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Monitoramento térmico de linhas de transmissão

Carvalho, Renatto Vaz January 2017 (has links)
Orientador : Prof. Dr. Marlio J. C. do Bonfim / Coorientador : Prof. Dr. Vitoldo Swinka Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 01/12/2017 / Inclui referências : f. 89-92 / Resumo: A ampacidade de um condutor elétrico pode ser definida como sua máxima capacidade de transmissão de corrente. Em uma linha de transmissão (LT) esta capacidade está relacionada com a máxima distância entre o cabo e o solo aceitável para não comprometer a segurança do sistema. Este trabalho apresentou como objetivo geral a contribuição para redução de incertezas na determinação de ampacidade de LTs em tempo real. Para tanto foi estudada a norma vigente para cálculo de ampacidade, e desenvolvidos estrutura física e procedimento para ensaiar amostras de cabos utilizados em LTs a fim de determinar seus parâmetros radiativos, utilizados nos cálculos de troca de calor por radiação. Neste ensaio são controlados e/ou coletados os dados acerca das variáveis relacionadas aos mecanismos de transferência de calor que este componente está sujeito. Utilizando uma câmara de vácuo foi possível determinar a emissividade e absortividade de uma amostra de cabo com incerteza de 0,0008. Paralelamente, com o objetivo de monitorar de forma distribuída a temperatura em um cabo OPGW (Optical Ground Wire), foi instalado um equipamento DTS (Distributed Temperature Sensing) em uma subestação de transmissão 230 kV. Este documento apresenta o desenvolvimento de uma técnica de calibração deste equipamento para operar em um sistema composto por mais de uma fibra óptica, validado em uma linha com aproximadamente 20 km de extensão. Foi possível monitorar esse sistema com erro máximo de 6 ºC e resolução espacial de 1m. Por fim, como proposta de alternativa para monitoramento de temperatura e corrente foi desenvolvido um protótipo de sensor pontual de corrente e temperatura para aplicação em linhas de transmissão 230 kV. Este equipamento conta com alimentação proveniente da própria corrente a ser medida e transmite os dados por meio de comunicação sem fio. Desta forma pode ser utilizado como medidor indireto de ampacidade pontual. O protótipo foi validado em laboratório para correntes de até 500 A, apresentando relação sinal ruído de 119 dB. Palavras-chave: Ampacidade. Emissividade. Rogowski. Monitoramento de Temperatura Distribuído. Brillouin. / Abstract: The ampacity of an electric conductor can be defined as its maximum current transmission capacity. In a transmission line (TL) this capacity is related to the maximum acceptable sag without compromising safety. The main objective of this work was the contribution to the reduction of uncertainties in the real-time ampacity determination of transmission lines. In order to do so, the current IEEE standard for ampacity calculations was studied, in addition to the development of physical structure and procedure to test samples of cables applied in TLs in order to measure its radiative parameters, used in the calculation of radiative heat exchange. In this test, the controlled and/or collected data are those related to the heat transfer mechanisms that this component is subject to. Using a vacuum chamber it was possible to determine the emissivity and absorptivity of a sample of cable with uncertainty of 0.0008. At the same time, a DTSS equipment was installed at a 230 kV transmission substation in order to monitor the distributed temperature on an OPGW cable. This document presents the development of a calibration technique for this equipment to operate in a system composed of more than one optical fiber, validated in a line of approximately 20 km of extension composed by three different fibers. It was possible to monitor this system with maximum error of 6 ºC and spatial resolution of 1 m. Also, as a proposal of alternative for temperature and current monitoring, a prototype to measure current and temperature in TL cables was developed. This equipment is powered by the current in the conductor and transmits the data via wireless communication, and can be used as an indirect punctual ampacity meter. The prototype was validated in laboratory with currents up to 500 A, with a signal to noise ratio of 119 dB. Keywords: Ampacity. Emissivity. Rogowski. Distributed Temperature Sensing. Brillouin.
