportamento dinâmico da tensão decorrente de curto-circuito, no qual o sistema eólico é inserido nas concepções de velocidade fixa e velocidade variável, utiliza-se um programa computacional desenvolvido no aplicativo MATLABTM. Os resultados dessas simulações evidenciam que o sistema eólico de velocidade variável proporciona uma maior margem de estabilidade de tensão ao sistema elétrico, devido à presença do controle de velocidade e de tensão. Estes estudos não são comumente aplicados aos sistemas de geração distribuída, e por isso, esta dissertação contribui também neste aspecto, podendo seus resultados servir de base para o planejamento de centrais cólicas inseridas em sistemas elétricos convencionais.

Metodologia para o despacho de potência reativa visando o controle de tensão baseado em algoritmos genéticos

Este trabalho tem como objetivo apresentar um aplicativo para auxiliar no planejamento de sistemas elétricos, através de uma metodologia para controle de tensão e minimização das perdas, através da otimização da injeção de reativos, mantendo a tensão nos barramentos dentro de limites pré estabelecidos. A metodologia desenvolvida é baseada em um sistema hibrido, que utiliza inteligência computacional baseada em um algoritmo genético acoplado a um programa de fluxo de carga (ANAREDE), que interagem para produzir uma solução ótima. Os resultados obtidos mostram que a técnica baseada no algoritmo genético é bem adequada ao tipo de problema ora tratado referente a minimização de perdas reativas e a melhoria do perfil da tensão em redes elétricas, sendo este atualmente um problema crítico em parte do Sistema Interligado Nacional (SIN).

Técnica de controle preditivo baseado em modelo aplicada ao controle de tensão de um gerador síncrono - resultados experimentais

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.

Compensador série controlado a tiristores na distribuição: Compensação dinâmica

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Anodization mechanism on SiC nanoparticle reinforced al matrix composites produced by power metallurgy

Specimens of aluminum-based composites reinforced by silicon carbide nanoparticles (Al/SiCnp) produced by powder metallurgy (PM) were anodized under voltage control in tartaric-sulfuric acid (TSA). In this work, the influence of the amount of SiCnp on the film growth during anodizing was investigated. The current density versus time response and the morphology of the porous alumina film formed at the composite surface are compared to those concerning a commercial aluminum alloy (AA1050) anodized under the same conditions. The processing method of the aluminum alloys influences the efficiency of the anodizing process, leading to a lower thicknesses for the unreinforced Al-PM alloy regarding the AA1050. The current density versus time response is strongly dependent on the amount of SiCnp. The current peaks and the steady-state current density recorded at each voltage step increases with the SiCnp volume fraction due to the oxidation of the SiCnp. The formation mechanism of the anodic film on Al/SiCnp composites is different from that occurring in AA1050, partly due the heterogeneous distribution of the reinforcement particles in the metallic matrix, but also to the entrapment of SiCnp in the anodic film.

Mixed-domain simulation and hybrid wafer-level packaging of RF-MEMS devices for wireless applications

In questa tesi verranno trattati sia il problema della creazione di un ambiente di simulazione a domini fisici misti per dispositivi RF-MEMS, che la definizione di un processo di fabbricazione ad-hoc per il packaging e l’integrazione degli stessi. Riguardo al primo argomento, sarà mostrato nel dettaglio lo sviluppo di una libreria di modelli MEMS all’interno dell’ambiente di simulazione per circuiti integrati Cadence c . L’approccio scelto per la definizione del comportamento elettromeccanico dei MEMS è basato sul concetto di modellazione compatta (compact modeling). Questo significa che il comportamento fisico di ogni componente elementare della libreria è descritto per mezzo di un insieme limitato di punti (nodi) di interconnessione verso il mondo esterno. La libreria comprende componenti elementari, come travi flessibili, piatti rigidi sospesi e punti di ancoraggio, la cui opportuna interconnessione porta alla realizzazione di interi dispositivi (come interruttori e capacità variabili) da simulare in Cadence c . Tutti i modelli MEMS sono implementati per mezzo del linguaggio VerilogA c di tipo HDL (Hardware Description Language) che è supportato dal simulatore circuitale Spectre c . Sia il linguaggio VerilogA c che il simulatore Spectre c sono disponibili in ambiente Cadence c . L’ambiente di simulazione multidominio (ovvero elettromeccanico) così ottenuto permette di interfacciare i dispositivi MEMS con le librerie di componenti CMOS standard e di conseguenza la simulazione di blocchi funzionali misti RF-MEMS/CMOS. Come esempio, un VCO (Voltage Controlled Oscillator) in cui l’LC-tank è realizzato in tecnologia MEMS mentre la parte attiva con transistor MOS di libreria sarà simulato in Spectre c . Inoltre, nelle pagine successive verrà mostrata una soluzione tecnologica per la fabbricazione di un substrato protettivo (package) da applicare a dispositivi RF-MEMS basata su vie di interconnessione elettrica attraverso un wafer di Silicio. La soluzione di packaging prescelta rende possibili alcune tecniche per l’integrazione ibrida delle parti RF-MEMS e CMOS (hybrid packaging). Verranno inoltre messe in luce questioni riguardanti gli effetti parassiti (accoppiamenti capacitivi ed induttivi) introdotti dal package che influenzano le prestazioni RF dei dispositivi MEMS incapsulati. Nel dettaglio, tutti i gradi di libertà del processo tecnologico per l’ottenimento del package saranno ottimizzati per mezzo di un simulatore elettromagnetico (Ansoft HFSSTM) al fine di ridurre gli effetti parassiti introdotti dal substrato protettivo. Inoltre, risultati sperimentali raccolti da misure di strutture di test incapsulate verranno mostrati per validare, da un lato, il simulatore Ansoft HFSSTM e per dimostrate, dall’altro, la fattibilit`a della soluzione di packaging proposta. Aldilà dell’apparente debole legame tra i due argomenti sopra menzionati è possibile identificare un unico obiettivo. Da un lato questo è da ricercarsi nello sviluppo di un ambiente di simulazione unificato all’interno del quale il comportamento elettromeccanico dei dispositivi RF-MEMS possa essere studiato ed analizzato. All’interno di tale ambiente, l’influenza del package sul comportamento elettromagnetico degli RF-MEMS può essere tenuta in conto per mezzo di modelli a parametri concentrati (lumped elements) estratti da misure sperimentali e simulazioni agli Elementi Finiti (FEM) della parte di package. Infine, la possibilità offerta dall’ambiente Cadence c relativamente alla simulazione di dipositivi RF-MEMS interfacciati alla parte CMOS rende possibile l’analisi di blocchi funzionali ibridi RF-MEMS/CMOS completi.

