Desarrollo de PSS Basado en Control Predictivo no Lineal para Sistemas de Potencia Multimáquina
Los sistemas eléctricos de potencia enfrentan constantes perturbaciones, mitigadas usualmente con estabilizadores (PSS) que amortiguan las oscilaciones de baja frecuencia. Este proyecto propone un PSS basado en control predictivo (PCPSS) que maneja restricciones explícitas y optimiza el rendimiento...
- Autores:
-
Quintero Ramírez, Daniel Mauricio
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15209
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/15209
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
Energía eléctrica - Sistemas
Energía eléctrica
Recursos energéticos
Máquina Síncrona
MPC
PSS
Sistema Multimáquina
Sistemas de Potencia
Algoritmos de Control
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Los sistemas eléctricos de potencia enfrentan constantes perturbaciones, mitigadas usualmente con estabilizadores (PSS) que amortiguan las oscilaciones de baja frecuencia. Este proyecto propone un PSS basado en control predictivo (PCPSS) que maneja restricciones explícitas y optimiza el rendimiento en un horizonte de predicción, mejorando la robustez ante perturbaciones. Dirigido a sistemas multimáquina, el PCPSS utiliza la teoría de control predictivo con un modelo transitorio no lineal de máquina síncrona discretizado. Validado en el sistema de prueba IEEE-WSCC (3 máquinas, 9 nodos) en tres escenarios de fallas y variaciones operativas, el PCPSS demostró mayor amortiguamiento, menor sobrepaso y tiempo de estabilización, y reducciones en errores absolutos y cuadrados integrales en el tiempo, asegurando una mejor respuesta dinámica y estabilidad del sistema. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGil Gonzáles, Walter JuliánBravo López, Manuel FernandoQuintero Ramírez, Daniel Mauricio2024-07-11T21:07:00Z2024-07-11T21:07:00Z2024https://hdl.handle.net/11059/15209Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLos sistemas eléctricos de potencia enfrentan constantes perturbaciones, mitigadas usualmente con estabilizadores (PSS) que amortiguan las oscilaciones de baja frecuencia. Este proyecto propone un PSS basado en control predictivo (PCPSS) que maneja restricciones explícitas y optimiza el rendimiento en un horizonte de predicción, mejorando la robustez ante perturbaciones. Dirigido a sistemas multimáquina, el PCPSS utiliza la teoría de control predictivo con un modelo transitorio no lineal de máquina síncrona discretizado. Validado en el sistema de prueba IEEE-WSCC (3 máquinas, 9 nodos) en tres escenarios de fallas y variaciones operativas, el PCPSS demostró mayor amortiguamiento, menor sobrepaso y tiempo de estabilización, y reducciones en errores absolutos y cuadrados integrales en el tiempo, asegurando una mejor respuesta dinámica y estabilidad del sistema.Electrical power systems face constant disturbances, usually mitigated with stabilizers (PSS) that dampen low-frequency oscillations. This project proposes a predictive control-based PSS (PCPSS) that handles explicit constraints and optimizes performance over a prediction horizon, improving robustness to perturbations. Aimed at multi-machine systems, PCPSS uses predictive control theory with a discretized nonlinear synchronous-machine transient model. Validated on the IEEE-WSCC test system (3 machines, 9 nodes) under three failure scenarios and operational variations, the PCPSS demonstrated increased damping, decreased overshoot and settling time, and reductions in absolute and time integral square errors, ensuring better dynamic response and system stability.Índice General 5 Índice de Tablas 6 Índice de Figuras 7 1. Introducción 8 1.1. Planteamiento del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2. Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4. Estado del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4.1. Convencionales de Sistemas de Potencia (CPSS) . . . . . . . . . . . . 11 1.4.2. AI (Artificial Inteligent) y Optimizadores Metaheurísticos . . . . . . . 12 1.4.3. Algoritmos de Control Avanzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. Modelizado 15 2.1. Modelo de la Máquina Síncrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2. Determinación del Punto de Equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3. Estimador de la Matriz de Admitancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. Modelo de Control Predictivo 20 3.1. Aplicaciones y Teoría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.2. Diseño de PSS Basado en Control Predictivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4. Sistema de Prueba y Resultados 27 4.1. Estabilizadores del Sistema de Potencia y Regulador Automático de Voltaje . 27 4.1.1. CPSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.1.2. IEE2ST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.1.3. AVR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.2. Indicadores de Rendimiento del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3. Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.4.1. Escenario I: Cortocircuito Trifásico a Tierra en el Nodo 7 . . . . . . . 32 4.4.2. Escenario II: Cambio en la Potencia Demandada en el Nodo 5 . . . . 33 4.4.3. Escenario III: Cortocircuito Trifásico en la Línea 7-8 . . . . . . . . . 38 5. Conclusiones y Trabajos Futuros 41 5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.2. Trabajos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42PregradoIngeniero(a) Electricista54 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaEnergía eléctrica - SistemasEnergía eléctricaRecursos energéticosMáquina SíncronaMPCPSSSistema MultimáquinaSistemas de PotenciaAlgoritmos de ControlDesarrollo de PSS Basado en Control Predictivo no Lineal para Sistemas de Potencia MultimáquinaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAlkhatib, H. and Duveau, J. (2013). Dynamic genetic algorithms for robust design of multimachine power system stabilizers. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 45(1):242–251.Anderson, B. D. and Dehghani, A. (2008). Challenges of adaptive control–past, permanent and future. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. 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En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).open.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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