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Fluxo de potência ótimo utilizando a matemática intervalar

Monego, Andressa Carolinne Del January 2017 (has links)
Orientadora : Profª. Drª. Thelma Solange Piazza Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 14/12/2017 / Inclui referências : f. 114-117 / Resumo: Em estudos relacionados a análise e operação de sistema elétricos de potência (SEP) tais como, fluxo de carga (FC), fluxo de potência ótimo (FPO), cálculo de curto-circuito e outros, as incertezas provêm dos parâmetros dos transformadores e linhas de transmissão, da previsão da demanda assumida para as barras de carga do sistema, da disponibilidade de potência gerada e possíveis falhas nos geradores. Para incorporação destas incertezas em estudos de SEP, este trabalho utiliza a Matemática Intervalar para inserção de incerteza em problemas de FPO. A solução de um FPO se aplica apenas para um determinado ponto de operação e em um determinado instante de tempo. No entanto, ao invés de se considerar apenas um determinado instante de tempo, pode-se considerar uma gama de possíveis situações que podem ser assumidas ao longo de um intervalo de tempo determinado. Sendo assim, os valores de carga, de tensão e de geração não são valores únicos, mas sim intervalos onde a solução pode ser encontrada. Assim, após a aplicação da matemática intervalar é possível se obter valores de intervalares (superior e inferior) de geração de potência ativa, tensões nodais e custo marginal de operação após processo de otimização. Basicamente, a Matemática Intervalar engloba conjunto de métodos para manipulação de intervalos numéricos que aproximam dados incertos. Estes métodos baseiam-se na definição da Aritmética Intervalar e do produto escalar ótimo. Esta técnica evita que se realizem simulações e estudos exaustivos de viabilidade de todas as condições, a fim de garantir que todas as combinações sejam capazes de descrever as condições do sistema com precisão. Da mesma forma é possível diminuir o esforço computacional, evitando os cálculos de inversão e fatoração de matrizes durante o processo iterativo, diminuindo o tempo computacional do processo e os erros numéricos que podem ser agregados. Os resultados serão apresentados para sistemas de 30 e 70 barras. Palavras-chave: Fluxo de Potência Ótimo, Matemática Intervalar, Incerteza da carga. / Abstract: In studies related to the analysis and power systems operation (PSO) such as load flow (LF), optimum power flow (OPF), short-circuit calculation and others, the uncertainties come from the parameters of the transformers and lines, the demand for the load bars of the system, the availability of power generation and possible failures in the generators. To incorporate those uncertainties into SEP studies, this study uses the Interval Mathematics to insert uncertainty into OPF problems. The solution of an OPF applies only to a certain point of operation and at a certain instant of time. However, instead of considering only a certain instant of time, the scenario could consider a range of possible situations that can be assumed over a given time interval. Thus, the values of the charge, voltage and generation are not single values, but intervals where the solution can be found. After the application of the interval mathematics, it is possible to obtain values of intervals (upper and lower) of active power generation, nodal voltages and marginal cost of operation after optimization. Interval mathematics is a set of methods for manipulating numerical intervals that approximate uncertain data. Those methods are based on the definition of Interval Arithmetic and the optimal scalar product. The application of this technique avoids simulations and exhaustive feasibility studies of all conditions to ensure that all combinations are capable of accurately describing system conditions. It is possible to reduce the computational effort, avoiding the matrix inversion and factorization calculations during the iterative process, reducing the computational time of the process and the numerical errors that could be added. The results will be showed using system of 30 and 70 buses. Key words: Optimal Power Flow, Interval Mathematics, Load Uncertainty.
