Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Harnoldo Castro.pdf: 2052364 bytes, checksum: 3ff44ce616ef2f1e748c29067008a2d1 (MD5) Previous issue date: 2012-12-14 / This work investigates electromagnetic disturbances that affect the power quality of the Alcântara Launch Center (CLA), supplied by the local power distribution utility company and the self-generation of the Center, emphasizing disturbances for sensitivity of electrical ground support equipment, variations in voltage and short-term transients. From a bibliographical study, the main electromagnetic phenomen apresented are related to the power quality, showing the causes, consequences and suggestions for mitigation of these events, including the reduction of inrush current, based on standard norms related to the subject. The monitoring was performed using an accurate monitoring equipment during a two-rocket launch campaign, for a better contextualization ofvoltage variations associated to short-term transients. From the records and gathered data, critical events and power quality indices associated to the distribution utility and to the generation set were analyzed, as well as the severe disturbances characterized by CBEMA curve. The results provided subsidies to improve and reduce the effects of voltage short-term and transient events. Thus an operating procedure for special processes is proposed, which can be used both in the aerospace sector as in organizations that have their processes associated to power quality. / O presente trabalho investiga distúrbios eletromagnéticos que afetam a qualidade da energia elétrica do Centro de Lançamento de Alcântara, suprido pela companhia elétrica local e pela autogeração do próprio Centro, enfatizando os distúrbios críticos para a sensibilidade elétrica dos equipamentos de apoio em solo, as variações de tensão de curta duração e os transitórios. A partir de um estudo bibliográfico, são apresentados os principais fenômenos eletromagnéticos relacionados à qualidade da energia elétrica, mostrando as causas, consequências e sugestões para mitigar tais eventos, com destaque para a redução da corrente de energização, com base nas normas internacionais relacionadas ao tema. O monitoramento foi realizado utilizando-se um equipamento de precisão durante a campanha de lançamento de dois foguetes, para melhor contextualizar as variações de tensão de curta duração e os transitórios. A partir dos registros e dados coletados foram analisados os eventos críticos e os indicadores de tensão da distribuidora local de energia elétrica, e da autogeração de energia do Centro, bem como as graves perturbações caracterizadas com a curva CBEMA. Os resultados obtidos forneceram subsídios para reduzir os efeitos dos eventos da variação de tensão de curta duração e transitórios. Assim propõe-se um procedimento operacional para processos especiais, que poderá ser usado tanto no setor aeroespacial quanto nas organizações que tenham seus processos atrelados à qualidade da energia elétrica.

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Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-12-12T13:10:44Z No. of bitstreams: 1 Felipe de Carli_.pdf: 6857644 bytes, checksum: 51df2faf2ff2365c2443afa4f23a4292 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-12T13:10:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe de Carli_.pdf: 6857644 bytes, checksum: 51df2faf2ff2365c2443afa4f23a4292 (MD5) Previous issue date: 2018-10-26 / FATEC – Fundação de Apoio á Tecnologia e Ciência / A geração, transmissão e distribuição de energia elétrica têm papel chave no desenvolvimento econômico de um país. A qualidade e disponibilidade da energia elétrica relacionada a distribuição tem impacto direto na economia e na qualidade de vida das pessoas. Conceitos de Redes de Distribuição Inteligentes tem ganhado cada vez mais força com o intuito de melhorar a qualidade dos serviços prestados. A tensão em regime permanente é um dos principais parâmetros de qualidade de energia elétrica em redes de distribuição e muitas vezes o seu controle requer soluções de elevada complexidade e investimento. Tensões fora de especificação tem impactos negativos para os consumidores finais, uma vez que, podem gerar danos aos equipamentos, interrupção em serviços fundamentais, e inconvenientes para a sociedade. Desta forma, o presente trabalho busca desenvolver um protótipo de controle inteligente e dinâmico aplicado para reguladores de tensão de distribuição com a capacidade de coletar informações do perfil de consumo do alimentador, realizar o auto ajuste de seus parâmetros e enviar informações para o sistema de supervisão. O protótipo dividido em um módulo de controle e módulo fuzzy que foi desenvolvido em escala de laboratório. Baseado no carregamento do alimentador, o dispositivo é capaz de calcular os parâmetros básicos de auto-ajuste, ou seja, a temporização, faixa de insensibilidade e compensações de queda na linha. Os