Top PDF Estudo de estabilidade de frequência em sistemas elétricos de potência considerando turbinas hidráulicas

Estudo de estabilidade de frequência em sistemas elétricos de potência considerando turbinas hidráulicas

Estudo de estabilidade de frequência em sistemas elétricos de potência considerando turbinas hidráulicas

A energia elétrica mostra-se necessária no dia-a-dia das pessoas. Atualmente, não possuímos outro meio que seja mais conveniente de se sustentar a tecnologia provida por ela. No entanto, a sociedade fica suscetível a determinados problemas que possam ocorrer se no acréscimo ou decréscimo de energia requisitada ao Sistema Interligado Nacional, a frequência não retornar a seu valor nominal (no caso do Brasil, este valor é de 60 Hz). Sendo assim, este Trabalho de Conclusão de Curso aborda principalmente o problema do Controle Carga-Frequência em Sistemas Elétricos de Potência. Para tal estudo, prioriza-se o entendimento do controle da malha de regulação secundária, comumente denominado Controle Automático de Geração (CAG), o qual possui como principal objetivo, o restabelecimento da frequência ao seu valor original. Para o desenvolvimento deste conhecimento fez-se uma revisão de conceitos básicos dos controles responsáveis pela regulação primária e secundária, bem como a apresentação do estudo teórico da modelagem matemática de máquinas e a apresentação dos tipos de turbinas hidráulicas existentes. Por fim, este trabalho finaliza-se com simulações dos blocos de controle, utilizando ambiente Simulink do MATLAB, com o intuito de analisar respostas no tempo quando aplicado um sinal degrau unitário (situação mais agravante do Sistema Elétrico de Potência) considerando o sistema com uma turbina hidráulica genérica.
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Estudo de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência utilizando métodos energéticos

Estudo de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência utilizando métodos energéticos

Tendo em vista a crescente demanda de energia elétrica do sistema interligado nacional e conhecendo o comportamento horário de entrada e saída de carga e/ou geração, percebe-se a necessidade de manter a operação devida do sistema para garantir que os geradores estejam em sincronismo, ou seja, que a frequência dos quais não sofra violações e, portanto, não permita a ocorrência de colapsos em partes do sistema ou, em casos extremos, no sistema como um todo. Estudar a estabilidade transitória de um sistema possibilita um conhecimento prévio do seu comportamento, proporcionando a determinação de tempos adequados de atuação dos sistemas de proteção, o que por sua vez provê maior confiabilidade para o funcionamento de um sistema elétrico. Com todas estas vantagens e justificativas para o estudo de estabilidade transitória, vê-se que há aplicação direta deste para os sistemas supervisórios que operam em tempo real. Portanto, os métodos de análises de estabilidade com rápida resposta, como os métodos energéticos, são extremamente necessários.
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Algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência considerando faltas assimétricas

Algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência considerando faltas assimétricas

De modo geral, o estudo de estabilidade transitória preocupa-se com a habilidade do sistema de potência permanecer em sincronismo quando submetido à grandes perturbações, ou distúrbios, tais como um curto-circuito em uma linha de transmissão. O foco deste trabalho foi a análise de estabilidade transitória considerando faltas assimétricas, mais precisamente os seguintes tipos de curtos-circuitos: fase-terra, fase-fase e fase-fase-terra. O objetivo foi apresentar um algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória considerando faltas assimétricas e que também pode ser utilizado para análise de faltas simétricas. Tal algoritmo foi de simples implementação e aproveitou muitas das rotinas tradicionais utilizadas em programas de estabilidade que consideram apenas curtos-circuitos trifásicos. Para implementação computacional, utilizou-se o software MATLAB®, onde o comportamento dinâmico dos geradores síncronos foi modelado através de equações diferenciais, e a rede elétrica (sistema de transmissão) foi modelada através de equações algébricas. A representação da rede durante a falta foi feita por meio de componentes simétricas, para contemplar tanto as faltas assimétricas quanto as simétricas. A partir do algoritmo desenvolvido, que foi apresentado por meio de fluxogramas, foram apresentados resultados de simulações de faltas assimétricas para verificar o efeito das mesmas sobre o sincronismo das máquinas síncronas. Além disso, o algoritmo calculou o tempo máximo para a atuação da proteção do sistema para evitar-se que a falta cause a perda de sincronismo das máquinas síncronas. Este tempo de eliminação foi utilizado para medir o grau de severidade das perturbações e, com isso, classificar e compará-las. Os resultados mostraram que os diferentes tipos de faltas estudados seguem a seguinte ordem de severidade para os sistemas elétricos estudados neste trabalho: curto-circuito trifásico; curto-circuito fase-fase- terra; curto-circuito fase-fase; e curto-circuito fase-terra. Além disso, também mostraram que o ponto de ocorrência da falta e, consequentemente, a configuração do sistema após a eliminação da mesma (sistema pós-falta) foi determinante para haver ou não um ponto de equilíbrio estável para o sistema pós-falta e assim ter-se tempo crítico de abertura.
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Metodologia model free para consciência situacional evolutiva da estabilidade de tensão de sistemas elétricos de potência.