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Algoritmo de autorrecuperação com corte seletivo de carga para redes elétricas inteligentes

Ferreira, Lucas Roberto January 2015 (has links)
Orientador : Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki / Co-orientadora : Profª Drª Thelma S. Piazza Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 26/02/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Sistema de energia / Resumo: Os avanços tecnológicos na área de sistemas de potência possibilitaram a inclusão de um novo conceito no setor elétrico com o qual mudaria da visão tradicional, adotada durante anos, para um novo sistema elétrico. Nesta nova visão, o setor elétrico passa a ser automático, robusto e ativo. Tal conceito é conhecido como redes elétricas inteligentes. Dentro desse conceito se encontram diversas linhas de pesquisas como automação da rede, autorrecuperação, gerenciamento pelo lado da demanda, microrredes, entre outros. Devido ao tema deste trabalho, coloca-se em foco somente as redes elétricas inteligentes para redes de distribuição, as quais em diversos países já são bem difundidas e aplicadas. Entretanto, no Brasil, nota-se que o cenário de redes elétricas inteligentes ainda está no começo, sendo enfocada na automação para em um próximo passo, se desenvolver técnicas de autorrecuperação para tornar o sistema de distribuição mais resiliente a falhas de fornecimento. Sendo assim, este trabalho compreende a elaboração de uma nova metodologia para resolver o problema de autorrecuperação em sistemas de distribuição, considerando o limite regulatório de tempo estabelecido de três minutos e sem extrapolar os limites de fluxo de potência e de perfil de tensão do alimentador. Logo, para se alcançar tais objetivos, decidiu-se realizar inicialmente estudos de técnicas de busca em grafos e de otimização. Em razão disso elaborou-se dois métodos de autorrecuperação com a finalidade de encontrar o melhor chaveamento para recompor o sistema: o primeiro uma adaptação do algoritmo de Dijkstra, e o segundo método, uma nova formulação da função objetivo para ser usada com a otimização por enxame de partículas com representação binária, visando atingir três objetivos: à maximização das cargas; a minimização das perdas sistêmicas; e a minimização do número de chaveamentos. De forma a dar subsídios a esses dois métodos elaborou-se um processador topológico para pré-processar os dados elétricos e o desenvolvimento de um método para isolar o local da falta, retirando os trechos defeituosos do espaço de busca. Além disso, para que a autorrecuperação consiga restabelecer o sistema sem prejudicar os consumidores, considerou-se o método de fluxo de potência ótimo para a aplicação do corte de carga, para que o sistema fique dentro das normas estabelecidas. Assumiu-se como cenário de teste dos métodos, um sistema de distribuição real urbano, com alta concentração de carga, composto por duas subestações e cinco alimentadores. A validação dessas duas técnicas criadas se deu através da avaliação de quatro casos testes, sendo os três primeiros casos, a aplicação de faltas simultâneas e o último caso, a aplicação de três faltas sequenciais. Os dois métodos resolveram o problema de maneira coerente e dentro dos limites estabelecidos, sendo que o método por enxame de partículas binário apresentou melhores resultados nos casos de faltas simultâneas enquanto o método pelo algoritmo de Dijkstra adaptado foi melhor em faltas sequenciais. Outrossim, o corte de carga por meio do fluxo de potência ótimo se mostrou uma ferramenta de auxilio ideal para se trabalhar em conjunto com sistemas de autorrecuperação, por conseguir manter o sistema seguro após o restabelecimento do sistema. Palavras-chave: Redes Elétricas Inteligentes. Autorrecuperação. Algoritmo de Dijkstra. Otimização por Enxame de Partículas Binário. Fluxo de Potência Ótimo. Corte de Carga. / Abstract: The technological progress in power systems allowed the inclusion of a new concept, changing the traditional view. In this new vision, the power systems would be smart, automatic, robust and active. Therefore, this concept was known as smart grid. Within this concept, there are several researches areas, such as, grid automation, self-healing, demand side management, microgrid, and other. Smart Grids for distribution systems in many countries are already well spread and applied. However in Brazil, it is noted that the scenario is still at an early stage, where the first technology progress is apply automation to control and measure the distribution system and as a next step, the development of self-healing techniques to make the system become more resilient and prevent damages against the final consumers. Therefore, several researches were started in order to resolve the self-healing problem, so, the matter of this work comprehend the formulation of a new methodology to resolve this problem in distribution systems, maintaining it under the limit of three minutes and without exceeding the power flow and voltage constraints of the feeder, avoiding a bad energy supply for the consumers. So, to achieve these objectives, it was decided to conduct an initial study about techniques of search in graph and optimization. By this reason, two self-healing methods were developed to find the best switching to recover the system: the first one is an adaptive Dijkstra algorithm, and the second one is a new objective function to be used with a binary particle swarm optimization. This objective function has three objectives: load maximization; system loss minimization; and switching number minimization. In order to make allowances for these two methods are elaborated a topological processor for pre-processing the electric data and the development of a method to isolate the fault location, removing defective sections of the search space. So, to restore the system with this methodology without damaging the consumers, it was used an optimal power flow to apply the load shedding and maintain the system within the standardized limits. As a test scenario for the methods it has been chosen an urban distribution system with high load density, five feeders and two substations, The methodology validation has been made by the analysis of four case studies. The first three was applied simultaneous faults and the last one was applied three sequential faults. Both methods proposed consistent solutions, regarding the operation limits. Wherein, the binary particle swarm optimization had better results for simultaneous faults, while the adaptive Dijkstra algorithm was better in sequential faults. Furthermore, the load shedding through optimal power flow proved to be a good tool to complement the self-healing, by keeping the system stable after the restoration. Key words: Smart Grid. Self-Healing. Dijkstra Algorithm. Binary Particle Swarm Optimization. Optimal Power Flow. Load Shedding.
