Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337504.pdf: 720136 bytes, checksum: d08c5d76ff619a7e1edcf55572d8b4a8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho apresenta um novo modelo de comportamento do algoritmo de Pseudo Projeções Afins (PAP) sob as seguintes condições: identificação de sistemas, passo de adaptação arbitrário, correção do problema de inicialização e ordem do algoritmo PAP menor que a ordem da entrada autoregressiva (AR). Para tanto, hipóteses simplificadoras utilizadas na literatura são reavaliadas. Complementarmente, uma generalização para o estimador de mínimos quadrados, utilizado durante o processo de adaptação do algoritmo PAP é proposta, considerando o caso onde o algoritmo opera com ordem menor do que o sinal AR. Como resultado dessas considerações, um novo modelo estocástico é obtido para o algoritmo PAP. As equações aqui obtidas corroboram com as simulações de Monte Carlo do algoritmo PAP.<br> / Abstract : This works presents a new model for the behaviour of the Pseudo Affine Projection Algorithm (PAP) under the following conditions: system identification, arbitrary step size, correction of initialization effect and projection order of PAP algorithm smaller than the autoregressive input(AR) order. For this purpose, the simplifying assumptions used on the literature are revalued. Complementary, a generalization to the least squares estimator, used in the during the adaptation process of the PAP algorithm, is proposed considering the case that the PAP algorithm operates with smaller order than the AR signal. As a result of those considerations, a new stochastic model is obtained to the PAP algorithm. The equations derived agrees with the Monte Carlo simulation of the PAP algorithm.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337909.pdf: 4318801 bytes, checksum: 9a1416761bf0f91cfc5649ac4e18d9d6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho propõe um esquema de proteção de geradores síncronos baseado na utilização de Sistemas Multiagentes e Sistemas Especialistas. As funções de proteção foram definidas considerando a literatura técnica, em especial padrões do IEEE e normas das distribuidoras de energia. A arquitetura multiagente já havia sido proposta em trabalhos anteriores e foi programada em linguagem JAVA, utilizando os recursos oferecidos pelo framework JADE (Java Agent Development Framework). Para validação da proposta, a microrrede-teste foi modelada no software PSCAD/EMTDC. Essa microrrede é baseada em uma rede de distribuição real, que foi adaptada para apresentar possibilidade de operação tanto ilhada quanto conectada à concessionária. Simulações de diversas situações de falta foram realizadas para validação do sistema de proteção proposto. Os resultados apresentados mostram a eficiência e viabilidade de implementação deste esquema de proteção, comprovando que benefícios podem ser obtidos a partir da exploração do uso de técnicas de Inteligência Artificial em aplicações de Sistemas Elétricos de Potência.<br> / Abstract : This paper proposes a synchronous generators protection scheme based on Multiagent Systems and Expert Systems. The protective functions were chosen taking into consideration the technical literature, especially IEEE standards and distribution utility technical norms. The Multiagent architecture had already been proposed on previous papers, and is developed in JAVA language with use of JADE Framework (Java Agent Development Framework) resources. For proposal validation, a test microgrid system is modeled on PSCAD/EMTDC software. This microgrid is based on a real distribution network, which was adapted to both system operation conditions, the islanded mode and the grid connected mode. Several fault conditions were performed to test the proposed system. Results show the efficiency and implementation feasibility of the protection scheme, proving the benefits that can be obtained with the exploitation of Artificial Intelligence?s resources applied to Electrical Power Systems.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-04-26T04:01:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339522.pdf: 5276889 bytes, checksum: 1c8809fca9cd8396d3e389f6547afc44 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os acoplamentos indutivos têm sido amplamente estudados para a transferência de energia sem-fio aos dispositivos médicos implantados e às etiquetas de identificação por radiofrequência, entre outros. Com a aparição de novos paradigmas como a ?Internet das coisas?, fica evidente a necessidade de miniaturizar os receptores de energia sem-fio. Essa miniaturização é ainda mais relevante no caso dos implantes médicos, porque ela visa à redução dos riscos para a saúde do paciente. Esta tese procurou uma solução que é natural no quesito de miniaturização: a implementação de um receptor de energia sem-fio completamente integrado na tecnologia CMOS.Na busca pela miniaturização foi definida a eficiência como objetivo principal do projeto. Por esse motivo, a primeira parte da tese é dedicada a estudar as escolhas que otimizam a eficiência em acoplamentos indutivos. Inicialmente, esse estudo é feito com indutores planares fabricados sobre placas de circuito impresso. São apresentados modelos para o indutor e para o acoplamento indutivo. Com base nesses modelos é proposta uma metodologia de projeto através de programação geométrica. O resultado