Metodologia model free para consciência situacional evolutiva da estabilidade de tensão de sistemas elétricos de potência.

Devido à crescente demanda por energia elétrica na sociedade atual e o potencial congestionamento dos sistemas de transmissão, os aspectos de segurança no fornecimento de energia, de confiabilidade e da estabilidade dos sistemas elétricos de potência tornam-se cada vez mais prementes. Considerando o tamanho e complexidade crescentes e o seu uso em situações limites, os estudos e avaliações do SEP (Sistema Elétrico de Potência) demandam considerável poder computacional, além de utilização de modelos matemáticos para os diversos equipamentos que o compõe. Necessária, portanto, tanto a representação correta do SEP com as interligações (topologia da rede elétrica) de seus elementos constituintes, quanto a exatidão dos modelos matemáticos dos geradores, estabilizadores, compensadores, transformadores e linhas de transmissão, dentre outros equipamentos. A proposta deste trabalho é a definição de uma metodologia para análise e estudo do SEP que independa: dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da topologia da rede elétrica e dos equivalentes adotados para as redes externas (de outras empresas). A metodologia é uma abordagem Model-Free no sentido em que busca a partir das informações aquisitadas do processo elétrico, determinar o comportamento do SEP, de modo totalmente independente dos modelos matemáticos dos equipamentos, do conhecimento prévio da sua topologia e da existência ou não de redes externas. A metodologia fornece informações quanto à instabilidade do SEP, ao identificar “assinaturas” caraterísticas da evolução de seu comportamento, seja em operação normal ou sob contingências, as quais podem ou não resultar em uma condição de instabilidade do mesmo. As assinaturas são identificadas ao se analisar o comportamento das tensões das barras do SEP, dentro de uma abordagem Fuzzy que classifica as barras coerentes em tensão. A dinâmica do estado operacional do SEP é, então, obtida à partir do comportamento desta classificação.
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Análise de estabilidade rotórica e de frequência em sistemas elétricos de potência utilizando o programa ANATEM: simulações e estudos de casos

Análise de estabilidade rotórica e de frequência em sistemas elétricos de potência utilizando o programa ANATEM: simulações e estudos de casos

