This dissertation presents a detailed investigation on the development of a quasi Yagi antenna with end fire radiation at 2.4 GHz (ISM band) over a metal reflector. Realization of an end fire radiator on top of a metal ground is very difficult because the reflected waves and image currents from the ground degrade the frequency bandwidth and steer the radiation pattern in the broadside direction. This destructive interference is reduced in this research through two quasi Yagi-ground configurations. The first arrangement utilizes a substrate of suitable thickness (7.5mm-0.19 ?g) to displace the ground away from the antenna. The second design implements a high impedance surface (HIS) as ground plane for the antenna. The preferred HIS is the Jerusalem Cross Frequency Selective Surface (JC-FSS) because of its compact size, numerous parameters for tuning and frequency stability in the operating band for a large angular spectrum of TE and TM polarized incident waves. In this work a new parameter is added to the model used for the derivation of the JC-FSS which accounts for the substrate of the antenna lying on top of the FSS, this addition allows for a smaller cell grid. The results for the quasi Yagi antenna over the 7.5mm grounded slab presented an operational bandwidth of 190 MHz with 40°; of beam steering in the end fire direction while the quasi Yagi over the JC-FSS offered 260 MHz of functional bandwidth and 54° of beam steering towards the end fire direction. In addition, the quasi Yagi design over the JC-FSS decreases the combined profile (antenna/backing structure) by 33% in relation to the 7.5mm grounded slab. This dissertation combines for the first time a quasi Yagi antenna with a JC-FSS to achieve end fire radiation in the presence of a ground metal.

Os sistemas elétricos de potência são frequentemente submetidos a perturbações causadas, por exemplo, por um aumento súbito de carga ou por um curto-circuito em uma linha de transmissão. Estas perturbações podem gerar oscilações eletromecânicas no sistema, uma vez que a velocidade dos geradores oscila. Para reduzir tais oscilações, controladores de sistema de potência são utilizados sendo, os mais comuns, controladores do tipo PSS (Power System Stabilizer). Porém, em alguns sistemas, somente o emprego de PSSs não é suficiente para garantir um nível mínimo satisfatório de amortecimento, sendo necessário recorrer a outros tipos de controladores. Desta forma, controladores do tipo FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), principalmente o TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) se tornaram uma alternativa atraente no auxílio ao amortecimento dos sistemas de potência. O controle do TCSC é feito por um controlador POD (Power Oscilation Damper) que é empregado como controle suplementar do dispositivo. No entanto, apenas o emprego dos controladores não garante um bom amortecimento, fazendo-se necessária uma boa sintonia dos mesmos. A sintonia destes controladores é, na maioria das vezes, feita de forma manual, ou seja, usando o método de tentativa e erro, podendo demandar um tempo relativamente elevado, mesmo que feita por um engenheiro experiente. Para evitar que o projetista dispense tempo procurando uma sintonia adequada para os controladores, métodos automáticos de sintonia vêm sendo estudados. Tais métodos têm como principal vantagem a sintonia dos controladores considerando vários pontos de operação do sistema simultaneamente, fazendo com que o controlador seja robusto para variações em seu ponto de operação nominal. Os métodos automáticos de sintonia utilizam métodos de otimização local ou métodos de otimização global. Os métodos de busca local têm a rapidez como principal vantagem, porém podem não convergir para um valor satisfatório de amortecimento estipulado pelo projetista. Os métodos de busca global, em grande parte das vezes, convergem para um valor de amortecimento solicitado pelo projetista, porém em um tempo elevado. Este trabalho propõe um método de sintonia dos controladores utilizando uma estrutura híbrida, ou seja, algoritmos de busca global juntamente com algoritmos de busca local. Primeiramente uma busca global é feita pelo algoritmo até que um critério de parada, definido pelo projetista, seja alcançado (geralmente um valor de amortecimento mínimo para o sistema). Assim, os parâmetros dos controladores sintonizados pela busca global serão entrada de um método de busca local. O algoritmo de busca local tende a refinar a sintonia dos controladores aumentando, assim, o amortecimento do sistema até um valor especificado pelo projetista. Neste trabalho a busca global é realizada por um algoritmo genético enquanto que a busca local é feita por um algoritmo baseado no gradiente descendente da função objetivo (neste caso o amortecimento). As principais vantagens do algoritmo proposto são a diminuição do tempo de sintonia e o esforço computacional, se comparado a métodos de busca global, verificadas nos resultados do trabalho. / Electric Power Systems are constantly subjected to perturbations, which can be caused for several different reasons, e.g., due to a sudden load increase or a short circuit in a transmission line. These perturbations can induce electromechanical oscillations in the power system, since the angular speed of the generators oscillates. To reduce such oscillations, power system controllers are used, and the most common ones are the PSSs (Power System Stabilizers). In some systems, however, the usage of PSSs is not sufficient to guarantee a satisfactory level for the minimum damping, being necessary the usage of other types of controllers. Hence, FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) controllers, specially the TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), became an attractive alternative to enhance the damping of electric power systems. The TCSC control action is performed