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

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  • 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.


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  • 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
  • PAULO VICTOR VIANA DA SILVA
  • Electromagnetic procedures to support main components design of synchronous machines

  • Orientador : EDSON DA COSTA BORTONI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BERNARDO PINHEIRO DE ALVARENGA
  • EDSON DA COSTA BORTONI
  • JORGE JOHNNY ROCHA ECHEVERRIA
  • RICARDO ELIAS CAETANO
  • Data: 28/02/2020

  • Mostrar Resumo
  • Geradores síncronos tem provado através das décadas serem a solução acessível para sistemas elétricos trifásicos e se consolidaram como a peça fundamental em usinas em que a fonte de energia é renovável, como hidráulica e eólica. Assim, com um aumento constante das preocupações relacionadas ao meio ambiente nos dias de hoje, é também esperado um aumento no uso de máquinas síncronas, junto a mais pesquisas e desenvolvimento. Um desafio seria integrar o já consolidado conhecimento tradicional com ferramentas computacionais modernas. Tratando-se de máquinas elétricas, há mais de um procedimento ou técnica para resolver o mesmo problema, variadas combinações de novos algoritmos e livros do século passado têm ainda espaço para serem abordadas. Este trabalho propõe e desenvolve um conjunto de ferramentas que permite a análise de efeitos magnéticos em máquinas de polos salientes com soluções rápidas e precisas, aplicando o que foi ensinado pelos primeiros "maquinaristas", como Tingley e Park, junto ao MATLAB e Método de Elementos Finitos. Seus objetivos são obter a Força Magnetomotriz e a Densidade de Fluxo Magnético de uma dada máquina para que assim, em um trabalho futuro, calcular a matriz de indutâncias. FMM é calculada através dos métodos Tingley Box, Matriz de Enrolamento, e série de Fourier, permitindo a análise de cada espira. Densidade de fluxo é calculada por Análise de Elementos Finitos, que permite o cálculo dos fatores de invólucro que dão suporte à precisão da ferramenta ao compará-los com benchmark de fabricantes. No final, um guide no MATLAB é apresentado, que agrega todo o trabalho utilizando uma interface amigável.


  • Mostrar Abstract
  • Synchronous generators have proven over the decades to be the feasible solution for three-phase power systems and have consolidated as the vital piece in power plants in which the source of energy is renewable, as hydraulic or wind. Thus, with a constant increase in environmental concerns in current times, it is also expected an increase in synchronous machine usage, along with more research and development. A challenge would be to integrate the traditional consolidated knowledge with modern computational tools. Since when it comes to electrical machines, there is more than one procedure or technique to solve the same question, many combinations of new algorithms and books from a century ago have yet space to be approached. This work proposes and develops a set of tools to allow the analysis of magnetics effects in a salient pole machine with general, accurate, and fast solutions, applying what has been taught for the first “machinerists”, as Tingley and Park, alongside with MATLAB and Finite Element Method. Its objectives are to get Magnetomotive Force and Magnetic Flux Density of a given machine so then, in future work, to calculate the inductance matrix. MMF is calculated through Tingley Box, Winding Matrix, and Fourier Series, allowing the analysis for every single turn. Flux density is calculated through Finite Element Analysis, which allows the calculation of enclosure factors that support the accuracy of the tool by comparing it with manufacturers' benchmarks. In the end, a guide in MATLAB is shown, which aggregates everything exposed with a user-friendly interface.

3
  • 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

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  • 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.

4
  • VICTOR FERREIRA ZWETKOFF
  • Metodologia Probabilística para Tarifação de Sistemas de Transmissão Considerando a Intermitência da Fonte Eólica

  • Orientador : ARMANDO MARTINS LEITE DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARMANDO MARTINS LEITE DA SILVA
  • CARLOS RUBENS RAFAEL DORNELLAS
  • EDUARDO CRESTANA GUARDIA
  • JOAO GUILHERME DE CARVALHO COSTA
  • Data: 12/06/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esta dissertação propõe uma nova metodologia para alocação de custos de sistemas de transmissão considerando a intermitência de fontes eólicas. Inicialmente, apresenta-se a formulação matemática da metodologia de alocação de custos de transmissão em bases semelhantes àquela adotada atualmente no Brasil. Este método decompõe o custo total do sistema de transmissão em duas parcelas: o custo da parcela utilizada da transmissão, alocado aos usuários conforme o uso efetivo da rede; e o custo da parcela não utilizada da transmissão, rateado entre os usuários na proporção de suas magnitudes de geração e consumo.
    A principal contribuição desta dissertação consiste na inserção de um esquema de precificação nodal em um ambiente cronológico de simulação, permitindo analisar o comportamento dos encargos de transmissão frente à variação na geração eólica. O objetivo é calcular uma tarifa equivalente para cada participante do mercado nos segmentos de geração e carga, considerando a realidade operacional do sistema elétrico.
    O algoritmo proposto é aplicado ao sistema IEEE-RTS (Reliability Test System) modificado com a inserção de uma usina eólica. Neste mesmo sistema, são também aplicados métodos determinísticos de tarifação, permitindo a comparação das tarifas resultantes. Diversos testes são realizados e seus resultados amplamente discutidos.


  • Mostrar Abstract
  • This dissertation proposes a new method for allocating costs of transmission systems considering the intermittency of wind sources. Initially, the mathematical formulation of the transmission cost allocation method is presented, which is based on that one currently adopted in Brazil. This method breaks down the total cost of the transmission system into two components: the cost of the used portion of the transmission capacity, allocated to users according to the actual use of the network; and the cost of the unused portion of the transmission, rated among users in proportion to the magnitudes of their generation and consumption.
    The main contribution of this dissertation is the insertion of a nodal transmission pricing scheme in a chronological simulation environment, which allows analyzing the behavior of transmission charges in relation to the variable power output of wind sources. The objective is to calculate an equivalent tariff for each market participant of generation and load sectors, considering the operational reality of the electrical system.
    The proposed method is applied to a modified configuration of the IEEE-RTS (Reliability Test System) with insertion of a wind power plant. In the same system, deterministic pricing methods are also applied, allowing the comparison among resulting tariffs. Several tests are carried out and their results extensively discussed.

5
  • VICENTE TIBURCIO DOS SANTOS JÚNIOR
  • Voltage control on active networks under adverse conditions

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • TALES CLEBER PIMENTA
  • Data: 16/06/2020

  • Mostrar Resumo
  • Due to the inclusion of new loads and the predominant increase in electricity demand
    associated with the limitations of new environmental projects to minimize carbon emissions,
    such as pollution resulting from the energy generated by fossil fuels, the incorporation of
    electrical systems with distributed generation attributes to the energy planning, plans greater
    efficiency for various sectors of energy consumer groups worldwide.
    To maintain the effectiveness and reliable operation of the entire power system
    interconnected between grids and intelligent microgrids of electricity supply, standards must
    follow the established voltage levels in all terminals of the electrical power supply equipment
    supply, keeping them within limits. Both power utilities and distributed generation and
    consumers maintain the required design specifications for a reliable range of variation. The
    need to maintain a standardized voltage level is summed up in the treatment of possible
    failures that can occur when there is a voltage level acting beyond the limits established in
    extended equipment operating times.
    Due to the failure to maintain constant voltage levels along the electrical power grids
    several voltage control methods are applied, mainly controlling absorption, production and
    reactive power flow at all levels of the system, as well as when adverse system conditions
    where levels can achieve loss of system stability and voltage collapse.
    This research aims to characterize the appropriate methods for voltage correction and
    stability in active electrical networks under the influence of adverse conditions, whether
    natural influences or disasters, to influences related to the conditions of electrical energy
    systems, such as contingencies and distortions in other factors of the system that influence
    the level of voltage, to which some scientific publications relate [1-4], analyzing in an
    equationally calculated experimental way and simulations in MATLAB and ATPDRAW to
    prove the results.


  • Mostrar Abstract
  • Due to the inclusion of new loads and the predominant increase in electricity demand
    associated with the limitations of new environmental projects to minimize carbon emissions,
    such as pollution resulting from the energy generated by fossil fuels, the incorporation of
    electrical systems with distributed generation attributes to the energy planning, plans greater
    efficiency for various sectors of energy consumer groups worldwide.
    To maintain the effectiveness and reliable operation of the entire power system
    interconnected between grids and intelligent microgrids of electricity supply, standards must
    follow the established voltage levels in all terminals of the electrical power supply equipment
    supply, keeping them within limits. Both power utilities and distributed generation and
    consumers maintain the required design specifications for a reliable range of variation. The
    need to maintain a standardized voltage level is summed up in the treatment of possible
    failures that can occur when there is a voltage level acting beyond the limits established in
    extended equipment operating times.
    Due to the failure to maintain constant voltage levels along the electrical power grids
    several voltage control methods are applied, mainly controlling absorption, production and
    reactive power flow at all levels of the system, as well as when adverse system conditions
    where levels can achieve loss of system stability and voltage collapse.
    This research aims to characterize the appropriate methods for voltage correction and
    stability in active electrical networks under the influence of adverse conditions, whether
    natural influences or disasters, to influences related to the conditions of electrical energy
    systems, such as contingencies and distortions in other factors of the system that influence
    the level of voltage, to which some scientific publications relate [1-4], analyzing in an
    equationally calculated experimental way and simulations in MATLAB and ATPDRAW to
    prove the results.

