Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:21:17Z (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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:28:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338904.pdf: 15905021 bytes, checksum: ba12b4d273168e764008021204b3e07e (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese apresenta uma modelagem de transformadores que,estando operando em condições nominais, sejam submetidos a surtos. Foram utilizados para a modelagem dados de respostas em frequências e de ensaios sob condições nominais. O modelo proposto representa respostas em frequência de impedâncias de transformadores sem carga e que estejam operando sob condições nominais. Ainda, foi proposto um modelo que, além de descrever respostas em frequência de impedâncias em aberto e sob condições nominais, representa, também, o comportamento de respostas em frequências de relações de tensão. Os modelos e as metodologias utilizados para a determinação de valores de parâmetros propostos foram validados através de transformadores com diferentes níveis de tensão e potência. As validações foram realizadas no domínio da frequência e do tempo. Apresentam-se exemplos de aplicações dos modelos, por meio de simulações numéricas.<br> / Abstract : The thesis presents a modeling of transformers, which operatingin steady state and submitted to surges. In the modeling useddata from frequency response and from tests under nominal conditionswere taken. The proposed model represents the frequencyresponse of a transformer at no load and under nominal conditions.Furthermore, it is also proposed a model that representsthe voltage frequency responses between transformer terminals.The models and the methodologies to determining the parametervalues were validated through transformers with different voltagelevels and power. Validations of the models are carried out inthe frequency and time domains. Examples of applications of themodels are shown by numerical simulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338910.pdf: 1529640 bytes, checksum: de95c32200441449dc07cb862b915a40 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho de dissertação apresenta uma metodologia para a identificação dos parâmetros da máquina síncrona usando dados reais de ensaios de pré-excitação e rejeição de carga feitos ao gerador. A identificação usando a pré-excitação fornece uma estimativa inicial do parâmetro T_do^'. A identificação baseada nos ensaios de rejeição de carga leva em conta a variação da tensão de campo. Modelos específicos para descrever o comportamento dinâmico da tensão terminal são desenvolvidos para ambos os testes, além disso, o método de mínimo quadrados não linear ordinário e o método de regressão de distância ortogonal são empregados para identificar os parâmetros. A metodologia proposta é aplicada e avaliada com um conjunto de dados sintéticos gerados por simulação e dados reais de uma usina hidroelétrica de 140 MVA.<br> / Abstract : In this work, a method for the identification of the synchronous machine parameters using data from field flashing and load rejection tests performedduring commissioning, is presented. The identification using field flashing allows an initial estimation of T_do^'. The identification based on load rejection tests takes into account the field voltage variations. Ordinary least-squares and orthogonal distance regression is used for the parameters estimation. The proposed method is applied to synthetic data generated by simulation and to real data acquired during commissioning of a 140 MVA power plant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:46:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338906.pdf: 2949525 bytes, checksum: 975770be141650f2936d03555c4e9974 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho apresenta uma avaliação de algoritmos visando a medição de sincrofasores de componentes harmônicas. Três métodos para estimação de componentes harmônicas são utilizados. No primeiro, a transformada discreta de Fourier interpolada  IpDFT, é realizado o calculo da transformada discreta de Fourier do sinal amos trado multiplicado por uma função de janelamento e, em seguida, os efeitos da diferença entre as frequências nominal e estimada são compensadas. No segundo, filtro mínimo erro quadrático  LES (Least Error Squares), uma curva pré-definida é ajustada aos valores amostrados. Os parâmetros da curva ajustada são calculados para minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre os valores amostrados e a curva pré-definida. No terceiro, filtro de Kalman, são utilizados observadores espectrais para a estimação das componentes harmônicas do sinal amostrado. Por fim, são apresentadas análises relativas ao desempenho dos métodos utilizando os testes de desempenho em regime permanente descritos na Norma IEEE Std C37.118.1 considerando as alterações da Norma IEEE Std C37.118.1a-2014.<br> / Abstract : This work presents an evaluation of algorithms for harmonic synchrophasor measurement. Three methods are used for harmonic estimation. The first method, interpolated discrete Fourier transform  IpDFT, the discrete Fourier transform is applied to the sampled signal multiplied by a windowing function, and then the effects of the difference between the nominal and estimated frequencies are corrected. The second method, Least Error Squares  LES filter, fits a predefined curve on the measured samples. The parameters of the fitted curve are computed to minimize the sum of squares of the differences between the measurements and the predefined curve. The third method, Kalman filter, spectral observers are used to harmonic estimation. Lastly, the performance of the methods are reviewed using the steady-state compliance tests described in IEEE Standard C37.118.1 considering amendments from IEEE Standard C37.118.1a-2014.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338908.pdf: 889947 bytes, checksum: 31905a3c936e228b9ec0d418e653b301 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta dissertação apresenta um estudo sobre o impacto do Controle QV na solução das equações da rede elétrica em regime permanente. Três modelos analíticos são analisados. No primeiro, o conjunto de variáveis do problema de fluxo de potência convencional é estendido pela geração de potência reativa. Isto resulta num sistema linear subdeterminado a ser resolvido a cada iteração do método de Newton. As características da solução geral deste sistema linear permitem conduzir a solução do fluxo de potência para um ponto onde é possível melhorar um índice de desempenho relacionado à malha QV, selecionado adequadamente. O segundo modelo considera o Controle Secundário de Tensão (CST) no conjunto de equações do fluxo de potência convencional. Observase que esta estratégia permite obter soluções com melhor distribuição de potência reativa gerada, a despeito das dificuldades resultantes da imposição das equações de CST. O terceiro modelo analítico inclui as equações de CST como restrições em problemas de Fluxo de Potência à timo. Como objetivo, avaliou-se a minimização dos desvios quadráticos da magnitude de tensão de um valor pré-especificado e o carregamento máximo da rede. A versão não linear Primal-Dual do método de pontos interiores é usada para obter a solução destes problemas. Neste caso, a consideração de vários tipos de restrições de desigualdade resulta em soluções de maior aplicabilidade, sob o ponto de vista prático. Resultados numéricos obtidos utilizando sistemas de diferentes portes são usados para ilustrar o uso dos modelos analíticos apresentados.