A manutenção da estabilidade de sistemas elétricos de potência é essencial para o fornecimento de energia elétrica de forma contínua e com qualidade. Essa tarefa é extremamente complexa devido às inúmeras perturbações às quais esses sistemas são continuamente susceptíveis, à complexidade das malhas de controle envolvidas e às equações não-lineares que modelam a dinâmica dos seus elementos. Por essas e outras razões, é imprescindível a utilização de ferramentas computacionais nos estudos de estabilidade de sistemas elétricos. O presente Trabalho de Conclusão de Curso descreve a utilização do programa ANATEM para a análise de estabilidade rotórica e de frequência em sistemas elétricos de potência, considerando turbinas térmicas sem reaquecimento acopladas a geradores síncronos de rotor liso com a presença de reguladores de tensão e de velocidade. Os casos estudados são: sistema de um gerador e uma carga; sistema de um gerador e um barramento infinito com rede; sistema de 14 barras modificado. Para tanto, inicialmente este trabalho expõe uma fundamentação teórica acerca da estabilidade de sistemas elétricos de potência. Em seguida, faz-se a apresentação dos modelos de geradores síncronos, turbina, reguladores e ferramentas computacionais utilizados. Por fim, para que fosse possível obter conclusões concretas e objetivas, analisa-se os sistemas com e sem a presença dos reguladores de tensão e velocidade considerando perturbações variadas.
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Uma contribuição ao estudo do transformador com nucleo de metal amorfo para aplicação em sistemas elétricos de potência de alta frequência

Uma contribuição ao estudo do transformador com nucleo de metal amorfo para aplicação em sistemas elétricos de potência de alta frequência

Pelo lado da geração, temos também um horizonte diferente daquele de um recente passado. Assim, geradores rotativos acionados através de turbinas de reação, que queimam gás natural, podem operar em velocidades angulares muitos maiores que as 3.600 rotações por minuto e, assim, gerar eletricidade de freqüência superior aos usuais 50 ou 60 Hertz. Por outro lado, o forte desenvolvimento tecnológico da eletrônica de potência produziu os inversores de freqüência, que são equipamentos elétricos estáticos, altamente confiáveis, de resposta rápida e de relativamente fácil controle, com os quais a geração em alta freqüência torna-se uma realidade presente.
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Análise do regulador linear quadrático aplicado ao problema de estabilidade de frequência em sistemas elétricos de potência interligados

Análise do regulador linear quadrático aplicado ao problema de estabilidade de frequência em sistemas elétricos de potência interligados

A confiabilidade e a qualidade da energia elétrica estão diretamente relacionadas à estabilidade de frequência em Sistemas Elétricos de Potência (SEP) de forma a respeitar as faixas de operação estipuladas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Atualmente, são utilizadas técnicas de controle convencionais para o retorno da frequência em seu valor nominal, como o Controle Automático de Geração (CAG), que aplica técnicas clássicas no sinal de erro injetado no integrador da malha secundária. Apesar dos sistemas tradicionais atenderem às especificações atuais, as agências reguladoras estão gradativamente exigindo limites mais rigorosos, o que proporcionou o interesse da aplicação do controle moderno nesse contexto. Paralelamente, este trabalho busca representar cenários mais próximos à realidade, devido à complexidade dos sistemas interligados. Assim, o objetivo é desenvolver e aplicar o projeto de um Regulador Linear Quadrático (LQR) em um sistema de duas áreas de controle compostas por seus conjuntos equivalentes de duas unidades geradoras que englobam turbinas térmicas com reaquecimento desprezando o estágio de baixa pressão. O desempenho dos métodos de controle é comparado através de simulações computacionais desenvolvidas pela ferramenta SIMULINK do
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Estudo de estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência utilizando o método passo-a-passo para cálculo da curva de oscilação da máquina síncrona.

Estudo de estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência utilizando o método passo-a-passo para cálculo da curva de oscilação da máquina síncrona.

Considerando sistemas elétricos de potência que possuam uma grande malha interligada, haverá muitas máquinas dispersas em uma ampla área geográfica, portanto minimizar o número de equações de oscilação a serem resolvidas é de grande utilidade para facilitar no estudo de estabilidade destes sistemas. Isto poderá ser realizado quando ocorre uma falta onde se pode considerar que os geradores estão oscilando juntos, nestes casos as máquinas podem ser combinadas em uma única máquina equivalente. Essa simplificação considera como se os rotores dos geradores estivessem todos mecanicamente acoplados e, portanto, somente uma equação de oscilação seria descrita por eles (STEVENSON JR., 1986).
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Modelagem Dinâmica de Turbinas Hidráulicas Axiais de Dupla Regulagem para Estudos de Estabilidade Angular Transitória em Sistemas Elétricos de Potência.