6
  • DENIS VARISE BERNARDES
  • Otimização dos modos de operação do sistema de aquisição do instrumento SPARC4

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • EDER MARTIOLI
  • LUCIANO FRAGA
  • MATEUS AUGUSTO FAUSTINO CHAIB JUNQUEIRA
  • Data: 30/06/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho apresenta o método desenvolvido para a otimização da performance dos EMCCDs do instrumento astronômico SPARC4. Para tanto, foram desenvolvidas duas bibliotecas em linguagem Python para o cálculo da relação sinal-ruído e da frequência de aquisição do CCD em função do seu modo de operação. Estas bibliotecas são utilizadas para a otimização dos parâmetros do CCD. São disponibilizados três modos de otimização: (1) otimizar a relação sinal-ruído, (2) otimizar a frequência de aquisição e (3) otimizar ambos os parâmetros ao mesmo tempo. Este último utiliza o Método de Otimização Bayesiano para a determinação do modo ótimo. Foi realizada uma série de testes para validação do funcionamento do método desenvolvido. Para a realização destes testes, foi implementado um simulador imagens artificiais para simular a imagem de uma estrela adquirida pelos CCDs. Após a validação, aplicou-se o método para a otimização do modo de operação dos CCDs para uma série de dados de noites de observação realizadas no observatório Pico dos Dias. Foi possível obter uma melhora na performance dos CCDs para todas as noites analisadas. Caso este método fosse utilizado como uma ferramenta para a otimização dos CCDs, seria possível obter uma economia de tempo de telescópio de 97,17 %, 65,08 % e 77,66 % para os modos de otimização 1, 2 e 3, respectivamente. Concluiu-se que o método desenvolvido pode ser utilizado para a determinação do modo de operação dos CCDs do SPARC4, contribuindo com uma melhora na qualidade dos dados científicos obtidos no observatório, assim como na alocação de uma maior quantidade de projetos para o mesmo número de noites.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a methodology developed to optimize the performance of the EMCCDs of the SPARC4 instrument. It was developed two packages in Python to calculate the signal-to-noise ratio and the acquisition rate of the CCDs, according to its operation mode. Each of these packages are used in the optimization of the parameters of the CCDs. It has been developed the following three methods for optimization: (1) optimize the signal-to-noise ratio, (2) optimize the acquisition rate, and (3) optimize both parameters at the same time. The latter uses the Bayesian Optimization Method to determine the optimum mode. It has been performed a series of tests to validate the method. To accomplish these tests, it has been developed an artificial image simulator to simulate a star image acquired by the cameras. After the tests, it has been applied the method to optimize the operation
    mode of the CCD for a series of archival data from several nights of observations carried out at the Picos dos Dias Observatory. It was possible to obtain an improvement in the CCD performance for all nights analyzed. We show that if this method was used as a tool to optimize the operation mode of the CCDs, it would have been possible to save an amount of telescope time equivalent to 97.17 %, 65.08 %, and 77.66 %, for optimizaton modes 1, 2, and 3, respectively. We conclude that this method can be used to determine the operation mode of the SPARC4 CCDs, where it can contribute to an improvement in the quality of the scientific data acquired at the observatory as well as in the allocation of larger projects for the same number of nights.

7
  • BRUNO PINTO BRAGA GUIMARÃES
  • Sistema de Armazenamento de Energia com Conversor Multinível para Redes de Média Tensão

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS HENRIQUE DA SILVA
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • ROBSON BAUWELZ GONZATTI
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • WILSON CÉSAR SANT`ANA
  • Data: 02/07/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um conversor multinível de topologia CHB de sete níveis, para aplicações com sistema de armazenamento por baterias em redes de média tensão. A especificação de cada um dos componentes que compõem a parte de potência do equipamento, bem como a descrição dos circuitos que compõem o sistema eletrônico de medição e controle, são realizadas de forma detalhada. Para demonstrar a funcionalidade do protótipo implementado, são apresentados resultados deste operando injetando potência ativa em um sistema de 13,8 kV e efetuando o carregamento dos bancos de baterias durante horários programados. O sistema conta com um conjunto GPS para fornecimento de informações de horário para efetuar a transição do modo de suporte de ativo e de carga das baterias. A função implementada é baseada no
    controle de corrente ativa manipulada pelo conversor. Para isto, é utilizado o controlador proporcional ressonante em conjunto com um algoritmo que coordena a carga e descarga dos bancos de bateria. A implementação da malha e do algoritmo de controle é realizada através do microcontrolador TMS320F28335. Por fim, são apresentados também, resultados que demonstram a possibilidade da utilização deste equipamento na compensação de potência reativa e na regulação de tensão do sistema.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents the development of a seven-level CHB multilevel converter prototype, for applications with battery energy storage systems in medium voltage grids. The specification of each component that composes the power stage of the equipment, as well as the description of the circuits that compose the electronic measurement and control system, are described in detail. To demonstrate the functionality of the implemented prototype, results are presented injecting active power into a 13.8 kV system and charging the battery banks during scheduled times. The system has a GPS set to provide time information to perform the transition of the active power support and battery charging mode. The implemented function is based on the control of active current manipulated
    by the converter. For it, is used the proportional resonant controller together with an algorithm that coordinates charge and discharge of battery banks. The implementation of the control loop and the control algorithm is performed in the TMS320F28335 microcontroller. Finally, results are also presented to demonstrate the possibility of using this equipment for reactive power compensation and system’s voltage regulation.

8
  • VINICIUS BRAGA FERREIRA DA COSTA
  • MODELAGEM ECONÔMICA DO MERCADO INTELIGENTE DE ELETRICIDADE COM CONCESSIONÁRIAS,
    CONSUMIDORES E PROSSUMIDORES

  • Orientador : BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • FERNANDO NUNES BELCHIOR
  • Data: 03/07/2020

  • Mostrar Resumo
  • A integração de geração distribuída (GD) à rede de distribuição tem crescido de maneira acentuada, especialmente a geração fotovoltaica, devido ao barateamento da tecnologia, políticas econômicas de incentivo e ao aumento da preocupação com o meio ambiente. Embora os benefícios da inserção de fontes renováveis na rede elétrica sejam inquestionáveis, é imprescindível que haja uma regulação eficaz que garanta a sustentabilidade do mercado formado por prosumers (consumidores que detém sistemas de GD), consumidores e concessionária. A regulação tarifária vigente (Net Metering) prevê que o excedente de energia proveniente do sistema de GD seja compensado pela concessionária, através de créditos na conta de energia. A concessionária recebe e distribui na sua rede o excedente de energia e o prosumer, tem até 5 anos para poder consumir o crédito de energia no mesmo posto tarifário. Na medida em que o número de prosumers aumenta, a receita da concessionária diminui, o que resulta num aumento da tarifa pelo agente regulador no próximo ciclo de revisão tarifária, já que atua no sentido de garantir o equilíbrio econômico-financeiro da concessionária. O aumento da tarifa incentiva ainda mais consumidores a adquirirem sistemas de GD, o que implica, novamente, numa diminuição da receita da concessionária. Este processo é chamado popularmente de “Robin Hood às Avessas”, visto que resulta em crescentes impactos sociais, e os consumidores mais afetados são os que não têm condições financeiras de investir em sistemas de GD. Esta dissertação tem como objetivo iniciar a representação do mercado inteligente do setor elétrico a partir do Modelo Econômico TAROT – Tarifa Otimizada visando maximizar o bem-estar socioeconômico e garantir a sustentabilidade do mercado, somente atingível a partir de uma regulação mais eficiente.


  • Mostrar Abstract
  • The integration of distributed generation (DG) into the distribution network has been increasing intensely, especially the photovoltaic generation, due to the reduction of technology costs, economic incentive policies and the growing concern regarding the environment. Although the benefits of inserting renewable energy sources into the network are unquestionable, it is essencial to have an effective regulation that ensure the sustainability of the market formed by prosumers (consumers who own DG systems), consumers and power distribution utility. The current tariff regulation (Net Metering) states that the surplus energy from the DG system must be compensated by the utility, leading to credits on the energy bill. The utility receive and distribute the energy into its network and the prosumer has up to 5 years to consume the energy credit during the same respective tariff period. As the number of prosumers increases, the utility’s revenue deacreses, resulting in a tariff raise by the regulatory agency in the next tariff review cycle, which acts to guarantee the utility’s economic and financial balance. The tariff raise encourage even more consumers to purchase DG systems, which again implies in a decrease of the utility’s revenue. This process is popularly referred to as “Reverse Robin Hood”, since it results in massive social impacts, and the most affected consumers are those who cannot afford to buy and install DG systems. This dissertation aims to start the representation of the smart market of the electric sector based on the Optimized Tariff Model (TAROT), with the objective of maximizing the socioeconomic welfare and ensuring the sustainability of the market, only attainable with more efficient regulation.