mostra quais devem ser a frequência de operação e as dimensões dos indutores para uma determinada distância entre eles. Esses resultados são verificados através de simulações eletromagnéticas e também experimentalmente.Depois é apresentado o projeto do receptor de energia sem-fio. Esse projeto esteve focado em dois aspectos: a otimização da eficiência e a possibilidade de ser testado verdadeiramente sem-fio. Quanto à eficiência, a principal variável a ser otimizada é o fator de qualidade do indutor integrado. O indutor projetado e fabricado apresenta um fator de qualidade de 20,8 em 990 MHz, o qual é verificado experimentalmente através de um método sem-contato. Esse fator de qualidade é considerado alto para um indutor integrado em tecnologia CMOS convencional. A carga do receptor é projetada especialmente para o teste e consiste em um oscilador que converte a tensão de alimentação em uma variação da frequência. Essa frequência modula a portadora, sendo que essa informação pode ser percebida na entrada do indutor primário. Com esse método é possível estimar a eficiência do sistema sem usar fios conectados ao chip receptor. O receptor é fabricado em um chip de 1,5 mm X 1,5 mm, enquanto o indutor transmissor é impresso em uma placa de FR4. A eficiência do acoplamento, quando o indutor primário tem um diâmetro médio de 22 mm e uma distância de 15 mm do receptor, foi medida como sendo -25,4 dB na frequência de 986 MHz. Considerando as características do receptor: implementação monolítica, área do chip, eficiência do acoplamento e distância, o sistema projetado apresenta o melhor desempenho reportado na literatura.Finalmente, é proposta uma metodologia de projeto para um amplificador de potência CMOS destinado a energizar o sistema projetado. Essa metodologia concilia o compromisso entre a resistência de condução e a capacitância de porta das chaves. A área ocupada é 1,5 mm2, maior parte dela é usada pelos pads e as largas ligações de metal. Simulações pós-layout mostram uma eficiência de potência de 58% quando entregados 25,1 dBm ao indutor primário.<br> / Abstract : Inductive links have been widely studied for wireless energy transfer to implanted medical devices and radiofrequency identification tags among others. With the development of new paradigms such as ?Internet of Things" it becomes evident the need for miniaturization of the wireless energy receivers. The miniaturization is even more relevant in the case of the medical implants, because it aims to reduce the risks on the patient health. This thesis was focused into a solution that is natural when talking about miniaturization: the implementation of a CMOS fully integrated wireless power receiver.On the path to miniaturization, the efficiency was defined as the main objective of the design. For that reason, the first part of this thesis is dedicated to study the choices that optimize the efficiency in inductive links. This study is done first with planar inductors manufactured on printed boards. Several models are presented for the inductor and the inductive link. Based on those models, it is proposed a design methodology using geometric programming. The results show the inductor dimensions and the operating frequency that optimize the efficiency for a given distance. The predicted values are verified through electromagnetic simulations and also experimentally.Next the design of the wireless power receiver is presented. Such design is focused on two aspects: the optimization of efficiency and the possibility of being truly wireless tested. Regarding efficiency, the main factor to be optimized is the quality factor of the integrated inductor. The designed and fabricated inductor has a quality factor of 20.8 at 990 MHz, which is experimentally verified using a contact-less method. That quality factor is considered high for an inductor integrated in a conventional CMOS process. The load of the receiver is designed specially for the test and it consists of an oscillator that converts the supply voltage into a frequency quantity. That frequency is used to modulate the carrier and that information can be perceived at the primary inductor input. With the proposed method it is possible to estimate the system efficiency without wires connected to the receiver chip. The receiver was implemented in a 1.5 mm X 1.5 mm chip, while the transmitter inductor is printed in a FR4 board. The link efficiency was measured when the primary inductor has an average diameter of 22 mm and with a distance of 15 mm from the receiver, resulting in -25.4 dB at the frequency of 986 MHz. Considering the characteristics of the receiver: monolithic implementation, chip area, link efficiency and distance to the transmitter, the designed wireless power transfer system exhibits a better performance than state-of-the-art systems.Finally, a design methodology is proposed for a CMOS power amplifier intended to drive the designed system. That methodology solves the trade-off between the ON-resistance and gate capacitance of the switches. The area occupied is 1.5 mm2, most of it is used by the pads and the wide interconnects. Post-layout simulations showed a power efficiency of 58% when delivering 25.1 dBm to the primary inductor of the wireless power transferring system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:34:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339930.pdf: 5224012 