resultados globais desse trabalho mostram que o desenvolvimento de um controle dinâmico e inteligente para reguladores de tensão é viável e pode ser aplicado em redes de distribuição reais. O cálculo dos parâmetros de temporização, tensão de referência, compensação de queda na linha melhora o perfil de tensão de uma rede de distribuição, pois minimiza as oscilações de tensão em baixa e alto carregamento da linha, conforme testes realizados com dados de um alimentador real. Entende-se que os resultados globais deste trabalho servem de fundamento para um estudo técnico-econômico de ampliação desta estrutura de controle para outros reguladores de tensão de redes de distribuição. / The electricity generation, transmission, and distribution play a role key in the economic development of a country. The quality and availability of electricity related to distribution has a direct impact on the economy and people's quality of life. Concepts of smart grids has gained more strength in order to improve the quality of services provided. Steady-state voltage is one of the main quality parameters of electrical power in distribution grids and often its control requires solutions of high complexity and investment. Out-of-specification voltage have negative impacts on end-users, as it can cause damage to equipment, outage in key services, and inconvenience to community. In this way, the present work seeks to develop a prototype of intelligent and dynamic control applied to distribution voltage regulators with the ability to collect information of the feeder consumption profile, perform the self-tuning of its parameters and send information to supervisory system. The prototype divided into a control and fuzzy modules was developed on a laboratory scale. Based on loader readings, the device is able to calculate the basic parameters of self-adjustment, ie time delay, dead band and line drop compensation. The overall results of this work show that the development of a dynamic and smart control for step voltage regulators is feasible and can be applied in real distribution grid. The calculation of the time delay, reference voltage, line drop compensation improves the voltage profile of a distribution grid, as it minimizes voltage variations at low and high line loading, according to tests performed with data from a real feeder. It is understood that the overall results of this work serve as a basis for a technical-economic study to extend this control structure to other step voltage regulators in distribution grids.

CAPES / As variações de tensão de curta duração são perturbações típicas nos sistemas de distribuição de energia elétrica que afetam de forma significativa a qualidade da energia. Os equipamentos típicos para a regulação de tensão dispostos nas redes de distribuição em geral não são capazes de mitigar variações de tensão de curta duração. Entretanto, as unidades de geração distribuída conectadas aos sistemas de distribuição, considerando estratégias de controle adequadas, podem ser capazes de mitigar variações de tensão de curta duração nas proximidades do ponto de conexão. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a mitigação de variações de tensão de curta duração a partir da utilização de unidades eólicas de geração baseadas em gerador síncrono de imã permanente (GSIP) conectado a rede por um conversor estático de potência. A mitigação das variações de tensão é feita por meio de uma malha de controle suplementar proposta aplicada ao controle tradicional do conversor do lado da rede. A estratégia de controle proposta explora a capacidade de operação em sobrecarga de corrente da unidade eólica e é capaz de mitigar variações de tensão de curta duração em sistemas de distribuição. A malha de controle suplementar proposta limita a geração de potência reativa na capacidade máxima de sobrecarga da unidade geradora, respeitando o limite térmico do conversor estático de energia. Além da malha de controle suplementar, uma metodologia baseada em estudos estáticos de fluxo de potência é proposta com o objetivo de avaliar a capacidade de regulação de tensão da geração eólica associada à malha de controle proposta. A capacidade da malha de controle proposta em mitigar as variações de tensão de curta duração é avaliada por meio de simulações não lineares no domínio do tempo envolvendo uma rede de distribuição com cargas concentradas. Diferentes níveis de inserção da geração eólica na rede de distribuição e outros fatores que impactam diretamente na regulação de tensão são considerados nos testes realizados. Os estudos realizados demonstram que utilização da estratégia de controle proposta aplicada a unidades eólicas de geração pode contribuir significativamente para a manutenção do perfil de tensão durante ocorrências de variações de tensão de curta duração. / The short duration voltage variations are typical disturbances that significantly affect the power quality in distribution systems. The