9
  • JOÃO GABRIEL LUPPI FOSTER
  • FCS-MPC Aplicado em Filtro Híbrido Multinível para Compensação Harmônica e de Reativo

  • Orientador : LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ EDUARDO BORGES DA SILVA
  • ROBSON BAUWELZ GONZATTI
  • RONDINELI RODRIGUES PEREIRA
  • SÍLVIA COSTA FERREIRA
  • Data: 06/07/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esse trabalho propõe a aplicação da técnica de controle preditivo baseado em modelo
    com conjunto de controle finito (FCS-MPC) na compensação dinâmica de reativo e de
    harmônicos. Para atingir esses objetivos, o FCS-MPC é aplicado a um filtro ativo híbrido
    composto por um banco de capacitores, um filtro LCL, e um conversor multinível.
    O controle da potência reativa é realizado através do controle da tensão sobre o banco
    de capacitores, dessa maneira é possível fazer com que a potência reativa entregue pelo
    filtro híbrido seja maior ou menor do que a potência nominal do banco de capacitores.
    A compensação dos harmônicos presentes na corrente da fonte segue dois princípios, o
    bloqueio harmônico, que evita que os harmônicos da tensão da rede gerem harmônicos de
    corrente na fonte, e a sintonização do filtro, que faz com que o ramo do filtro híbrido atue
    como um curto circuito para as frequências harmônicas da carga, fazendo com que elas
    não circulem pela rede.
    Um controle multivariável é utilizado para reduzir os problemas de ressonância do filtro
    LCL. As referências de controle para a frequência fundamental são calculadas a partir do
    modelo do sistema, e um controlador proporcional ressonante é aplicado para se encontrar
    a referência para as frequências harmônicas.
    Para se verificar os resultados obtidos com as técnicas empregadas são primeiramente apresentados
    resultados de simulações efetuadas no software Matlab/Simulink ®. Em seguida,
    são apresentados os resultados experimentais, adquiridos através de testes realizados em
    um filtro ativo híbrido montado em laboratório.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes the application of finite control set model predictive control(FCSMPC)
    for dynamic reactive power and harmonics compensation. To achieve these objectives
    the FCS-MPC is applied to a hybrid active power filter consisting of a capacitor
    bank, an LCL filter and a multilevel converter.
    The reactive power control is accomplished through control of the capacitor bank voltage,
    in this way it is possible to deliver reactive power greater or smaller than the nominal
    power of the capacitor bank. The source current harmonics compensation is based on two
    principles: harmonic blocking, which prevents grid voltage harmonics from generating
    harmonic currents in the source; and filter tuning, which turn the hybrid filter branch
    into a short circuit for the load harmonic currents, avoiding them to penetrate the grid.
    A multivariable control is applied in order to reduce the problems with the LCL filter
    resonances. The control references for the fundamental frequency are obtained from the
    system model, and a proportional resonant control is applied to calculate the references
    for the harmonic frequencies.
    Simulations and experimental results are presented in order to verify the behaviour of the
    applied techniques.

10
  • CLAUDIO ADRIANO CORREIA CAMBAMBI
  • IMPACTO DO SOMBREAMENTO NA POTÊNCIA DE SAÍDA DE UMA MATRIZ FOTOVOLTAICA COM DIODOS DE BYPASS

  • Orientador : ENIO ROBERTO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ENIO ROBERTO RIBEIRO
  • PAULA DOS SANTOS VICENTE
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • ROBSON LUIZ MORENO
  • Data: 17/07/2020

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  • É bem verdade que o sombreamento parcial de uma matriz fotovoltaica reduz a capacidade de geração de energia. Acredita-se que a potência máxima de uma matriz fotovoltaica parcialmente sombreada seja inversamente proporcional ao percentual do sombreamento. Com tudo, consta na literatura que esse pode não ser o caso. A potência máxima de uma matriz pode ser tornar insensível ao percentual do sombreamento se um ponto crítico é atingido e, esse ponto crítico, depende do tamanho, número de módulos sombreados e da configuração da matriz. É constantemente relatado na literatura que em uma matriz fotovoltaica sob condições de sombreamento, a condição de menor impacto ocorre quando os módulos sombreados estão localizados na mesma coluna ou distribuídos em um número limitado de colunas. Na verdade, essa observação é 100% verdadeira em matrizes fotovoltaicas sem o uso do diodo de bypass. Conforme demonstrado nesta dissertação, a condição de menor impacto também pode ocorrer quando os módulos sombreados estão distribuídos em colunas distintas se os diodos de bypass são utilizados na configuração. Dessa forma, essa dissertação apresenta a relação entre a posição e o número de módulos sombreados versus a energia gerada por uma matriz fotovoltaica série-paralelo parcialmente sombreada e, estabelece um conjunto de equações analíticas para estimar a tensão, corrente e potência em cada ponto de máxima potência local, usando apenas informações da folha de dados, da maneira mais simples e direta, sem recorrer à
    modelagem complexas, evitando completamente o procedimento iterativo, eliminando a incerteza de cálculo e reduzindo significativamente o tempo de execução. As expressões derivadas são validadas por meio de simulações. Verificou-se que a perda de potência de saída, está direta e principalmente relacionada à posição dos módulos sombreados na matriz fotovoltaica.


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  • It is true that the partial shading of a photovoltaic matrix reduces the power generation capacity. It is believed that the maximum power of a partially shaded photovoltaic matrix is inversely proportional to the percentage of shading. However, it appears in the literature that this may not be the case. The maximum power of a matrix can be rendered insensitive to the percentage of shading if a critical point is reached, and that critical point depends on the size, number of shaded modules and the configuration of the matrix. It is constantly reported in the literature that in a photovoltaic matrix under shading conditions, the condition with the least impact occurs when the shaded modules are located in the same column or distributed in a limited number of columns. In fact, this observation is 100 % true for photovoltaic arrays without the use of the bypass diode. As demonstrated in this dissertation, the condition with the least impact can also occur when the shaded modules are distributed in different columns if the bypass diodes are used in the configuration. Thus, this dissertation presents the relationship between the position and the number of shaded modules versus the energy generated by a partially shaded series-parallel photovoltaic matrix and establishes a set of analytical equations to estimate the voltage, current and power at each point. maximum local power, using only information from the data sheet, in the simplest and most direct way, without resorting to
    complex modeling, completely avoiding the iterative procedure, eliminating calculation uncertainty and significantly reducing execution time. Derived expressions are validated through simulations. It was found that the loss of output power is directly and mainly related to the position of the shaded modules in the photovoltaic matrix.

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  • RAISSA FERRAZ CAMPOS
  • Desenvolvimento de um Sistema de Controle aplicado a uma Prótese Ativa de Joelho

  • Orientador : LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO FERNANDES DE PAULA
  • FELIPE DE OLIVEIRA E SILVA
  • JEREMIAS BARBOSA MACHADO
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • Data: 24/07/2020

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  • No Brasil o número de ablações de membros inferiores realizadas na rede pública de saúde é predominante entre as cirurgias deste tipo, sendo as amputações feitas entre o joelho e a articulação do quadril -- designadas amputações transfemurais – as de maior incidência. Equilíbrio e estabilidade passam a ser novos obstáculos após uma cirurgia como esta. A tentativa de compensação da perda do membro faz com que a biomecânica corporal seja afetada; além disso, uma privação da mobilidade do paciente indubitavelmente ocorre, influenciando diretamente a sua qualidade de vida. Ao longo dos anos, as investidas na devolução da qualidade de vida aos pacientes amputados transfemurais ganharam mais forma. Vislumbrando suprir a perda do membro ou, ao menos, atenuar as influências na biomecânica corporal, inúmeras pesquisas têm sido realizadas no campo do desenvolvimento de próteses, inclusive de joelho. As próteses de membros podem ser de três tipos: passiva, semi-ativa e ativa. No fim, o que se pretende é que elas proporcionem ao indivíduo uma experiência próxima ao natural, tanto quanto possível; para tal finalidade, as próteses ativas são as mais eficientes. Os fluidos magneto-reológicos são uma classe de materiais inteligentes, cuja principal característica é passar do estado líquido para semi-sólido por meio da aplicação de um campo magnético. Suas vantagens fazem com que sua utilização seja bastante promissora em diversas aplicações, como nos dispositivos protéticos. O presente estudo traz a elaboração de um sistema de controle de um joelho magneto-reológico que, com a utilização de técnicas de controle preditivo e redes neurais, visa ser posteriormente implementado em uma prótese transfemural ativa. As habilidades de aprendizado, previsão e auto-organização, aliadas à capacidade de predição e garantia de comportamento do sistema dentro do horizonte de previsão, possibilitam o refinamento do controle do sistema. A fim de atestar seu correto funcionamento são feitos os controles de torque e de posição do joelho, que, atuando como sub-sistemas, são responsáveis por assegurar que o motor tenha condições de proporcionar torque suficiente para realização dos movimentos e que a perna possa ser adequadamente posicionada durante todo o ciclo de marcha. Os dois subsistemas, atuando simultânea e compassadamente, garantem que todos os requisitos do sistema sejam satisfeitos. Diferentes arranjos de redes são testados utilizando camadas Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit e camadas recorrentes simples. Os resultados mostram que o controle do joelho é alcançado fazendo uso das técnicas apresentadas, demonstrando que sua aplicação em próteses é factível e promissora.