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Amplificador de potência CMOS de baixo consumo com controle de ganho

Santos, Edson Leonardo dos January 2015 (has links)
Orientador : Prof. André A. Mariano, Ph.D. / Co-orientador : Prof. Bernardo Leite, Ph.D. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 27/03/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Sistemas Eletrônicos / Resumo: Devido ao baixo custo e alto grau de integração das tecnologias CMOS, os sistemas de comunicações móveis podem ser encontrados em toda parte. Em sua grande maioria, os dispositivos móveis são alimentados por baterias, sendo indispensável recarregá-las ou substituí-las. Nesta situação, deve-se tomar cuidados para que os dispositivos sejam energeticamente eficientes. Em um transmissor de radiofrequência, o amplificador de potência é o bloco responsável por amplificar o sinal que será transmitido pela antena. Por sua vez, o amplificador de potência é um dos responsáveis pelo maior consumo de energia do sistema. Como estes amplificadores são tradicionalmente dimensionados para apresentar alto rendimento para níveis elevados de potência de saída, em níveis mais baixos de potência de saída a energia consumida é excessiva. Portanto, controlar o ganho e a potência de saída em amplificadores de potência de radiofrequência é essencial para maximizar a duração da vida útil da bateria. Neste trabalho, um amplificador de potência com controle de ganho é apresentado para aplicações em 2,4 GHz. O ganho de potência pode ser controlado digitalmente em seis modos através da combinação de três bits. Esta técnica foi utilizada para alcançar uma melhora na eficiência em potências de recuo. O projeto foi implementado usando uma tecnologia CMOS 0,13 ?m e é capaz de fornecer um ganho de potência variável entre 22,4 dB e 31 dB e uma eficiência máxima de 19 %, com uma fonte de alimentação de 1,8 V. A potência consumida pelo amplificador é reduzida de 196,2 mW no modo de maior ganho para 171 mW no modo de menor ganho, permitindo uma eficiência melhor quando o ganho máximo não é necessário para a transmissão. Palavras-chave: amplificador de potência; ganho variável; controle discreto de potência; CMOS; radiofrequência / Abstract: Due to the low cost and high degree of integration of CMOS technologies, mobile communication systems can be found everywhere. Most of these mobile devices are powered by batteries, which must be recharged or replaced. In this situation, care must be taken for the devices to be energetically efficient. In a radiofrequency transmitter, the power amplifier is responsible for amplifying the signal to be transmitted by the antenna and accounts for a large part of the system power consumption. Since these amplifiers are traditionally sized to present their highest efficiency for high output power levels, when the required output power is lower, energy consumption is excessive. Therefore, controlling the gain and output power in radiofrequency power amplifiers is essential to maximize the duration of battery life. In this work, a power amplifier with gain control is presented for 2.4 GHz applications. The power gain can be digitally controlled in six steps by the combination of three bits. This technique was used to achieve an improvement in efficiency at power backoff. The design was implemented using a 0.13 ?m CMOS technology and is able to deliver a variable power gain between 22.4 dB and 31 dB and a peak power-added efficiency of 19 % with a 1.8 V power supply. The power consumption of the power amplifier is reduced from 196.2 mW in the highest-gain mode to 171 mW for the lowest-gain, allowing an enhanced efficiency when maximum gain is not required for transmission. Keywords: power amplifier; variable gain; discrete power control; CMOS; radiofrequency
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Simulador de medidas e estimador de estado trifásicos utilizando técnicas de desacoplamento

Coelho, Cinthia Schimith Silva January 2017 (has links)
Orientadora : Profª. Drª. Elizete Maria Lourenço / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 09/06/2017 / Inclui referências : f. 103-105 / Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um simulador de medidas trifásico que possa ser aplicado a redes de transmissão e distribuição além da utilização de técnicas de desacoplamento aplicadas a um estimador de estado trifásico. Para tanto o trabalho apresenta inicialmente a formulação do fluxo de carga trifásico convencional monofásico, como também a técnica desacoplado rápido monofásico e por fim a modelagem trifásica de fluxo de carga desacoplado rápido. Este estudo justifica-se posteriormente em sua aplicação na elaboração do simulador de medidas. Em seguida é apresentada a modelagem convencional do estimador de estado, como também sua resolução através de diferentes métodos desacoplados. O simulador de medidas é uma ferramenta realizada em duas etapas: primeiro um fluxo de potência trifásico desacoplado