by a POD (Power Oscillation Damper) controller, which is a supplementary control function of the device. However, it is not only the usage of such controllers that guarantees a sufficient damping, but also a good tuning of their parameters. The tuning of such controllers is ordinarily performed manually, using a trial-and-error method, which can last for a long time, even for experienced engineers. To facilitate the designers work in the tuning of the controllers parameters, automatic tuning methods are being studied. Such methods have the main advantage of considering several operating points of the system simultaneously, yielding a robust controller regarding variations in its nominal operating point. The aforementioned automatic tuning methods use local optimization methods or global optimization methods. The local optimization methods have the speed as the main advantage, but they can have convergence issues in the search for the minimum satisfactory damping threshold desired by the designer. The global optimization methods, on the other hand, ordinarily converge for the desired minimum damping threshold, but with large convergence times. This work proposes a controller tuning method using a hybrid structure, i.e., global search methods with local search methods. Initially, a global search is performed by the algorithm until a stop criteria is met, as defined by the designer (usually a minimum damping for the system). Thus, the controller parameters tuned by the global search method are the input values of a local search method. The local search algorithm actually refines the controllers tuning, increasing the system damping to the value defined by the designer. In this work the global search is performed by a genectic algorithm while the local search is performed by an algorithm based in the gradient descent of objective function (damping in this case). The greatest advantages of the proposed algorithm are the possible decrease in computational time and effort, when compared to global search methods, verified in the work results.

Os sistemas elétricos de potência são frequentemente submetidos a perturbações causadas, por exemplo, por um aumento súbito de carga ou por um curto-circuito em uma linha de transmissão. Estas perturbações podem gerar oscilações eletromecânicas no sistema, uma vez que a velocidade dos geradores oscila. Para reduzir tais oscilações, controladores de sistema de potência são utilizados sendo, os mais comuns, controladores do tipo PSS (Power System Stabilizer). Porém, em alguns sistemas, somente o emprego de PSSs não é suficiente para garantir um nível mínimo satisfatório de amortecimento, sendo necessário recorrer a outros tipos de controladores. Desta forma, controladores do tipo FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), principalmente o TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) se tornaram uma alternativa atraente no auxílio ao amortecimento dos sistemas de potência. O controle do TCSC é feito por um controlador POD (Power Oscilation Damper) que é empregado como controle suplementar do dispositivo. No entanto, apenas o emprego dos controladores não garante um bom amortecimento, fazendo-se necessária uma boa sintonia dos mesmos. A sintonia destes controladores é, na maioria das vezes, feita de forma manual, ou seja, usando o método de tentativa e erro, podendo demandar um tempo relativamente elevado, mesmo que feita por um engenheiro experiente. Para evitar que o projetista dispense tempo procurando uma sintonia adequada para os controladores, métodos automáticos de sintonia vêm sendo estudados. Tais métodos têm como principal vantagem a sintonia dos controladores considerando vários pontos de operação do sistema simultaneamente, fazendo com que o controlador seja robusto para variações em seu ponto de operação nominal. Os métodos automáticos de sintonia utilizam métodos de otimização local ou métodos de otimização global. Os métodos de busca local têm a rapidez como principal vantagem, porém podem não convergir para um valor satisfatório de amortecimento estipulado pelo projetista. Os métodos de busca global, em grande parte das vezes, convergem para um valor de amortecimento solicitado pelo projetista, porém em um tempo elevado. Este trabalho propõe um método de sintonia dos controladores utilizando uma estrutura híbrida, ou seja, algoritmos de busca global juntamente com algoritmos de busca local. Primeiramente uma busca global é feita pelo algoritmo até que um critério de parada, definido pelo projetista, seja alcançado (geralmente um valor de amortecimento mínimo para o sistema). Assim, os parâmetros dos controladores sintonizados pela busca global serão entrada de um método de busca local. O algoritmo de busca local tende a refinar a sintonia dos controladores aumentando, assim, o amortecimento do sistema até um valor especificado pelo projetista. Neste trabalho a busca global é realizada por um algoritmo genético enquanto que a busca local é feita por um algoritmo baseado no gradiente descendente da função objetivo (neste caso o amortecimento). As principais vantagens do algoritmo proposto são a diminuição do tempo de sintonia e o esforço computacional, se comparado a métodos de busca global, verificadas nos resultados do trabalho. / Electric Power Systems are constantly subjected to perturbations, which can be caused for several different reasons, e.g., due to a sudden load increase or a short circuit in a transmission line. These perturbations can induce electromechanical oscillations in the power system, since the angular speed of the generators oscillates. To reduce such oscillations, power system controllers are used, and the most common ones are the PSSs (Power System Stabilizers). In some systems, however, the usage of PSSs is not sufficient to guarantee a satisfactory level for the minimum damping, being necessary the usage of other