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  • In Brazil the number of lower limb ablations performed in the public health system is prevalent among surgeries of this type, with transfemoral amputations having the highest incidence. With the loss of a considerable part of a lower limb, body’s balance and stability are drastically affected. The attempt to compensate the loss affects patients’ body biomechanics and the deprivation of mobility directly influences its quality of life. Over the years, efforts to enlarge transfemural amputee patients’ quality of life have grown and numerous researches have been carried out, benefiting prosthetic development that tries to compensate the limb loss or at least to mitigate the influences on body biomechanics. Limb prostheses can be passive, semi-active and active, being the last mentioned the most appropriate to provide an experience very close to the natural one to its users. Magneto-rheological fluids are a class of intelligent materials, whose main characteristic is to change from a liquid to a semi-solid state through the application of a magnetic field. Its advantages make its use very promising in several implementations, such as in the field of prosthetic devices. This study presents the development of a control system for a magneto-rheological knee that aims to be subsequently applied in an active transfemoral prosthesis. The system uses neural networks and predictive control techniques, that brings the skills of learning, forecasting, self-organization, the ability to predict and guarantee the behaviour of the system within the prediction horizon. Together these two techniques enable a refinement of the control system. In order to assure its correct functioning, torque and knee positioning controls are performed, which acting as sub-systems are responsible for ensuring that the engine is able to provide sufficient torque to perform the movements and the leg could be properly positioned during every gait cycle. The two sub-systems acting simultaneously and steadily can guarantee that all system requirements are met. Different network arrangements are tested using Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit and simple recurrent layers. The results showed that the magneto-rheological knee can be controlled using the techniques presented, which demonstrates its application in real prostheses is feasible and promising.

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  • PEDRO HENRIQUE NAVES VASCONCELOS
  • Integrated Dynamic Modeling of Economic, Social, Demographic, and Environmental Aspects for a Sustainable Regional Development

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • LUIS VARGAS DÍAZ
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • PEDRO PAULO BALESTRASSI
  • Data: 30/07/2020

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  • Uma compreensão ampla dos mecanismos subjacentes que reportam a pobreza aos aspectos econômicos, demográficos e ambientais é crucial na implantação de políticas intervenções para erradicar a pobreza extrema e generalizada e contribuir para o desenvolvimento regional. Para testar e visualizar as teorias existentes sobre as armadilhas de pobreza - a pobreza que se auto-reforça devido às más condições de equilíbrio - assumimos o desafio de modelar usando a teoria de sistemas dinâmicos. O modelo Wonderland define a estrutura básica para as equações e parâmetros propostos. Trabalhos anteriores modelaram matematicamente algumas interações entre economia, demografia e meio am-
    biente, mas a inclusão da pobreza e das armadilhas de pobreza e seus respectivos efeitos sob um amplo ponto de vista á uma abordagem um tanto nova. O modelo proposto é testado sob condições estimadas de um cenário brasileiro real: o estado de Minas Gerais e suas regiões administrativas. Nas simulações, grandes escalas de tempo foram usadas para a visualização dos efeitos de politicas e intervenções sobre as gerações futuras. Os resultados ilustram que a dinâmica da pobreza pode ser melhor compreendida quando abordada por modelos matem ́aticos e contribui para a investigação das diferenças regionais. A modelagem das armadilhas da pobreza e o desenvolvimento sustentável usando conjuntos de equações algébricas e diferenciais requer uma visão holística, pois agrega
    aspectos que transcendem a dinâmica da economia, engenharia e sistemas
    sociais.


  • Mostrar Abstract
  • A broad understanding of the underlying mechanisms that relate poverty to economic, demographic, and environmental aspects is crucial in the deployment of policies and interventions to eradicate extreme, pervasive poverty and contribute to regional development. To test and visualize existing theories of poverty traps – the poverty that is self-reinforcing due to poor equilibrium conditions – we take the challenge of modeling using system dynamics theory. The Wonderland model sets the base framework for the proposed equations and parameters. Previous work has successfully mathematically modeled some interactions between economy, demography, and environment, but the inclusion of poverty and poverty traps and their respective effects on a broader point of view is a somewhat novel approach. The proposed model is tested under estimated conditions of a real Brazilian scenario. In simulations, large time-scales were used in visualizations of the
    effects of policies and interventions upon future generations. Results illustrate that the dynamics of poverty can be better understood and addressed by mathematical models and contribute to investigate regional development and the relationship between different aspects of the region. The modeling of poverty traps and the sustainable development using system dynamics requires a holistic view, as it aggregates aspects that transcend the dynamics of economics, expert, engineering and social systems.

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  • HARISON ARAUJO ANTUNES
  • Metodologia de Acompanhamento e Identificação de Falha em Transformadores (MAIFT): contribuição da identificação da causa raiz aliada à manutenção preditiva

  • Orientador : ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • GUSTAVO PAIVA LOPES
  • PABLO RODRIGUES MUNIZ
  • ROBSON DA SILVA MAGALHÃES
  • Data: 07/08/2020

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  • Transformadores de potência geralmente são os ativos de maior custo em um sistema elétrico, além de serem críticos à operação do sistema ou de uma indústria em que uma parada não programada pode trazer enorme prejuízo econômico. Assim, a detecção de falhas incipientes e a verificação da condição do equipamento para se evitar paradas intempestivas se fazem primordiais e podem ser alcançadas por intermédio da realização periódica de ensaios e testes. As manutenções preventiva e preditiva de transformadores elétricos com a aplicação de técnicas convencionais para Análise de Gases Dissolvidos (AGD) em óleo isolante são capazes de indicar os tipos de falhas: sobreaquecimentos, Descargas Parciais (DP) de baixa intensidade entre outras, contudo não identificam a causa raiz dos efeitos diagnosticados. Diante disso, tem-se a possibilidade de maiores ganhos aliando o diagnóstico preditivo à técnica de busca pela causa raiz da falha, visando à obtenção de diagnósticos mais aprofundados, permitindo o bloqueio da causa raiz. Para tanto, esta dissertação propõe uma Metodologia de Acompanhamento e Investigação de Falhas em Transformadores (MAIFT). Sendo assim, espera-se que o uso da ferramenta proposta evite a repetição do problema ou permita antecipação à falha em outro equipamento similar. A MAIFT aqui desenvolvida é empregada em casos reais, o que demonstra a sua eficácia frente às técnicas convencionais de diagnóstico.


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  • Power transformers are generally the most expensive assets in an electrical system, in addition to being critical to the operation of the system or an industry in which an unscheduled shutdown can bring enormous economic damage. Thus, the detection of incipient failures and the verification of the condition of the equipment to avoid untimely stops are essential and can be achieved through periodic tests. The preventive and predictive maintenance of electrical transformers with the application of conventional techniques for analysis of gases dissolved in insulating oil are capable of indicating the types of failures: overheating, low intensity partial discharges, among others, however they do not identify the root cause of the diagnosed effects. Given this, there is the possibility of greater gains combining the predictive diagnosis with the technique of searching for the root cause of the failure, aiming at obtaining more in-depth diagnoses, allowing the blocking of the root cause. For this purpose, this dissertation proposes a methodology for monitoring and investigating failures in transformers. Therefore, it is expected that the use of the proposed tool will avoid the repetition of the problem or allow the anticipation of failure in other similar equipment. The proposed methodology is used in real cases, which demonstrates its great efficiency compared to conventional diagnostic techniques.

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  • SAMUEL DE SOUZA LIMA MOREIRA
  • Análise da coexistência de formas de onda 5G com o padrão ISDB-T operando em canais vagos

  • Orientador : TALES CLEBER PIMENTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS NAZARETH MOTTA MARINS
  • ROBSON LUIZ MORENO
  • ROMULO MOTA VOLPATO
  • TALES CLEBER PIMENTA
  • Data: 07/08/2020

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  • O uso eficiente do espectro eletromagnético se torna cada vez mais necessário com o aumento de dispositivos conectados. Uma possível solução é utilização oportunista do espectro nas faixas de VHF e UHF, atualmente alocadas para transmissão de televisão. Portanto, torna-se necessário avaliar a operação conjunta entre sistemas de radiodifusão e sistemas de comunicação móvel. Este trabalho tem como proposta identificar, analisar e medir a interoperabilidade entre estes sistemas, verificando a viabilidade de coexistência de diferentes tipos serviços. Neste artigo, medições foram realizados entre duas fortes candidatas para a próxima geração celular, o GFDM e o F-OFDM, operando juntamento com o atual padrão de radiodifusão brasileiro. Os ensaios propostos demonstram a flexibilidade das formas de onda GFDM e F-OFDM sobre a atual forma de onda utilizada comercialmente o OFDM, possibilitando assim a utilização oportunista do espectro entre usuários licenciados e não licenciados.