rápido que processa os dados de entrada de um sistema, dando como resultados valores que serão utilizados como medidas perfeitas. A segunda etapa consiste na adição de erros a estas medidas, que conforme estudado no trabalho, podem ter diferentes classificações, porém o simulador propõe que sejam apenas ruídos convencionais. O fluxo de potência trifásico utilizado no simulador de medidas utiliza a normalização complexa, que permite o processamento de sistemas de distribuição e transmissão. O estimador de estados trifásicos utilizará de métodos de desacoplamento para processar estas medidas geradas pelo simulador, e desconsiderando as mútuas do sistema, é modelado como a junção de três sistemas independentes para cada fase. Para análise do desempenho do simulador e do estimador de estados, ambos são testados em sistemas de distribuição e transmissão. O simulador de medidas apresentou um resultado satisfatório para os dois tipos de sistema, e o estimador tem uma resposta melhor ao sistema de transmissão. Palavras chave: Simulador de Medidas. Estimador de Estados Trifásico. Método Desacoplado. / Abstract:This work proposes the development of a three-phase measures simulator that can be applied in transmission and distribution systems, and also the use of decoupling techniques applied for a three-phase state estimator. This work presents initially the formulation of a conventional single-phase load flow and of a single-phase fast decoupled, and the modeling of the three-phase fast decoupled load flow. This study is justified lately in the elaboration of the measures simulator. Later on, the conventional modeling of the state estimator is exposed, as also its resolution through different decoupled methods. The measures simulator is a two-steps tool: first a three-phase decoupled load flow that process the systems input data, being its result the values that will be used as perfect measures. The second step is the addition of errors in those measures, which can have different classifications, although the simulator does not use bad data, only regular errors. The three-phase load flow in the measures simulator uses complex normalization, allowing the process of distribution and transmission systems. The three-phase state estimator uses decoupled methods to process the measures generated by the system, disregarding mutual coupling, therefore analyzing each of the three phases independently. The measures simulator and state estimator performance analysis are made by distribution and transmission test-systems. The measures simulator presented a satisfactory result for both types of system, and the state estimator had a batter response to the transmission one. Key Words: Measures Simulator. Three-Phase State Estimator. Decoupled Method.
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Métodos para medição de fase e magnitude de sinais visando implementações em FPGA

Oliveira, Allan Conselvan de January 2015 (has links)
Orientador : Prof. PhD. André Mariano / Co-orientador : Prof. Dr. João Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 18/03/2015 / Inclui referências : fls. 161-165 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: Procurando-se uma solução para determinação de impedância complexa em aplicações de medição de bioimpedância SFBIA (Single Frequency Bioelectrical Analysis) em 50 kHz, foram identificadas sete técnicas genéricas para a medição de fase e magnitude de sinais. As técnicas identificadas foram: ajuste de elipse, ajuste de senóide, transformada discreta de Fourier, demodulação de quadratura, modulação de largura de pulso, variação da técnica da figura de Lissajous e medição digital direta por contagem de pulsos. Todas as técnicas foram implementadas em modelo Simulink para verificação da resolução angular possível de ser medida e de possíveis limitações no domínio de utilização. Os resultados iniciais mostraram que apenas a técnica de modulação de largura de pulso não apresentou capacidade de representar a resolução angular estabelecida de 0,1° e que a técnica do ajuste de elipse não consegue prever de forma correta fases próximas de 0° e de 180°. As sete técnicas foram parametrizadas de acordo com o uso de recursos lógicos tais como latches, memória RAM, memória ROM, frequências de clock envolvidas e número total de operações matemáticas necessárias. As operações matemáticas consideradas foram: adição, subtração, multiplicação, divisão, radiciação, seno e arco-seno. A partir dos dados de utilização de pulsos de clock por tipo de operação matemática, de um ip core de aritmética de ponto flutuante FPU100 versão 19, foi determinada a demanda computacional em número de pulsos de clock, para cada uma das técnicas identificadas, considerando-se a utilização de um único ip core e sem o uso de pipelining. Verificou-se através da comparação de utilização de recursos e da demanda computacional que a demodulação de quadratura é o método com melhor custo benefício dentre os métodos com imunidade a