bytes, checksum: 2cb8cfb682e976ef7970a3443872893d (MD5) Previous issue date: 2016 / O presente trabalho de dissertação aborda o desenvolvimento de um equipamento para medição de corrente e de campo magnético em motores de indução trifásicos com a finalidade de detectar faltas incipientes durante a operação do motor. Contextualiza-se a aplicação de equipamentos para diagnóstico de falhas em motores e apresenta-se técnicas de manutenção que englobam procedimentos de manutenção preditiva. Foi realizado um estudo bibliográfico acerca da detecção de barras rompidas em motores de indução trifásicos e são apresentados equipamentos comerciais destinados a diagnóstico de motores. O equipamento desenvolvido é descrito, contendo os projetos e a implementação das partes funcionais que o compõe. O equipamento foi validado em bancadas e testado em aplicações em campo. Resultados são apresentados para detecção de faltas incipientes e medição de velocidade.<br> / Abstract: This work addresses the development of a device for measuring current and magnetic field in induction motors in order to detect incipient faults during operation. The application of equipment to faults diagnosis is contextualized and techniques that include predictive maintenance procedures are presented. A bibliographic study on the detection of rotor bar faults in induction motors and commercial equipment for this purpose is presented. The equipment developed is described, including its projects and the implementation of its functional parts. The equipment was validated on test bench and tested in field applications. Results are presented to faults detection and speed measuring.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340780.pdf: 14643127 bytes, checksum: 8c866090db52db14658945548890ca00 (MD5) Previous issue date: 2016 / O processo de tratamento de câncer por hipertermia consiste no aquecimento de células tumorais visando induzir morte celular. Também pode ser aplicado em casos onde os limites de segurança de exposição à radio e quimioterapia foram atingidos. A medição de temperatura em locais remotos como órgãos internos para controlar o calor durante o procedimento de hipertermia, assim como aquecimento localizado e preciso são ainda desafios a serem resolvidos. Este trabalho propõe uma nova maneira para aquecer remotamente células de câncer e mensurar sua temperatura sem fios aquecendo indutivamente um implante metálico enquanto monitora sua temperatura a partir de variações da constante de tempo t produzidas por um decaimento indutivo subamortecido de corrente. Um circuito de 2kW usado em Cooktops de indução foi utilizado como aquecedor indutivo, tendo sua bobina espiral trocada por uma bobina de Helmholtz de 20 cm de diâmetro de modo a estabelecer um campo magnético uniforme. Isso permite que eventuais movimentos do implante não tenham efeito no circuito magnético. Na montagem experimental, o "implante" é uma esfera de 1 cm de diâmetro de aço inoxidável submersa em água destilada, dentro da bobina de Helmholtz. O processo de aquecimento é realizado a partir da ativação do circuito tanque bobina-capacitor em sua frequência de ressonância, enquanto a temperatura é medida semelhantemente que em sistemas de ressonância magnética. Ativar o tanque com um pulso de tensão gera uma senoide com envoltório de exponencial decrescente (resposta subamortecida). Um amplificador lock-in adquire o sinal através de um sensor de corrente (amperímetro) para posterior processamento em software. Três experimentos foram realizados para avaliar a metodologia: um em 24,5±1 °C, em 43,0±1 °C e outro em 61,5±1 °C. Uma vez que a constante de tempo varia muito pouco mesmo com grandes variações de temperatura, 3500 curvas de decaimento exponencial foram adquiridas para cada experimento e analisadas usando a ferramenta "Ezyfit Nonlinear Curve Fitting" no Matlab. O teste t de Student foi usado para calcular o intervalo de confiança das constantes de tempo, resultando em 577,94±0,11 µs, 581,80±0,12 µs e 583,06±0,19 µs respectivamente. Isso mostra com 99% de confiança que variações no parâmetro t da corrente da bobina podem ser usadas para inferir sem fios a temperatura do implante. Controlar remotamente a temperatura de um objeto metálico abre portas para diversas aplicações, especialmente aquelas nas quais o uso de fios não é possível, um conceito inspirador requerendo dispositivos mais simples e que não se limita apenas a área de engenharia biomédica.<br> / Abstract: Hyperthermia cancer treatment is a procedure that heats tumour cells causing their destruction. It can also be applied as complementary cancer treatment in cases where radio and chemotherapy safety exposure limits have been reached. The measurement of temperature in remote sites such as internal organs to control the heat during hyperthermia procedure, as well as very precise and located heating are still challenging. This study proposes a new way to remotely heat cancer cells and measure its temperature wirelessly by inductive heating a metallic implant while monitoring it' s temperature by measuring variations in the exponential decay time constant (t), produced in the induction coil' s underdamped current. A 2 kW induction Cooktop was used as the induction heater, while the spiral coil was replaced by a 20 cm in diameter Helmholtz coil to establish a uniform magnetic field. This allows eventual implant movements