  • Mostrar Abstract
  • The efficient use of the electromagnetic spectrum becomes increasingly necessary due to the increase number of cellular devices. One possible solution is the opportunistic spectrum use in the VHF and UHF bands, allocated for television broadcasting. Therefore, it is necessary to evaluate the concurrent operation of broadcasting and mobile communication systems. This work aims to identify, analyze and measure the interoperability between those systems, by evaluating the feasibility of coexistence of different types of services. In this article, evaluations were made on two major candidates for the next cellular generation, the GFDM and the F-OFDM, operating along with the Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial – ISDB-T standard. The results show the flexibility of the GFDM and F-OFDM waveforms over the OFDM waveform, thus enabling opportunistic use of the spectrum over licensed and unlicensed users

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  • THAIRONI MENEZES DE BRITO
  • Uma referência de tensão CMOS integrada utilizando transistor composto cascode e diodo Schottky

  • Orientador : ROBSON LUIZ MORENO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DALTON MARTINI COLOMBO
  • FABIANO FRUETT
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • ROBSON LUIZ MORENO
  • Data: 27/08/2020

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  • Este trabalho apresenta o estudo da performance em temperatura de self-cascode composite transistors (SCCTs) e do diodo Schottky com o objetivo de gerar as tensões PTAT e CTAT, respectivamente, que compõem uma referência de tensão compensada na temperatura. O estudo dos SCCTs também mostrou ser possível obter uma tensão compensada apenas ajustando a dimensão e o ponto de operação dos transistores que formam o SCCT. A referência foi projetada baseada nestes resultados e fabricada em um processo CMOS 130 nm. O circuito ocupa uma área de 67,98 µm x 161,7 µm. Para validação do projeto, o circuito foi medido com a variação de temperatura e tensão de alimentação. Um circuito de ajuste também foi projetado para ajustar o coeficiente de temperatura da referência (TC). A tensão de saída média obtida foi de 720 mV em um VDD de 1,1 V. O TC médio obtido foi 56 ppm/ºC em uma faixa de temperatura de -40 a 85 ºC. O circuito opera em uma faixa e tensão de alimentação de 1,1 a 2,5 V. O consumo do circuito é de 750 nW.


  • Mostrar Abstract
  • This work shows a study of temperature behavior of self-cascode composite transistors (SCCTs) and Schottky diode in order to generate both PTAT and CTAT voltages of a temperature-compensated voltage reference. The SCCTs study also shows that it is possible to obtain a compensated voltage with a proper sizing and biasing of the SCCT. The voltage reference was designed based on achieved results and it was fabricated in a 130 nm CMOS process. The circuit occupies an area of 67.98 µm x 161.7 µm and it was measured in temperature and power-supply variation. A trimming circuit also is added to the reference in order to adjust the temperature coefficient (TC). The averaged output voltage is 720 mV with a VDD of 1.1 V. The averaged TC is 56 ppm/ºC in a temperature range of -40 to 85 ºC. The circuit works in a power-supply range of 1.1 to 2.5 V and its power consumption is 750 nW.

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  • ARTUR ATILA MORAES
  • Simulação em MATLAB/Simulink da Frenagem Regenerativa de um Motor Síncrono de Imãs Permanentes Aplicada ao Veículo da Equipe EcoVeículo da UNIFEI

  • Orientador : LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAIO FERNANDES DE PAULA
  • FELIPE DE OLIVEIRA E SILVA
  • LUIS HENRIQUE DE CARVALHO FERREIRA
  • Data: 28/08/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho apresenta uma simulação em ambiente MATLAB/Simulink de um modelo baseado em um veículo elétrico (VE), E-Power V1, construído pela equipe EcoVeículo. Inicialmente, a história dos veículos elétricos é introduzida até chegar ao seu momento atual de alta relevância e demonstrando o motivo de ainda possuir a desvantagem de ter uma baixa autonomia. Baseado nisso, o trabalho é justificado propondo uma forma de recuperar energia através da frenagem regenerativa, utilizando como modelo o VE da equipe EcoVeículo. Assim, o trabalho demonstra os princípios básicos dos motores elétricos, focado no motor síncrono de imãs permanentes. Também são demonstradas três técnicas (single-switch, two-switches e three-switches) de frenagem regenerativa e o equacionamento das principais forças que agem sobre o modelo. Por fim, são expostos os parâmetros utilizados na modelagem e a montagem da simulação através de blocos e funções em ambiente MATLAB/Simulink. Através da simulação, são apresentados os resultados da eficiência energética, o tempo de acomodação, o torque elétrico e o erro em regime permanente, sendo menor que 1% em todas as técnicas. Na conclusão, é discutida a possibilidade de, como um trabalho futuro, implementar a técnica three-switches, que teve maior êxito na recuperação de energia, atingindo 79,1% de eficiência energética com 3678W recuperados, além da vantagem de ser a única técnica sensorless. Dessa forma, o trabalho contribui com a equipe EcoVeículo, implementando a tecnologia de frenagem regenerativa em uma simulação do veículo elétrico E-Power V1 e mostrando a vantagem competitiva ao fazer uso da técnica.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a simulation in MATLAB/Simulink environment of a model based on an electric vehicle, E-Power V1, built by the EcoVeículo team. Initially, the history of electric vehicles is introduced until it reaches its current moment of high relevance and demonstrating the reason for still having the disadvantage of having a low autonomy. Based on this, the work is justified by proposing a way to recover energy through regenerative braking, using the VE model of the EcoVeículo team as a model. Thus, the work demonstrates the basic principles of electric motors, focused on the synchronous motor of permanent magnets. Three techniques (single-switch, two-switches and three-switches) of regenerative braking and the equation of the main forces acting on the model are also demonstrated. Finally, the parameters used in the modeling and assembly of the simulation through blocks and functions in MATLAB / Simulink environment are exposed. Through simulation, the results of energy efficiency, accommodation time, electrical torque and error in steady state are presented, being less than 1% in all techniques. In the conclusion, it is discussed the possibility of, as a future work, implementing the three-switches technique, which was more successful in energy recovery, reaching 79.1% of energy efficiency with 3678W recovered, in addition to the advantage of being the only technique sensorless. In this way, the work contributes to the EcoVeículo team by implementing regenerative braking technology in a simulation of the E-Power V1 electric vehicle and showing the competitive advantage when using the technique.

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  • LUCAS DE PAULA SANTOS PETRI
  • Algoritmo para Estimativa do Grau de Severidade de Descargas Parciais em Isoladores de Alta Tensão

  • Orientador : ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEDITO ISAIAS LIMA FULY
  • CREDSON DE SALLES
  • EDSON GUEDES DA COSTA
  • ESTACIO TAVARES WANDERLEY NETO
  • JOSE FELICIANO ADAMI
  • Data: 25/09/2020

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  • O presente estudo utiliza redes neurais artificiais, uma ferramenta de aprendizado de máquina – subárea da inteligência artificial –, para a classificação de sinais de descargas parciais em isoladores de alta tensão. Além disso, estes sinais também são analisados por meio de implementações em linguagem de programação Python, visando a definição de um grau de severidade da atividade de descargas parciais por meio de um sistema de inferência fuzzy. O caso de estudo deste trabalho é a cidade de São Luís, capital do estado do Maranhão, cujo sistema elétrico está sob concessão da Equatorial Energia. A área de serviço da concessionária compreende um sistema de transmissão de 69 kV, cujas estruturas empregam, em sua maioria, isoladores compostos do tipo pilar ou suspensão. As descargas parciais, além de provocarem a degradação da superfície polimérica dos isoladores, podem evoluir para arcos mais extensos, podendo levar a descargas disruptivas (flashover) que resultem em faltas no sistema e interrupções no fornecimento de energia. A proposta deste trabalho foi o desenvolvimento de algoritmos de aquisição e análise de sinais de descargas parciais para compor um equipamento de inspeção que possa ser utilizado em campo por meio de um sistema software-hardware compacto e portátil e de uma antena para a coleta dos sinais de interferência de radiofrequência oriundos da atividade de descargas. Desta forma, a equipe de manutenção da concessionária terá à disposição uma ferramenta de apoio à decisão para avaliar a condição das estruturas, permitindo o agendamento de rotinas de manutenção preventiva quando necessário, visando prevenir eventos de interrupção no fornecimento de energia. A partir de dados coletados em ensaios em laboratório e em campo, são apresentados resultados que demonstram a coerência dos parâmetros selecionados para o cálculo da severidade. O aumento do grau de severidade é observado com a intensificação da poluição superficial e com a elevação da umidade relativa.