ruído, e que o método da contagem de pulsos é o método com melhor custo benefício dentre os métodos sem imunidade a ruído. Esses dois métodos foram implementados em VHDL e simulados através da toolbox System Generator para Simulink, em um modelo comportamental Simulink, que integra o código VHDL e os blocos nativos do Simulink. Os resultados da simulação via emulação em software realizaram a verificação do código VHDL frente ao modelo teórico implementado inicialmente. A cosimulação de hardware, na qual a simulação do código VHDL ocorre pela execução do código VHDL sintetizado dentro do próprio FPGA, permitiu a validação da técnica da contagem de pulsos. Porém, para a técnica da demodulação de quadratura, verificou-se que o processo de gerenciamento da troca de dados entre o Simulink e o FPGA pelo System Generator, introduziu erros na utilização do passo de tempo máximo do solver do Simulink, permitindo a validação da técnica apenas no intervalo de defasagem [10°,160°]. Palavras-chave: bioimpedância, medição de fase, SFBIA, DFT, VHDL, cosimulação de hardware, Simulink, system-generator, FPGA, contagem de pulsos, demodulação de quadratura, Radix-4, ajuste de elipse, ajuste de senóide, figura de Lissajous, PWM, modulação de largura de pulso; / Abstract: In the research for a complex impedance determination solution for SFBIA (Single Frequency Bioelectrical Analysis) 50 kHz bioimpedance measurement applications, seven phase and magnitude signal usual measurement techniques had been identified. These techniques are: ellipse fit, sinusoidal fit, discrete Fourier transform, quadrature demodulation, pulse width modulation, direct digital measurement by pulse counting and a Lissajous figure variety. All these seven techniques had been implemented via Simulink mathematical models for phase angular resolution verification and mathematical limitations identification. The initial results showed that only the pulse width modulation technique was not able to represent the stablished 0.1° angular resolution, also, the ellipse fit technique could not predict correctly phase values around 0° and 180°. The seven techniques were parameterized according their use of logical resources such as latches, RAM, ROM, clock frequencies and the total number of required mathematical operations. The mathematical operations that were considered are: addition, subtraction, multiplication, division, root extraction, sine and arcsine. Based on the data of clock pulses usage by type of mathematical operation from an ip core of floating-point arithmetic, FPU100 version 19, the computational demand in number of clock cycles for each of the previously identified techniques were estimated. It was considered the use of a single FPU100 ip core and no pipelining. The comparison based on the logical resources utilization and the computational demands have shown that regarding the hardware cost, the quadrature demodulation method is the best one among all the others noise immunity methods tested, and that, the method of pulse counting is the best one regarding hardware usage between the methods with no noise immunity tested. These two methods were implemented via VHDL and simulated through the system-generator toolbox for Simulink, using a behavioral model which integrated the VHDL code with the Simulink native blocks. The results obtained via the software emulation of VHDL code verified the same results obtained with the initial Simulink mathematical models. The hardware cosimulation, in which the synthetized VHDL code is executed inside the FPGA itself, validated the pulse counting method. However, it was found that during the quadrature demodulation cosimulation, in the data exchange management process between the Simulink and the FPGA, the system-generator introduced errors in the maximum step size value of the Simulink solver allowing the validation of phase values only in the phase range of [10°,160°]. Keywords: bioimpedance, phase difference measurement, FPGA, DDM, discrete Fourier transform, quadrature demodulation, pulse width modulation, Lissajous figure, SFBIA, Simulink, FPGA, system-generator, hardware cosimulation;
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Sistema de caracterização de susceptibilidade magnética por refletometria no domínio do tempo

Dieguez, Célia Marli Tokarski January 2017 (has links)
