PRPPG32003013001D0 PRPPG - PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO Telefone/Ramal: Não informado
Dissertações/Teses

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2020
Dissertações
1
  • GABRIEL FERREIRA ALVARENGA
  • Definição de grupos de geradores para regiões de segurança

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • ELIANE VALENCA NASCIMENTO DE LORENCI
  • MAURICIO CAMPOS PASSARO
  • WALMIR FREITAS FILHO
  • Data: 11/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esta dissertação propõe um novo método para a avaliação das áreas de coerência do sistema de energia aplicadas à região de segurança estática (RSE). Essas regiões são obtidas por meio de soluções sucessivas de fluxo de potência. Seu principal objetivo é verificar as condições de segurança em estado estacionário em diferentes configurações de despacho de geração para uma determinada demanda constante. Primeiro, o processo de construção das regiões de segurança estática, bem como os principais aspectos da construção e considerações relevantes que podem impactar significativamente a análise do desempenho do sistema, são apresentados em detalhes. Como segunda etapa, é proposto um algoritmo de particionamento aplicado a grandes sistemas de transmissão com alta penetração de recursos renováveis variáveis. O particionamento do sistema proposto é empregado para adaptar os grupos de geradores usado para a construção das RSE do sistema, juntamente com as variações nas condições operacionais do sistema. Isso permite que as RSE considerem a influência do impacto da intermitência de energias renováveis e a contra medida pela modificação adaptativa do grupo de geradores em um horizonte de curto prazo. Para validar o método proposto, o sistema IEEE 118-barras é empregado considerando modificações para uma grande penetração de fontes renováveis. Os resultados obtidos validam o método de particionamento de rede proposto e indicam que o método RSE adaptativo proposto leva a melhorias significativas no sistema em comparação com a abordagem tradicional, melhorando significativamente a região operacional de sistemas de energia com grande penetração de recursos renováveis.


  • Mostrar Abstract
  • This dissertation proposes a novel method towards the assessment of bulk power system coherence areas applied to the static security region (SSR). These regions are obtained through successive power flow solutions and its main objective is to verify the steady-state security conditions from different configurations of generation dispatch for a given constant demand. First, the construction process of the Static Security Regions, as well as the key aspects of the construction and relevant considerations that may significantly impact the analysis of the system performance, is presented in detail. As a second step, a partitioning algorithm applied to large transmission systems with high penetration of variable renewable resources is proposed. The proposed system partitioning is employed to adapt the generators group used for the system SSRs construction along with variations in the system operative conditions. This allows SSRs to consider the influence of renewables intermittency impact and countermeasure it by the adaptive modification of the generators group in a short-term horizon. To validate the proposed method the IEEE 118-bus system is employed considering modifications toward large penetration of renewables. The obtained results validate the proposed network partitioning method and indicate that the proposed adaptive SSR method leads to significant improvements in the system SSR in comparison with the traditional approach, significantly improving the operational region of bulk power systems with large penetration of renewable resources.

2
  • BRUNA FERNANDA PINHEIRO
  • Análise e Proteção de Uma Máquina Síncrona em Paralelo com uma Máquina de Indução em um Sistema Isolado Modelado no RTDS

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AURELIO LUIZ MAGALHAES COELHO
  • CARLOS ALBERTO VILLEGAS GUERRERO
  • FRANCISCO RICARDO ABRANTES COUY BARACHO
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • Data: 31/03/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho de dissertação avalia o comportamento e a proteção de um gerador síncrono em
    paralelo com um gerador de indução auto-excitado alimentando diversos tipos de cargas, em um
    sistema isolado, tudo modelado no Simulador Digital em Tempo Real (RTDS- Real-Time Digital
    Simulator). Uma área de estudo recente que ainda tem poucos trabalhos em desenvolvimento,
    principalmente utilizando máquinas de grande porte, como nesse trabalho de dissertação.
    Para isso, cinco cenários de operação foram modelados a partir do sistema principal e distúrbios
    aplicados. Variação dos níveis de excitação da máquina síncrona e diversos tipos de curto-circuitos
    no sistema foram simulados para análise da reação das máquinas e das funções de proteção contra
    perda de excitação (ANSI 40) e diferencial (ANSI 87G) do gerador síncrono.
    A sequência correta de acionamento das máquinas é analisada nesse trabalho e as funções de
    proteção são testadas utilizando um relé comercial de proteção de geradores conectado em
    hardware-in-the-loop ao RTDS. A dissertação apresenta a necessidade de acionamento da máquina
    de indução como motor, bem como as características operativas do sistema contendo um gerador
    síncrono em paralelo com um gerador de indução e a relação mestre e escravo entre eles.
    A função de proteção contra perda de excitação (ANSI 40) é testada, aplicando-se a redução de
    50% e 100% da excitação da máquina síncrona. Foi possível avaliar a não-atuação da proteção
    ANSI 40 devido à falta de potência reativa no sistema com apenas um GS em paralelo com o GI, e
    a atuação da proteção no sistema com dois geradores síncronos em paralelo com a máquina de
    indução.

    Além disso, a função diferencial ANSI 87G é testada através a aplicação de curto-circuito fase-
    terra, fase-fase e trifásico, em dois pontos do sistema, de forma a avaliar o comportamento da

    proteção sob a condição de falta e analisar o comportamento do sistema. No cenário em que o
    circuito possui apenas uma máquina síncrona, verifica-se que o sistema perde a estabilidade ao
    isolar a falta. E no caso do sistema que possui dois geradores síncronos, a máquina síncrona que
    não foi isolada assume as cargas com o gerador de indução.


  • Mostrar Abstract
  • This dissertation work evaluates the behavior and the protection of a synchronous generator in
    parallel with a self-excited induction generator feeding several types of loads, on an isolated system,
    all modeled on the Real Time Digital Simulator (RTDS). A field of recent studies that still has few
    works in development, especially using large machines, as in this dissertation work.
    To accomplish that, five operation scenarios were modeled from the main system and several
    disturbances were applied. The variation of synchronous machine excitation level and several short
    circuit faults in the system were simulated to analyze the machines response and the loss-of-field
    (ANSI 40) protection function and differential (ANSI 87G) protection function.
    The correct machinery initialization sequence was analyzed on this work, and the protection

    functions were tested by using a commercial generator protection relay connected by hardware-in-
    the-loop to the RTDS. The dissertation presents the necessity of initialize the induction machine as

    a motor, as well as the operational characteristics of the system including a synchronous generator
    in parallel with an induction generator and the master and slave relationship between them.
    The loss-of-field protection (ANSI 40) is tested by applying the reduction of 50% and 100% of the
    synchronous generator excitation. It was possible to analyze the non-acting of the protection ANSI
    40 due to the lack of reactive power in the system with only one SG in parallel with the IG, and the
    operation of the protection in the system with two synchronous generators in parallel with the
    induction machine.
    Furthermore, the differential protection function ANSI 87G was tested by applying line-ground,
    line-line and three-phase short circuits in several points of the system, in order to evaluate the
    protection behavior under the fault condition and to analyze the system behavior. After the
    application of the fault on the SG terminals, it is possible to verify the motorization of the IG after
    the protection function operates and removes the fault from the system.

Teses
1
  • ANDREIA APARECIDA DE CASTRO ALVES
  • Arranjo de Antenas Reconfigurável para 5G utilizando Metamateriais

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARISMAR CERQUEIRA SODRÉ JUNIOR
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • ILDEFONSO BIANCHI
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • LEONARDO LORENZO BRAVO ROGER
  • Data: 14/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • Os dispositivos portáteis de quinta geração (5G) suportarão diversos serviços usando dife-
    rentes faixas de frequência, incluindo a segunda faixa de frequência (FR2), de 24,25 GHz

    a 52,60 GHz. O FR2 fornecerá altas taxas de dados, ≈2,15 Gbit/s para downlink e

    ≈2,37 Mbit/s para uplink, no entanto, a característica dispersiva dos canais, a comple-
    xidade na fabricação dos dispositivos e a alta perda na propagação no espaço livre, são

    alguns dos fatores limitantes dessa faixa de frequência. O desempenho da rede dependerá
    do uso de antenas de alto desempenho, dispositivos reconfiguráveis, custos reduzidos, entre

    outros aspectos. Esta tese apresenta um arranjo de antenas operando em ondas milimétri-
    cas, leve, de baixo custo (protótipo inicial no valor de ≈250 reais) e com reconfiguração de

    feixe em azimute e elevação. A principal inovação é a rede de alimentação eletricamente
    reconfigurável baseada em metamateriais com baixa perda de inserção, operação linear e

    número reduzido de estágios. Essa rede modifica a direção do feixe por meio da reconfigu-
    ração de fase sem interferir no desempenho do arranjo de antenas. Adicionalmente, uma

    técnica de elementos parasitas foi aplicada para melhorar a largura de faixa e o ganho do
    arranjo. O projeto baseia-se em cálculos analíticos e simulações numéricas conduzidas pelo
    software ANSYS HFSS. O desempenho do arranjo em termos de acoplamento mútuo foi
    investigado para avaliar a aplicabilidade da abordagem em sistemas de múltiplas antenas.
    A abordagem tem um tamanho total de 6×6 cm, compacto o suficiente para operar dentro
    de um aparelho de telefonia móvel. Todos os pré-requisitos estabelecidos de projeto foram
    alcançados, resultando em um arranjo de antenas com um ganho de 12,5 dBi, largura de
    faixa de 2,8 GHz, reconfigurabilidade do feixe de ≈20∘

    , tamanho total de 6x6 cm, lobos

    secundários abaixo de -10 dB e acoplamento mútuo de -50 dB.


  • Mostrar Abstract
  • The handheld devices for the fifth-generation (5G) of mobile communications will support
    diverse services using different frequency bands, including the Second Frequency Range

    (FR2), from 24.25 GHz to 52.60 GHz. This millimeter-wave (mm-waves) bandwidth pro-
    vides high data rates, i.e. ≈2.15 Gbit/s for downlink and ≈2.37 Mbit/s up-link, however,

    the characteristics of the channels, devices manufacturing, and the high free space losses
    are some of the limiting factors of this frequency range. The network effectiveness will
    then depend directly on the use of high-performance antennas, reconfigurable devices,
    reduced costs, among other aspects. Taking advantage of the needs of 5G systems, this
    thesis presents a low-cost (initial prototype worth ≈250 reais), lightweight antenna array
    with reconfigurable two-dimensional beam steering (azimuth and elevation) to operate in

    millimeter waves. The main innovation is the antenna feed network based on metamate-
    rials with low insertion loss, linearity operation, and reduced stage number. This network

    performs the beam steering through phase reconfiguration without interfering with the
    antenna array performance. Additionally, a parasitic patches technique was applied in
    order to improve gain and bandwidth. The project methodology is based on analytical
    calculations and numerical simulations were carried out using the software Ansys HFSS.
    The array performance has been analyzed in terms of the mutual coupling to evaluate its
    possible application in a multi-antennas system. The approach has a total size of 6×6 cm,
    compact enough to operate inside a mobile phone. All pre-set design requirements were

    achieved, resulting in an antenna array gain of 12.5 dBi, 2.8 GHz bandwidth, reconfig-
    urability of 20∘

    , sidelobe level below 10 dB and mutual coupling lower than -50 dB.

2
  • POLIANE AIRES TEIXEIRA
  • Divisor de polarização com geometrias arbitrárias através da transformada óptica quase-conforme

  • Orientador : MATEUS AUGUSTO FAUSTINO CHAIB JUNQUEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • EDUARDO HENRIQUE SILVA BITTENCOURT
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • LUCIA AKEMI MIYAZATO SAITO
  • MATEUS AUGUSTO FAUSTINO CHAIB JUNQUEIRA
  • SUELENE SILVA MAMMANA
  • Data: 04/03/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho apresenta um estudo sobre divisores de feixe de polarização com a apli-
    cação da técnica de transformada óptica quase-conforme bidimensional. A utilização da

    transformada óptica permite a obtenção de geometrias de guias de ondas arbitrárias exem-
    plificadas por dois modelos compactos de divisores, um representado por guias de ondas

    simétricos e o outro por guias assimétricos com dimensões de 64 μm2

    e 110 μm2

    , respec-
    tivamente. Resultados de simulações demonstraram que os dispositivos exibem perda de

    inserção máxima de 0,22 dB e taxa de extinção acima de 40 dB na banda C. O desempe-
    nho dos divisores foi avaliado tanto no modo fundamental quanto nos de terceira ordem

    e quinta ordem, a fim de ampliar as possibilidades de aplicação do dispositivo. O com-
    portamento do divisor também foi analisado em função de uma geometria tridimensional

    onde verifica-se que os valores de taxa de extinção e perda de inserção se aproximam
    dos encontrados para os casos bidimensionais. Normalmente, o emprego da transformada
    óptica na concepção de meios com funcionalidades desejadas resulta em materiais com

    características complexas, geralmente incluindo tensores de permissividade e permeabili-
    dade não-homogêneos e anisotrópicos. Desta forma, propõem-se, ainda como contribuição

    dessa tese a aplicação do mapeamento quase-conforme na transformada óptica para mini-
    mizar a anisotropia do meio. O uso da transformada óptica quase-conforme nas estruturas

    desenvolvidas possibilita a eliminação da resposta magnética e o tensor de permissividade
    torna-se uniaxial possibilitando o emprego de materiais uniaxiais para a fabricação do
    dispositivo. Também pensando em facilitar a implementação do divisor, avaliou-se sua
    criação através da aplicação da transformada óptica quase-conforme em somente uma das
    polarizações, obtendo um dispositivo com dimensões igual a 82 μm2

    . Os valores de índice
    de refração mínimo e máximo das estruturas propostas após a transformação foram de

    1,05 e 3,28, estando dentro dos limites fornecidos pelo niobato de lítio. Além disto, esta es-
    tratégia não altera as condições de contorno com o propósito de evitar reflexões nos limites

    do meio e garantir a funcionalidade do dispositivo conforme definido pela transformação
    de coordenadas inicial.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a study about polarization beam splitters with the two-dimensional

    quasi-conformal transformation optics technique application. The use of the tranforma-
    tion optics allows the obtaining of arbitrary waveguide geometries exemplified by two

    compact models of splitters, one represented by symmetrical waveguides and the other
    by asymmetric guides with dimensions of 64 μm2 and 110 μm2

    , respectively. Simulations
    results demonstrated that the devices exhibit maximum insertion loss of 0.22 dB and
    extinction rate above 40 dB in C band. The splitters performance was evaluated in the
    fundamental, third and fifth order modes in order to increase the possibilities of the device
    application. The splitter behavior was also analyzed in function of a three-dimensional
    geometry where the extinction rate and insertion loss values are close to found for the
    two-dimensional cases. Usually, the use of the transformation optics in the design of
    media with desired functionalities results in complex material characteristics, generally
    including inhomogeneous and anisotropic permittivity and permeability tensors. Thus,

    it is proposed, even as a contribution of this thesis the quasi-conformal mapping appli-
    cation in the transformation optics to minimize the medium anisotropy. The use of the

    quasi-conformal transformation optics in the developed structures allows the elimination
    of the magnetic response and the permittivity tensor becomes uniaxial enabling the use
    of uniaxial materials to device manufacture. Also thinking about facilitating the splitter
    implementation, its creation was evaluated through the quasi-conformal transformation
    optics application in only one of the polarizations, obtaining a device with dimensions
    equal to 82 μm2

    . The minimum and maximum refractive index values of the structures
    proposed after transformation were 1.05 and 3.28, being within the limits provided by
    lithium niobate. Furthermore, this strategy does not change the boundary conditions
    with the purpose of avoiding reflections in the boundaries of the medium and ensuring
    the functionality of the device as defined by the initial coordinate transformation.