  • Mostrar Abstract
  • This study makes use of artificial neural networks, a machine learning algorithm, for the classification of signals of partial discharges in high voltage insulators. In addition to that, these signals are further analyzed by means of implementations in Python programming language, seeking to define a severity degree for the partial discharge activity using a fuzzy inference system. The case study of this work is the city of São Luís, capital of the state of Maranhão, whose electric system is under concession of Equatorial Energia. The utility’s service area comprises a 69 kV transmission system, whose structures employ composite line post or suspension insulators. Partial discharges not only cause the degradation of the polymeric surface of the insulators, but can also evolve to extensive arcing, which can further cause flashovers that result in system faults and energy supply interruptions. This work has proposed the development of data acquisition and analysis algorithms for partial discharge signals, to compose an inspection instrument that can be used in the field by means of a compact and portable software-hardware system and an antenna for the acquisition of radiofrequency interference signals from discharge activity. Thus, the utility’s maintenance team will have a decision support tool to assess the structures condition, thus enabling the scheduling of preventive maintenance routines, if necessary, seeking to prevent power supply interruption events. From laboratory tests and field collected data, some results are presented, showing the consistency of the parameters selected to calculate the severity index. The increase of the severity degree is observed with the aggravation of surface pollution and rise of relative humidity.

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  • ELISA LEFOL NANI CARVALHO
  • Metodologia de Testes para Avaliação de um Sistema de Gerenciamento de Qualidade da Energia Elétrica

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AURELIO LUIZ MAGALHAES COELHO
  • FREDERICO OLIVEIRA PASSOS
  • JOSE CARLOS DE OLIVEIRA
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • Data: 28/09/2020

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  • O aumento da sensibilidade dos equipamentos aos distúrbios elétricos e a disseminação de cargas não-lineares são alguns dos fatores que reforçam a importância da qualidade de energia elétrica (QEE). A má qualidade de energia elétrica pode resultar em problemas como interrupções de processos produtivos, danos em equipamentos, processos judiciais e perdas monetárias. Sendo assim, o monitoramento do estado da QEE na rede elétrica é um fator estratégico, uma vez que possibilita a identificação de áreas críticas. Os diferentes tipos de medidores, a quantidade massiva de registros de medições e os diversos indicadores de QEE estabelecidos pelo PRODIST fazem com que a gestão da qualidade de energia seja uma tarefa difícil de ser efetuada eficientemente sem o auxílio de um sistema adequado de gerenciamento de indicadores. Dentro desse contexto, esse trabalho apresenta uma revisão bibliográfica acerca das práticas adotadas no Brasil e no mundo, no que diz respeito ao monitoramento e gerenciamento de indicadores de qualidade. O trabalho apresenta também a especificação funcional de um sistema de gerenciamento de qualidade da energia (SGQ) contemplando a aquisição de dados, o algoritmo de cálculo dos indicadores e a interface gráfica para apresentação dos resultados de maneira intuitiva e direta. Considerando que os indicadores de QEE levam no mínimo uma semana para serem apurados, o processo de realização de testes do SGQ implantado seria demorado e ineficiente se fosse realizado a partir de dados reais de medição. Dessa forma, o trabalho propõe e aplica uma metodologia para a validação do SGQ desenvolvendo uma plataforma de testes em ambiente laboratorial a fim de testar todas as funcionalidades do software de maneira otimizada. Os desafios encontrados e os resultados obtidos no processo de validação do SGQ também são apresentados e discutidos.


  • Mostrar Abstract
  • The increased sensitivity of equipment to electrical disturbances and the spread of nonlinear loads are some of the factors that reinforce the importance of Power quality (PQ). Poor power quality can lead to equipment damage, interruptions and other consequences causing monetary losses and possible legal actions. Therefore, monitoring the PQ status in power grid is a strategic factor, while it allows the identification of critical areas. The different types of meters, the massive amount of data and the many PQ indices defined by PRODIST (Brazilian standard for power distribution) make the PQ management a difficult task to be accomplished efficiently without an automatic power quality management system (PQMS). In this concern, this work presents a review on the projects that have been developed around the world regarding power quality data monitoring and management. This work also presents a proposal for PQMS addressing data acquisition, PQ indices calculation algorithm and a human machine interface for displaying results in a user-friendly format. Considering that the PQ indices take at least a week to be determined, the process of testing and validating the developed system would be timeconsuming and inefficient if it were performed using real measurement data. Hence, this work proposes and applies an efficient methodology for the PQMS validation using a PQ test bench in order to test all the software functions in an optimized way. The challenges encountered and the results obtained during the PQMS validation process are also presented and discussed.

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  • TIAGO DOS SANTOS SILVERIO LINO
  • ANÁLISE COMPARATIVA DOS ESQUEMAS DE TELEPROTEÇÃO EM LINHA DE TRANSMISSÃO EM CIRCUITO DUPLO ATRAVÉS DE UMA ESTRUTURA DE SIMULAÇÃO EM TEMPO REAL BASEADA NA IEC 61850-90-1

  • Orientador : PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS ALBERTO VILLEGAS GUERRERO
  • LUIS HENRIQUE LOPES LIMA
  • PAULO MARCIO DA SILVEIRA
  • RONALDO ROSSI
  • Data: 29/09/2020

  • Mostrar Resumo
  • Os Esquemas de Teleproteção surgiram visando a melhora do desempenho da proteção de linhas de transmissão, a qual é alcançada mediante escolhas adequadas dos mesmos. Através de simulação digital em tempo real, esta dissertação traz uma análise prática e uma visão abrangente dos principais aspectos dos Esquemas de Teleproteção comumente aplicados, destacando os requisitos mínimos mencionados pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) e fornecendo um auxílio na seleção do esquema a ser utilizado. Tendo em vista que uma grande parte dos circuitos de transmissão do Sistema Interligado Nacional correm paralelamente, a análise é proposta não apenas em um sistema composto por linha de circuito simples, mas também em um sistema de linha dupla real, sendo destacado o efeito do acoplamento mútuo de sequência zero na medição de impedância da função de distância dos relés e, consequentemente, nos Esquemas de Teleproteção. Os testes são propostos com relés de proteção de dois conceituados fabricantes e levam em consideração duas estruturas de teleproteção, a convencional e a baseada nos mecanismos de comunicação expostos na IEC 61850-90-1, proporcionando o levantamento dos benefícios dessa substituição.


  • Mostrar Abstract
  • Teleprotection Schemes were developed aiming to improve the performance of transmission line protection, which is achieved through an appropriate choice of them. Through real-time digital simulation, this dissertation brings a practical analysis and a comprehensive view of the main aspects related to the commonly applied Teleprotection Schemes, highlighting the minimum requirements established by the Brazilian National System Operator (ONS) and providing an aid in the selection of the scheme to be used. Due to the fact that most of transmission lines of the National Interconnected System are parallel circuits, this thesis considers not only an analysis of system with a single circuit line, but also a real double line circuit system. In addition, this work highlights the effect of zero sequence mutual coupling in the impedance measurement of the relays’ distance function and, consequently, the effect in Teleprotection Schemes. The tests involve protection relays from two renowned manufacturers and takes into consideration two teleprotection structures: the conventional one and the structure based on communication mechanisms exposed in IEC 61850-90-1 Standrad, providing a survey of benefits obtained from this replacement.

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  • PAULO ANDRADE NOVAES
  • Estratégias de controle no suporte de potência reativa da geração eólica e seu impacto na estabilidade de tensão da Rede Básica utilizando regiões de segurança: uma aplicação na Região Nordeste do Brasil

  • Orientador : ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • JORGE LUIZ DE ARAUJO JARDIM
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • Data: 13/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esta dissertação apresenta uma discussão sobre algumas características técnicas dos aerogeradores, suas implicações elétricas e energéticas e como estes equipamentos podem contribuir em regime estático e dinâmico do ponto de vista de estabilidade de tensão para o desempenho dos sistemas elétricos de potência com foco na Região Nordeste do Brasil. Ao longo desta dissertação, distintos cenários energéticos e configurações de sistemas são apresentados com base no Sistema Elétrico Brasileiro (SEB) no ano de 2020.
    A inserção maciça de fontes renováveis intermitentes, principalmente na Região Nordeste, vem modificando as condições operativas deste sistema face os perfis comportamentais intrínsecos a estas fontes, com altas quotas sendo agregada todos os anos face as grandes “jazidas de vento” disponíveis nesta região.
    Apesar de contribuírem com o aumento da capacidade de geração do ponto de vista energético, esta fonte agrega pouca ou nenhuma inércia ao SEB o que reflete na estabilidade do sistema diante de perturbações, resultando em condições de risco para a regulação e controle da estabilidade de tensão e consequentemente na segurança operacional da rede. Diante disso, a estabilidade de tensão tornou-se um ponto de preocupação, despertando o interesse de engenheiros e pesquisadores no mundo todo. Os recursos de controle, no suporte de potência reativa presentes na rede nem sempre são suficientes para acomodar toda essa geração. Por isso é estudado aqui a atuação das estratégias de controle do suporte de potência reativa dos aerogeradores de modo a auxiliar na mitigação dos efeitos causados pela instabilidade de tensão na tentativa de aumentar a margem de segurança do sistema. Para proporcionar uma avaliação das condições de operação segura, em diferentes cenários eletroenergéticos onde a geração eólica está presente, se faz uso do recurso de Regiões de Segurança possibilitando um mapeamento representativo e seguro do sistema analisado e subsidiando na tomada de decisões da operação.
    Em regime estático, os níveis de tensão e carregamento são avaliados em situações de aumento e redução de geração eólica do Nordeste por meio das Regiões de Segurança. Em regime dinâmico, onde inicia-se o estudo com a apresentação de aerogeradores em três estratégias de controle distintas que auxiliam na regulação de tensão da máquina e por sua vez do sistema em que está inserida. Esta análise conta com três casos distintos no Nordeste onde o comportamento eólico se diferem entre si para ilustrar o impacto que eles podem causar no desempenho dinâmico de um sistema. Os resultados obtidos das simulações mostram ganhos significativos na melhoria do desempenho do sistema elétrico da Região Nordeste com o aumento da margem de escoamento de geração, em que os aerogeradores operam.