typical devices for voltage support and regulation, distributed along the distribution networks, are generally not capable of mitigating short duration voltage variations. However, distributed generation units connected to the distribution system, when associated with suitable control strategies, can be able to mitigate short duration voltage variations. In this context, this paper proposes the mitigation of short duration voltage variations by using wind power generating units based on permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the network by static power converter. The voltage variation mitigation is performed by means of a supplementary control loop added to the traditional control of the grid-side converter. The proposed control strategy takes advantage of the overload capability of the wind generation unit and it is able to mitigate short duration voltage variations in distribution systems. The proposed supplementary control loop limits the generated reactive power based on the overload capability of the generation unit, avoiding that the power electronic converter exceeds its thermal limit. Besides the proposed supplementary control loop, a methodology based on power flow studies is proposed in order to evaluate the voltage regulation capability of the wind generation associated with the proposed control loop. The performance and effectiveness of the control strategy proposed to mitigate short duration voltage variations is evaluated by means of time-domain non-linear simulations regarding a distribution network with lumped load. Different levels of integration of wind generation on the distribution network and other factors that directly impact on voltage regulation are considered in the tests. The performed evaluations have demonstrated that the proposed control strategy, applied to wind generation units, can significantly contribute to the maintenance of the voltage profile of distribution systems during the occurrence of short duration voltage variations.

CNPq, CAPES / O presente trabalho inclui a revisão das normas de qualidade de energia elétrica, a fim de normatizar o desenvolvimento do projeto seguindo normas nacionais e internacionais; a simulação de algoritmos como CFA e FFT, a fim de verificar a viabilidade de seu uso, bem como as limitações associadas ao processamento de formas de onda fortemente distorcidas. Inclui também a proposição e a verificação de um algoritmo capaz de calcular os índices (selecionados durante a revisão das normas) que pudessem avaliar a qualidade de energia através de sinais de tensão e corrente. Para o desenvolvimento do protótipo, foram selecionados sensores de tensão e de corrente confiáveis para o sistema de aquisição; um DSP, que executa os algoritmos previamente simulados, processando em tempo real os sinais adquiridos pelos sensores, a fim de reportar o estado da rede elétrica e/ou eventos ocorridos na rede através de um módulo ZigBee, responsável pela transmissão desses dados de forma segura. A classe de eventos de variação de tensão de curta duração foi incluída no processamento em tempo real realizado pelo DSP. Devido à imprevisibilidade e à rapidez da ocorrência desses eventos, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de gerar essa classe de eventos, o gerador de VTCD. A análise de QEE em tempo real se mostrou viável mesmo com a utilização de dispositivos de baixo custo, permitindo, ainda que com algumas limitações, o levantamento de informações de QEE às quais cargas conhecidas estavam submetidas. / The present document includes a comprehensive literature review on power quality issues, to keep the development of this project aligned with national and international standards related; simulation algorithms such as FFT and CFA in order to verify the feasibility of its use, as well as limitations associated with the processing of strongly distorted waveform. It also includes the proposal and verification of an algorithm able to calculate the indices (selected during the standards review) that could assess the power quality through voltage and current signals. For prototype development, voltage and current sensors were selected for reliable acquisition system; a DSP, which running the previously simulated algorithms in order to process in real time the acquired voltage and current signals provided by sensors in order to report the status of the mains grid and/or events occurrence on the network through a ZigBee module, responsible for safety transmission data. The short term voltage change events class was also included in the real time processing performed by the DSP. Due to the unpredictability and short duration of these events, it was developed a tool capable of generating this class of events, the STVC generator. The PQ analysis in real time was feasible even with the use of low cost devices, allowing, although with some limitations, the survey of PQ information which known loads was submitted.