3
  • LUCAS FREDERICO JARDIM MELONI

  • Filtro ativo série monofásico com filtro LC ressonante para a redução de tensões harmônicas

  • Orientador : ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIANA APARECIDA DOS SANTOS IZIDORO
  • ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • DEMERCIL DE SOUZA OLIVEIRA JUNIOR
  • ENIO ROBERTO RIBEIRO
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • Data: 06/03/2020

  • Mostrar Resumo
  • Filtros ativos serie s ´ ao sistemas capazes de corrigir o formato da tens ˜ ao em cargas sens ˜ ´ıveis, como motores de induc¸ao e transformadores, permitindo sua operac¸ ˜ ao adequada. Nestes siste- ˜ mas, um conversor e conectado entre a fonte de alimentac¸ ´ ao e as cargas, sendo percorrido por ˜ toda a corrente do circuito e sofrendo esforc¸os extras. De forma a propor uma soluc¸ao para ˜ este problema, esta tese apresenta um sistema de filtragem serie monof ´ asico, cujo conversor ´ operara em conjunto com um filtro passivo LC sintonizado. A func¸ ´ ao deste filtro ˜ e proporcio- ´ nar um desvio parcial de corrente, para reduzir as perdas no conversor utilizado. Inicialmente serao obtidos modelos de pequenos sinais para as operac¸ ˜ oes do conversor com modulac¸ ˜ oes ˜ PWM bipolar e unipolar. Com a analise destes modelos ser ´ ao levantados crit ˜ erios de selec¸ ´ ao˜ e condic¸oes desej ˜ aveis para se alcanc¸ar o desvio m ´ aximo de corrente. Em seguida ser ´ ao deta- ˜ lhados os procedimentos de projeto de sistemas de controle para a tensao e corrente de sa ˜ ´ıda. Cada condic¸ao ser ˜ a avaliada atrav ´ es de simulac¸ ´ oes computacionais, que ilustrar ˜ ao diferentes ˜ condic¸oes de operac¸ ˜ ao do sistema de filtragem proposto. Por fim, ser ˜ ao descritas as etapas de ˜ construc¸ao do prot ˜ otipo e os resultados alcanc¸ados experimentalmente.


  • Mostrar Abstract
  • Series active filters are able to correct the harmonic voltage distortion in sensitive loads,
    such induction motors and transformers, allowing their proper operation. These active filters
    employ converters connected between the power source and loads, that receive the entire circuit
    current and being stricken by inner losses. This thesis presents a series active system formed by
    an single-phase converter operating with a tuned passive LC filter. The LC filter will provide a
    partial current bypass, reducing the converter losses. Initially an small signal model is obtained,
    which describes converter operation with bipolar and unipolar PWM modulations. By these

    model analysis, selection criteria and desirable conditions will be raised to achieve the maxi-
    mum current deviation. After that, the design procedure for output voltage and current control

    systems will be detailed. Each criterion will be evaluated through computer simulations, which
    will illustrate different operating conditions of the active filtering system. Finally, the prototype
    building aspects will be show, in addition with experimental results.

4
  • VINICIUS ZIMMERMANN SILVA

  • Emulação Dinâmica e Análises de Geradores Síncrono e de Indução em Operação em Paralelo em um Sistema Elétrico Isolado

  • Orientador : ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • JOSE CARLOS DE OLIVEIRA
  • JOSE CARLOS GRILO RODRIGUES
  • NERY DE OLIVEIRA JUNIOR
  • RICARDO ELIAS CAETANO
  • Data: 24/04/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho tem a finalidade de apresentar novas contribuições para os estudos de apli-
    cações de máquinas elétricas, principalmente sobre análise de geradores de indução e

    síncrono em modo de operação paralelo, incluindo estudos de transientes de geração e
    carga e contingências contra efeitos indesejáveis do aumento da frequência. Assim, em

    resumo, os principais tópicos apresentados neste trabalho são: (a) uma análise dos ger-
    adores de indução e síncrono em modo de operação em paralelo, (b) estudos de transientes

    de carga e geração e, finalmente, (c) estudos de frequência aumentada para esta citada

    topologia de geradores, as causas do aumento da frequência e alternativas para contro-
    lar esses efeitos. Todo este conteúdo principal é suportado por anexos e apêndices que

    contribuem com práticos e originais estudos relacionados a cada subsistema que fazem
    parte dos experimentos principais, tais como: (i) reguladores de corrente e tensão para
    máquinas de corrente contínua, (ii) circuito de disparo, (iii) reguladores de tensão para
    geradores síncronos, (iv) sistema de acionamento em quatro quadrantes para máquinas
    de corrente contínua e (v) placas de controle digital e analógica.


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to present new contributions for electrical machines application studies,
    mainly about analysis of induction and synchronous generators in parallel operation mode,
    including studies of generation and load transients and contingencies against undesirable
    effects of frequency increasing. Then, in summary, the main topics presented in this work
    are: an analysis of induction and synchronous generators in parallel operation mode,
    studies of load and generation transients and, finally, studies of increasing frequency for
    this cited generator topology, the causes of increasing frequency and alternatives to control
    these effects. All of this main subject are supported by appendixes that contributes with
    practical and original studies related to each subsystem that is part of main experiments
    such as: (i) voltage and current regulators for DC machines, (ii) firing circuit, (iii) voltage
    regulators to synchronous generators, (iv) four-quadrant Driven System for DC Machine
    and (v) analogical and digital control boards.

2019
Dissertações
1
  • MATEUS DIAS BRAGA
  • Capacidade de Hospedagem de Sistemas de Distribuição com Inserção de Geração Distribuída Utilizando o OpenDSS

  • Orientador : PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO ISAIAS LIMA FULY
  • ELIANE VALENCA NASCIMENTO DE LORENCI
  • JOSE LUIZ REZENDE PEREIRA
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • Data: 25/04/2019

  • Mostrar Resumo
  • O uso de sistemas distribuídos - principalmente de painéis solares fotovoltaicos - tem
    aumentado nos últimos anos. Promover o desenvolvimento de energias renováveis tornou-se
    um objetivo comum do Mundo e também do Brasil. A busca por fontes alternativas aliada à
    geração de energia limpa fez com que a energia solar fotovoltaica crescesse
    consideravelmente. Além disso, acordos como o Protocolo de Kyoto e Paris também
    influenciaram este crescimento. Um outro fator que vale a pena destacar é o barateamento do
    preço desta energia, uma vez que em décadas passadas era inviável, apresentando preços
    muito elevados. O crescimento deste tipo de energia por um lado é interessante, pois
    diversifica a matriz energética, diminui a dependência das grandes usinas hidrelétricas e/ou
    térmicas. Contudo, também gera incertezas e preocupações de natureza técnica, econômica e
    social. Dentro deste contexto, esta dissertação busca apresentar os impactos da geração
    distribuída no sistema elétrico de potência. Do ponto de vista técnico, são abordados os
    principais problemas relatados na literatura devido à alta inserção de sistemas distribuídos
    fotovoltaicos, tais como: sobretensão, harmônicos, desequilíbrio de tensão, capacidade
    térmica das linhas e dos transformadores, dentre outros. Desta forma, esta dissertação tem
    como objetivo analisar a capacidade de hospedagem de um sistema de distribuição frente à
    sobretensão e harmônicos. É utilizado o software OpenDSS juntamente com o MATLab para
    avaliar o sistema frente à elevada inserção de geração distribuída. São apresentados,
    comparados e discutidos alguns resultados e os fatores que influenciam diretamente nos
    valores da capacidade de hospedagem deste sistema teste (13 barras) frente a sobretensões e
    distorções harmônicas.


  • Mostrar Abstract
  • The use of distributed generation - mainly of photovoltaic solar panels - have been
    increasing in the last years. Promoting the development of renewable energy has become a
    common goal of the World and Brazil as well. The seek for alternative energy sources allied
    with the generation of clean energy has increased considerably the use of photovoltaic solar
    energy. In addition, agreements such as the Kyoto Protocol and Paris have also influenced it.
    Another factor that is interesting to mention is the price reduction in this type of energy, since
    in previous decades it was unfeasible, presenting very high prices. Moreover, the growth of
    this type of energy is quite beneficial to the society because it diversifies the energy matrix,
    decreasing the dependence on large hydroelectric and/or thermal plants. On the other hand, it
    also generates technical, economic and social uncertainties and concerns. Within this context,
    this work seeks to present the impacts of the distributed generation on the electric power
    systems. From the technical point of view, the main problems reported in the literature due to
    high insertion of distributed photovoltaic systems are: overvoltage, harmonic distortions,
    voltage imbalances, thermal capacity of lines and transformers, among others. In this way,
    this paper work aims to analyze the hosting capacity of a distribution system against
    overvoltage and harmonics. OpenDSS software is used with MATLab in order to evaluate the
    system against high insertion of distributed generation. Some factors that directly influence
    the hosting capacity values of this test system (13 buses) against overvoltages and harmonic
    distortions are presented, compared and discussed.

2
  • IBERÊ CARNEIRO DE OLIVEIRA
  • Análise Econômica da Inserção de Painéis Fotovoltaicos no Campus da UNIFEI - Itajubá com Simulação de Monte Carlo

  • Orientador : BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • JOSE LUIZ REZENDE PEREIRA
  • MOISES DINIZ VASSALLO
  • VICTOR EDUARDO DE MELLO VALERIO
  • Data: 10/06/2019

  • Mostrar Resumo
  • Essa dissertação apresenta uma metodologia para se estimar o retorno econômico e o seu risco associado ao investimento em sistemas de geração fotovoltaica (PV), através de simulação de Monte Carlo. Para isso, foram utilizados dados reais de geração e consumo de energia elétrica da UNIFEI, campus Itajubá, com o uso de um sistema supervisório e dimensionado um sistema de geração PV capaz de suprir a energia elétrica consumida pela UNIFEI junto à concessionária. Com base nesse dimensionamento foram modeladas duas arquiteturas para a implantação desse sistema PV: um sistema centralizado construído ao solo, e um sistema descentralizado espalhado pelos telhados dos prédios do campus da UNIFEI em Itajubá. Foram estabelecidas as principais variáveis estocásticas que influenciam no retorno econômico do sistema PV, tais como custo de capital, geração de energia elétrica, CAPEX, OPEX, valor residual, variação da tarifa de energia e a confiabilidade do sistema. Com esses dados foi realizada a simulação de Monte Carlo para os dois sistemas e calculadas as médias e desvio padrão de Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Índice de Rentabilidade (IR) dos sistemas bem seus desvios padrão.


  • Mostrar Abstract
  • This dissertation presents a methodology to estimate the economic return and its associated risk of investment in photovoltaic generation (PV) systems through Monte Carlo simulation. In order to do so, it was used real electricity generation and consumption data from UNIFEI, Itajubá campus, with the use of a supervisory system, and designed a PV generation system able to supply the consumed electrical energy by UNIFEI from the power utility. Based on this design, two architectures were modeled for the implantation of this PV system: a centralized system built to the ground, and a decentralized system spread over the roofs of the UNIFEI buildings in Itajubá. It was established the main stochastic variables that influence the economic return of the PV system, such as cost of capital, electric power generation, CAPEX, OPEX, residual value, energy tariff variation and system reliability. With these data the Monte Carlo simulation was performed for both systems and calculated the values Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Profitability Index (RI) of the systems as well as their standard deviations.

3
  • KELI CRISTINE SILVA ANTUNES
  • Análise do Desempenho das Proteções Diferenciais de Fase e Baseada em Sequência Negativa para Transformadores de Potência

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AURELIO LUIZ MAGALHAES COELHO
  • FREDERICO OLIVEIRA PASSOS
  • LUIS HENRIQUE LOPES LIMA
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • Data: 01/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho de dissertação propõe analisar o desempenho da proteção diferencial de
    sequência negativa em comparação com a proteção diferencial de fase. O trabalho é estruturado
    de forma a apresentar uma introdução e levantamento bibliográfico sobre o tema.
    Os fundamentos teóricos sobre os tópicos necessários para desenvolvimento e compreensão
    do trabalho são apresentados, sendo eles: transformadores de potência e as falhas as quais
    está sujeito, em especial, faltas entre espiras; componentes simétricos; proteção diferencial
    de fase e proteção diferencial de sequência negativa.
    Para as análises acerca do desempenho da proteção diferencial de sequência negativa,
    propõe-se a realização de testes em hardware-in-the-loop utilizando-se o Simulador Digital
    em Tempo Real (RTDS - Real-Time Digital Simulator) e um relé comercial para proteção
    de transformadores. Também são propostos testes com um relé de proteção diferencial
    virtual modelado no RTDS. Dois sistemas elétricos são modelados para aplicação das
    condições de falta. O primeiro sistema possui transformador com relação de tensão unitária
    e não há o deslocamento de fase entre os sinais do primário e secundário. Por sua vez, o
    segundo sistema envolve defasamento angular e diferentes níveis de tensão.
    As respostas para os testes, sob condições de falta, das proteções diferenciais de fase e de
    sequência negativa do relé comercial e do relé virtual são apresentadas. As faltas aplicadas
    consistem em curtos-circuitos entre espiras e faltas externas desbalanceadas. Além disso,
    foram aplicados diferentes níveis de carregamento nos transformadores a fim de verificar
    qual a influência desta condição na sensibilidade das proteções diferenciais. Por fim, é
    analisado o desempenho da proteção diferencial de sequência negativa sob as diferentes
    condições e apresentadas as conclusões.


  • Mostrar Abstract
  • This work addresses a comparison between negative sequence differential protection and
    phase differential protection. Firstly, this work presents an overview about the main topics
    regarding transformer protection which are: turn-to-turn faults, symmetrical components,
    phase differential protection and negative-sequence differential protection. Those topics
    are necessary for the development and understanding of this work.
    In order to analyze the performance of the negative-sequence differential protection, some
    hardware-in-the-loop tests were performed using the Real Time Digital Simulator (RTDS)
    and a transformer protection relay. The same tests were performed using a virtual differential
    protection relay modeled on the RTDS also. Two electrical systems were modeled for
    the application of fault conditions. The first system has a transformer with a 1:1 voltage
    ratio and no phase shift between the primary and secondary signals. The second system,
    on its turn, has a step-down transformer with phase lag.
    Moreover, this work presents the results for the phase protection and negative-sequence
    protection tests of both commercial relay and virtual relay. The applied faults consist of
    turn-to-turn faults and unbalanced external faults. In addition, different loading levels
    were applied to the transformers in order to verify their influence on the sensitivity of
    the differential protections. Finally, the performance of the negative-sequence differential
    protection under the different conditions is analyzed and the conclusions are presented.