types of controllers. Hence, FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) controllers, specially the TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), became an attractive alternative to enhance the damping of electric power systems. The TCSC control action is performed by a POD (Power Oscillation Damper) controller, which is a supplementary control function of the device. However, it is not only the usage of such controllers that guarantees a sufficient damping, but also a good tuning of their parameters. The tuning of such controllers is ordinarily performed manually, using a trial-and-error method, which can last for a long time, even for experienced engineers. To facilitate the designers work in the tuning of the controllers parameters, automatic tuning methods are being studied. Such methods have the main advantage of considering several operating points of the system simultaneously, yielding a robust controller regarding variations in its nominal operating point. The aforementioned automatic tuning methods use local optimization methods or global optimization methods. The local optimization methods have the speed as the main advantage, but they can have convergence issues in the search for the minimum satisfactory damping threshold desired by the designer. The global optimization methods, on the other hand, ordinarily converge for the desired minimum damping threshold, but with large convergence times. This work proposes a controller tuning method using a hybrid structure, i.e., global search methods with local search methods. Initially, a global search is performed by the algorithm until a stop criteria is met, as defined by the designer (usually a minimum damping for the system). Thus, the controller parameters tuned by the global search method are the input values of a local search method. The local search algorithm actually refines the controllers tuning, increasing the system damping to the value defined by the designer. In this work the global search is performed by a genectic algorithm while the local search is performed by an algorithm based in the gradient descent of objective function (damping in this case). The greatest advantages of the proposed algorithm are the possible decrease in computational time and effort, when compared to global search methods, verified in the work results.

Bei der internen, extramedullären Osteosynthese des distalen Femurs, auf die sich diese Arbeit fokussiert, haben sich in den letzten Jahren interessante Entwicklungen vollzogen. Ausgehend von unzufriedenstellenden Komplikationsraten wurden neue Wege in der Versorgung dieser schwierigen Frakturen gesucht. Osteosynthesematerialien, Repositionstechniken, die Technik der Implantatplatzierung und die Implantate selbst, bei denen die Entwicklung zu winkelstabilen Systemen gegangen ist, haben sich grundlegend geändert. Die vorliegende Arbeit analysiert in einer retrospektiven Studie distale Femurfrakturen, die zwischen dem 1.1.1995 und 31.9.2000 entweder mit einem Fixateur interne (LISS) oder mit der konventionellen Plattenosteosynthese versorgt wurden. In die Studie konnten 51 Patienten mit 54 distalen Femurfrakturen eingeschlossen werden. Die Infektionsrate war in der LISS-Gruppe (0% versus 11,1%) nichtsignifikant geringer, die Rate der verzögerten Frakturheilungen war nichtsignifikant höher. Die einzige verzögerte Frakturheilung (LISS-Gruppe), die einer sekundären chirurgischen Intervention bedurfte, wurde bei einer Patientin mit einem großen Knochendefekt gesehen, der ohne primäre Spongiosaplastik therapiert worden war. Pseudarthrosen traten in beiden Gruppen nicht auf. Die Rate des Materialversagens unterschied sich nicht signifikant. Beim LISS kam es nicht, wie bei den konventionellen Implantaten zu sekundären Repositionsverlusten, es wurden aber im Anfang der klinischen Einführung proximale Schraubenausrisse aufgrund einer Fehlplatzierung gesehen. Es konnte gezeigt werden, dass es durch die Verwendung des LISS und die indirekten Repositionstechniken zu keiner Zunahme der Achsfehlstellungen oder der Operationszeit kam. Die funktionellen Einzelergebnisse und die Punktzahl der erhobenen Scores (Neer-Score und Lysholm-Score) unterschieden sich nicht signifikant. / Internal, extramedullary osteosynthesis of distal femoral fractures which are focussed on in this study has been influenced by interesting developments in recent years. Driven by unsatisfying complication rates new fracture treatments have been looked for. Osteosynthesis materials, reduction techniques, techniques of implant placement and implants themselves - where development went to angular stable systems - have changed decisively. This study analyzes in a retrospective setting distal femoral fractures which were treated between 1.1.1995 and 31.9.2000 either with an internal fixator (LISS) or with conventional plate osteosynthesis. In this study 51 patients with 54 distal femoral fractures could be included. The Infection rate was non significantly lower in the LISS group (0% versus 11,1%), the rate of delayed union was non significantly higher. The only delayed union in the LISS group which needed secondary surgical intervention was seen in a patient with considerate bone loss which was not treated by primary bone grafting. Non-unions were not seen in either group. The rate of implant failure did not differ significantly. In the LISS group no secondary loss of reduction (like in the group with conventional plate osteosyntesis) was seen but proximal screw pull out due to malplacement was reported in the beginning of clinical introduction. It could be demonstrated the LISS and indirect reduction leading not to a higher rate of malalignement nor to prolonged theatre times. Functional results and the point score of the Neer Score and the Lysholm Score showed no significant difference.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.