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  • This dissertation presents a discussion about some technical characteristics of the wind turbines, their electrical and energetic implications and how these equipments can contribute in a static and dynamic regime from the point of view of voltage stability for the performance of electrical power systems focusing on the Northeast Region of Brazil. Throughout this dissertation, different energy scenarios and configurations of systems are presented based on the Brazilian Electric System in 2020.
    The massive insertion of intermittent renewable sources, mainly in the Northeast Region, has been changing the operating conditions of this system in view of the behavioral profiles intrinsic to these sources, with high quotas being added every year in view of the large "wind fields" available in this region.
    Despite contributing to the increase in generation capacity from an energy point of view, this source adds little or no inertia to the system, which reflects stability in the face of disturbances, resulting in risk conditions for the regulation and control of voltage stability and consequently operational security of the network. In view of this, voltage stability has become a point of concern, arousing the interest of engineers and researchers worldwide.
    The control resources in the reactive power support present in the network are not always sufficient to accommodate this entire generation. That is why it is studied here the performance of the control strategies of the reactive power support of the wind turbines in order to assist in mitigating the effects caused by voltage instability in an attempt to increase the safety margin of the system. In order to provide an assessment of the conditions of safe operation, in different electroenergetic scenarios where wind power is present, the use of the Safety Regions feature is used, enabling a representative and safe mapping of the analyzed system and subsidizing the decision making of the operation.
    In a static regime, the voltage and load levels are evaluated in situations of increase and reduction of wind generation in the Northeast through the Security Regions. In a dynamic regime, where the study begins with the presentation of wind turbines in three different control strategies that assist in regulating the voltage of the machine and in turn of the system in which it is inserted. This analysis has three distinct cases in the Northeast where wind behavior differs from each other to illustrate the impact they can cause on the dynamic performance of a system.
    The results obtained from the simulations show significant gains in improving the performance of the electrical system in the Northeast Region with the increase in the generation runoff margin, in which the wind turbines operate.

21
  • MARCOS LEONARDO RAMOS
  • IMPLEMENTAÇÃO DE PONTE CONVERSORA MODIFICADA CA-CC DE OITO TIRISTORES PARA MELHORIA DE FATOR DE POTÊNCIA

  • Orientador : JOSE MARIA DE CARVALHO FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • JOSE CARLOS GRILO RODRIGUES
  • JOSE MARIA DE CARVALHO FILHO
  • VINICIUS ZIMMERMANN SILVA
  • Data: 29/10/2020

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  • O objetivo deste trabalho é implementar em laboratório uma bancada de teste totalmente controlada para operar como ponte modificada controlada e como ponte convencional e verificar a melhoria do fator de potência da ponte modificada controlada em relação à ponte convencional, considerando para ambas o critério da mesma tensão média de saída em CC. Também, outros resultados experimentais serão avaliados, como por exemplo: fator de deslocamento, forma de onda de tensão e de corrente de entrada, forma de onda da tensão de saída, distorção harmônica de corrente, espectro harmônico de corrente, topologia do circuito de controle de disparo auxiliar.
    As principais motivações para realizar este trabalho são: verificar experimentalmente a melhoria do fator de potência da ponte modificada controlada com relação a ponte convencional; propor uma topologia alternativa para o circuito de controle de disparo auxiliar; comparar o circuito de controle de disparo auxiliar ao circuito de controle de disparo principal.
    A bancada de teste é uma ponte conversora CA-CC, configuração Graetz, alimentada por um sistema elétrico trifásico a 4 fios, equipada com oito tiristores e dois circuitos de controle de disparo de seis pulsos independentes. Dos oito tiristores, seis são tiristores de fase e dois são tiristores de neutro; dos circuitos de disparo independentes, um circuito é dedicado ao disparo dos tiristores de fase e denominado de circuito de controle de disparo principal, o outro circuito é dedicado ao disparo dos tiristores de neutro e denominado de circuito de controle de disparo auxiliar.
    A bancada de teste funciona em dois modos de operação; no modo de operação 1, a bancada funciona como ponte modificada controlada, na qual operam os seis tiristores de fase e os dois tiristores de neutro e seus respectivos circuitos de controle de disparo principal e auxiliar; no modo de operação 2, a bancada funciona como ponte convencional, na qual operam os seis tiristores de fase e o circuito de controle de disparo principal, permanecendo inoperantes os dois tiristores de neutro e o circuito de controle de disparo auxiliar.


  • Mostrar Abstract
  • The purpose of this work is the development and the implementation at laboratory the one full-controlled test bench to operate as a controlled modified bridge and as a conventional bridge and check the power factor improvement the controlled modified bridge in comparison the conventional bridge, considering for both the same average DC output voltage criterion. Also, other experimental results will be evaluated, such as: displacement factor, input voltage and current waveform, output voltage waveform, current harmonic distortion, current harmonic spectrum, auxiliary firing control circuit topology.
    The main motivations for carrying out this work are: to check experimentally the improvement of the power factor of the modified bridge in comparison to the conventional bridge; to purpose an alternative topology for the auxiliary firing control circuit; to compare the auxiliary firing control circuit to the main firing control circuit.
    The test bench is an AC-DC converter bridge that works as a rectifier, Graetz configuration, powered by a 4-wire three-phase electrical system. The test bench is equipped with eight thyristors and two independent firing control circuits. The eight thyristors, six are phase thyristors and two are neutral thyristors; the two independent firing circuits, one is a main firing control circuit for phase thyristors, the other is an auxiliary firing control circuit for neutral thyristors.
    The bench works in two operating modes; in operating mode 1, it works as a modified bridge, in which six phase thyristors, two neutral thyristors, one main firing and one auxiliary firing are working; in operating mode 2, it works as a conventional bridge, in which six phase thyristors and one main firing are working, but the neutral thyristors and auxiliary firing are ineffective.

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
  • Dynamic Emulation and Analysis of Synchronous and Induction Generators in Parallel Operation Mode in an Isolated

    Electric System

  • Orientador : ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE CARLOS GRILO RODRIGUES
  • RICARDO ELIAS CAETANO
  • ANGELO JOSE JUNQUEIRA REZEK
  • JOSE CARLOS DE OLIVEIRA
  • NERY DE OLIVEIRA JUNIOR
  • 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.

5
  • RAMON MAIA BORGES
  • Analog Radio over Fiber Solutions for Multi-band 5G Systems

  • Orientador : DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARISMAR CERQUEIRA SODRÉ JUNIOR
  • DANILO HENRIQUE SPADOTI
  • JOSE ANTONIO JUSTINO RIBEIRO
  • MARCELO EDUARDO VIEIRA SEGATTO
  • MURILO ARAUJO ROMERO
  • Data: 22/07/2020

  • Mostrar Resumo
  • This study presents radio over fiber (RoF) solutions for the fifth-generation (5G) of
    wireless networks. After the state of the art and a technical background review, four main
    contributions are reported. The first one is proposing and investigating a RoF technique based
    on a dual-drive Mach-Zehnder modulator (DD-MZM) for multi-band mobile fronthauls, in
    which two radiofrequency (RF) signals in the predicted 5G bands individually feed an arm of
    the optical modulator. Experimental results demonstrate the approach enhances the RF
    interference mitigation and can prevail over traditional methods.
    The second contribution comprises the integration of a 5G transceiver, previously
    developed by our group, in a passive optical network (PON) using RoF technology and
    wavelength division multiplexing (WDM) overlay. The proposed architecture innovates by
    employing DD-MZM and enables to simultaneously transport baseband and 5G candidate RF
    signals in the same PON infrastructure. The proof-of-concept includes the transmission of a
    generalized frequency division multiplexing (GFDM) signal generated by the 5G transceiver
    in the 700 MHz band, a 26 GHz digitally modulated signal as a millimeter-waves 5G band,
    and a baseband signal from an gigabit PON (GPON). Experimental results demonstrate the
    5G transceiver digital performance when using RoF technology for distributing the GFDM
    signal, as well as Gbit/s throughput at 26 GHz.