Orientador : Prof. Dr. César Augusto Dartora / Coorientador : Prof. Dr. Márlio josé do Couto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 10/05/2017 / Inclui referências : f. 67-71 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: Materiais com propriedades magnéticas pronunciadas t.m importantes aplicações em uma variada gama de itens que utilizamos diariamente, indo desde maquinas elétricas e transformadores, passando pelas etiquetas magnéticas e indo ate as nanoestruturas utilizadas em sensores de magnetorresistência gigante. O presente trabalho investiga um aparato experimental de refletometria no domínio do tempo (TDR) para a caracteriza..o de susceptibilidade magnética de amostras de materiais magnéticos em diversas temperaturas, variando de 9 K ate temperatura de 300 K. A técnica de TDR utiliza-se da reflexa.o que ocorre quando um pulso propagante em uma linha de transmissão encontra uma terminação na qual a impedância da carga conectada . linha e distinta da impedancia característica da linha. O pulso resultante e devidamente tratado com auxílio das ferramentas numéricas, permitindo calcular a susceptibilidade magnética e determinar a curva de histerese do material analisado. Caracterizou-se uma fita magnética composta de níquel e ferro, principalmente, que e empregada em etiquetas de segurança, e também um material do tipo Heusler, cuja com posto estequiométrica e Ni2MnGa. Palavras Chave: Magnetismo, Refletometria no Domínio do Tempo, Susceptibilidade Magnética, Curva de Histerese, Criogenia. / Abstract: Materials possessing pronounced magnetic properties have relevant uses in a vast range of technological applications, such as electrical machines, transformers, inductors and nanostructures used in giant magnetoresistance sensors. The present work investigates an experimental apparatus using the time domain refletometry (TDR) technique, for magnetic susceptibility characterization at temperatures ranging from 9K to room temperature. The TDR considers the reflection effect that occurs when a propagating pulse on a transmission line encounters a load impedance connected to its termination, which differs from the transmission line characteristic impedance. After numerical analysis of the reflected pulse it is possible to obtain magnetic susceptibility and hysteresis loop of the material under study. A material composed mainly by Ni and Fe, commonly used as a magnetic tag, and a Heusler compound with stechiometry Ni2MnGa were characterized. Keywords: Time Domain Reflectometry, Magnetic Susceptibility, Hysteresis Loop, Cryogenics.
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Estudo de meta-heurísticas para alocação de controladores FACT

Reis, Silvio da Costa January 2017 (has links)
Orientador : Prof. Dr. Odilon Luís Tortelli / Coorientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 03/08/2017 / Inclui referências : p. 109-113 / Resumo: As empresas do setor elétrico estão sujeitas a constantes desafios para proporcionar energia elétrica de forma eficiente e segura para os consumidores, tendo em vista que a insegurança ou ineficiência no fornecimento é fonte de prejuízos diversos tanto para os consumidores residenciais, como, principalmente, para os comerciais e industriais. Assim, portanto, é de suma importância a superação contínua destes desafios por parte dos agentes do setor. Países como o Brasil, com grande extensão territorial e distribuição populacional pouco homogênea, estão mais sujeitos aos desafios de expandir e operar uma rede elétrica interligada de maior porte que conecta os centros de geração aos centros de consumo. Nesse contexto os Controladores FACTS (do inglês, Flexible Alternate Current Transmission System) tem papel extremamente relevante. Dessa forma, a correta localização destes dispositivos na rede elétrica pode propiciar grandes vantagens operacionais, aumentando a controlabilidade do sistema, com reflexos na melhoria da sua eficiência e segurança. Tendo isto em vista esta dissertação visa o estudo, implementação e comparação de seis metodologias de alocação de dispositivos FACTS baseadas em meta-heurísticas. Foram considerados para tanto os controladores denominados da segunda geração: Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) e Unified Power Flow Controller (UPFC). A alocação destes dispositivos é considerada tanto de forma individual como simultânea, por meio do cálculo de fluxo de potência, sendo este baseado no método de Newton-Raphson, que incorpora a representação funcional de cada um dos controladores. A técnica de Algoritmos Genéticos (AG) é utilizada como base para a implementação das demais meta-heurísticas de otimização, tanto como aferição dos resultados quanto como base de comparação, visto que ela já foi largamente utilizada para o propósito de alocação de dispositivos em redes elétricas. Para a comparação e validação destes métodos foram utilizados principalmente dois sistemas teste, um de pequeno porte e um de porte médio, sendo que no sistema de pequeno porte foram considerados diferentes níveis de carga. Os resultados obtidos apontaram que, embora as diferentes técnicas tenham demostrado potencialidade para lidar com problemas complexos e proporcionar soluções adequadas para alocação de controladores FACTS, a técnica GWO (Grey Wolf Optimizer) apresentou um desempenho particularmente mais destacado, que aliado a maior simplicidade na definição dos parâmetros de atuação a qualificam como alternativa relevante à consagrada técnica de AG para estudos dessa natureza. A avaliação do desempenho das técnicas meta-heurísticas de desenvolvimento recente tratadas