Higher order parametric excitation modes for spaceborne quadrupole mass spectrometers

This paper describes a technique to significantly improve upon the mass peak shape and mass resolution of spaceborne quadrupolemass spectrometers (QMSs) through higher order auxiliary excitation of the quadrupole field. Using a novel multiresonant tank circuit, additional frequency components can be used to drive modulating voltages on the quadrupole rods in a practical manner, suitable for both improved commercial applications and spaceflight instruments. Auxiliary excitation at frequencies near twice that of the fundamental quadrupole RF frequency provides the advantages of previously studied parametric excitation techniques, but with the added benefit of increased sensed excitation amplitude dynamic range and the ability to operate voltage scan lines through the center of upper stability islands. Using a field programmable gate array, the amplitudes and frequencies of all QMS signals are digitally generated and managed, providing a robust and stable voltage control system. These techniques are experimentally verified through an interface with a commercial Pfeiffer QMG422 quadrupole rod system. When operating through the center of a stability island formed from higher order auxiliary excitation, approximately 50% and 400% improvements in 1% mass resolution and peak stability were measured, respectively, when compared with traditional QMS operation. Although tested with a circular rod system, the presented techniques have the potential to improve the performance of both circular and hyperbolic rod geometry QMS sensors.

Wireless power charger for light electric vehicles

Wireless power transmission technology is gaining more and more attentions in city transportation applications due to its commensurate power level and efficiency with conductive power transfer means. In this paper, an inductively coupled wireless charging system for 48V light electric vehicle is proposed. The power stages of the system is evaluated and designed, including the high frequency inverter, the resonant network, full bridge rectifier, and the load matching converter. Small signal modeling and linear control technology is applied to the load matching converter for input voltage control, which effectively controls the wireless power flow. The prototype is built with a dsPIC digital signal controller; the experiments are carried out, and the results reveal nature performances of a series-series resonant inductive power charger in terms of frequency, air-gap length, power flow control, and efficiency issues.

Ultrahigh step-up dc-dc converter for distributed generation by three Degrees of Freedom (3DoF) approach

This paper proposes a novel dc-dc converter topology to achieve an ultrahigh step-up ratio while maintaining a high conversion efficiency. It adopts a three degree of freedom approach in the circuit design. It also demonstrates the flexibility of the proposed converter to combine with the features of modularity, electrical isolation, soft-switching, low voltage stress on switching devices, and is thus considered to be an improved topology over traditional dc-dc converters. New control strategies including the two-section output voltage control and cell idle control are also developed to improve the converter performance. With the cell idle control, the secondary winding inductance of the idle module is bypassed to decrease its power loss. A 400-W dc-dc converter is prototyped and tested to verify the proposed techniques, in addition to a simulation study. The step-up conversion ratio can reach 1:14 with a peak efficiency of 94% and the proposed techniques can be applied to a wide range of high voltage and high power distributed generation and dc power transmission.

System operational costs reduction with non-conventional reactive power sources

Wind energy installations are increasing in power systems worldwide and wind generation capacity tends to be located some distance from load centers. A conflict may arise at times of high wind generation when it becomes necessary to curtail wind energy in order to maintain conventional generators on-line for the provision of voltage control support at load centers. Using the island of Ireland as a case study and presenting commercially available reactive power support devices as possible solutions to the voltage control problems in urban areas, this paper explores the reduction in total generation costs resulting from the relaxation of the operational constraints requiring conventional generators to be kept on-line near load centers for reactive power support. The paper shows that by 2020 there will be possible savings of 87€m per annum and a reduction in wind curtailment of more than a percentage point if measures are taken to relax these constraints.