Modelagem Dinâmica de Turbinas Hidráulicas Axiais de Dupla Regulagem para Estudos de Estabilidade Angular Transitória em Sistemas Elétricos de Potência.

Contudo, para atender adequadamente as cargas elétricas de um sistema, não basta que a atenção se volte somente para a geração. É necessário investir nos elementos que transportam a energia de um ponto a outro. Dentre esses elementos podem-se citar as linhas de transmissão (LTs), linhas de distribuição e transformadores (elevadores e rebaixadores de tensão). Não há como transmitir grandes pacotes de energia se não houver uma malha elétrica eficiente. Uma rápida análise da equação de potência elétrica do gerador pode confirmar essa constatação (ver Anexo 1). Além disso, deve-se investir também na proteção desses elementos, e fazer com que esta ocorra de forma seletiva, afetando o mínimo possível de cargas elétricas na ocasião de eliminação de defeitos.
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Modelo de turbinas do tipo bulbo para estudos de estabilidade eletromecânica de sistemas elétricos de potência.

Modelo de turbinas do tipo bulbo para estudos de estabilidade eletromecânica de sistemas elétricos de potência.

Considerando-se o exposto anteriormente, observa-se que a utilização de turbinas bulbo em sistemas elétricos de potência deve preceder alguns cuidados. Por serem máquinas com inércia menor que os grupos hidráulicos típicos, dada uma perturbação qualquer, as turbinas bulbo, não somente tendem a se acelerarem mais que as demais máquinas, mas também influênciam as demais máquinas, levando-as também a terem oscilações de maior amplitude e frequência. Isto pode ocasionar a perda de sincronismo entre unidades geradoras, degradando o sistema. Desta forma, deve-se dar atenção especial em estudos dinâmicos e de proteção antes da implantação e operação de tais turbinas em sistemas interligados, de forma a evitar maiores problemas.
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Fontes distribuídas de harmônicos em sistemas elétricos de potência

Fontes distribuídas de harmônicos em sistemas elétricos de potência

De forma geral, pode-se observar que a abordagem por fontes de corrente tende a ser demasiadamente conservativa e os resultados obtidos através de simulações que consideram tal abordagem normalmente apresentam valores superiores para as distorções de tensão e corrente que aqueles encontrados através de medições reais feitas nos sistemas em avaliação. Os autores de [21] foram os primeiros a perceber tal comportamento. A fim de ilustrar esse fenômeno, eles definiram o efeito da atenuação e o efeito da diversidade cujas propostas eram quantificar a redução na injeção de distorções devido à existência de mais de uma carga produtora de harmônicos. Conforme já foi exposto, tais efeitos foram explorados em [53], [71] e [74]. Nesses trabalhos os autores ainda utilizaram fontes de corrente para considerar a injeção de perturbações pelas cargas harmônicas, porém passaram a utilizar artifícios que modificavam os parâmetros das fontes de corrente, de modo a refletir os efeitos descritos anteriormente.
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EES7395 - Análise de Sistemas de Elétricos de Potência

EES7395 - Análise de Sistemas de Elétricos de Potência

A geração, distribuição e transmissão de energia elétrica é de grande relevância da formação do engenheiro de energia. Esta disciplina introduz uma visão dos grandes sistemas de energia elétrica e algumas ferramentas de cálculo como o Fluxo de Potência na rede de transmissão de energia elétrica, despacho econômico, cálculo de curto circuito bem como estabilidade de sistemas de potência. Além de aspectos teóricos, são apresentados aspectos tecnológicos do funcionamento e operação de grandes sistemas de energia elétrica.
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Algoritmo genético para sintonia de controladores de sistemas elétricos de potência considerando o critério N-1

Algoritmo genético para sintonia de controladores de sistemas elétricos de potência considerando o critério N-1