4
  • JOÃO FILIPE RENÓ PEIXOTO DE AZEVEDO SILVA
  • Controlador TFL/LTR Aplicado ao Controle de Sistemas em Rede Suscetveis a Perdas de Comunicacao

  • Orientador : JEREMIAS BARBOSA MACHADO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO HENRIQUE DUARTE GUARACY
  • JEREMIAS BARBOSA MACHADO
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • REJANE BARBOSA SANTOS
  • Data: 03/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Esta dissertac~ao apresenta um controlador tolerante a falhas para um sistema contendo
    canais de comunicac~ao suscetveis a perda de dados. O sistema e representado por uma
    planta de tanque quadruplo em que a transmiss~ao de dados entre controlador e planta e
    feita atraves de enlaces de rede. Prop~oe-se o uso da classe de controladores Target Feedback
    Loop/Loop Transfer Recovery, capaz de lidar passivamente com a perda intermitente do sinal
    dos atuadores ou sensores. Sob o cenario supracitado, descreve-se a estrutura do controlador
    e os calculos necessarios para sua construc~ao, bem como as estrategias de modelagem
    matematica das falhas de transporte de dados. Ao empregar o compensador projetado, os
    resultados obtidos nas simulac~oes mostram que a resposta do sistema se mantem estavel e
    com rastreamento adequado da refer^encia, mesmo frente a perda de um atuador ou sensor.


  • Mostrar Abstract
  • This dissertation presents a fault-tolerant controller applied to a system containing communication
    channels susceptible to data loss. The system is represented by a quadruple-tank
    plant in which the data transmission between the controller and the plant is done through
    network links. The Target Feedback Loop/Loop Transfer Recovery controller class, capable
    of dealing passively with the intermittent loss of the actuator or sensor signal, is employed.
    In this scenario, the controller structure and the calculations necessary for its construction
    are described, as well as the mathematical modeling strategies of the data transport faults.
    By employing the designed compensator, the results obtained in the simulations show that
    the system response remains stable and with proper reference tracking, even in the event of
    an actuator or sensor data loss.

5
  • JANSEN PAULA VILLIBOR
  • Avaliação Técnico-Econômica da Utilização do Cobre na Reforma dos Enrolamentos de Transformadores de
    Distribuição Originalmente Dimensionados para Alumínio

  • Orientador : ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALESSANDRA FREITAS PICANÇO
  • CREDSON DE SALLES
  • EDUARDO CRESTANA GUARDIA
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • Data: 09/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Este estudo analisa, técnica e economicamente, os benefícios da utilização do cobre nos
    novos enrolamentos de transformadores de distribuição reformados, projetados originalmente
    para alumínio. Três transformadores de distribuição retirados de campo, foram reformados com
    diferentes materiais (cobre e alumínio), nos níveis de eficiência normalizados (C e E) e depois
    submetidos aos ensaios de rotina e elevação de temperatura. Os ensaios foram realizados no
    LAT-EFEI - Laboratório de Alta Tensão – UNIFEI, de acordo com os procedimentos
    normalizados e do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) em transformadores de
    distribuição imersos em líquido isolante. A avaliação técnica compara as perdas dos
    transformadores retirados de campo após sua fabricação com as perdas medidas após o processo
    de reforma, além de comparar os resultados obtidos no ensaio de elevação de temperatura entre
    as amostras reformadas. Também foi realizada uma comparação entre o cobre e o alumínio,
    destacando as principais propriedades, um breve histórico da utilização em transformadores de
    distribuição, as implicações da utilização de cada metal em transformadores. A análise
    econômica se baseia na capitalização das perdas em vazio e em carga ao longo do período de
    análise e compara o investimento em transformadores de distribuição eficientes, reformados
    com cobre no nível de eficiência C, em relação ao investimento em transformadores padrão,
    produzidos com alumínio (reformados e novos) no nível de eficiência E, fornecendo o valor
    presente líquido e o tempo de retorno do investimento em diferentes situações.


  • Mostrar Abstract
  • This study aims to analyze, technically and economically, the benefits of the copper
    utilization on new windings of repaired distribution transformers, originally designed for
    aluminum. Three commercial single-phase distribution removed from the distribution network,
    after failing, were repaired with different materials (copper and aluminum), ranked at the
    standard energy efficiency levels (E and C) and then submitted to routine tests and temperature
    rise test. All the tests were performed at LAT-EFEI - High Voltage Laboratory in accordance
    to Brazilian standards and the Brazilian Labeling Program (PBE) for oil-immersed distribution
    transformers. The technical evaluation compares the losses of the transformers removed from
    the network, after being manufactured, with the measured losses after the repair process and
    the temperature rise test results between the repaired transformers. Also, was made a
    comparative analysis between the copper and aluminum, highlighting their main properties,
    with short utilization historical in distribution transformers and the implication of which metal
    utilization in distribution transformers. The economic analysis is based on load losses and noload
    losses capitalization along the analysis period and compares the investment in more
    efficient transformers, repaired with copper in energy efficiency level C, versus standard
    transformers made with aluminum (repaired and new) in energy efficiency level E, providing
    the net present value and the investment payback time, in different situations.

6
  • GIORDANA MARIA RODRIGUES
  • Antena de microfita para emprego em sistemas de micro-ondas operando em 5GHz

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • RENAN ALVES DOS SANTOS
  • TALES CLEBER PIMENTA
  • Data: 10/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho apresenta o projeto e análise de elementos irradiantes, operando na frequência
    de 5 GHz, utilizando antenas de microfita, para aplicação em aeronaves de asas rotativas. A
    antena de microfita projetada é uma estrutura compacta, de pequena espessura e com outras
    dimensões reduzidas que a torna particularmente atrativa para ser instalada na empenagem
    vertical de aeronaves. Em especial, seu emprego não terá influência sobre aspectos
    aerodinâmicos, o que representa uma característica vantajosa em relação aos outros modelos
    de antenas. A antena de microfita tem diversas aplicações, além das usuais para sistemas de
    comunicações, por exemplo, em equipamentos para evitar a colisão entre aeronaves. Além
    do desenvolvimento teórico para o modelo escolhido, serão empregados programas de
    simulação, como o HFSS® da empresa ANSYS® e o programa Matlab® para outros
    cálculos de projeto. Foi desenvolvido um protótipo a fim de realizar a caracterização da
    antena estudada, a partir da análise de seu comportamento operando na frequência de
    ressonância, para determinação do campo distante e consequente avaliação dos parâmetros
    de ganho e perda por retorno. A antena projetada com dimensões 2,4 x 1,84 x 0,158 cm
    apresentou ganho de 7,06dBi e perda por retorno de -32,12dB, operando em 5,46GHz, o que
    a torna extremamente útil para ser utilizada em aeronaves de asas rotativas.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents the design procedure and the analysis of the radiator elements, for the
    operational frequency of 5 GHz, using microstrip antennas to be applied in the helicopters.
    The designed microstrip antenna is a compact structure, with small thickness and reduced
    dimensions, being particularly attractive to be assembled in the aircraft vertical tail in special,
    its use will not have influence in the aerodynamics aspects, which represents a serviceable
    characteristic when compared to others models of antennas. The microstrip antenna has a
    several applications in addition to the usual for communications systems, for example in
    equipment to avoid collision between aircraft. In addition to the theoretical development for
    the chosen model, simulation programs such as HFSS® from ANSYS® and Matlab® will
    be used for other design calculations. A prototype was developed in order to perform the
    characterization of the studied antenna, from the analysis of its behavior operating in the
    resonance frequency, to determine the far field and consequent evaluation of the parameters
    of gain and return loss. The designed antenna with dimensions 2,4 x 1,84 x 0,158 cm
    presented gain of 7,06dBi and return loss of -32,12 dB, working in 5,46GHz, which makes it
    extremely useful for use in rotary wing aircraft.

7
  • LUIZ ARTHUR SILVA MOURA
  • Análise Comparativa de Técnicas para Controle de um Manipulador Robótico Utilizando o Sensor Kinect

  • Orientador : GUILHERME SOUSA BASTOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUILHERME SOUSA BASTOS
  • LEONARDO OLIVI
  • LUIZ EDIVAL DE SOUZA
  • Data: 12/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho busca controlar um manipulador robótico utilizando o sensor Kinect utilizando
    diferentes métodos aplicados, como cinemática direta e inversa, controle por lógica
    fuzzy e equações dinâmicas com um controlador do tipo proporcional-derivativo. Além
    disso, este trabalho se propõe em realizar uma análise comparativa dos métodos supracitados.
    O sensor Kinect foi utilizado para coletar dados de posição e rotação do braço
    humano. Enquanto o ROS envia essas informações para o simulador V-REP, que possui os
    modelos dos manipuladores utilizados na simulação. Os resultados deste trabalho validam
    os métodos aplicados e sugerem uma melhor performance nos métodos que utilizam os
    dados de posição da mão.


  • Mostrar Abstract
  • This paper aims to control a robot arm using Microsoft Kinect with different methods
    applied, such as forward and inverse kinematics, fuzzy logic control, and dynamics model
    with a proportional-derivative controller. Moreover, this paper proposes to perform a
    comparative analysis of these methods. The Kinect sensor will be used to collect position
    and rotation data of the human arm. ROS sends the information received from the human
    arms to V-rep simulator, which robot models are created based on the ED-7220C robot
    arm. The results validate the methods applied and suggests high performance on methods
    that uses hand position data.

8
  • Francinei Lucas Vieira
  • Impacts of Linear and Nonlinear Load Modelling on Power Harmonic Metrics in Smart Grid Context Using OpenDSS

  • Orientador : PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • Data: 26/08/2019

  • Mostrar Resumo
  • Os sistemas de potência estão passando por grandes mudanças à medida que a geração distribuída, os dispositivos eletrônicos de potência e as aplicações que tornam as redes elétricas mais inteligentes são inseridos nos sistemas. Embora as mudanças sejam benéficas para satisfazer as necessidades de cargas locais, problemas podem surgir nos parâmetros de desempenho elétrico devido ao impacto das alterações na rede. E para realizar estudos e verificar o impacto de novos elementos nos sistemas de distribuição, as ferramentas de simulação são recursos importantes para o planejamento de pesquisadores e engenheiros. Esta dissertação é um estudo de modelagem harmônica que abrange, por exemplo, os efeitos de cargas lineares agregadas em estudos harmônicos, a modelagem e composição de dispositivos lineares e não-lineares e o uso de sistemas equivalentes de potência para simulação. As simulações são realizadas usando diferentes modelos de carga para verificar o impacto e a sensibilidade da impedância do sistema e das tensões harmônicas resultantes. Fontes harmônicas representando cargas não-lineares típicas são conectadas ao sistema para analisar a distorção de tensão e a impedância do sistema em diferentes barramentos das redes simuladas. Os sistemas foram modelados e simulados no software OpenDSS. Os resultados mostraram que tanto o modelo quanto a composição de cargas possuem um impacto significativo na impedância do sistema e no amortecimento de ressonâncias paralelas. Porém, uma avaliação abrangente de cargas e geradores distribuídos através de medições é necessária para melhor entender seus comportamentos nas métricas de desempenho elétrico.


  • Mostrar Abstract
  • Os sistemas de potência estão passando por grandes mudanças à medida que a geração distribuída, os dispositivos eletrônicos de potência e as aplicações que tornam as redes elétricas mais inteligentes são inseridos nos sistemas. Embora as mudanças sejam benéficas para satisfazer as necessidades de cargas locais, problemas podem surgir nos parâmetros de desempenho elétrico devido ao impacto das alterações na rede. E para realizar estudos e verificar o impacto de novos elementos nos sistemas de distribuição, as ferramentas de simulação são recursos importantes para o planejamento de pesquisadores e engenheiros. Esta dissertação é um estudo de modelagem harmônica que abrange, por exemplo, os efeitos de cargas lineares agregadas em estudos harmônicos, a modelagem e composição de dispositivos lineares e não-lineares e o uso de sistemas equivalentes de potência para simulação. As simulações são realizadas usando diferentes modelos de carga para verificar o impacto e a sensibilidade da impedância do sistema e das tensões harmônicas resultantes. Fontes harmônicas representando cargas não-lineares típicas são conectadas ao sistema para analisar a distorção de tensão e a impedância do sistema em diferentes barramentos das redes simuladas. Os sistemas foram modelados e simulados no software OpenDSS. Os resultados mostraram que tanto o modelo quanto a composição de cargas possuem um impacto significativo na impedância do sistema e no amortecimento de ressonâncias paralelas. Porém, uma avaliação abrangente de cargas e geradores distribuídos através de medições é necessária para melhor entender seus comportamentos nas métricas de desempenho elétrico.

9
  • RICARDO OLIVEIRA GOMES
  • STUDY CASE OF IMPACTS IN POWER QUALITY AND ANALYSIS OF TIME VARYING HARMONICS PRODUCED BY PHOTOVOLTAIC INVERTERS UNDER TRANSIENT CONDITIONS

  • Orientador : PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • CARLOS AUGUSTO DUQUE
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • Data: 27/08/2019

  • Mostrar Resumo
  • As renewable energy use increases mainly by photovoltaic generation, a large number of
    inverters are connected to the grid creating harmonic distortion. Each inverter topology
    and control methodology has advantages and disadvantages. A comparative study was
    carried out between the three main internal inverters topologies, analyzing their content
    and harmonic distortion (THD). A second study was carried out on two models of Fronius
    inverters, located at an university building with photovoltaic plant of 27kWp. Measurements
    were taken at the building substation and directly at inverters outputs analyzing standard
    operation, startup, shutdown and energy variation due to solar irradiation. To perform
    these analyzes, time-frequency analysis techniques such as STFT, Wavelet and Wavelet
    Packet were used. The techniques are effective to analyze and identify the harmonic system
    components, as well as increase in magnitude over time. In addition, the techniques were
    also effective on identifying the behavior of other loads and their harmonics propagation
    in the grid.


  • Mostrar Abstract
  • As renewable energy use increases mainly by photovoltaic generation, a large number of
    inverters are connected to the grid creating harmonic distortion. Each inverter topology
    and control methodology has advantages and disadvantages. A comparative study was
    carried out between the three main internal inverters topologies, analyzing their content
    and harmonic distortion (THD). A second study was carried out on two models of Fronius
    inverters, located at an university building with photovoltaic plant of 27kWp. Measurements
    were taken at the building substation and directly at inverters outputs analyzing standard
    operation, startup, shutdown and energy variation due to solar irradiation. To perform
    these analyzes, time-frequency analysis techniques such as STFT, Wavelet and Wavelet
    Packet were used. The techniques are effective to analyze and identify the harmonic system
    components, as well as increase in magnitude over time. In addition, the techniques were
    also effective on identifying the behavior of other loads and their harmonics propagation
    in the grid.

10
  • ALESSANDRO GUIMARÃES FIORESE
  • Microrrede com veículos elétricos: impacto na vida útil das baterias conectadas à rede.

