| Campo DC | Valor | Idioma |
| dc.creator | Kida, Alexandre Akira | - |
| dc.date.accessioned | 2025-11-13T17:07:51Z | - |
| dc.date.available | 2025-11-13T17:07:51Z | - |
| dc.date.issued | 2-09 | - |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43465 | - |
| dc.description.abstract | Time-domain simulations carried out with linear multistep integration methods,
such as the Trapezoidal Rule, are subject to an error often neglected in electromagnetic
transient (EMT) analyses, known as Frequency Warping. This thesis establishes
the frequency warping as a fundamental problem that compromises the
accuracy of EMT simulations, requiring specific approaches for its mitigation. Initially,
the manifestation of frequency warping in the combined nodal and state-space
method was investigated, demonstrating that small errors due to frequency warping
can accumulate over time, generating significant distortions even with conservative
time-step sizes. Subsequently, the modeling of frequency-dependent equivalents
through rational functions was explored, introducing Complex Vector Fitting (CVF)
in the context of power systems. The CVF methodology significantly improved accuracy,
reducing the Root Mean Square Error (RMSE) by up to eight orders of
magnitude compared to the conventional Vector Fitting approach, by relaxing the
complex conjugate constraint on model poles and residues. Differences regarding
model passivity were also observed. Two techniques were developed to reduce frequency
warping without reducing the time step size: Pole-Residue Compensation
(PRC), which adjusts poles and residues of rational models to compensate for numerical
perturbations in the discretized system eigenvalues; and Frequency-shifted Pole-
Residue Compensation (FPRC), which utilizes CVF and adds frequency translation
to the compensation. PRC enabled time steps 6.7 times larger without accuracy loss
or, for the same step size, errors up to 24 times smaller in terms of RMSE. Due to the
low computational cost and post-processing nature of the PRC, it can be easily integrated
into existing simulation routines. FPRC achieved even greater gains: steps
up to 35 times larger or RMSE reduction by a factor of up to 901 times. The results
were validated through computer simulations of electrical networks, which included
components such as transmission lines and power transformers, as well as equivalents
of electric power distribution and transmission networks. The techniques developed
in this thesis overcome limitations of conventional EMT simulations, offering flexibility
to significantly increase accuracy or substantially reduce computational. | pt_BR |
| dc.language | eng | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal da Bahia | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.subject | Análise de transitório eletromagnético | pt_BR |
| dc.subject | Frequência - distorção | pt_BR |
| dc.subject | Sistemas elétricos | pt_BR |
| dc.subject.other | Electromagnetic transient analysis | pt_BR |
| dc.subject.other | Frequency warping | pt_BR |
| dc.subject.other | Electrical systems | pt_BR |
| dc.title | Improving rational modeling realization for accurate EMT simulations | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| dc.contributor.referees | Lima, Antonio Carlos Siqueira de | - |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFBA | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Moreira, Fernando Augusto | - |
| dc.contributor.advisor2 | Lima, Antonio Carlos Siqueira de | - |
| dc.contributor.referee1 | Costa, Fabiano Fragoso | - |
| dc.contributor.referee2 | Santos, Tito Luís Maia | - |
| dc.contributor.referee3 | De Conti, Alberto Resende | - |
| dc.contributor.referee4 | Neves, Washington Luiz Araújo | - |
| dc.contributor.referee5 | Moreira, Fernando Augusto | - |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0852842124815116 | pt_BR |
| dc.description.resumo | Simulações no domínio do tempo com métodos de integração linear multipasso, como
o trapezoidal, estão sujeitas a um erro frequentemente negligenciado em análises de
transitórios eletromagnéticos (EMT) conhecido como distorção em frequência ou frequency
warping. Esta tese estabelece tal erro como um problema fundamental que
compromete a acurácia das simulações EMT, exigindo abordagens específicas para
sua mitigação. Inicialmente, investigou-se como o frequency warping se manifesta
no método combinado nodal e espaço de estados, evidenciando que pequenos erros
de frequency warping podem se acumular ao longo do tempo, gerando distorções
significativas mesmo com passos de tempo conservadores. Em seguida, explorou-se
a modelagem de equivalentes dependentes de frequência por funções racionais, introduzindo
o Complex Vector Fitting (CVF) no contexto de sistemas de potência.
O CVF reduziu a raiz do erro quadrático médio (RMSE) em até oito ordens de
magnitude em relação ao Vector Fitting tradicional, ao relaxar a restrição de conjugado
complexo nos polos e resíduos do modelo racional. Diferenças em relação à
passividade dos modelos também foram observadas. Dois métodos foram propostos
para reduzir o frequency warping sem alterar o tamanho do passo de tempo: o Pole-
Residue Compensation (PRC), que ajusta polos e resíduos do modelo para compensar
as perturbações numéricas nos autovalores discretizados; e o Frequency-shifted
Pole-Residue Compensation (FPRC) que combina o PRC, o CVF e a translação em
frequência. O PRC permitiu ampliar o passo de tempo em até 6,7 vezes sem perda
de acurácia ou reduzir o RMSE em até 24 vezes. Graças ao baixo custo computacional
e à natureza de pós-processamento, o PRC pode ser facilmente integrado a
rotinas de simulação já existentes. O FPRC alcançou ganhos ainda maiores, com
passos de tempo até 35 vezes maiores ou reduções do RMSE em até 901 vezes. Os
resultados foram validados através de simulações computacionais típicas de estudos
EMT: linhas de transmissão, transformadores de potência, rede de distribuição e
sistema de transmissão de energia elétrica. Os métodos desenvolvidos nesta tese
superam limitações das simulações EMT, oferecendo flexibilidade para aumentar a
acurácia ou reduzir significativamente o custo computacional, viabilizando análises
mais confiáveis de sistemas elétricos em larga escala. | pt_BR |
| dc.publisher.department | Escola Politécnica | pt_BR |
| dc.type.degree | Doutorado | pt_BR |
| Aparece nas coleções: | Tese (PPGEE)
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