to have no effect in the magnetic circuit. In the experimental setup, the "implant" is a 1 cm in diameter stainless steel sphere, immersed in distilled water inside the Helmholtz coil. The heating process is performed by activating the coil-capacitor tank on its resonance frequency, while temperature sensing is done similarly as in magnetic resonance (MR) systems. Activating the tank with a voltage pulse generates a sinusoidal exponential decay current (underdamped response). A lock-in amplifier circuit acquires de signal through a current sensor (ampere-meter) for further software processing.Three experiments were made to evaluate the methodology: one in 24.5±1 °C, in 43.0±1 °C and another in 61.5±1 °C. As the time constant slightly varies even with big temperature variations, 3500 exponential decay curves were acquired for each experiment and were analysed using Matlab' s "Ezyfit Nonlinear Curve Fitting" tool. Student' s t-test was used to calculate the Confidence Interval of the time constants, providing 577,94±0,11 µs, 581,80±0,12 µs and 583,06±0,19 µs respectivelly, showing with 99% of reliability that coils current' s t variations could be used to infer wirelessly the implant' s temperature. Remotely controlling the temperature of a metallic object could lead to many of applications, especially the ones where wires are not allowed, an inspiring concept requiring simple apparatus that is not only limited to the biomedical area.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:48:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342001.pdf: 9058678 bytes, checksum: e7b5820af980d1932869b7216f587137 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os dispositivos reprogramáveis Field Programmable Gate Arrays (FPGAs),embora construídos para serem robustos, não são eternos, nem completamenteimunes à ocorrência de faltas, sejam elas transitórias oupermanentes. Considerando que o teste após fabricação deteta todas asfaltas devidas ao processo de produção, em condições normais ao níveldo mar, mesmo com as tecnologias nanométricas recentes, a ocorrênciade faltas permanentes numa FPGA durante o seu previsível ciclo devida é praticamente nula. Já em condições hostis, como no espaço ondeo nível de radiação é elevado (ou mesmo ambientes terrestres comocentrais nucleares, centros de investigação de física nuclear, aceleradoresde partículas, etc.), a ocorrência de faltas permanentes numa FPGAnão pode ser desprezada. Para além da radiação, sendo um dispositivoeletrónico, está igualmente sujeito a envelhecimento (aging). O NegativeBias Temperature Instability (NBTI) e o Positive Bias Temperature Instability(PBTI) são dois dos fatores que provocam esse envelhecimento,e que embora não destruam a funcionalidade dos recursos da FPGA,aumentam os seus tempos de propagação. Este envelhecimento podepor isso também originar faltas permanentes a partir de um determinadoponto do ciclo de vida do sistema implementado numa FPGA. Asolução para esses casos é a substituição da FPGA ou até mesmo daplaca que inclui a mesma. Apesar do facto de que em muitas situaçõesa substituição da FPGA ser considerada uma tarefa simples, em tantasoutras, tais como ambientes aeroespaciais onde o acesso é difícil e/ouperigoso para quem tem de realizar a substituição, esta operação poderáser problemática ou impossível de realizar.Neste contexto, esta tese propõe o desenvolvimento de soluções, para queum sistema implementado numa FPGA possa autonomamente recuperarda ocorrência de faltas permanentes (evitando utilizar recursos dodispositivo que sofreram essas mesmas faltas), e ao mesmo tempo,atenuar o ritmo de envelhecimento do dispositivo devido ao NBTI (eeventualmente também ao PBTI). Para isso, este trabalho foca emdois objetivos principais: (1) O desenvolvimento de um mecanismo emhardware, baseado na Reconfiguração Parcial da FPGA, que suportea implementação de estratégias de recuperação e prevenção de faltaspermanentes (minimizando a evolução do envelhecimento causado peloNBTI). (2) Planear e implementar formas de recuperar ou prevenir daocorrência de faltas permanentes (delay faults), recorrendo ao mecanismodesenvolvido.O mecanismo apresentado passa por novo fluxo gerador de bitstreamsparciais, possíveis de realocar em múltiplas partições reconfiguráveis,uma flexibilidade que ultrapassa a proporcionada pelas ferramentas dereconfiguração dinâmica disponibilizadas pelo fabricante. Das estratégiasimplementadas, uma permite um sistema implementado numa FPGArecuperar de uma falta permanente, sem necessidade de excluir todaa partição. Para atenuação do envelhecimento do dispositivo, outraestratégia altera as partições onde os bitstreams se encontram alocados deuma forma cíclica, de forma a que o máximo de recursos dessas partiçõesnão estejam configurados da mesma forma um longo período de tempo.É proposto ainda um novo sensor de performance para FPGA e quepode permitir medir também o envelhecimento em cada partição. Comele é possível a estratégia de alocar módulos (existentes nos bitstreamsgerados), de modo a uniformizar o envelhecimento e a dissipação depotência pelas várias partições, em função do envelhecimento acumulado,da temperatura atual e da potência consumida por cada módulo.