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • JOAO GUILHERME DE CARVALHO COSTA
  • JULIO CESAR STACCHINI DE SOUZA
  • MAURICIO CAMPOS PASSARO
  • Data: 26/09/2019

  • Mostrar Resumo
  • Nos últimos 40 anos, o mundo vem mudando sua consciência ambiental. Na última década,
    isto se manifestou pela busca de fontes energéticas alternativas menos agressivas ao meio
    ambiente, adotando aquelas menos dependentes do carbono. Alguns exemplos são os carros
    elétricos substituindo os movidos a combustíveis fósseis e utilização do sol e o vento para
    a geração de energia elétrica em detrimento a usinas térmicas.
    A geração eólica e solar têm a possibilidade de serem implementadas em pequena escala e
    a geração de energia elétrica de forma distribuída possibilita a demarcação de microrredes
    (microgrids) que possuem a capacidade gerar boa parte da energia necessitada.
    O contínuo desenvolvimento em direção a sistemas de distribuição ativa vem provendo
    as condições necessárias para a operação de microrredes na condição ilhada. Deste modo,
    é esperada da região ilhada a manutenção da operação do sistema dentro de limites
    adequados, assumindo localmente várias tarefas de controle que eram antes assumidas
    pela rede principal.
    Entre estes controles, a garantia do balanço energético entre geração/demanda é um dos
    aspectos mais críticos que, devido a uma capacidade de geração limitada, pode levar a
    um massivo corte de carga.
    Nesta perspectiva, este trabalho busca avaliar o efeito da inclusão de PEVs (veículos
    elétricos com baterias que podem ser carregados através de tomadas) na melhoria da
    condição da microrrede de poder gerenciar e suprir as suas cargas quando ilhada.
    Para isto, uma metodologia holística é proposta para determinar se a implementação de
    um sofisticado processo de controle do uso dos PEVs como um recurso flexível produz
    benefícios reais para a rede quando ilhada.
    Os coeficientes de ajuste da metodologia semi-empírica proposta por Sarasketa-Zabala
    foram encontrados, possibilitando a avaliação do desgaste gerado nas baterias dos PEVs
    com a participação no fornecimento de sua energia à rede (V2G).
    Para as simulações, foi utilizado o sistema teste IEEE de 34 barras, no qual modificações
    foram implementadas, de tal modo a representar o ambiente de microrrede desejado.
    Os resultados indicam que o uso dos PEVs como um recurso flexível pode facilitar significantemente
    a gestão do balanço geração / demanda, reduzindo substancialmente o corte
    de carga quando a microrrede opera ilhada.
    Entretanto, a melhora da gestão do balanço energético vem à custa de um alto grau de
    deterioração da capacidade de carga das baterias dos PEVs.


  • Mostrar Abstract
  • For the past 40 years, the world has been changing its environmental awareness. In the last
    decade, this has been manifested by the search for alternative energy sources that are less
    environmentally aggressive, adopting those that are less carbon dependent. Examples are
    electric cars replacing fossil-fueled cars and using the sun and wind to generate electricity
    rather than thermal power plants.
    Wind and solar generation have the possibility to be implemented on a small scale and
    distributed power generation enables the demarcation of micro grids that have the capacity
    to generate much of the energy needed.
    The continuous developments toward active distribution systems have been providing the
    necessary conditions for islanded microgrids operation. In this mode, the islanded regions
    are expected to sustain the system operation within adequate limits, locally performing
    several control actions previously assumed by the main grid.
    Among these controls, the guarantee of generation/demand balance is one of the most
    critical aspects, which due to the limited amount of generation capacity can lead to
    massive load shedding. In this perspective, this paper seeks to evaluate the effects of plugin
    electric vehicles (PEVs) to improve energy balance management of islanded microgrids.
    For this, a holistic methodology is proposed to determine whether the implementation of
    sophisticated controls for the use of PEVs as flexible resources render actual benefit for
    the islanded network.
    The adjustment’s coefficients of the semi-empiric methodology proposed by Sarasketa-
    Zabala were found allowing the evaluation of the degradation generated in PEVs batteries
    in supply energy to the grid (V2G).
    Simulations are held in the IEEE 34-bus test system considering modifications to represent
    a microgrid environment.
    The results indicate that the use of PEVs as a flexible resource can significantly facilitate
    the generation / demand balance management by substantially reducing load shedding
    when the micro grid operates.
    However, improved energy balance management comes at the expense of a high degree of
    deterioration of the PEV’s battery charge capacity.

11
  • GABRIEL PAIVA TOMAZ RIBEIRO
  • Um Método Probabilístico para Análise de Custos de Falhas Estruturais em Torres de Linhas de Transmissão

  • Orientador : PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGNELO MAROTTA CASSULA
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • JOAO GUILHERME DE CARVALHO COSTA
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • Data: 29/10/2019

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho apresenta uma nova metodologia probabilística para avaliar os custos de falhas de linhas de transmissão, considerando o evento “queda de torre”. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica estabelece por meio de suas normas os valores aceitáveis de frequência e duração das falhas e as penalizações aplicadas em caso de descumprimento desses padrões. Essas penalizações são realizadas pelo mecanismo da Parcela Variável. O método proposto por esse trabalho é baseado em Simulação Monte Carlo, tendo como base a amostragem de vários meses de operação de uma linha de transmissão, em que um grande número de amostras permite a determinação de índices, valores esperados e distribuições de probabilidade para as variáveis envolvidas com o do custo das quedas de torres. A simulação é feita por um programa elaborado em MATLAB aplicado à linha de transmissão Figueira – Ponta Grossa Norte, localizada no estado do Paraná, com tensão de operação de 230 kV. Todos os desenvolvimentos são descritos e os resultados obtidos são discutidos detalhadamente.


  • Mostrar Abstract
  • This paper presents a new probabilistic methodology for evaluating costs of transmission line failures, considering the event “falling of a tower”. In Brazil, the electrical energy regulatory agency, ANEEL, establishes acceptable values to the system failure frequency and duration, and defines penalties to be applied to the transmission companies when these limits are exceeded. The proposed methodology, based on chronological Monte Carlo simulation, is used to sample several operating months for a transmission line, which allows to determining reliability indices, expected values and probability distributions of the system cost parameters. A computational program using Matlab platform is applied to a 230kV transmission line of Paraná state, Brazil, in order to perform several numerical examples and sensitivity anal-ysis. All the developments are commented, and the obtained results are properly discussed.

12
  • LUIZ AMERICO RICO DE SOUSA
  • PROPOSTA PARA MEDIÇÃO DE DISTORÇÕES HARMÔNICAS E INTER-HARMÔNICAS VARIANTES NO TEMPO EM CARGAS NÃO LINEARES

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS AUGUSTO DUQUE
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • JOSE MARIA DE CARVALHO FILHO
  • LEANDRO RODRIGUES MANSO SILVA
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • Data: 29/10/2019

  • Mostrar Resumo
  • Currently the harmonic distortions analysis in power systems is performed in the frequency domain and considering the signals in steady state. Most of quality indices were developed considering the periodic voltage and current signals and as function of the Fourier Transform application. However, with the growth of distributed generation and the installation of nonlinear loads, electrical systems are becoming increasingly complex and voltage and current signals no longer have the characteristics of periodicity, distributed generation and nonlinear loads introduce harmonics, subharmonics and interharmonics into the power system, other power quality problems as voltage swells and sags, voltage fluctuations are also found in power systems. The IEC 61000-4-7 and IEC 61000-4-30 standards present methods such as the 12-cycle time window Fourier Transform for calculating harmonics and interharmonics, but these methods may not be efficient in signal analysis with amplitude variations and distortions, they may have frequency spectrum suffers and errors in the global indicators. In this context, new analysis methodologies should be considered for a more adequate analysis of the electrical power system signals. These techniques should have characteristics such as providing frequency information and time domain amplitude behavior. Among the techniques approached in this work, we highlight the window time samples acquisition, Fourier transform with overlap samples and parametric ESPRIT method. Methodologies for calculating global indicators for interharmonics and subharmonics are discussed. This dissertation presents the performance analysis and application of the proposed methods in synthetic signals and field measured signals.


  • Mostrar Abstract
  • Currently the harmonic distortions analysis in power systems is performed in the frequency domain and considering the signals in steady state. Most of quality indices were developed considering the periodic voltage and current signals and as function of the Fourier Transform application. However, with the growth of distributed generation and the installation of nonlinear loads, electrical systems are becoming increasingly complex and voltage and current signals no longer have the characteristics of periodicity, distributed generation and nonlinear loads introduce harmonics, subharmonics and interharmonics into the power system, other power quality problems as voltage swells and sags, voltage fluctuations are also found in power systems. The IEC 61000-4-7 and IEC 61000-4-30 standards present methods such as the 12-cycle time window Fourier Transform for calculating harmonics and interharmonics, but these methods may not be efficient in signal analysis with amplitude variations and distortions, they may have frequency spectrum suffers and errors in the global indicators. In this context, new analysis methodologies should be considered for a more adequate analysis of the electrical power system signals. These techniques should have characteristics such as providing frequency information and time domain amplitude behavior. Among the techniques approached in this work, we highlight the window time samples acquisition, Fourier transform with overlap samples and parametric ESPRIT method. Methodologies for calculating global indicators for interharmonics and subharmonics are discussed. This dissertation presents the performance analysis and application of the proposed methods in synthetic signals and field measured signals.

13
  • ISAC ANTONIO DOS SANTOS AREIAS
  • Desenvolvimento de um sensor de corrente específico para análise da assinatura elétrica de motores de indução

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ERIK LEANDRO BONALDI
  • GISCARD FRANCIMEIRE CINTRA VELOSO
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • WILSON CÉSAR SANT`ANA
  • Data: 31/10/2019

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  • Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um novo sensor de corrente, específico para análise da assinatura elétrica de motores de indução. A atenuação da componente fundamental de corrente é efetuada com o objetivo de criar um método mais sensível e eficaz para a aquisição das demais componentes espectrais. O sensor é constituído por um transformador de corrente modificado, cujo diferencial, que é a inclusão de um enrolamento auxiliar, produz um campo magnético que proporciona a atenuação da componente fundamental no sinal de saída do sensor. A metodologia proposta assume que a atenuação da componente fundamental resulta na elevação do espaço ocupado pelas componentes espectrais, sem a fundamental, na faixa dinâmica de operação do sensor e do sistema de aquisição. Além disso, a informação da frequência e da fase da componente fundamental são mantidas no sinal. A metodologia foi testada usando um motor de 0,5 cv, com sinal de corrente aquisitado simultaneamente pelo sensor proposto e por um transformador de corrente. Os espectros dos sinais obtidos, numa resolução de 24 bits, foram comparados, posteriormente, decimados para 8 bits e verificados novamente. Os resultados mostram que no sinal obtido pelo sensor proposto não ocorreu a remoção das componentes próximas a fundamental, como as de banda laterais. O respectivo sinal decimado para 8 bits apresentou o maior erro de 23,6% em relação ao sinal original na componente de 104,7 Hz, enquanto que o maior erro do sinal obtido pelo TC foi de 31,8% em 1276 Hz. Esses resultados representam um bom avanço no sentido de se obter um sistema de aquisição de corrente aplicado a MCSA, sem exigir uma elevada resolução.


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  • This paper presents the development of a new specific current sensor for machine current signature analysis. The fundamental current component attenuation is performed in order to create a more sensitive and effective method for the other spectral components acquisition. The sensor consists of a modified current transformer whose differential, which is the inclusion of an auxiliary winding, produces a magnetic field that provides attenuation of the fundamental component in the sensor output signal. The proposed methodology assumes that the fundamental component attenuation results in the increase of the space occupied by the spectral components, without the fundamental, in the dynamic range of operation of the sensor and the acquisition system. In addition, the frequency and phase information of the fundamental component are kept in the signal. The methodology was tested using an 0,5 cv motor, with current signal acquired simultaneously by the proposed sensor and a current transformer. The signals spectra obtained at a resolution of 24 bits were compared, later they were decimated to 8 bits and compared again. The results show that the signal obtained by the proposed sensor did not remove the near fundamental components, such as the sideband components, and the respective decimated signal to 8 bits presented the largest error of 23.6% in relation to the original signal in the 104.7 Hz component, while the largest signal error obtained by CT was 31.8% at 1276 Hz. These results represent a good advance towards obtaining a current acquisition system applied to MCSA without requiring high resolution.

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  • HUGO SOUZA RIOS
  • ANÁLISE DA VARIAÇÃO DE ATRATIVIDADE EM EMPREENDIMENTOS DE GERAÇÃO FOTOVOLTAICA FRENTE AS MUDANÇAS DE REGULAMENTAÇÃO

  • Orientador : JOSE WANDERLEY MARANGON LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE RASI AOKI
  • EDUARDO CRESTANA GUARDIA
  • JOSE WANDERLEY MARANGON LIMA
  • Data: 01/11/2019

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  • Nos últimos anos, a geração de distribuída vem ganhando espaço nas redes de distribuição devido a diminuição nos custos de sua implantação e operação como também à aplicação de incentivos como a tarifa feed-in, o net-metering e financiamento diferenciado. No Brasil, em particular a Geração Distribuída Fotovoltaica (GDFV) tem ganhado espaço significativo face à regulação do net-metering (Resolução Normativa 482 de 2012), ao valor das tarifas de energia, e ao incentivo às fontes renováveis sob vários instrumentos de financiamento e tributário. A resolução que rege a GD no Brasil tem passado por diversas modificações a fim de se adequar a realidade do setor elétrico. No entanto, a figura do modelo atualmente em uso, tem sofrido contestações por parte principalmente das distribuidoras que se sentem ameaçadas pelo não pagamento do serviço de transporte e “armazenamento” por elas realizado. Discutem-se alterações na regulação que, se aprovadas, podem causar um grande impacto no crescimento da micro e minigeração distribuída: modificação da forma de tarifação – discussão formalmente iniciada a partir da Consulta Pública 02 de 2018 – e modificação na forma de compensação pela energia gerada advinda desses empreendimentos – argumentação oficialmente iniciada a partir da Consulta Pública 10 de 2018. Esse trabalho visou mensurar os impactos financeiros que essas alterações na regulamentação podem causar, tendo como consequência a variação da atratividade desses empreendimentos. Com o objetivo de se ter uma visão dos impactos, foram selecionadas cinco cidades, uma de cada região do Brasil, levando-se em consideração suas características próprias, como por exemplo: radiação solar média diária, histórico do custo de energia da concessionária responsável e impostos incidentes sobre a fatura. Em seguida, foram dimensionadas as GDFVs de diferentes modalidades – rooftop, UFV de geração compartilhada e UFV de consumo remoto – seguindo modelos padrões, a fim de se manter um critério que possibilite a comparação entre as diferentes localidades. Realizou-se uma análise financeira utilizando o método do Valor Presente Líquido (VPL), possibilitando uma análise quantitativa dos resultados apresentados. Os resultados apresentam uma forte sensibilidade as modificações propostas – mesmo a mais branda alternativa de cada modificação – tendendo a aumentar consideravelmente o tempo de retorno dos investimentos em GDFV. Devido ao incentivo fiscal diferenciado, os empreendimentos localizados no estado de Minas Gerais apresentaram os menores tempos de retorno em todos os cenários. No entanto, os investimentos em outros estados tiveram seu tempo de retorno severamente aumentado, chegando a serem considerados inviáveis em alguns casos.


