Fault analysis, observation and control of brazilian sugarcane microgrids : robust linear parameter varying methods

Abstract

Indubitavelmente, os processos tecnológicos modernos são suscetíveisa falhas. Isso se deve, principalmente, a fatores de instrumenta¸cão.Sistemas (híbridos, renováveis) de energia também fazem parte destesprocessos vulneráveis a panes. Possíveis falhas nestas unidadespodem levá-las a não cumprir restri¸cões operacionais, fato que resultaem priva¸cão econômica e na falta de energia disponível para a redeexterna. Empresas do setor de energia vêm investindo fortemente emtecnologias para usar as fontes renováveis (do vento, solar, da biomassa,entre outras) de forma mais eficiente, mas os efeitos causados por tera gera¸cão de energia perturbada pela presen¸ca de falhas pode vir a seraté pior do que a ausência de renováveis, pois pode levar uma paradatotal na gera¸cão.Portanto, esta disserta¸cão de Mestrado tem como objetivo estudar ocomplexo paradoxo causado quando ocorrem falhas em sistemas degera¸cão de energia (incluindo sistemas com fontes renováveis). Estetrabalho se desdobra em dois grandes eixos: i) Desenvolvimento eaplica¸cão de técnicas de Estimativa, Detec¸cão e Diagnóstico de Falhas;e ii) Desenvolvimento e implementa¸cão de estratégias de Controle Tolerantea Falhas. A grande parte das técnicas utilizadas na constru¸cãoaqui apresentada é derivada de estratégias lineares paramétrico-variantescom garantias de robustez, além de abordagens de Controle Preditivobaseado em Modelo.Os métodos propostos nos eixos i e ii são cuidadosamente analisadosatravés de diversos ensaios em simula¸cão em processos de gera¸cão deenergia na indústria da cana-de-a¸cúcar e demonstram-se satisfatórios.

Abstract: Modern technological processes are, without doubts, prone to faults.This fact derives mainly from instrumentation issues. Hybrid, renewableenergy systems also belong to those that are susceptible to faults.Possible faults in these plants may lead them to not comply with operationalconstraints, which results in direct economic deprivation and ina lack of energy available to the external network. Energy companieshave been progressively investing in technologies that allow the adequateand more efficient use of renewable sources (wind, solar, biomass,among others), but it seems that to have the energy generation disruptedby the presence of faults can be even worse than to have anabsence of renewables.Therefore, this Master Dissertation has the goal to study the effectcaused by faults in hybrid energy generation systems. This work?s unfoldingsare divided into two main branches: i) Development and applicationof Diagnosis, Estimation and Detection of Faults in RenewableEnergy Systems; and ii) Development and implementation of Fault-Tolerant Control strategies for these same energy plants. The majorityof the developed techniques derive from linear parameter varying systemswith robustness guarantees.The methods proposed in branches i and ii are carefully analysed throughvarious simulation experiments related to energy generation in sugarcaneindustries and prove themselves satisfactory.