<br> / Abstract : FPGA devices although built to be robust, are not everlasting. Theyare not completely invulnerable to the occurrence of faults, whethertemporary or permanent. Whereas the test after manufacturing detectsall faults due to production process, in normal conditions, at sea level,even with the recent nanometric technologies, the manifestation ofpermanent faults in FPGAs during their expected life cycle is consideredto be near zero. However, in hostile conditions, such as in space whereradiation levels are higher (or terrestrial environments such as nuclearpower plants, nuclear physics research centers, particle accelerators, etc.),the rate of permanent faults in an FPGA device can not be neglected.In addition to the radiation, as the FPGA is an electronic device, it isalso susceptible to aging effects. NBTI and PBTI are two of the agingsources and, although they do not damage directly the functionality ofthe FPGA resources, they are responsible for the increase in the device?spropagation times. This aging can therefore also lead to permanentfaults in a certain moment in the life cycle of a system implementedon an FPGA. The solution for such cases is to replace the FPGA oreven the board where it is on. Despite the fact that in many casesreplacing the FPGA can be considered a simple task, in many others,such as in aerospace environments where the access is difficult and /or dangerous for those who have to do the replacement, this operationmay be challenging or even impossible to perform.In this context, this work proposes the development of solutions fora system implemented in an FPGA which can autonomously recoverfrom the manifestation of permanent faults (avoiding use device resourcesthat have suffered these same faults), and at the same timemitigating the rate of aging of the device due to NBTI (and possiblyalso the PBTI). Therefore, this work focuses on two main objectives:(1) The development of a mechanism in hardware, based on the FPGAPartial Reconfiguration mechanism, which supports the implementationof strategies for recovering and prevention of permanent faults(minimizing the evolution of aging caused by NBTI). (2) The planningand implementation of ways to recover or to prevent the occurrence ofpermanent faults (delay faults), using the developed mechanism.The presented mechanism includes a new flow to generate partial bitstreams,which allows to reallocate multiple reconfigurable partitions.This is a feature does not provided by the dynamic reconfiguration toolsdelivered by the manufacturers. The implemented strategies allow asystem implemented in an FPGA to recover from a permanent fault,with no need to exclude the entire partition. For the device aging mitigation,another strategy changes the partitions where the bitstreamsare allocated in a cyclical way, so that the maximum resources of thesepartitions are not configured in the same way for a long period of time.It is further proposed a new performance sensor for FPGA systems,which also may allow the measuting of aging in each partition. Withthis sensor the strategy allows the allocation of modules (existing inthe generated bitstreams) in order to standardize the aging and powerdissipation by the various partitions, as a function of cumulative aging,the current temperature and the power consumed by each module.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340511.pdf: 11775903 bytes, checksum: 1baf9a198b71b623644bac26067ca17c (MD5) Previous issue date: 2016 / A presente pesquisa tem como objetivo propor uma estrutura de potência para gerenciamento de energia de um aerogerador de pequeno porte conectado a rede elétrica. A microgeração de energia vem ganhando espaço no cenário nacional com suporte da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Em 2012, a ANEEL apresentou a Resolução Normativa N°482 que regulamentou a instalação de micro e mini centrais de geração elétrica. A implementação de sistema de geração de baixa potência, como os aerogeradores de pequeno porte, exige um sistema para gerenciamento da energia produzida. Questões como robustez, complexidade e custo dos equipamentos podem inviabilizar ou reduzir interesse para implementação destes sistemas de geração. O trabalho propõem uma arquitetura de eletrônica de potência com baixo número de interruptores ativos e sem a utilização de capacitores eletrolíticos. A estrutura é composta por um retificador ativo, denominado na literatura como Switched Mode Rectifier, e um inversor Push-Pull. São realizadas análises e simulações das estruturas envolvidas, assim como, o projeto e experimentação de um protótipo de laboratório para processamento da energia produzida por um aerogerador de 1 kW. Os resultados de simulação e experimentais do sistema proposto são apresentados para dois métodos de MPPT distintos.<br> / Abstract: This research aims to propose a power management system for a small wind turbine connected to the grid. Microgeneration has been gaining ground on the national scenario with support from the National Electric Energy Agency (ANEEL). In 2012, ANEEL established the Normative Resolution Nº 482, which regulated the connection of micro and mini central power generation to the electrical grid. The implementation of low power generation system, such as small turbines, requires a system for managing the energy produced. Issues such as robustness, complexity and cost of equipment may prevent or reduce interest for implementation of this kind of renewable energy. This dissertation proposes a power electronics architecture with a low number of active switches and without the use of electrolytic capacitors. The structure is composed of an active rectifier, known in the literature as Switched Mode Rectifier, and a Push- Pull inverter. Analysis and simulations of the structures studied are held, as well as the design and implementation of a prototype, which processes energy produced by a 1 kW wind turbine. The simulation and experimental results of the proposed system are verified for two different MPPT methods.