Aplicação de técnicas de padrões de projeto orientados a objeto na construção de framework para modelagem e simulação dinâmica de geradores síncronos
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總結: | This work presents the design, development and tests of an advanced software tool, using the paradigm of object orientation. The tool is intended for advanced implementation of dynamic studies in electric power systems. The proposed strategy is based on design patterns, using sound software engineering concepts. Firstly, a mapping between time-frequency (block diagram) to an object oriented domain is performed. This analysis allows a more flexible system description and speeds up the overall software development process. In order, to exploit the object oriented approach, a mix of design pattern strategies as Factory Method, Strategy, Builder and Facade was used on a complementary basis, to cope with the complexity observed in electric power systems, allowing software development. This allows the simulation of large power system, including complex models for adaptive and digital controls, which are, nowadays, known limitations of existing commercial software tools for power engineering studies. This software, called DynaPower, was tested for dynamic simulation studies of phenomena related to the electromechanical oscillations of Tucuruí Hydroelectric Power Plant. Were modeled all the 23 power generating hydroelectric units present at hydropower plant, with a very detailed turbine representation as well as synchronous machines and related control systems representations, including automatic voltage regulators, speed governors and power system stabilizers. The simulation results were validated against data measured on field tests performed at Tucuruí Power Plant and using results from other commercial simulators. The results shown a very good performance of the developed simulator, which was able to reproduce in simulation many of dynamic phenomena observed on field tests of the HPP Tucuruí. |
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The tool is intended for advanced implementation of dynamic studies in electric power systems. The proposed strategy is based on design patterns, using sound software engineering concepts. Firstly, a mapping between time-frequency (block diagram) to an object oriented domain is performed. This analysis allows a more flexible system description and speeds up the overall software development process. In order, to exploit the object oriented approach, a mix of design pattern strategies as Factory Method, Strategy, Builder and Facade was used on a complementary basis, to cope with the complexity observed in electric power systems, allowing software development. This allows the simulation of large power system, including complex models for adaptive and digital controls, which are, nowadays, known limitations of existing commercial software tools for power engineering studies. This software, called DynaPower, was tested for dynamic simulation studies of phenomena related to the electromechanical oscillations of Tucuruí Hydroelectric Power Plant. Were modeled all the 23 power generating hydroelectric units present at hydropower plant, with a very detailed turbine representation as well as synchronous machines and related control systems representations, including automatic voltage regulators, speed governors and power system stabilizers. The simulation results were validated against data measured on field tests performed at Tucuruí Power Plant and using results from other commercial simulators. The results shown a very good performance of the developed simulator, which was able to reproduce in simulation many of dynamic phenomena observed on field tests of the HPP Tucuruí.Este trabalho apresenta a concepção, desenvolvimento e testes de um software avançado, utilizando o paradigma da orientação a objetos. A ferramenta é destinada à execução de estudos dinâmicos avançados em sistemas elétricos de potência. A estratégia proposta baseia-se em padrões de projeto utilizando conceitos fundamentados em boas práticas de engenharia. Primeiramente, executa-se um mapeamento entre uma representação dinâmica no domínio da frequência (ou do tempo) (representação em diagramas de bloco) para um domínio orientado a objetos. Esta análise permite uma abordagem mais flexível para a descrição do sistema dinâmico, acelerando o processo de desenvolvimento do software. Em seguida, para explorar ainda mais a abordagem orientada a objetos, uma combinação dos padrões Factory Method, Strategy, Builder e Facade foi utilizada, de forma complementar, de modo a fazer face à complexidade observada em sistemas elétricos de potência, permitindo o desenvolvimento do software. Desta forma, possibilitando a simulação da dinâmica de sistemas elétricos de grande porte, incluindo modelos complexos de sistemas de controle adaptativo e digital, que são limitações de ferramentas similares atuais. Este software, denominado DynaPower foi testado para realizar estudos de simulação dinâmica relacionados com fenômenos de oscilações eletromecânicas na Usina Hidroelétrica de Tucuruí. Foram modeladas todas as 23 unidades geradoras presentes na usina, adotando-se uma representação pormenorizada das turbinas hidráulicas, bem como das máquinas síncronas e sistemas de controle associados, incluindo os reguladores automáticos de tensão, os reguladores de velocidade e os estabilizadores de sistemas de potência. Os resultados de simulações foram validados por comparação com dados medidos em testes de campo realizados na própria UHE de Tucuruí e através de resultados de outros simuladores comerciais. Os resultados mostraram bom desempenho do software simulador desenvolvido, o qual foi capaz de se reproduzir, em simulação dinâmica, muitos dos fenômenos observados em ensaios de campo na UHE de Tucuruí.Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. - EletronorteANAREDE – Análise de Redes Elétricas, Version 09.01.08. Rio de Janeiro: Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL, 2007. ANATEM – Análise de Transitórios Eletromecânicos, Version 10.0.2. Rio de Janeiro: Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL, 2007. ANDERSON, Paul M.; FOUAD, Abdel-Aziz A. Power system control and stability. 1. ed. Iowa, Estados Unidos: The Iowa State University Press, 1977. ARRILLAGA, Jos; WATSON, Neville R. Computer Modelling of Electrical Power Systems. 2. ed. Estados Unidos: Wiley, 2001. BARCELOS, Silvangela Lílian da Silva Lima. Avaliação da operação conjunta dos TCSCS da interligação Norte/Sul do Sistema Elétrico Brasileiro. 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Desenvolvimento de um ambiente computacional flexível para aplicações de fluxo de potência ótimo utilizando modelagem orientada a objetos. Tese (Doutorado em Ciências e em Engenharia Elétrica) – COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 2005. MANZONI, Alessandro. Desenvolvimento de um sistema computacional orientado a objetos para sistemas elétricos de potência: aplicação a Simulação rápida e análise da estabilidade de tensão. Tese (Doutorado em Ciências e em Engenharia Elétrica) – COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, 2005. MATLAB, Version 7.6.0 (R2008a). Estados Unidos: The Math Works, 2008.Universidade Federal do ParáMestradoInstituto de TecnologiaDoutorado em Engenharia Elétrica - Sistemas de Energia ElétricaAcadêmicoInstituição públicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUniversidadeBrasilObject-oriented developmentDesign patternsPower system dynamicsHydropower plantDesenvolvimento orientado a objetosPadrões de projetoDinâmica de sistemas elétricos de potênciaUsina hidroelétricaAplicação de técnicas de padrões de projeto orientados a objeto na construção de framework para modelagem e simulação dinâmica de geradores síncronosApplication of object-oriented design pattern techniques in the construction of a framework for dynamic modeling and simulation of synchronous generatorsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisEngenharias IVEngenhariasinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Comum do Brasil - Depositainstname:Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia (Ibict)instacron:IBICTORIGINALDissertação UFPA - Italo Di Paolo (Media Definição).pdfDissertação UFPA - Italo Di Paolo (Media Definição).pdfapplication/pdf5262086https://deposita.ibict.br/bitstreams/d8346ecb-8e84-4499-bedf-fa22e87c3217/downloadac0e9f7c987cdf27a79e6c074fb5123bMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtWritten by org.dspace.content.LicenseUtilstext/plain; 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