    The third contribution is the implementation of a flexible-waveform and multi-
    application fiber-wireless (FiWi) system toward 5G. Such system includes the FiWi

    transmission of the GFDM and filtered orthogonal frequency division multiplexing
    (F-OFDM) signals at 788 MHz, toward long-range cells for remote or rural mobile access, as
    well as the recently launched 5G NR standard in microwave and mm-waves, aiming enhanced
    mobile broadband indoor and outdoor applications. Digital signal processing (DSP) is used
    for selecting the waveform and linearizing the RoF link. Experimental results demonstrate the
    suitability of the proposed solution to address 5G scenarios and requirements, besides the
    applicability of using existent fiber-to-the-home (FTTH) networks from Internet service
    providers for implementing 5G systems.
    Finally, the fourth contribution is the implementation of a multi-band 5G NR system
    with photonic-assisted RF amplification (PAA). The approach takes advantage of a novel
    PAA technique, based on RoF technology and four-wave mixing effect, that allows
    straightforward integration to the transport networks. Experimental results demonstrate

    iv
    uniform and stable 15 dB wideband gain for Long Term Evolution (LTE) and three 5G
    signals, distributed in the frequency range from 780 MHz to 26 GHz and coexisting in the
    mobile fronthaul. The obtained digital performance has efficiently met the Third-Generation
    Partnership Project (3GPP) requirements, demonstrating the applicability of the proposed
    approach for using fiber-optic links to distribute and jointly amplify LTE and 5G signals in
    the optical domain.


  • Mostrar Abstract
  • This study presents radio over fiber (RoF) solutions for the fifth-generation (5G) of wireless networks. After the state of the art and a technical background review, four main contributions are reported. The first one is proposing and investigating a RoF technique based on a dual-drive Mach-Zehnder modulator (DD-MZM) for multi-band mobile fronthauls, in which two radiofrequency (RF) signals in the predicted 5G bands individually feed an arm of the optical modulator. Experimental results demonstrate the approach enhances the RF interference mitigation and can prevail over traditional methods.
    The second contribution comprises the integration of a 5G transceiver, previously developed by our group, in a passive optical network (PON) using RoF technology and wavelength division multiplexing (WDM) overlay. The proposed architecture innovates by employing DD-MZM and enables to simultaneously transport baseband and 5G candidate RF signals in the same PON infrastructure. The proof-of-concept includes the transmission of a generalized frequency division multiplexing (GFDM) signal generated by the 5G transceiver in the 700 MHz band, a 26 GHz digitally modulated signal as a millimeter-waves 5G band, and a baseband signal from an gigabit PON (GPON). Experimental results demonstrate the 5G transceiver digital performance when using RoF technology for distributing the GFDM signal, as well as Gbit/s throughput at 26 GHz.
    The third contribution is the implementation of a flexible-waveform and multi-application fiber-wireless (FiWi) system toward 5G. Such system includes the FiWi transmission of the GFDM and filtered orthogonal frequency division multiplexing (F OFDM) signals at 788 MHz, toward long-range cells for remote or rural mobile access, as well as the recently launched 5G NR standard in microwave and mm-waves, aiming enhanced mobile broadband indoor and outdoor applications. Digital signal processing (DSP) is used for selecting the waveform and linearizing the RoF link. Experimental results demonstrate the suitability of the proposed solution to address 5G scenarios and requirements, besides the applicability of using existent fiber-to-the-home (FTTH) networks from Internet service providers for implementing 5G systems.
    Finally, the fourth contribution is the implementation of a multi-band 5G NR system with photonic-assisted RF amplification (PAA). The approach takes advantage of a novel PAA technique, based on RoF technology and four-wave mixing effect, that allows straightforward integration to the transport networks. Experimental results demonstrate uniform and stable 15 dB wideband gain for Long Term Evolution (LTE) and three 5G signals, distributed in the frequency range from 780 MHz to 26 GHz and coexisting in the mobile fronthaul. The obtained digital performance has efficiently met the Third-Generation Partnership Project (3GPP) requirements, demonstrating the applicability of the proposed approach for using fiber-optic links to distribute and jointly amplify LTE and 5G signals in the optical domain.

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  • FILIPE PEREZ
  • Control of AC/DC Microgrids with Renewables in the Context of Smart Grids Including Ancillary Services and Electric Mobility

  • Orientador : PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO CARLOS ZAMBRONI DE SOUZA
  • BENEDITO DONIZETI BONATTO
  • DIDIER GEORGES
  • FRANÇOISE LAMNABHI-LAGARRIGUI
  • GLAUCO NERY TARANTO
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • PEDRO MACHADO DE ALMEIDA
  • WILLIAM PASILLAS-LEPINE
  • Data: 28/09/2020

  • Mostrar Resumo
  • As Microrredes são uma ótima solução para os problemas atuais gerados pelo constante crescimento da demanda de carga e alta penetração de fontes de energia renováveis, que resulta na modernização da rede através do conceito “Smart-Grids”. O impacto das fontes de energia distribuídas baseados em eletrônica de potência é uma preocupação importante para o sistemas de potência, onde a regulação natural da frequência do sistema é prejudicada devido à redução da inércia. Nesse contexto, as redes de corrente contínua (CC) são consideradas um progresso, já que a natureza CC dos dispositivos eletrônicos traz vantagens tecnológicas e econômicas em comparação com a corrente alternada (CA). A tese propõe o controle de uma Microrrede híbrida CA/CC para integrar diferentes fontes renováveis, incluindo geração solar e frenagem regenerativa de trens, sistemas de armazenamento de energia como baterias e supercapacitores e cargas como veículos elétricos ou outras (CA ou CC) para confiabilidade da operação e estabilidade. A regulação das tensões dos barramentos da Microrrede e a prestação de serviços anciliares são garantidas pela estratégia de controle proposta, onde é realizado um rigoroso estudo de estabilidade. Um controlador não linear distribuído de baixo nível, baseado na abordagem “System-of-Systems”, é desenvolvido para a operação adequada de toda a rede elétrica. Um supercapacitor é aplicado para lidar com os transitórios, equilibrando o barramento CC da Microrrede, absorvendo a energia injetada por fontes de energia intermitentes e possivelmente fortes como recuperação de energia da frenagem de trens e metrôs, enquanto a bateria realiza o fluxo de potência a longo prazo. O controle por dynamical feedback baseado numa análise de singular perturbation é desenvolvido para o supercapacitor e o trem. Funções de Lyapunov são construídas considerando os dispositivos interconectados da Microrrede para garantir a estabilidade de todo o sistema. As simulações destacam o desempenho do controle proposto com testes de robustez paramétricos e uma comparação com o controlador linear tradicional. O esquema de máquina síncrona virtual (VSM) é implementado na Microrrede para compartilhamento de potência e melhoria da estabilidade de frequência. Então é proposto o uso de inércia virtual adaptativa, no qual a constante de inércia se torna variável de estado do sistema, projetada para melhorar a estabilidade da frequência e prover suporte inercial. Portanto, o VSM realiza a conexão entre lado CC e CA da Microrrede, onde a energia disponível na rede CC é usada para prestar serviços anciliares no lado CA da Microrrede. Os resultados da simulação mostram a eficácia da inércia adaptativa proposta, sendo realizada uma comparação entre o controle droop e outras técnicas de controle convencionais.


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  • Microgrids are a very good solution for current problems raised by the constant growth of load demand and high penetration of renewable energy sources, that results in grid modernization through “Smart-Grids” concept. The impact of distributed energy sources based on power electronics is an important concern for power systems, where natural frequency regulation for the system is hindered because of inertia reduction. In this context, Direct Current (DC) grids are considered a relevant solution, since the DC nature of power electronic devices bring technological and economical advantages compared to Alternative Current (AC). The thesis proposes the design and control of a hybrid AC/DC Microgrid to integrate different renewable sources, including solar power and braking energy recovery from trains, to energy storage systems as batteries and supercapacitors and to loads like electric vehicles or another grids (either AC or DC), for reliable operation and stability. The stabilization of the Microgrid buses' voltages and the provision of ancillary services is assured by the proposed control strategy, where a rigorous stability study is made. A low-level distributed nonlinear controller, based on “System-of-Systems” approach is developed for proper operation of the whole Microgrid. A supercapacitor is applied to deal with transients, balancing the DC bus of the Microgrid and absorbing the energy injected by intermittent and possibly strong energy sources as energy recovery from the braking of trains and subways, while the battery realizes the power flow in long term. Dynamical feedback control based on singular perturbation analysis is developed for supercapacitor and train. A Lyapunov function is built considering the interconnected devices of the Microgrid to ensure the stability of the whole system. Simulations highlight the performance of the proposed control with parametric robustness tests and a comparison with traditional linear controller. The Virtual Synchronous Machine (VSM) approach is implemented in the Microgrid for power sharing and frequency stability improvement. An adaptive virtual inertia is proposed, then the inertia constant becomes a system's state variable that can be designed to improve frequency stability and inertial support, where stability analysis is carried out. Therefore, the VSM is the link between DC and AC side of the Microgrid, regarding the available power in DC grid, applied for ancillary services in the AC Microgrid. Simulation results show the effectiveness of the proposed adaptive inertia, where a comparison with droop and standard control techniques is conducted.

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

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  • 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

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  • 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

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  • 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.


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  • 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.

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  • 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

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  • 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.


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  • 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.

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  • 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

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  • 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.


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  • 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.

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  • 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.


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  • 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.

2
  • 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 .

4
  • 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.

6
  • 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.

7
  • 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.

9
  • 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

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  • 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.


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  • 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

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  • 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.


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  • 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

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  • 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.


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  • 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 ELI 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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