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339993.pdf: 2600500 bytes, checksum: efe0983672854fc183bd7d1fdd119008 (MD5) Previous issue date: 2016 / O problema do Planejamento da Operação Energética (POE) de sistemas hidrotérmicos visa obter uma política operativa que atenda a demanda com o mínimo custo considerando um horizonte de planejamento plurianual. Devido à uma série de complexidades, o POE é dividido em subproblemas (etapas) com distintos horizontes e modelagens problema. Independentemente da etapa, um aspecto crucial para que a política operativa seja de boa qualidade diz respeito à modelagem da Função de Produção Hidrelétrica (FPH). Assim, este trabalho foca na modelagem da FPH no âmbito do POE de médio prazo. Para reduzir o esforço computacional, historicamente o problema de médio prazo tem utilizado uma representação da FPH muito simplista, como por exemplo, o modelo a reservatório equivalente de energia ou ainda, no caso de sistemas de menor porte, uma FPH com produtibilidade constante (i.e., aquela que não leva em consideração a variação da queda na produção). Deste modo, este trabalho tem como objetivo inicial analisar os impactos de uma representação mais detalhada de FPH no problema do POE de médio prazo. Inicialmente constrói-se uma FPH não linear agregada para cada usina e, subsequentemente, apresentam-se duas maneiras de aproximá-la no problema. A primeira, mais detalhada, é uma função linear por partes, obtida por meio de um algoritmo de Convex Hull (CH). Uma análise do erro médio quadrático em função do número de hiperplanos e pontos utilizado no CH é apresentada. Por sua vez, a segunda modelagem é dada pela FPH com produtibilidade constante. Para avaliar o compromisso entre a qualidade da política e esforço computacional, para cada modelo de FPH, o problema inicialmente é otimizado via Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE). Nesta etapa, de maior esforço computacional, está disponível um lower bound para o custo ótimo da solução associada a árvore de cenários. Na sequência, as Funções de Custo Futuro (FCFs) da PDDE são utilizadas em uma simulação baseada em otimização em 2.000 cenários de afluências referentes a mesma árvore usada na otimização. Como resultado, tem-se um valor do custo de operação, bem como as políticas operativas. Para realizar as análises supracitadas, este trabalho faz uso de uma configuração hidrotérmica com 134 usinas hidrelétricas e 122 termelétricas. Os resultados indicam que a política operativa da FPH linear por partes é em média 13% melhor que a FPH com produtibilidade constante. Contudo, o esforço computacional é em média 14 vezes mais elevado. Com base nestes resultados, este trabalho apresenta ainda três heurísticas com o intuito de diminuir o tempo computacional quando a FPH é linear por partes. Em termos gerais, a ideia básica consiste em manter o número de aproximações lineares como função de alguma medida de "importância" na usina com relação ao SIN. Uma das heurísticas obteve políticas com diferença média de 6% e redução de esforço computacional na ordem de 7 vezes em comparação com o modelo mais detalhado.<br> / Abstract: The problem of Energetic Operation Planning (EOP) of hydrothermal systems consists in calculate operatives policy, in order that demand for electric energy is met at lowest cost in a planning horizon. Due a set of complexity, the EOP is separate in subproblems (steps) with different horizons and steps modeling. Independently of step, a crucial aspect for that operative policy become good it concerns a Hydroelectric Function Production (HFP) modeling. Thus, this dissertation focus on HPF modeling in EOP long term. To decrease the computational time, historically the long-term problem has been used a representation of HPF very simple, for instance, the Equivalent Energy Reservoir (EER), or yet, to small systems with production coefficient constant (i.e. that one does not take in account height variation in production). Thus, the first goal of this work is analyze impacts provides of HFP more detailed in a long term EOP. Initially, proposed a HFP nonlinear for each hydro plant and, after, is detailed two manners of approximation. The First one, is a piecewise function provides from Convex Hull (CH) algorithm. An analyses about mean square error in function of hyperplane number and points used in CH is showing. The second modeling is using production coefficient constant. To evaluate the tradeoff between policy quality and computational time, in each HFP model, the problem, first is optimized with Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP). In this step, of larger computational time, is available a lower bound to optimum cost of scenario tree. In next step, the future cost function (FCF's) of SDDP are used in a simulation based in optimize 2000 scenarios of outflow related with the shame tree used on optimization. As result, have an operational cost, as well the operatives politicians. To realize analysis described above, this work uses a hydrothermal system with 134 hydro plants and 122 thermal plants. The results, show that politicians with HFP piecewise linear model is 13% better than model with production coefficient constant model. However, the computational time is 14 times higher. Based in this result, this work shows another tree heuristics aims to improve the computation time related with HFO piecewise linear model. In general, the basics idea consists in keep the number of linear approximations as function of some hydro plants as measure of "significance" related to SIN. One of this heuristics got politicians with 6% of variation and computational time decrease 7 times compared to more detail model.