A importância do trabalho se da pelo grau de complexidade de se sintonizar controladores que sejam robustos o suficiente para fornecerem um amortecimento satisfatório para diversos pontos de operação considerados, aumentando a complexidade, ainda, pela análise utilizar o critério N-1. Sendo assim o algoritmo genético terá finalidade de fornecer um bom grau de sintonia para os controladores do sistema, tornando-o robusto frente às variações nos pontos de operação. Outro fator relevante a ser considerado, é que muitas vezes são realizadas sintonias considerando mudanças de carga do sistema, no entanto o trabalho exposto propõe uma mudança topológica no sistema em questão, aumentando assim a dificuldade de se obter uma boa sintonia.
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Análise de contingências em sistemas elétricos de potência

Análise de contingências em sistemas elétricos de potência

Por que só é considerada a potência ativa e não a potência aparente no carregamento de equipamentos? Os sistemas de transmissão operam normalmente em tensões acima de 1 p.u. o que provoca uma diminuição da corrente que atravessa os equipamentos de transmissão (novamente veja Equação (3.1)), já que a maioria das cargas são modeladas como potência constante. Também, nas simulações feitas verificou-se que o fluxo de potência reativa muda muito pouco com as contingências. Isto porque, mesmo aumentando a impedância (contingência de um dos caminhos de escoamento de geração) na conexão das usinas às cargas, a impedância equivalente dos circuitos remanescentes, normalmente, continua baixa, o que implica em baixo consumo de potência reativa na rede de transmissão em configuração alterada. Logo, a “oferta” de potência reativa às cargas diminui pouco e as tensões das barras adjacentes variam muito pouco. Como já foi descrito, os valores podem continuar acima ou próximos de 1 p.u. o que acarreta em correntes menores que as correntes nominais dos equipamentos.
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Estudo da teoria de potência conservativa para análise de sistemas elétricos

Estudo da teoria de potência conservativa para análise de sistemas elétricos

Tabela 4.18 - Trifásico 4 fios com tensão senoidal sem impedância de linha: valores eficazes das correntes, parcelas de potência, fatores de potência e distorções harmônicas totais na[r]

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Análise de sensibilidade por redes neurais para estudos da estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência

Análise de sensibilidade por redes neurais para estudos da estabilidade transitória de sistemas elétricos de potência

Assim sendo, nesta pesquisa será desenvolvida uma metodologia para o cálculo da sensibilidade de funções não-lineares desconhecidas por redes neurais. Como pode-se observar, há uma reduzidíssima oferta de referências disponíveis na literatura especializada com este enfoque. É uma proposta que visa desenvolver um mecanismo neural para o cálculo do modelo de sensibilidade, entre a margem de segurança do sistema, que é o critério de análise de estabilidade transitória empregado nesta pesquisa, e o vetor de potências ativa e reativa nodais, e testá-lo em aplicações práticas visando estabelecer a viabilidade desta metodologia. As potências nodais permitem a formulação de uma metodologia para a determinação de ações de controle usando-se o redespacho de geração, bem como, se necessário, o corte de carga (em casos extremos). Como parte da fase de testes, serão abordados, também, outros problemas acadêmicos de interesse de várias áreas do conhecimento humano.
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Desenvolvimento de modelos no programa digSILENT powerfactoryTM para o estudo de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência com aerogerador

Desenvolvimento de modelos no programa digSILENT powerfactoryTM para o estudo de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência com aerogerador

A turbina é o elemento do aerogerador responsável por transferir potência do vento para o gerador. De uma maneira geral, possui momento de inergia diferente do gerador. Como conseqüência, os eixos do gerador e da turbina, interligados pela caixa de engre- nagem, poderão ter mais liberdade em seus movimentos criando uma torção mecânica entre os eixos. Dependendo do tipo de falta e de sua localização, o modelo de turbina in- fluenciará no desempenho da máquina, levando a conclusões erradas quanto ao ponto de instabilidade do sistema [16]. Contudo, para fins de simplificação, no presente trabalho foi construído o modelo de massa global, que trata o conjunto "turbina+gerador"como uma única massa, isto é, a velocidade angular da turbina é igual à velocidade angular do rotor do gerador, ω tur = ω ger , ou caso seja usado transformador de velocidade - caixa
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Contribuição ao estudo da proteção de sistemas elétricos de potência: localização de faltas em sistemas de transmissão