<br> / Abstract : This dissertation presents a study on the impact of QV Control in the steady state solution of the network equations. Three analytical models are analyzed. At the first model, the set of variables of the conventional power flow problem is extended by the reactive power generation. This results in a underdetermined linear system to be solved at each iteration of Newton's method. The characteristics of the general solution of this system allow to modify the power flow solution such as to improve performance indexes related to QV control. The second analytical model considers the Secondary Voltage Control (SVC) in the set of conventional power flow equations. It is observed that this strategy allows to obtain solutions with better distribution of reactive power generation, regarding the difficulties of the imposition of the SVC equations. The third analytical model includes the SVC equations as constraints in Optimal Power Flow problems. The minimization of the quadratic deviation of voltage magnitude from a specific point and the maximization of the loadability conditions was studied. The non-linear version of the Primal-Dual interior point method was used to obtain solutions to these problems. In this case, the consideration of different inequality constraints provides more practical solutions. Numerical results obtained with systems of different sizes were used to illustrate the analytical models proposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:29:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338905.pdf: 3495532 bytes, checksum: 0a96893c7bca0e06c95a5200a221a216 (MD5) Previous issue date: 2015 / Cargas mais sensíveis a variações de tensão de curta duração demandam melhorias no serviço de entrega da eletricidade. A atual avaliação da adequação de sistemas de distribuição de energia considera apenas índices de confiabilidade baseados em interrupções, que não refletem a percepção completa do consumidor sobre qualidade do fornecimento de energia. Assim, este trabalho inclui a modelagem do curto-circuito na avaliação da confiabilidade, com a utilização de um processo de Markov contínuo para representação da natureza estocástica das faltas transitórias e o método Monte Carlo Sequencial para simulação computacional da confiabilidade do sistema de distribuição. No calculo das correntes de curto-circuito o sistema e representado por todas as fases, retratando o sistema de distribuição naturalmente desbalanceado, incluindo faltas assimétricas. A abordagem desenvolvida e aplicada ao um sistema teste do IEEE de 34 nos e posteriormente a um sistema real. Os resultados das simulações mostraram que e possível estimar indicadores além da simples avaliação de uma interrupção, ampliando o escopo da avaliação da confiabilidade. A metodologia proposta pretende ser incluída no planejamento de sistemas de distribuição.<br> / Abstract : More loads sensitive to short duration voltage variations require improvements in the electricity delivery service. The current evaluation of distribution systems adequacy only considers reliability indices based on interruptions, that do not reflect the entire customer perception about quality on electric energy supply. So, the present dissertation include short-circuit models on the reliability assessment, using a continuous Markov process to represent the stochastic nature of transient faults and a Sequential Monte Carlo method to assess reliability by computer simulation. In order to calculate short-circuit currents, all phases are considered, showing the naturally unbalanced distribution system, including asymmetrical faults. The developed approach is applied to an IEEE test system with 34 nodes and then to a real system. The simulation results show that it is possible to estimate indices beyond a simple evaluation of an interruption, expanding the scope of reliability assessment. The proposed methodology intends to be included in the planning of distribution systems.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:49:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338909.pdf: 2482498 bytes, checksum: c98eff9e171fefbe36a554d371c310a8 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho tem como foco o problema da reserva operacional de longo prazo dos SEE. Com o aumento da geração renovável, neste caso a geração eólica incrementa-se a variabilidade e as incertezas no SEE. O que leva a aceitação do risco na operação do SEE e também no atendimento no fornecimento da carga.à neste sentido que são introducidas as métricas de risco VaR e CVaR com o objetivo de uxiliar a os planejadores dos SEE no que respeita ao desenho da flexibilidade do sistema de geração do SEE.Aproveitando uma das vondades ou características da SMCS em na providência das distribuições de probabilidade das variáveis inseridas no problema da reserva operacional de longo prazo é feito os respectivos cálculos e analises destas distribuições para explorar e caracterizar o SEE no que respeita a quantificação da reserva operacional de longo prazo.A presente metodologia é aplicada ao sistema teste de avaliações de confiabilidade IEEE-RTS-96HW gerando resultados adequados em dito sistema.<br> / Abstract : The present work focuses on the problem of operating reserves of long-term of EES. With increasing renewable generation, wind power generation in this case, is increased variability and uncertainties in the EES. Which leads to acceptance of the risk in the Electric Energy System (EES) operation and also in the service provider charge.In this sense it is introduced the VaR and CVaR risk metrics in order to assist the planners of the EES as regards the design of the flexibility of the EES generation system.Taking advantage of the goodness or characteristics of the Sequential Monte Carlo Simulation (MCS) in the providence of the probability distributions of the variables inserted in the problem of long-term operating reserve is made their calculations and analysis of these distributions to explore and characterize the EES as regards quantification the long-term operating reserve.This methodology is applied to the assessment test system IEEE-RTS-96HW reliability producing adequate results in this system.