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342003.pdf: 2695446 bytes, checksum: a5adf4e1b16c9fef50fba72d488c9c05 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho propõe um esquema de proteção de retaguarda de sobrecorrente direcional adaptativo para as linhas de uma microrrede baseado na utilização de Sistemas Multiagentes. Esta função de proteção foi escolhida devido a necessidade de proteção de retaguarda para as linhas da microrrede. A proteção primária da microrrede utiliza uma arquitetura multiagente hierárquica, que já havia sido proposta em trabalhos anteriores, e depende do sistema de comunicação para sua operação. Os geradores síncronos da microrrede possuem diversas proteções de retaguarda, que também já haviam sido propostas. A proteção adaptativa de retaguarda de linha, foco do trabalho, utiliza um agente extra, o qual é responsável pelo planejamento da coordenação das proteções de sobrecorrente e, caso necessário, o mesmo calcula novos ajustes de proteção. Todas as estratégias de proteção foram programadas em linguagem JAVA, utilizando os recursos oferecidos pelo framework JADE (Java Agent Development Framework). A validação do sistema de proteção multiagente adaptativo de retaguarda proposto é realizado através de simulações. Para a realização das simulações uma microrrede baseada em uma rede de distribuição real, que foi adaptada para apresentar possibilidade de operação, tanto ilhada quanto conectada à concessionária, foi escolhida como sistema teste. A microrrede do caso teste foi modelada no software PSCAD/EMTDC. No mesmo software diversas situações de falta foram realizadas para a validação do sistema de proteção proposto. Os resultados apresentados comprovam a eficácia do sistema multiagente de proteção proposto.<br> / Abstract : This dissertation proposes an adaptive directional overcurrent backup protection scheme for the lines of a microgrid, based on the use of Multi-Agent Systems. This protection function was chosen in order to supply the need for microgrid lines backup protection. The primary protection of the microgrid makes use of a hierarchical multi-agent architecture that had been proposed in previous works and its operation depends on the communication system. The synchronous generators of the microrgrid have several backup protections functions, who have also been previously proposed. An adaptive line backup protection is the focus of the present work. It utilizes an additional agent, which is responsible for planning the coordination of overcurrent protections functions, and if necessary, it calculates new protection settings. All these protection strategies have been programmed in Java language, using the resources offered by the JADE framework (Java Agent Development Framework). The validation of the proposed backup adaptive multi-agent protection system is carried out by simulations. It was chosen a microgrid test system based on a real distribution network, which has been adapted to present possibility of operating both as islanded mode and connected to de main grid mode, to perform the simulations. The microrrede test case was modeled in PSCAD / EMTDC software. In the same software various faults situations were performed to validate the proposed protection system. The presented results demonstrate the effectiveness of the proposed multi-agent protection scheme.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338907.pdf: 22234026 bytes, checksum: ee7cb18eda96aa8dbf5c67d881a36510 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho investiga os efeitos combinados da radiação e interferência eletromagnética em sistemas embarcados críticos baseados em dispositivos reconfiguráveis (FPGAs). Os efeitos investigados podem ser resultantes de interferência eletromagnética, conduzida ou radiada, ou através de radiação ionizante, por acúmulo de dose total (Total Ionizing Dose, ou TID) ou por efeitos de evento único, denominados de Single Event Effects (SEE). Dispositivos do tipo FPGA têm sido cada vez mais utilizados em sistemas críticos, devido a sua versatilidade, desempenho e robustez. O presente estudo contribui para a caracterização e qualificação de dispositivos FPGAs quando em funcionamento em ambientes ruidosos. O cenário descrito motivou a proposta deste trabalho, que contempla três objetivos principais: (1) O projeto, desenvolvimento e validação de uma plataforma para ensaios combinados de radiação e de interferência eletromagnética (conduzida e radiada) usando como referência o conjunto de normas IEC 62.132. (2) Desenvolver uma metodologia para qualificar sistemas em chip (SoCs) implementados