CNPq, CAPES / O presente trabalho inclui a revisão das normas de qualidade de energia elétrica, a fim de normatizar o desenvolvimento do projeto seguindo normas nacionais e internacionais; a simulação de algoritmos como CFA e FFT, a fim de verificar a viabilidade de seu uso, bem como as limitações associadas ao processamento de formas de onda fortemente distorcidas. Inclui também a proposição e a verificação de um algoritmo capaz de calcular os índices (selecionados durante a revisão das normas) que pudessem avaliar a qualidade de energia através de sinais de tensão e corrente. Para o desenvolvimento do protótipo, foram selecionados sensores de tensão e de corrente confiáveis para o sistema de aquisição; um DSP, que executa os algoritmos previamente simulados, processando em tempo real os sinais adquiridos pelos sensores, a fim de reportar o estado da rede elétrica e/ou eventos ocorridos na rede através de um módulo ZigBee, responsável pela transmissão desses dados de forma segura. A classe de eventos de variação de tensão de curta duração foi incluída no processamento em tempo real realizado pelo DSP. Devido à imprevisibilidade e à rapidez da ocorrência desses eventos, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de gerar essa classe de eventos, o gerador de VTCD. A análise de QEE em tempo real se mostrou viável mesmo com a utilização de dispositivos de baixo custo, permitindo, ainda que com algumas limitações, o levantamento de informações de QEE às quais cargas conhecidas estavam submetidas. / The present document includes a comprehensive literature review on power quality issues, to keep the development of this project aligned with national and international standards related; simulation algorithms such as FFT and CFA in order to verify the feasibility of its use, as well as limitations associated with the processing of strongly distorted waveform. It also includes the proposal and verification of an algorithm able to calculate the indices (selected during the standards review) that could assess the power quality through voltage and current signals. For prototype development, voltage and current sensors were selected for reliable acquisition system; a DSP, which running the previously simulated algorithms in order to process in real time the acquired voltage and current signals provided by sensors in order to report the status of the mains grid and/or events occurrence on the network through a ZigBee module, responsible for safety transmission data. The short term voltage change events class was also included in the real time processing performed by the DSP. Due to the unpredictability and short duration of these events, it was developed a tool capable of generating this class of events, the STVC generator. The PQ analysis in real time was feasible even with the use of low cost devices, allowing, although with some limitations, the survey of PQ information which known loads was submitted.

No contexto de Smart Grids, determinar a correta localização das fontes causadoras de Variação de Tensão de Curta Duração (VTCD) não é uma tarefa simples, devido à curta duração destes eventos e também, por sua rápida propagação nas redes de distribuição de energia elétrica. Neste sentido, esse trabalho apresentou um método híbrido recursivo baseado em ferramentas da área de aprendizado de máquinas (algoritmo de agrupamento e base de regras), o qual é capaz de localizar as fontes de VTCD, a partir da análise dos das características dos distúrbios disponibilizadas pelos smart meters instalados no sistema. Assim, o trabalho destinouse ao desenvolvimento de uma plataforma em hardware para aquisição, detecção e classificação dos distúrbios, através de um Sistema Operacional de Tempo Real. Em seguida o algoritmo de agrupamento (k-means) agrupou os dados dos medidores de forma a definir dois clusters, onde um deles correspondeu aos medidores que estão longe da região que ocorreu o distúrbio e o outro, correspondeu aos medidores que estavam localizados próximos da região de ocorrência do distúrbio. Na segunda etapa, um sistema baseado em regras determinou qual dos clusters abrangeu o nó de origem. No entanto, quando o algoritmo determinou uma região muito grande, essa região é introduzida recursivamente, como entrada da metodologia desenvolvida, para refinar a região de localização. O sistema resultante foi capaz de estimar a região de localização com uma taxa de acerto acima de 90%. Assim, o método teve sua concepção adequada ao empregado nos centros de controle e operações de concessionárias de energia elétrica, visando apoiar a decisão do corpo técnico para que ações corretivas fossem estabelecidas de forma assertiva. / In the Smart Grids context, the correct location of short-duration voltage variations sources is not a trivial task, because of the short duration of these events