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  • In recent years, small generation has been gaining ground in distribution networks due to the reduction in the costs of its implementation and operation, as well as the application of incentives such as feed-in tariff, net-metering and differentiated financing rates. In Brazil, in particular, Photovoltaic Distributed Generation (PVDG) has gained significant space in view of the regulation of net-metering (Normative Resolution 482 of 2012), the value of energy tariffs, and the encouragement of renewable sources under various financing and tax instruments. The resolution that coordinates GD in Brazil has undergone several modifications in order to adapt to the reality of the electricity sector. However, the model currently in use has been challenged mainly by distributors who feel threatened by the non-payment of their transportation and “storage” service. Regulatory changes are being discussed which, if approved, could have a high impact on the growth of micro and distributed mini-generation: modification of the pricing method - discussion formally initiated from Public Consultation 02 of 2018 - and modification in the form of energy compensation generated from these ventures - argument officially initiated from Public Consultation 10 of 2018. This work aimed to measure the financial impacts that these changes in regulation may cause, resulting in the variation of the attractiveness of these projects. In order to have an overview of the impacts, five cities were selected, one from each region of Brazil, taking into account their own characteristics, such as: average daily solar radiation, energy cost history of the local energy distributor and taxes on the electric bill. Then, the PVDGs of different modalities - rooftop, shared generation PV and remote consumption PV - were projected, following standard models, in order to maintain a criterion that allows the comparison between the different locations. A financial analysis was performed using the Net Present Value (NPV) method, allowing a quantitative analysis of the results presented. The results show a strong sensitivity to the proposed modifications - even the mildest alternative of each modification - tending to greatly increase the payback of PVDG investments. Due to the differentiated tax incentive, the ventures located in the state of Minas Gerais presented the shortest return times in all scenarios. However, investments in other states had their payback times severely increased, and were considered unfeasible in some cases.

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  • CARLOS JOSÉ DOS SANTOS
  • Seleção de codificadores de voz (codecs) através do balanceamento entre QoS e QoE auxiliado por algoritmo baseado em Análise Hierárquica de Processos (AHP)

  • Orientador : LUIZ EDIVAL DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • LUIZ EDIVAL DE SOUZA
  • THIAGO CAPRONI TAVARES
  • Data: 13/11/2019

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  • Em processos de tomada de decisão, muitas variáveis necessitam ser consideradas. Essas variáveis podem ser descobertas através da investigação dos fatos ou amparadas por dados advindos de análises numéricas. Geralmente, as descobertas dos fatos relevantes são propiciadas devido às experiências anteriores do tomador de decisão e possuem estruturas não numéricas, isto é, são expressas por valores linguísticos. Assim, os decisores enfrentam em seu trabalho diário, dificuldades para agrupar estes valores linguísticos àqueles de origem numérica. Normalmente, no trato de redes computacionais, inúmeros dados são gerados a cada segundo. Apesar de haver especialistas capacitados para analisar esses dados, o processo pode ser extenuante devido ao altíssimo volume. O uso de ferramentas que auxiliem na análise e decisão das ações a serem tomadas cada vez mais se torna necessária. Assim, análises heurísticas devem ser somadas a análises minuciosas de modelos matemáticos dos sistemas utilizados para apoio a decisões. O objetivo principal deste trabalho é propor um novo algoritmo para seleção de codificadores de voz (codecs) baseado na metodologia de multicritérios – AHP (Análise Hierárquica de Processos) denominado AHP Codec Selection. O AHP Codec Selection constitui-se então de uma ferramenta utilizada para otimização de QoS em redes convergentes. O principal benefício alcançado com o algoritmo AHP Codec Selection foi selecionar os codecs, dados os estados da rede distintos. Entretanto, o estudo também demonstra a influência destes codecs dentro de redes convergentes de dados. Dado o crescimento desse tipo de rede, métodos de ajustes e melhora da qualidade dos serviços oferecidos tornam-se imprescindíveis. Um exemplo de aplicação do algoritmo proposto foi utilizado para o gerenciamento da rede do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas Gerais - Campus Avançado Três Corações.


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  • In decision-making processes, many variables need to be considered. These variables can be discovered by investigating the facts or supported by numerical analysis data. In general, the findings of the relevant facts are provided because of the previous experiences of the decision-maker and have non-numerical structures, i.e., are expressed by linguistic values. Thus, the decision-makers have in their daily work, difficulties in grouping these linguistic values into those of numerical origin. Typically, in the computational network tract, countless data is generated every second. Although there are specialists trained to analyze these data, the process can be exhausting due to the very high volume. The use of tools that assist in the analysis and decision of actions to be taken more and more is necessary. Thus, heuristic analyses should be added to a thorough analysis of mathematical models of the systems used for decision support. The main objective of this work is to propose a new algorithm for the selection of Voice encoders (codecs) based on the methodology of Multicriteria – AHP (hierarchical process analysis) called AHP Codec Selection. AHP Codec Selection is then a tool used to optimize QoS in convergent networks. The main benefit achieved with the AHP Codec Selection algorithm was to select the different codecs, data network states. However, the study also demonstrates the influence of these codecs on the inside of converged data networks. Given the growth of this type of network, methods of adjustments and improvement of the quality of services offered become indispensable. An example of application of the proposed algorithm was used to manage the network of the Federal Institute of Education, Science and Technology of the south of Minas Gerais-Campus Avançado Três Corações.

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  • CARLOS EDUARDO DE OLIVEIRA MONTEIRO
  • PREVISÃO DE VAZÕES PARA MINI-CENTRAIS HIDRELÉTRICAS

  • Orientador : PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MADSON CORTES DE ALMEIDA
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • Data: 02/12/2019

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  • Esta dissertação tem como objetivo identificar modelos estocásticos ARIMA (Modelo Auto-regressivo Integrado de Médias Móveis) que forneçam previsões de vazões mensais no horizonte de médio prazo (anual) e no de curto prazo (mensal) para uma mini-central hidrelétrica com possibilidade de reativação. O estudo de caso é composto por uma micro bacia hidrográfica que abrigou uma micro usina hidrelétrica desativada há mais de 40 anos. Foram obtidos dados hidrológicos para esta bacia e em seguida realizado o seu estudo hidrológico bem como o seu estudo de motorização. A identificação dos modelos tentativos de previsão de vazões foi realizada com a prévia análise e transformação dos dados históricos de vazões e posterior aplicação da metodologia Box-Jenkins. A seleção dos modelos de curto prazo e médio prazo foi feita com a escolha dos modelos tentativos que apresentaram o menor índice MAPE (Erro Médio Percentual Absoluto) para cada um dos horizontes temporais analisados. Com os modelos obtidos foi possível realizar previsões no curto prazo com MAPE de 20,02% e previsões no médio prazo com MAPE de 28,25%. Foi realizada uma comparação entre as previsões obtidas com os modelos escolhidos e as previsões realizadas pelo ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico) nos aproveitamentos da bacia do Rio Paraná, sendo que o modelo de curto prazo não apresentou desempenho nem superior nem inferior aos modelos do ONS, já o modelo de médio prazo apresentou desempenho inferior. E, por último, foram comparadas a ENA (Energia Natural Afluente) prevista com a ENA que seria observada para o potencial no ano de 2008. Nesta situação a energia prevista foi 0,266% acima da energia que seria observada, o que significou um excelente resultado.


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  • This dissertation has the main aim to identify stochastic models ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average Model) that provide monthly water inflow forecast in a mid-term (annual) and in a short-term (month) horizon for a small hydroelectric power plant that can be reactivated. The case study is composed of a micro hydrographic basin that hosted a small hydroelectric power plant that has been deactivated more than 40 years. Hydrologic data for this basin has been obtained following its hydrologic study, as well as its motorization study. The identification of the water inflow forecast tentative models was made with previous analysis of historic data, its transformation and subsequent Box-Jenkins methodology application. The short-term and mid-term model selection was made with the tentative model’s choice that presented the lowest MAPE (Mean Absolute Percent Forecast Error) indicator for each analyzed horizon. With the selected models it was possible to make short-term forecasts of 20,02% of MAPE and mid-term forecasts of 28,25% of MAPE. A comparison was made between the forecasts obtained through chosen models and the ONS’s (Independent System Operator) forecasts in Paraná river basin’s potentials. The short-term model didn’t show neither superior, neither inferior performance related to ONS’s models, and mid-term model showed inferior performance. Finally, the forecasted ENA (Affluent Natural Energy) and the ENA that would be observed were compared at the potential in 2008. On this situation, the forecasted energy was 0,266% higher than the observed energy, which means an excellent result.

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  • HANNELI CAROLINA ANDREAZZI TAVANTE
  • Programação funcional aplicada à engenharia elétrica

  • Orientador : BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • EDMILSON MARMO MOREIRA
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • MAURILIO PEREIRA COUTINHO
  • Data: 03/12/2019

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  • Diversos projetos de engenharia necessitam do auxílio de software para simulações e análises. Programas são grandes aliados da engenharia para simulações de transitórios eletromagnéticos. Entretanto, um único paradigma (imperativo) parece dominar a maioria das aplicações comerciais e acadêmicas. Este trabalho apresenta e implementa um algoritmo para análise de circuitos simples no domínio de transitórios eletromagnéticos adotando o paradigma de programação funcional. O código utiliza o método de análise nodal, encontrado em programas comerciais como o EMTP (Electromagnetic Transients Program). Os resultados da adoção da linguagem Haskell e do paradigma funcional são muito favoráveis à comunidade de engenharia: programas com menor chance de bugs (erros) e com implementações mais concisas e mais focadas a aspectos matemáticos do algoritmo.


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  • Many engineering projects rely on software to execute simulations and analysis of a wide variety of domains. Computer programs are great allies of the engineers when it comes to simulations, including the ones for electromagnetic transient analysis. However, a single programming paradigm (the imperative paradigm) seems to have dominated most of the commercial and academic applications. This work presents and implements an algorithm to analyse simple electromagnetic transient circuits adopting functional programming. The code uses the nodal analysis found on industry programs like the EMTP (Electromagnetic Transients Program). The results of adopting the Haskell language and functional programming are very favourable to the engineering community: programs with higher chances to have fewer bugs, with concise implementations and with more focus on the mathematical aspects of the algorithm.

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  • BRUNO RENÓ GAMA
  • SISTEMA EM FPGA PARA DETECÇÃO PRECOCE DE DANOS NO ISOLAMENTO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS BASEADO NA ANÁLISE DO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIAS

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ISMAEL NORONHA
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • WILSON CÉSAR SANT`ANA
  • Data: 06/12/2019

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  • Este trabalho apresenta um sistema desenvolvido para a detecção precoce de falhas no isolamento de máquinas elétricas. O sistema é composto por hardware e software, e realiza a análise do espectro de impedâncias para a detecção precoce dos danos. O sistema desenvolvido é responsável por injetar sinais em uma ampla faixa de frequências na máquina sob teste. Para cada sinal injetado, realiza-se a medição da impedância da máquina. No final do processo, é obtido o espectro de impedâncias. Os espectros obtidos são então comparados com um espectro base, chamado de baseline. Diferenças entre o baseline e o espectro sob análise são indicações de danos no isolamento da máquina. Como uma comparação visual entre os espectros permite interpretações subjetivas, é utilizado um indicador estatístico para a correta análise dos espectros, e melhor precisão ao se realizar o diagnóstico da falha. Foi utilizada a plataforma STEMLab para o desenvolvimento do sistema. É uma placa nova no mercado e apresenta os periféricos necessários para a criação de um sistema de instrumentação completo e de baixo custo. A placa possui o dispositivo SoC Zynq-7000, que integra um FPGA com um processador ARM. Possui também dois ADCs e dois DACs de alta velocidade. O hardware é responsável pelo sistema de geração e aquisição de sinais, e também pela execução de um servidor TCP/IP. O servidor atende solicitações remotas de clientes e executa as operações de geração e aquisição. Realiza também a transmissão, via rede, dos dados adquiridos. O software, desenvolvido em linguagem C#, além de fornecer as configurações de operação do hardware, permite a visualização dos espectros obtidos e calcula o índice estatístico proposto para análise dos resultados.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a system developed for early fault detection on insulation of electrical machines. The system is composed by hardware and software, and uses the impedance spectrum analysis for early damage detection. The developed system is responsible for injection of wide range of frequencies into the machine under test. For each injected signal, the machine impedance is measured. At the end of the process, the impedance spectrum is obtained. The obtained spectra are compared with a reference spectrum, called baseline. Differences between the baseline and the spectrum under analysis indicate damages into machine insulation. Since a visual comparison between spectra allows to subjective interpretations, a statistical indicator is used for the correct spectrum analysis, and better precision at fault diagnosis. It was used the STEMLab platform for the system development. It is a new board in the market and presents the necessary peripherals for the building of a complete instrumentation low cost system. The board has a SoC Zynq-7000 device, which integrates an FPGA and an ARM processor. It also has two ADCs and two DACs of high speed. The hardware is responsible for the signal generation and acquisition system, and also for a TCP/IP server execution. The server responds to remote clients solicitations and executes generation and acquisition operations. It also executes the transmission, via network, of the acquired data. The software, build in c# language, besides supplying the operations configurations for the hardware, allows the visualization of the acquired spectra and calculates the statistical indices proposed for the results analysis.

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  • PEDRO ANDRADE DE OLIVEIRA
  • Controle Preditivo Baseado em Modelo aplicado a Conversor Multinível Ponte-H em Cascata com Estabilização das Tensões nos Barramentos CC

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • ROBSON BAUWELZ GONZATTI
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • SÍLVIA COSTA FERREIRA
  • Data: 13/12/2019

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  • Este trabalho propõe alternativas de contorno a dois problemas enfrentados na utilização de controle preditivo baseado em modelo com conjunto de controle fnito (FCS-MPC) aplicado a conversores multiníveis Ponte-H em cascata (CHB). Apesar de bastante efciente no controle de conversores de energia, o FCS-MPC pode requerer, a depender da aplicação, um enorme custo computacional, inviabilizando sua utilização com técnicas de controle FCS-MPC tradicionais. Além disso, quando aplicado em conversores multiníveis, um desbalanceamento das tensões nos barramentos CC é gerado causando instabilidade no sistema. Partindo do modelo matemático do fltro de acoplamento, que liga o conversor à rede elétrica, é possível discretizar o modelo do sistema e incluir não-linearidades que permitirão o balanceamento das tensões nos capacitores dos barramento CC. É proposto ainda um método sistemático para redução do número de estados do conversor resultando em redução dos custos computacionais da malha de controle. Os resultados práticos e de simulação obtidos mostram a viabilidade da técnica de controle FCS-MPC proposta, tanto na redução dos estados de chaveamento quanto no controle das tensões dos barramentos CC, enquanto o algoritmo de controle FCS-MPC aplicado a um STATCOM (composto por um conversor CHB de sete níveis) realiza a compensação de potência reativa.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes ways to over challenge two main problems faced in the using of sinite sontrol set model based predictive control (FCS-MPC) applied to a cascaded H-bridge multilevel converter (CHB). Despite very efcient in the control of power converters, FCS-MPC may require, depending on the application, an enormous computational burden, which makes it unfeasible with traditional FCS-MPC technics. Furthermore, when applied to multilevel converters, an unbalance in the DC link’s voltage is generated causing instability in the system. Starting from the mathematical model of the coupling flter, which links the converter to the grid, it is possible to discretize the system model and include nonlinearities that allow voltage balancing in the DC links capacitors. It is also proposed a systematic method to reduce the number of converter’s states resulting in a reduction of the computational burden of the control system. The practical results and simulations obtained show the feasibility of the proposed FCS-MPC technique, both in the reduction of switching states as well as in the control of DC links voltage, while the FCS-MPC algorithm applied to a STATCOM (built with a CHB converter of seven levels) compensates the reactive power.