em FPGA levando-se em conta os efeitos combinados da radiação (TID e SEE) e da interferência eletromagnética (EMI radiada e conduzida); (3) Demonstrar a utilização integrada da metodologia e plataforma para qualificação destes dispositivos e os sistemas em chip utilizados no que diz respeito à dose de radiação, tempo de atraso entre entrada e saída, tensão mínima de funcionamento, consumo de corrente dinâmico, nível de campo eletromagnético máximo suportado antes da falha, a faixa de frequências em que os dispositivos apresentaram falhas com outros valores de campo e a sensibilidade à Single Event Upsets (SEU) tendo seus efeitos combinados com TID e EMI. Cabe salientar que estas plataformas de testes deste nível e para este propósito não foram encontradas na literatura nem no Brasil nem no exterior, nos motivando ainda mais a pesquisa e o desenvolvimento pela sua originalidade e grande utilidade para projetos que envolvem sistemas em chip utilizando FPGAs quando submetidos à radiação e à EMI. Principalmente quando aplicado a sistemas embarcados para aplicações críticas. A plataforma desenvolvida é baseada em três placas específicas e complementares em duas versões. A primeira é dedicada para ensaios com radiação ionizante, e pode ser utilizada em uma câmara aceleradora de partículas ou em uma Gamma Cell (para exposição a raios gama) ou ainda em equipamentos de raios X. A segunda placa é dedicada para o teste de imunidade à EMI radiada utilizando uma Giga-hertz Transverse Electromagnetic Cell (GTEM Cell) de acordo com a norma IEC 62.132-2 e a terceira é uma placa de injeção de EMI conduzido pelas linhas de alimentação do circuito, e usou como referência a norma IEC 61.000-4-29. Com a plataforma e metodologia apresentadas neste trabalho foi possível comprovar que quanto maior a dose de radiação recebida, mais susceptível o dispositivo fica quando exposto à EMI, aumentando em pelo menos 30% a quantidade de falhas, em até 230% o tempo de atraso entre entrada e saída e em até 19% o consumo de corrente dinâmico do dispositivo. Assim como quanto maior a dose de radiação sofrida, maior será a sensibilidade à SEU. Com os limites de operação apresentados para os FPGAs em teste, o projetista pode decidir se o dispositivo está ou não qualificado para o seu uso em determinada aplicação.<br> / Abstract : The combined effects of radiation and electromagnetic interference in reconfigurable devices (FPGAs) are explored in this work. The investigated effects can originate from radiated or conducted electromagnetic interference, through ionizing radiation, by accumulation of total dose (Total Ionizing Dose TID) or by Single Event Effects also known as SEE. Since FPGA devices have been increasingly used in critical systems, due to their versatility, performance and robustness, this study contributes to the characterization and qualification of FPGAs devices when operating in noisy environments. The described scenario resulted in a proposal with three main objectives: (1) The design, development and validation of a platform for combined tests for radiation and electromagnetic interference (conducted and radiated) with reference to IEC 62.132 standards. (2) Development of a methodology to qualify systems on chip (SoC) implemented in FPGA taking into account the combined effects of radiation (TID and SEE) and electromagnetic interference (EMI radiated and conduced); (3) Demonstrate the combined use of the methodology and platform for qualifications of these devices and SoC used with respect to radiation dose, time delay between input and output, minimum operating voltage, the dynamic power consumption, electromagnetic field level supported before failure, the frequency range in which the devices had failures with other field values and sensitivity to Single Event Upsets (SEU) with TID and EMI combined effects. It should be emphasized that these test platforms, at this level and for this purpose have not been found in the literature either in Brazil or in other countries, motivating this research and development for its originality and use in projects involving systems on chip on FPGAs when exposed to radiation and EMI. Especially when applied to embedded systems for critical applications. The developed platform is based on three specific and complementary boards in two versions. The first one is dedicated to radiation immunity test according to the IEC 62132-2 standard, and can be used in a particle accelerator chamber (e.g. protons) Gamma Cell (for gamma rays exposure) or in X ray equipment s. The second board is dedicated to radiated noise immunity testing in a Giga- Hertz Transverse Electromagnetic Cell (GTEM Cell) referenced by the IEC 62.132-2 standard. The third one is a board for conducted EMI injection by the circuit supply lines referenced by the IEC 61.000-4-29 standard. With the platform and methodology presented in this work it was possible to prove that the higher radiation dose received, the more susceptible when exposed to EMI the device is, increasing by at least 30 % the number of failures, up to 230 % the time delay between input and output and up to 19 % dynamic current consuming of the device. As well as the higher the radiation dose suffered, the more sensitivity to SEU is. With operating limits presented for FPGAs under test, the designer can decide if the device is qualified or not for use in a particular application.