and for rapid propagation in the distribution feeder. In this sense, aiming to develop a recursive hybrid method based on machine learning area tools (clustering algorithm and rule base) that is able to locate the sources of short-duration voltage variations, it was used data from smart meters installed along the distribution feeder. The recursive hybrid method, as input, received the disturbance characteristics provided by the meters installed in the system. Thus, this thesis aimed to development of a measurement hardware for signal acquisition, detection, classification through a realtime operating system. Then, k-means clustering algorithm grouped the meters data in order to define two clusters, where one of them corresponded to the meters that were distant from the region that occurred the disturbance and the other one corresponded to the meters, which were located near to the disturbance occurrence region. In a second step, a rule-based system determined which of the clusters corresponded to the source node. When the algorithm determined a very large region, that region was recursively introduced as input of the developed methodology to decrease its size. The resulting system was able to estimate the location region with a accuracy above 90%. Therefore, this method showed a suitable design for employment by operation control centers of power sector concessionaires, aiming to support technical staff decision to stablish assertive corrective actions.

No contexto de Smart Grids, determinar a correta localização das fontes causadoras de Variação de Tensão de Curta Duração (VTCD) não é uma tarefa simples, devido à curta duração destes eventos e também, por sua rápida propagação nas redes de distribuição de energia elétrica. Neste sentido, esse trabalho apresentou um método híbrido recursivo baseado em ferramentas da área de aprendizado de máquinas (algoritmo de agrupamento e base de regras), o qual é capaz de localizar as fontes de VTCD, a partir da análise dos das características dos distúrbios disponibilizadas pelos smart meters instalados no sistema. Assim, o trabalho destinouse ao desenvolvimento de uma plataforma em hardware para aquisição, detecção e classificação dos distúrbios, através de um Sistema Operacional de Tempo Real. Em seguida o algoritmo de agrupamento (k-means) agrupou os dados dos medidores de forma a definir dois clusters, onde um deles correspondeu aos medidores que estão longe da região que ocorreu o distúrbio e o outro, correspondeu aos medidores que estavam localizados próximos da região de ocorrência do distúrbio. Na segunda etapa, um sistema baseado em regras determinou qual dos clusters abrangeu o nó de origem. No entanto, quando o algoritmo determinou uma região muito grande, essa região é introduzida recursivamente, como entrada da metodologia desenvolvida, para refinar a região de localização. O sistema resultante foi capaz de estimar a região de localização com uma taxa de acerto acima de 90%. Assim, o método teve sua concepção adequada ao empregado nos centros de controle e operações de concessionárias de energia elétrica, visando apoiar a decisão do corpo técnico para que ações corretivas fossem estabelecidas de forma assertiva. / In the Smart Grids context, the correct location of short-duration voltage variations sources is not a trivial task, because of the short duration of these events and for rapid propagation in the distribution feeder. In this sense, aiming to develop a recursive hybrid method based on machine learning area tools (clustering algorithm and rule base) that is able to locate the sources of short-duration voltage variations, it was used data from smart meters installed along the distribution feeder. The recursive hybrid method, as input, received the disturbance characteristics provided by the meters installed in the system. Thus, this thesis aimed to development of a measurement hardware for signal acquisition, detection, classification through a realtime operating system. Then, k-means clustering algorithm grouped the meters data in order to define two clusters, where one of them corresponded to the meters that were distant from the region that occurred the disturbance and the other one corresponded to the meters, which were located near to the disturbance occurrence region. In a second step, a rule-based system determined which of the clusters corresponded to the source node. When the algorithm determined a very large region, that region was recursively introduced as input of the developed methodology to decrease its size. The resulting system was able to estimate the location region with a accuracy above 90%. Therefore, this method showed a suitable design for employment by operation control centers of power sector concessionaires, aiming to support technical staff decision to stablish assertive corrective actions.