Teses
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  • PEDRO EUGÊNIO MARCONDES JUSTINO RIBEIRO
  • Compensação de Harmônicas Utilizando Máquina Síncrona

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAO ONOFRE PEREIRA PINTO
  • LUIGI GALOTTO
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • RAYMUNDO CORDERO GARCIA
  • ROBSON BAUWELZ GONZATTI
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • Data: 29/03/2019

  • Mostrar Resumo
  • O advento da eletrônica e dos semicondutores trouxe consigo a produção de conteúdo harmônico circulante nas redes elétricas de energia. Essas correntes podem causar aumento de perdas nos condutores e ressonâncias indesejadas se tornando um dos maiores problemas nos sistemas de energia elétrica. Inúmeros trabalhos já propuseram soluções para este problema, entre elas: i) transformadores com enrolamentos especialmente conectados; ii) reatores; iii) filtros ressonantes passivos; iv) filtros ativos paralelos; v) filtros híbridos, iv) outros. Porém nenhuma dessas soluções encontra boa aplicabilidade a medida que os níveis de tensão e potência são elevados. Neste trabalho propõe-se o uso de máquinas síncronas para a compensação de harmônicas através do controle da corrente de excitação da máquina. A este equipamento está sendo proposto o nome de Filtro Ativo Supersíncrono (FAZ). O mesmo pode ser implementado “retrofitting” máquinas síncronas já instaladas, ou em projetos novos.
    Para verificar a viabilidade de uso da máquina síncrona para compensação de reativos, foi apresentada a modelagem da mesma, com foco no campo eletromagnético gerado no entreferro da máquina. Então foi realizada uma simulação de compensação de harmônica com máquina síncrona e comparação com um modelo de referência (filtro ativo paralelo). Ao final, discussões apresentando dificuldades de implementação e temas de pesquisas futuras são apresentadas.


  • Mostrar Abstract
  • The development of electronics and semiconductors brought the circulating of harmonic currents in the electric power grids. These currents can cause losses in conductors and unwanted resonances and have become one of the biggest problems in electric power systems. Therefore, many solutions are presented in the literature, such as, i) specials design transformers windings; ii) reactors; iii) passive resonant filters; iv) parallel active filter; v) hybrid filters. However, none of these solutions has good applicability in high-voltage high-power systems. This dissertation proposes an alternative method off using synchronous machine to compensate the harmonic content of a non-linear load, by controlling its field current. For this equipment, it is being proposed the name of Supersynchronous Active Filter (FAZ). This equipment can be implemented by retrofitting of installed synchronous machines, or in new projects.
    The viability of the synchronous operation for the reactive power compensation is described; it was presents the field and flux machine modeling. The simulation off the operation is shown, for a compensation of a non-linear load, and a comparison with a reference model (parallel active filter) was done. Finally, discussions are made considering the results and the implementation difficulties.

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  • THIAGO POUZA MUSSOLINI
  • Uma Metodologia para Projeto de uma Referência de Corrente CMOS Independente da Temperatura
    Otimizada para Aplicações de Sinais Mistos

  • Orientador : ROBSON LUIZ MORENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DALTON MARTINI COLOMBO
  • LEONARDO BRESEGHELLO ZOCCAL
  • LEONARDO MESQUITA
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • PAULO CESAR CREPALDI
  • ROBSON LUIZ MORENO
  • Data: 06/06/2019

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto para uma referência de corrente
    CMOS independente da temperatura. Esta referência de corrente possui como características:
    alta precisão, boa PSRR e baixa variação; sendo otimizada para aplicações de
    sinais mistos. A topologia é baseada em referências de corrente de bootstrap que apresentam
    uma PSRR de até 60 dB, o qual é necessário para a aplicação proposta, uma vez que
    elas empregam circuitos em que o ruído de chaveamento de alta frequência está presente.
    A abordagem proposta foi verificada com sucesso em um processo padrão CMOS 0.35 μm
    através das simulações elétricas e medidas em laboratório, para uma fonte de alimentação
    entre 2,6 V e 3,6 V e temperaturas entre -40 oC e 80 oC. Por fim, a referência de
    corrente proposta apresenta uma precisão de ±0,5% após o processo de calibração e uma
    dependência média da temperatura relativa de 62,5 ppm/oC.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a design methodology for a CMOS temperature-independent current
    reference. This current reference has the following characteristics: high accuracy, good
    PSRR and low variation; being optimized for mixed signal applications. The topology is
    based on bootstrap current references that present a PSRR up to 60 dB, which is required
    for the proposed applications since they employ circuits where high-frequency switching
    noise is present. The proposed approach was successfully verified in a standard CMOS
    0.35 μm process. The electrical simulations and laboratory measurements confirm that
    for a power supply between 2.7 V and 3.6 V and temperatures between -40 oC to 80 oC
    range. Finally, the proposed current reference exhibits an accuracy of ±0.5% and a mean
    relative temperature dependency of 62.5 ppm/oC.

3
  • ARNALDO DEL RISCO SÁNCHEZ
  • Estratégias para o controle de modo comum do Par Diferencial Simétrico CMOS de Ultra-Baixa Tensão e Ultra-Baixa Potência

  • Orientador : LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DALTON MARTINI COLOMBO
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • ODILON DE OLIVEIRA DUTRA
  • PALOMA MARIA SILVA ROCHA RIZOL
  • PAULO CESAR CREPALDI
  • ROBSON LUIZ MORENO
  • Data: 11/06/2019

  • Mostrar Resumo
  • Este documento apresenta quatro topologias para a compensação da Rejeição de Modo
    Comum (CMRR) em um par diferencial simétrico de ultra-baixa-tensão e ultra-baixa
    potência, onde os transistores operam na região de inversão fraca. É mostrado a análise
    teórica das estratégias de compensação propostas, assim como as topologias a serem
    utilizadas para melhorar a resposta em modo comum. As estratégias foram verificadas
    aplicando uma simulação de Monte Carlo. Utilizando uma das estratégias, é proposta uma
    arquitetura de par diferencial simétrico sem fonte de corrente de polarização, a qual reduz
    a tensão de alimentação do circuito, realizando o controle de modo comum em paralelo.
    Uma das topologias propostas é fabricada em um processo BiCMOS IBM-130 nm. O
    circuito proposto apresenta uma CMRR de 70,22 dB, com uma transcondutância de 5,33
    nS, corrente de polarização de 4 nA, tensão de alimentação de 400 mV e consumo de
    potência de 10 nW, confirmando sua compatibilidade com circuitos de ultra-baixa potência


  • Mostrar Abstract
  • This work presents four topologies for Common Mode Rejection Ratio (CMRR) compensation
    in a ultra-low-voltage and ultra-low-power symmetrical differential pair with
    transistors operating in the weak inversion region. The theoretical analysis of the compensation
    strategies proposed as well as the topologies to be used to improve the common mode
    response is shown. The proposed strategies were verified using a Monte Carlo simulation.
    Using one of the strategies, a symmetric differential pair architecture without a tail current
    is proposed, which reduces the supply voltage of the circuit by performing the common
    mode control in parallel.
    One of the proposed topologies is implemented in an IBM-130 nm BiCMOS process. The
    proposed circuit has a CMRR of 70,22 dB, transconductance of 5.33 nS, bias current
    of 4 nA, supply voltage of 400 mV and power consumption of 10 nW, confirming its
    compatibility with ultra-low power circuits .

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  • DECIO RENNO DE MENDONCA FARIA
  • SISTEMA ELETRÔNICO DE R ASTREAMENTO E DIRECIONAMENTO DE SINAIS PARA REDES 5G E IoT

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • FERNANDA RODRIGUES DA SILVA
  • KENEDY MARCONI GERALDO DOS SANTOS
  • MATEUS AUGUSTO FAUSTINO CHAIB JUNQUEIRA
  • RENAN ALVES DOS SANTOS
  • Data: 24/06/2019

  • Mostrar Resumo
  • Atualmente, o sistema móvel de comunicação caminha para
    um novo salto tecnológico, denominado d e quinta geração ( 5G )). Neste sistema cada usuário terá sua própria rede em banda larga e novas tecnologias f a cil itarão a conexão máquina para máquina (M2M
    Machine to Machine ) dando suporte a chamada Internet das Coisas (IoT Internet of Things )
    onde dispositivos eletrônicos poderão trocar mensagens entre si ou com o homem. Para
    atingir esse objetivo a nova rede necessariamente deverá ser ultradensa com inúmeras
    estações atende ndo áreas que antes eram atendidas por uma única estação A complexidade
    dos sistemas, principalmente do sistema de controle será bem maior que o atual. No caso
    específico de uma mudança de célula é de grande va lia estimar para qual célula a unidade
    móvel se desloca, porém esta informação não está disponível at ualmente para a Unidade de
    C ontrole chamada de Entidade de Gerenciamento da Mobilidade ( MME Mobility
    Management Entity ).
    Este trabalho propõe a utilização de um sistema digital de localização que converte o
    ângulo de chegada do sinal (AoA Angle of Arr ival ) em dados para ser em utilizados como
    estimativa de mudança de célula. Atualmente a MME envia sinais de busca para todas as
    estações rádio base na vizinhança da estação móvel para determinar para qual célula o móvel
    se deslocou , esse processo leva a u ma sobrecarga da rede de dados na proximidade do usuário
    final. No novo sistema proposto neste trabalho, a determina ção d o ângulo de chegada permit e
    estimar para onde a unidade móvel se desloca não sendo necessária a ativação de todas as
    estações n a vizin hança da estação atual . Esta proposta é inovadora sendo esta a principal
    contribuição deste trabalho . Adicionalmente, com a informação do ângulo de chegada do
    sinal a estação rádio base pode direcionar os sinais para a estação móvel possibilitando
    assim uma área de cobertura definida por software O desenvolvimento teórico da técnica do
    ângulo de chegada foi confirmado nos testes realizados no La boratório de Telecomunicações
    da UNIFEI. Os resultados experimentais obtidos foram muito próximos aos resultad os
    analíticos . Por fim, um circuito eletrônico foi desenvolvi do apresentando em tempo real o
    ângulo de chegada do sinal , demonstrando que o multipercurs o não inviabiliza o uso deste
    sistema em ambientes internos.


  • Mostrar Abstract
  • Currently, the mobile communication system is headed for a new technological leap
    called fifth generation (5G). In this system each user w ill have their own broadband network
    and new technologies will facilitate the machine to machine connection (M2M) supporting
    the Internet of Things (IoT) concept where electronic devices can exchange messages with
    each other or with the man. To reach this goal, the new network must necessarily be
    ultradense with numerous stations serving areas that previously were served by a single
    station. The complexity of systems, especially the control system, will be much greater than
    the current one. In the specific case of a cell change it is of great value to estimate to which
    cell the mobile unit moves, but this information is not currently available to the Control Unit
    called the Mobility Management Entity (MME).
    This work proposes the use of a digital localization system that converts the angle of arrival of the signal (AoA) into data to be used as estimation of cell change. Currently, the MME sends search signals to all base stations in the vicinity of the mobile station to determine to which cell the mobile has moved, this process leads to an overload of the data
    network in the vicinity of the end user. In the system proposed in this work, determining the
    angle of arrival allows estimating where the mobile unit moves, and it is not necessary to
    activate all stati ons in the vicinity of the current station. This proposal is innovative and this is
    the main contribution of this work. Additionally, with the angle of arrival signal information,
    the base station may direct the signals to the mobile station thereby enabli ng a software
    defined coverage area. The theoretical development of the angle of arrival technique was
    confirmed in the tests carried out at the Telecommunication Laboratory of UNIFEI. The
    experimental results obtained were very close to the analytical res ults. Finally, an electronic
    circuit was developed showing in real time the angle of arrival of the signal, demonstrating
    that the multipath does not invalidate the use of this system in internal environments.

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  • LUIZ FELIPE PUGLIESE
  • Uma Estrutura Alternativa para a Parametrização no Controle Robusto ℋ∞ em Tempo Discreto

  • Orientador : LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO FERNANDES DE PAULA
  • FERNANDO HENRIQUE DUARTE GUARACY
  • JEREMIAS BARBOSA MACHADO
  • KARL HEINZ KIENITZ
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • RENAN LIMA PEREIRA
  • Data: 27/06/2019

  • Mostrar Resumo
  • Nesta tese de doutorado, apresenta-se uma estrutura alternativa para a parametrização de
    todos os controladores ℋ∞ para plantas descritas por uma fatoração coprima à esquerda
    qualquer com uma metodologia generalizada para o caso em tempo discreto. Mostra-se que
    a partir do método genérico para a síntese dos controladores ℋ∞ admissíveis, o controlador
    central não estritamente próprio e o controlador estritamente próprio podem ser obtidos.
    Demonstra-se também que, a partir da fatoração coprima à esquerda normalizada, sob a
    perspectiva do framework proposto neste trabalho, é possível (i) obter tanto o controlador
    central em tempo discreto como o controlador estritamente próprio baseado na solução de
    otimização de duas equações algébricas de Riccati; (ii) encontrar o valor de um limitante
    de robustez (𝛾𝑚𝑖𝑛) que se relaciona diretamente com a robustez dos controladores de forma
    a apresentar que o controlador não estritamente próprio se mostra mais robusto que o
    controlador estritamente próprio.
    A metodologia de estabilização robusta ℋ∞ de plantas representadas por uma descrição
    em fatores coprimos tem recebido particular interesse pela simplicidade em seu uso e pela
    natureza geral como representa a incerteza nesse contexto. É uma metodologia capaz de
    incorporar objetivos de desempenho e robustez às incertezas na abordagem de projeto.
    Para investigar a aplicabilidade da tese proposta, a eficácia do framework desenvolvido e,
    consequentemente, do controlador em tempo discreto projetado, foram realizadas simulações
    e experimentos práticos na malha de controle de posição de uma esfera metálica de
    um modelo didático do levitador magnético fabricado pela empresa QUANSER.


  • Mostrar Abstract
  • In this doctoral thesis, an alternative structure is presented for the parameterization of all
    ℋ∞ controllers for plants described by any left coprime factorization with a generalized
    methodology for the discrete-time case. It is shown that from the generic method for
    the synthesis of the ℋ∞ admissible controllers, the non-strictly proper central controller
    and the strictly proper controller are obtained. It is also demonstrated that, from the
    normalized left coprime factorization from the perspective of the proposed framework, it
    is possible (i) to obtain both the discrete-time central controller and the strictly proper
    controller based on the optimization solution of two algebraic Riccati equations; (ii) to
    find the value of the bound of robustness (𝛾𝑚𝑖𝑛) which is directly related to the robustness
    of the controllers in order to show that the non-strictly proper controller its more robust
    than the strictly proper controller.
    The ℋ∞ robust stabilization methodology of plants represented by a description in coprime
    factors has received particular interest by the simplicity in its use and by the
    general nature it represents the uncertainty in that context. It is a methodology able
    to incorporate performance and robustness objectives to the uncertainties in the design
    approach.
    In order to investigate the applicability of the proposed thesis, the effectiveness of the
    developed framework and consequently of the designed discrete-time controller, simulations
    and practical experiments regarding the control of the position of metallic sphere of
    a prototype magnetic levitation designed by manufacturer QUANSER were carried out.