Contribuição ao estudo da proteção de sistemas elétricos de potência: localização de faltas em sistemas de transmissão

em linhas de transmissão, argumentando que como a maioria das faltas são transitórias, elas não requeriam localização. Além disso, eles argumentavam que a precisão dos resultados fornecidos pelos métodos de localização de falta baseados em medição de impedância, não eram confiáveis o suficiente para justificar o envio de uma equipe de manutenção para confirmar a localização de faltas transitórias. Consequentemente, as atividades para localização de faltas eram iniciadas, somente quando uma falta era permanente e assim uma ação era inevitáve l. Estas atitudes estão mudando agora com as políticas de privatização e desregulamentação das companhias fornecedoras de eletricidade em todo o mundo. Assim, diante dessa nova realidade e da crescente complexidade de sistemas de transmissão de energia, no vas pesquisas dirigidas ao estudo e a aplicação de técnicas de localização de faltas começaram a ter lugar de destaque neste novo cenário, buscando primeiramente garantir a qualidade no fornecimento de energia e os demais aspectos relacionados a estabilidade destes sistemas. Portanto, atendendo a estas expectativas, realizou-se um estudo preliminar das características que identificam os métodos para localização de faltas em sistemas de transmissão, para daí então, termos condições de justificarmos a aplicação da teoria de ondas viajantes em nossa proposta.
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Uso de medição fasorial sincronizada visando a melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência

Uso de medição fasorial sincronizada visando a melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência

Com respeito à estabilidade para pequenos sinais, foram definidas duas abordagens para formação da matriz de informação, ambas com o objetivo de encontrar localizações que forneçam informações sobre os modos de oscilação eletromecânica especificados. Uma das maneiras de se posicionar PMUs visando buscar informações sobre o conteúdo modal do sis- tema, é utilizando as ferramentas da teoria de sistemas lineares para formar critérios de alo- cação. A primeira abordagem se baseia na aplicação de uma transformação de similaridade nas matrizes de estados de um modelo de sistema elétrico de potência linearizado em torno de um ponto de operação, obtendo-se assim informações sobre a associação dos modos de interesse do sistema com relação as saídas medidas, através dos índices de observabilidade. Como PMUs estarão medindo diversas variáveis do sistema, algumas destas variáveis podem ser utilizadas para realimentar sistemas de controle projetados para adicionar amortecimento a um conjunto de modos de oscilação do sistema. O objetivo é encontrar as melhores lo- calizações que contenham informações para serem usadas para fins de controle. A outra maneira de se obter esta configuração de PMUs, pode ser obtida através da definição de índices formados através dos subprodutos da análise de Prony. A vantagem desta metodolo- gia é que pode-se obter informações importantes sobre os modos de oscilação através da de- composição modal implícita na formulação da análise de Prony. A metodologia de Prony foi desenvolvida no século XVIII e praticamente ficou “estacionada” esperando avanços com- putacionais e numéricos que pudessem viabilizá-la. Porém ainda hoje, com todos os avanços e artifícios computacionais, esta abordagem sofre com os problemas numéricos envolvidos na metodologia, pois são necessárias manipulações matemáticas de matrizes consideravel- mente mal condicionadas. Além disto, um outro aspecto negativo que deve ser levado em consideração, é o fato desta técnica de predição linear ser bastante sensível a possíveis ruídos presentes nos sinais. Para contornar este problema, especificou-se uma ordem elevada para o modelo de predição a ser criado, de tal forma a se “acomodar” o ruído, bem como modos “artificiais” necessários para um ajuste preciso dos sinais estimados.
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Estudo da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência multimáquinas sob a ação dos controladores FACTS TCSC e UPFC

Estudo da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência multimáquinas sob a ação dos controladores FACTS TCSC e UPFC

Utilizou-se o sinal fluxo de potência ativa na linha de transmissão de instalação do TCSC e UPFC para entrada do controlador representado por um bloco de primeira ordem, o qual possui [r]

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