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  • FÁBIO AUGUSTO DA SILVA ANTUNES
  • AUTORRESTABELECIMENTO DE SISTEMAS DE TRANSMISSÃO – APLICAÇÃO DO CONCEITO ASSISTED-HEALING EM CENTROS DE OPERAÇÃO A PARTIR DE SISTEMAS ESPECIALISTAS

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • DENIS VINICIUS COURY
  • KLEBER MELO E SILVA
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • ROBSON CELSO PIRES
  • Data: 05/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • O restabelecimento do Sistema Elétrico de Potência após perturbações é um processo crítico desempenhado por operadores de centros de operação, que exige agilidade e segurança, e é fortemente influenciado por fatores humanos, tais como pressão e estresse. Decisões importantes devem ser tomadas a partir de um volume considerável de informações recebidas pelos sistemas computacionais EMS/SCADA, e estas são cruciais para o sucesso do restabelecimento dos equipamentos e das cargas interrompidas. Em geral, procedimentos operativos de restabelecimento e de recomposição são utilizados para orientar as ações dos operadores, desde desligamentos simples até blecautes gerais. Tais procedimentos estabelecem aspectos importantes acerca das ações a serem desempenhadas e abrangem desde a sequência de execução do processo, bem como as condições prévias que devem ser observadas antes da execução de cada manobra. Estes procedimentos são tradicionalmente compostos por diversos documentos, que devem ser avaliados e entendidos pelos operadores durante a execução do processo. Consequentemente, o tempo gasto com a leitura e a compreensão destes normativos bem como eventuais decisões erroneamente tomadas impactam negativamente o resultado do processo. Esta tese apresenta uma avaliação detalhada da execução do processo de restabelecimento de sistemas de transmissão, visando à automação baseada no conceito Assisted-Healing. Será apresentada uma ferramenta desenvolvida especificamente com o propósito de automatizar as ações desempenhadas pelos operadores de centro de operação, em favor da rapidez e segurança na execução do restabelecimento. Este protótipo é capaz de obter e processar informações de tempo real a partir do EMS/SCADA e comparar com as bases de conhecimento previamente preparadas e armazenadas no próprio sistema, que contêm todas as regras e condições a serem verificadas previamente à execução das manobras. O sistema protótipo também é capaz de enviar comandos de fechamento a disjuntores visando ao restabelecimento de equipamentos desligados, respeitando a topologia e as restrições operativas existentes. A concepção desta solução demandou profundo entendimento sobre os diversos padrões e modelagens adotadas em alarmes, sinalizações de proteção, procedimentos operativos, topologias e configurações de subestações, bem como o desenvolvimento de uma estratégia para minimizar ações de manutenção sobre o sistema quando de mudanças nos procedimentos operativos, ampliações, ou alterações topológicas da rede de transmissão. Baseando-se na filosofia de Sistemas Especialistas, todo o conhecimento requerido é armazenado em bases de conhecimento. As lógicas de processamento fazem parte do motor de inferências, e dispensam manutenção, enquanto que as bases de conhecimento demandam atualização na medida em que os procedimentos operativos passam por modificações. A eficácia da proposta apresentada foi avaliada através da utilização do sistema protótipo em um ambiente de simulação idêntico ao EMS/SCADA utilizado pelos operadores do Centro de Operação do Sistema da Cemig Geração e Transmissão, no qual foram preparados cenários que reproduzem desarmes simples e múltiplos, envolvendo linhas de transmissão, transformadores e diversos outros equipamentos de extra alta tensão. Os resultados obtidos através do sistema protótipo mostram que a solução proposta é confiável e apropriada para fornecer diagnósticos concisos e executar automaticamente ações de restabelecimento, tanto em grandes perturbações, quanto em desarmes comuns do dia a dia do centro de operação.


  • Mostrar Abstract
  • Transmission system restoration after disturbances is a critical task performed by operators in operation centers, which requires agility and safety and is strongly influenced by human factors, such as pressure and stress. Important decisions must be made from a considerable amount of information received by the EMS / SCADA computer systems, and these are crucial to the success of equipment and interrupted loads restoration. In general, operation proceedings for restoration are used to guide the actions of operators, from single outages to general blackouts. These proceedings establish important aspects about the actions to be performed, and cover everything from the sequence of the restoration process, as well as the preconditions that must be observed before the execution of each maneuver. These proceedings are traditionally composed of several documents that must be evaluated and understood by the operators during the execution of the restoration process. Consequently, the time spent reading and understanding these proceedings impacts the restoration negatively. In addition, any evaluation or decision mistakenly taken may undermine the entire process of restoration. This thesis presents a detailed evaluation of the execution of the transmission systems restoration process, aiming at automation based on the Assisted-Healing concept. A tool developed specifically for the purpose of automating the actions performed by operators at operation centers in favor of the restoration will be presented. This prototype is able to obtain and process real-time information from the EMS / SCADA and compare it with the knowledge bases previously prepared and stored in the system itself, which contain all the rules and conditions to be verified prior to the execution of the restoration maneuvers. The prototype system is also capable of sending closing commands to circuit breakers, aiming at equipment restoration, respecting the topology and the existing operational restrictions. The design of this solution required a deep understanding of the different standards and modeling adopted in alarms, protection signals, operation proceedings, topologies and substation configurations, as well as the development of a strategy to minimize maintenance actions on the system when there are changes in operation proceedings or topological changes in the transmission system. Based on the Expert Systems philosophy, all required knowledge is stored in knowledge bases. The processing logics are part of the inference engine, and do not require maintenance, while knowledge bases require updating as the operation proceedings for restoration undergo updates. The effectiveness of the presented proposal was evaluated through the use of the prototype system in a simulation environment identical to the EMS / SCADA used by the Operators of the Cemig Generation and Transmission Operating Center, in which scenarios were created to reproduce simple and multiple equipment trips, involving transmission lines, power transformers and various other extra-high voltage equipment. The results obtained through the prototype system show that the proposed solution is reliable and appropriate to provide concise diagnostics and automatically perform restoration actions, both in major disturbances and in common day-to-day operation center outages.

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  • LUCAS GUSTAVO ARANGO
  • Modelagem Economica e Regulatória do Impacto das Perdas Comerciais sobre o Mercado de Energia Elétrica

  • Orientador : BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON RODRIGO DE QUEIROZ
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • EDSON DE OLIVEIRA PAMPLONA
  • MARCOS ROBERTO GOUVEA
  • MAURICIO CAMPOS PASSARO
  • RAFAEL DE CARVALHO MIRANDA
  • Data: 30/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Existe uma preocupação no mundo inteiro com respeito às perdas de energia, sendo que os países em desenvolvimento são os mais afetados devido principalmente a questões relacionadas à governança. Dentro deste contexto, a preocupação principal é em relação à esfera econômica com desperdícios financeiros da ordem de bilhões de dólares anuais em alguns países do mundo, sendo que as perdas de energia podem impactar, em alguns casos, na qualidade da energia entregue ao consumidor. Assim, a tese busca analisar o impacto econômico das perdas comerciais de energia, com destaque para o furto de energia, no mercado de energia elétrica em relação a concessionárias de energia e consumidores e o impacto das mesmas sobre a qualidade do sistema afetado. A análise é conduzida através de um modelo sócio-econômico de mercado (TAROT – Tarifa Otimizada) e através de simulações no Matlab-Simulink para análise sobre a qualidade de energia. Como o foco principal da tese reside nas questões econômicas-regulatórias dos agentes do mercado elétrico, então o impacto das perdas comerciais de energia sobre a tarifa regulatória das empresas será examinado, assim como o valor do investimento ótimo em qualidade técnica e comercial para uma empresa operar com tarifa regulatória mínima. Por fim, um estudo de risco sobre algumas variáveis sob incerteza num ciclo de revisão tarifária, incluindo as perdas comerciais de energia, será conduzido com o intuito de apresentar uma metodologia de cálculo e determinação da tarifa regulatória das empresas sob condições de risco.


  • Mostrar Abstract
  • There is a concern in countries all around the world regarding energy losses, where developing countries are the most affected mainly due to governance issues. Within this context, the main issue is in relation to the economic sphere with financial waste of billions of dollars per year in some countries of the world, since energy losses can impact additionaly in some cases, the quality of energy delivered to the consumer. Thus, the thesis seeks to analyze the economic impact of non technical losses, especially electricity theft, over the electricity market in relation to distribution power companies and consumers and the impact on the power quality of the affected system. The analysis is conducted through a socio-economic market model (TAROT – Optimal Tariff) and through simulations done by Matlab-Simulink for some analysis of the power quality. As the main focus of the thesis lies on the economic-regulatory issues of the electricity market agents, then the impact of non technical losses on the companies regulatory tariff will be examined, as well as the value of the optimal investment in technical and commercial quality for the company operate with minimum regulatory tariff. Finally, a risk study for some variables under uncertainty in a tariff review cycle, including non technical losses, will be conducted in order to present a methodology for calculation and determination of electricity companies regulatory tariff at risk conditions.

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  • ROGÉRIO SALUSTIANO
  • Metodologia de Baixo Custo para a Avaliação do Comportamento de Envelhecimento de Isoladores Poliméricos

  • Orientador : ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALAN MELO NÓBREGA
  • ALVARO ANTONIO ALENCAR QUEIROZ
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • GUSTAVO PAIVA LOPES
  • IVAN PAULO DE FARIA
  • JOSE FELICIANO ADAMI
  • Data: 16/08/2019

  • Mostrar Resumo
  • Os isoladores poliméricos são cada vez mais utilizados nas redes de distribuição do Brasil. Porém, com sua crescente utilização as ocorrências de falhas também se intensificam. Apesar das vantagens que os isoladores poliméricos trazem para rede, fatores como o tempo de vida útil, de difícil determinação; falta de domínio sobre os processos de degradação, dificuldade de monitoramento e diagnóstico; maior susceptibilidade a danos decorrentes de atividades elétricas e menor resistência aos raios ultravioleta geram dúvidas durante sua utilização. Para se avaliar estes fatores e a qualidade dos isoladores, estão disponíveis hoje processos e equipamentos de alto custo. Devido ao valor a ser desembolsado para a realização de ensaios, hoje normatizados, tanto a análise de isoladores poliméricos quanto seu comportamento durante o envelhecimento, este ensaios acabam sendo negligenciados pelas empresas (compradoras e fornecedoras). Assim, este trabalho apresenta um sistema de baixo custo de construção e operação que seja capaz de envelhecer os isoladores poliméricos com a utilização de solicitações múltiplas, permitindo a análise do comportamento das amostras durante o processo de envelhecimento, por meio de um método de avaliação qualitativo baseado em análises físico-químicas e elétricas. Também possibilita um melhor entendimento dos mecanismos associados à degradação elétrica dos isoladores poliméricos com a umidade, chuva, temperatura e tensão da rede, facilitando o desenvolvimento de procedimentos para aquisição de isoladores mais confiáveis. Para tanto foi desenvolvida uma câmara de envelhecimento e foram realizados ciclos de envelhecimento em amostras de fabricantes disponíveis no mercado nacional. O envelhecimento das amostras pode ser analisado através de medição de ângulo de contato, espectroscopia no infravermelho com transformada Fourier, análise termogravimétrica e de medições de corrente de fuga. Ao fim foi possível comprovar o envelhecimento das amostras e eficácia da câmara desenvolvida, assim como avaliar o envelhecimento das amostras de cada fabricante.


  • Mostrar Abstract
  • Polymeric insulators are increasingly being used in distribution system in Brazil. However, with its increasing use the occurrence of failures also intensifies. Despite the advantages that polymeric insulators bring to the network, factors such as difficult to determine lifetime, limited experience, difficult to monitoring and to diagnosis; greater susceptibility to damage from electrical activities and lower resistance to ultraviolet rays raise doubts during its use. To assess these factors and the quality of insulators, high cost processes and equipment are available today. Due to the cost to conduct standard tests both the analysis of polymeric insulators and their behavior during aging are avoided by companies (buyers and suppliers). Thus, this work aims to develop a low cost system that is capable of aging the polymeric insulators with the use of multiple stresses and to analyze the behavior of the samples during the aging process in order to present a method of aging with qualitative evaluation of sample quality based on physicochemical and electrical analysis. This work provides a better understanding of the mechanisms associated with the electrical degradation of polymeric insulators with humidity, rain, temperature and system voltage, improving the development of procedures for the acquisition of more reliable insulators. For this purpose, an aging chamber was developed, and aging cycles were performed on samples from manufacturers available in the national market. Aging of the samples can be analyzed by contact angle; Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis and leakage current measurements. Finally, it was possible to prove the aging of the samples and the effectiveness of the developed chamber, as well as to evaluate the aging of the samples of each manufacturer.

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  • BRUNO de NADAI NASCIMENTO
  • CONTROLE SECUNDÁRIO ALIADO AO CORTE DE CARGA PARA MICRORREDES EM CONDIÇÕES OPERATIVAS DE ILHAMENTO

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • ELIANE VALENCA NASCIMENTO DE LORENCI
  • JOAO GUILHERME DE CARVALHO COSTA
  • JULIO CESAR STACCHINI DE SOUZA
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • ROMEU REGINATTO
  • Data: 11/10/2019

  • Mostrar Resumo
  • É notória a evolução dos sistemas elétricos atuais quando comparado aos dos últimos anos. Tal evolução deve-se principalmente ao surgimento do conceito de smart-grids, dando cada vez mais abertura à penetração de recursos distribuídos ao nível de distribuição de energia. Nesse contexto, as microrredes vêm surgindo como uma potencial solução para aliar confiabilidade, qualidade e sustentabilidade no fornecimento de energia elétrica. Dada a possibilidade de uma microrrede operar de forma isolada da rede principal, especial atenção deve ser dada a esse quesito. Portanto, o MicroGrid Central Controller (MGCC) exerce papel fundamental na sobrevivência do sistema, gerenciando todos os recursos e agentes de modo a garantir uma operação segura e dentro dos padrões de fornecimento exigidos pelas agências regulatórias.
    Nesta tese de doutorado, toda a fundamentação teórica de microrredes é apresentada, dando evidência principalmente ao problema do ilhamento quanto à variação de demanda, o que em muitos casos, pode ocasionar um ponto de operação não factível. No intuito de corrigir a operação, uma estratégia de controle secundário unificado de tensão e frequência no processo de convergência do fluxo de potência é proposta. Ainda, prevendo a limitação dos recursos disponíveis, o corte de carga se torna uma medida emergencial, levando em consideração para isso os limites operativos e a continuidade no suprimento de energia elétrica a serviços essenciais. Por fim, uma análise dentro do conceito de estabilidade de tensão também é apresentada com o intuito de auxiliar em uma tomada de decisão. Tal análise mostra a relação do grau de suportabilidade do sistema com o modo operativo dos conversores e seus limites de geração, tanto para a operação conectada quanto ilhada.
    Os resultados provenientes das ferramentas aqui propostas são validados e discutidos tendo como base o sistema IEEE 37-Nodes Test Feeder, quando modificações são feitas de modo a torná-lo equivalente a uma microrrede.
    Assim, espera-se que em um cenário de ilhamento, o MGCC com as ferramentas aqui desenvolvidas seja capaz de gerenciar os recursos prevendo a variabilidade da demanda e antes que o sistema experimente qualquer ponto operativo não factível, independente do cenário de carga e penetração de recursos renováveis.


  • Mostrar Abstract
  • The evolution of current electrical systems is notorious when compared in the last years. This evolution is mainly due to the emergence of the smart-grids concept, giving increased access to the penetration of distributed resources at the level of energy distribution. In this context, microgrids are increasingly emerging as a potential solution to combine reliability, quality, and sustainability in the supply of electricity. Since there is a possibility of a microgrid operates in isolation from the main network, special attention should be given to this issue. In this way, the MGCC plays a vital role in the survival of the system, managing all the resources of the agents to guarantee safe operation and within the standards of supply demanded by the regulatory agencies.
    In this Ph.D. thesis, the whole theoretical basis of microgrids is presented, giving evidence mainly to the problem of islanding regarding the variation of demand, which in many cases, can cause a point of operation unfeasible due to the inherent variability of demand. To correct the operation, a unified secondary voltage and frequency control strategy in the process of power flow convergence is proposed. In addition, taking into account the limitation of the available resources, the load shedding becomes an emergency approach, preserving the operation limits and the continuity in the supply of electricity to essential services. Finally, an analysis within the concept of voltage stability is also presented with the purpose of assisting in decision making. This analysis shows the relation of the degree of system supportability related to the converters operation mode and their generation limits, both in the connected and islanded systems operation.
    The results from the tools proposed here are validated and discussed based on the IEEE 37-Nodes Test Feeder system, when modifications are made to make it equivalent to a micro network.
    Thus, in an islanding scenario, it is expected that MGCC with the tools developed here will be to manage all resources by predicting demand variability and before the system experiences any non-feasible operating point, regardless of the load and penetration scenario. renewable resources.

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  • CRISTIAN ADOLFO ALVEZ
  • Alocação de Geradores Fotovoltaicos em Sistemas de Potência

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIANO BATISTA DE ALMEIDA
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • ELIANE VALENCA NASCIMENTO DE LORENCI
  • MIGUEL CASTILLA
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • RAFAEL CORADI LEME
  • Data: 11/11/2019

  • Mostrar Resumo
  • O crescimento da demanda promove a conexão de geração distribuída nos sistemas elétricos como uma opção para atender parte da demanda localmente. Isto pode trazer importantes benefícios ademais da redução da demanda, tais como o uso eficiente de energias não poluentes e menores perdas elétricas. No entanto, a integração de geração distribuída, principalmente as baseadas em fontes renováveis, apresenta vários desafios técnicos e econômicos. Um dos principais desafios da integração de geração renovável é a aleatoriedade na operação, a qual expõe ao operador do sistema a situações de risco econômico e técnico, principalmente quando se consideram elevados níveis de penetração. Sendo assim, isto motiva o desenvolvimento de ferramentas de planejamento e operação que permitam explorar o impacto da aleatoriedade no sistema. Este trabalho apresenta modelos de alocação de painéis fotovoltaicos para minimização de variância de potência ativa em sistemas de potência. Nos sistemas de distribuição se busca minimizar a variância da potência ativa da subestação, enquanto que nos sistemas de transmissão se pretende minimizar a variância do custo de operação, que depende das potências ativas despachadas. Além disso, aborda-se também a maximização da capacidade de hospedagem em redes de distribuição. A formulação matemática da proposta se conforma de modelos de fluxo de potência estocástico otimizado, os quais definem o lugar onde devem ser alocados os painéis fotovoltaicos dentro da rede. Para validar o desempenho dos modelos foram realizadas simulações com sistemas de distribuição e transmissão, utilizando séries temporais de irradiação solar e demanda. Os resultados mostram que a metodologia pode contribuir com a redução de variância do custo de operação quando aplicada a sistemas de transmissão. Além disso, o modelo proposto se mostrou efetivo para integrar elevados níveis de geração fotovoltaica em sistemas de distribuição, sem ocasionar violações significativas nos limites operativos.


  • Mostrar Abstract
  • Demand growth promotes the connection of distributed generation in electrical systems as an option to meet demand locally. This can bring important benefits in addition to demand reduction, such as reduction of losses and environmental impacts. However, the integration of distributed generation, especially those based on renewable resources, presents several technical and economic challenges. One of the main challenges of the integration of renewable generation is the randomness of the operation, which exposes the system operator to situations of economic risk, especially when considering high levels of penetration. Thus, this motivates the development of planning tools to explore the impact of randomness on the system operation. This work presents models for allocating photovoltaic generators into power systems. Three objectives are explored in the allocation. On the one hand, the minimization of active power variance in the substation of distribution systems. On the other hand, the minimization of the variance of the operating cost in transmission systems. Finally, the maximization of the hosting capacity in radial networks it also addressed. The mathematical formulation is based on optimized stochastic power flow models that allow to define the photovoltaic modules allocated in each bus of the system. To validate the performance of the models, simulations with distribution and transmission systems were performed, using time series of solar radiation and demand. The results show that the methodology can reduce the variance of the operating cost when applied to transmission systems. Moreover, the model proved effective in integrating high levels of photovoltaic generation into distribution systems, without causing significant violations in the operating limits.

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  • ELCIO DECCACHE
  • Modelagem baseada em agentes da decisão deconsumo de um cliente num mercado elétrico reguladoem que há furto de energia elétrica

  • Orientador : BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON RODRIGO DE QUEIROZ
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • MOISES DINIZ VASSALLO
  • VICTOR EDUARDO DE MELLO VALERIO
  • Data: 05/12/2019

  • Mostrar Resumo
  • Investimentos em mercados que são monopólios regulados geralmente são investimentos seguros. Isso ocorre em função da garantia que a regulação do monopólio oferece para a remuneração do investimento. No entanto,quando algum fato que não é bem considerada na regulação ocorre com regularidade (como o furto de energia),essa garantia desaparece. O retorno do investimento pode não ser o esperado (e pode sofrer variações positivas ou negativas). O presente trabalho apresenta uma modelagem baseada em agentes da decisão de consumo de um cliente num mercado elétrico regulado em que há furto de energia. O modelo econômico do mercado elétrico baseado em agentes permite avaliar o número ótimo de inspeções técnicas a serem realizadas tal que minimiza as ocorrências de furto de energia. A metodologia proposta foi aplicada em um caso teste considerando dados típicos de uma empresa de distribuição de energia elétrica regulada. São apresentados e discutidos os resultados obtidos que mostram a evolução das variáveis econômicas de interesse ao problema. O objetivo não é identificar o indivíduo que furta energia, mas ações para coibir o furto. A metodologia proposta tem potencial de aplicação no setor elétrico. Com base no modelo de decisão de consumo dos clientes e do setor elétrico foi possível avaliar os pontos de interesse de diferentes atores para poder entender como seus interesses se comportam.


  • Mostrar Abstract
  • Investments in markets that are regulated monopolies are often safe investments. This is due to the assurancethat the monopoly regulation offers to the remuneration of the investment. However, when external factors not well considered in regulation occurs with regularity (such as energy theft), this guarantee disappears. The return on investment may not be the expected (and may suffer positive or negative variations). This paper presents an economic agent-based modeling of a customer’s consumption decision in a regulated electricity market where there is power theft.The economic model of the agent-based electricity market allows us to assess the optimal number of technical inspections to be performed to minimize the occurrence of power theft. The proposed methodology was applied to a test case considering typical data from a regulated electricity distribution company. The goal is not to identify the individual who steals energy, but actions to curb the theft. They are presented and discussed the results showing the evolution of the economic variables of interest to the problem. The proposed methodology has potential for application in the electric sector. Based on the consumption decision model of customers and the electricity sector, it was possible to evaluate the points of interest of different actors in order to understand how their interests behave.

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  • CARLOS EDUARDO TEIXEIRA
  • Sistema de Monitoramento da Contaminação por Umidade em Óleos Combustíveis através da Análise de Sinais Ultrassônicos

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAMILA PAES SALOMON
  • ERIK LEANDRO BONALDI
  • GISCARD FRANCIMEIRE CINTRA VELOSO
  • LEVY ELY DE LACERDA DE OLIVEIRA
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • Data: 06/12/2019

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  • A capacidade de geração de usinas termelétricas (UTEs) depende diretamente da qualidade do óleo combustível utilizado. Além de diminuir a eficiência da mesma, combustíveis contendo elevados níveis de contaminantes podem causar prejuízos ao próprio sistema e também ao ambiente. Devido aos danos causados quando em contato com outros contaminantes (e.g., enxofre), além da facilidade de adulteração pela simples adição da mesma, a água, solvente universal, se torna um dos contaminantes mais críticos. Assim, para análise do óleo utilizado, as UTEs normalmente recorrem a testes laboratoriais. Embora esta abordagem ofereça boa precisão e bom detalhamento quanto a presença de contaminantes, longos períodos de tempo são exigidos até a obtenção dos resultados. Em posse dessas informações, este trabalho visa a analisar a contaminação por umidade presente em amostras de óleo combustível através da emissão, recepção e análise de sinais ultrassônicos. Para identificação dos níveis de contaminação e classificação das diferentes amostras de óleo, a abordagem recorre ao uso da Análise de Componentes Principais (PCA). Esta metodologia resultou em uma expressão que relaciona o valor de \textit{score}, obtido da técnica de PCA, e a informação da razão água/óleo, possibilitando a aplicação \textit{online} do sistema desenvolvido e, consequentemente, reduzindo o tempo de obtenção da informação desejada. O protótipo utilizado neste trabalho foi integralmente desenvolvido, garantindo versatilidade para os diversos testes e ajustes realizados. Este trabalho apresenta os resultados obtidos em laboratório e em campo. Foi possível comparar o sistema proposto com um sensor capacitivo. Uma diferença máxima de 0,2 ponto percentual foi verificada entre ambas as abordagens.


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  • The generation capacity of thermoelectric plants depends directly on the quality of the fuel oil used. Besides reducing the efficiency, fuels containing high levels of contaminants may jeopardize the system itself and also the environment. Due to damage caused when it is in contact with other contaminants (e.g., sulfur), added to the ease of adulteration by the simple addition of it, water, the universal solvent, becomes one of the most critical contaminants. Thus, for the analysis of fuel oil, thermoelectric plants usually counts on laboratory tests. Although this approach offers good precision and good detail about the presence of contaminants, long periods of time are required until results are obtained. Upon such preliminary information, this work aims to analyze the moisture contamination of fuel oil samples by emitting, receiving and analysing ultrasonic signals. In order to identify the levels of contamination and classify the different fuel oil samples, the approach implements the Principal Component Analysis (PCA). This methodology leads to an expression that relates the score value issued from PCA and the water/oil ratio information, allowing the online application of the developed system and, consequently, reducing the time to obtain the desired information. The prototype used in this work was fully developed, guaranteeing versatility for all tests and adjustments made. We could also compare the proposed system with a capacitive sensor under field conditions. We verified a maximum difference of 0.2 percentage point between both approaches.

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  • DANIELY GOMES SILVA
  • Transformada Óptica para Obtenção de Mapeamento Quase-Conforme em Mantos de Invisibilidade Tridimensionais

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO DE FRANCISCO
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • EDUARDO HENRIQUE SILVA BITTENCOURT
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • LUCIA AKEMI MIYAZATO SAITO
  • MATEUS AUGUSTO FAUSTINO CHAIB JUNQUEIRA
  • Data: 09/12/2019

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  • A técnica da transformada óptica, alcançada por meio da transformação de coordenadas, é utilizada para controlar a propagação de ondas eletromagnéticas, possibilitando novas aplicações com dispositivos ópticos complexos. O manto de invisibilidade se destaca como a aplicação mais reconhecida no campo da transformada óptica, devido à sua capacidade de tornar objetos invisíveis a um espectador externo. Um caso particular do manto é o tapete de invisibilidade, que tem atraído uma maior atenção por apresentar maior simplicidade de desenvolvimento e também por reduzir as dificuldades e restrições impostas pelo manto de espaço livre. Entretanto, para obter o controle de propagação de ondas desejado, a transformada óptica apresenta alguns desafios, como tensores de permeabilidade e permissividade anisotrópicos e não-homogêneos ou índices de refração com valores negativos. Uma possível alternativa para viabilizar a aplicação da transformada óptica, abordada neste trabalho, é o uso do mapeamento quase-conforme, minimizando as dificuldades inerentes da transformada óptica. Como resultado, tem-se um meio com operação em banda larga e anisotropia reduzida. Diferentes métodos serão apresentados para obter esse tipo de mapeamento, incluindo o mapeamento para a ocultação de objetos tridimensionais. Assim, neste trabalho, uma nova abordagem para alcançar o mapeamento quase-conforme será apresentada para o desenvolvimento de um tapete de invisibilidade tridimensional. Esse mapeamento será obtido por meio de técnicas de parametrização e otimização numérica, que levam à redução da anisotropia, e possibilitam utilizar somente materiais naturais isotrópicos em seu desenvolvimento. Por meio de simulações numéricas de onda completa, será possível, pela primeira vez, demonstrar a invisibilidade para quaisquer direções de propagação de onda, independentemente do ângulo de incidência e da polarização da onda eletromagnética. O funcionamento desse dispositivo será teoricamente demonstrado em diferentes faixas de frequências, inclusive no espectro de luz visível, mostrando sua capacidade de operação em banda larga.


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  • The transformation optics technique, achieved through coordinates transformation, is used to control electromagnetic waves propagation, enabling new applications using complex optical devices. The invisibility cloak stands out as the most recognized application in the transformation optics field, due to its ability to make objects invisible to an external observer. A particular case of the invisibility cloak is the carpet cloak, which has attracted greater attention because it presents simpler development, by reducing complexity and constraints imposed by the free space cloak. However, in order to obtain the desired wave propagation control, the transformation optics presents some challenges, such as anisotropic and non-homogeneous permeability and permittivity tensors, or refractive indexes with negative values. An alternative for feasibly applying the transformation optics, discussed in this work, is the use of quasi-conformal mapping, minimizing the inherent complexity of the transformation optics. It results in propagation medium with broadband operation and reduced anisotropy. Different methods will be presented to obtain this type of mapping, including mapping for cloaking three-dimensional objects. This work introduces a new approach for achieving quasi-conformal mapping in the development of a three-dimensional invisibility carpet cloak. This mapping will be obtained through parametrization and numerical optimization techniques, leading to anisotropy reduction, and enabling the use natural-only isotropic materials in its development. Through full-wave numerical simulations, it will be possible, for the first time, to demonstrate invisibility in any direction of wave propagation, regardless of the angle of incidence and the polarization of the electromagnetic wave. The operation of this device will theoretically be demonstrated in different frequency ranges, including in the visible light spectrum, showing its ability to operate with broadband response.

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