neste trabalho impactam diretamente a pesquisa de alocação de sistemas reais, permitindo o aperfeiçoamento de metodologias e a redução do custo computacional. Palavra chave: Planejamento de Operação, Dispositivos FACTS , Alocação de controladores, Meta-heurísticas de otimização. / Abstract: Companies in the electricity sector are faced with constant challenges to provide electricity in an efficient and safe way for consumers, since insecurity or inefficiency in supply is a source of diverse damages for both residential consumers and especially, Commercial and industrial consumers. Therefore, it is extremely important to continuously overcome these challenges on the part of the agents of the sector. Countries such as Brazil, with a large territorial extension and poor homogeneous population distribution, are more subject to the challenges of expanding and operating a larger interconnected power grid that connects generation centers to consumption centers. In this context, the FACTS (Flexible Alternate Current Transmission System) Controllers play extremely relevant roles. In this way, the correct location of these devices in the electrical network can provide great operational advantages, increasing the controllability of the system, with reflexes in the improvement of its efficiency and safety. With this in mind, this dissertation aims to study, implement and compare six methodologies based on metaheuristics to allocate FACTS devices. Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) and Unified Power Flow Controller (UPFC) were considered for this purpose. The allocation of these devices is considered both individually and simultaneously, by means of the power flow calculation, which is based on the Newton-Raphson method, which incorporates the functional representation of each of the controllers. The Genetic Algorithm (GA) technique is used as the basis for the implementation of other optimization meta-heuristics, since it has already been widely used for the purpose of device allocation in power networks. For the comparison and validation of these methods, two test systems were used, one of small size and one of medium size. Different load levels were considered with the small test system simulations. The performance evaluation of the recent development metaheuristic techniques, treated in this work, directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. The results showed that, although the different techniques have demonstrated potential to deal with complex problems and provide adequate solutions for FACTS controller allocation, the GWO (Grey Wolf Optimizer) technique presented a particularly outstanding performance, which, together with the simplicity of parameters definition qualify it as a relevant alternative to the established AG technique for studies of this nature. The evaluation of the performance of the meta-heuristic techniques of recent development treated in this work directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. Keyword: Transmission Systems Planning, FACTS devices, Controllers allocation, Metaheuristics.
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Evidências da falha do modelo de Gilbert-Elliott para perda de pacotes em redes wifi e análise de alternativas

Rohling, Luis José January 2017 (has links)
Orientador : Prof. Dr. Carlos Marcelo Pedroso / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 18/08/2017 / Inclui referências : f. 65-68 / Resumo: As redes WiFi representam uma das formas de acesso à Internet mais utilizadas, sendo o estudo do comportamento das perdas de pacotes nestas redes de fundamental importância para a evolução e aplicação desta tecnologia. Porém, o modelo clássico de Gilbert-Elliott, amplamente utilizado para descarte de pacotes em redes de dados, não é necessariamente o modelo mais adequado para os diversos cenários de utilização das redes WiFi, devido ao método de controle de acesso ao meio empregado nestas redes. Para caracterizar a perda de pacotes nestas redes, este trabalho apresenta o resultado de diversas medições de erros em redes WiFi. Estas medições foram feitas a partir do envio de um tráfego de controle, registrando-se também outros parâmetros importantes da rede sob teste. Os dados de perda de pacotes do fluxo de controle foram inicialmente tratados com um filtro passa-baixa e então aplicado um processo de clusterização para obtenção dos estados da rede. Na etapa seguinte, foi realizada a análise estatística dos estados BOM e RUIM da rede, identificando-se uma dependência temporal de longa duração entre o tempo de duração de estados subsequentes, o que indica que o modelo de Gilbert-Elliott não se aplica nestes cenários. Finalmente, é apresentada uma alternativa para a modelagem de perdas de pacotes em redes WiFi considerando os dados amostrais. Como alternativa, foi analisada a aderência ao modelo Fractional Auto Regressive Integrated Moving Average (FARIMA) para o tempo de duração dos estados BOM e RUIM. Os resultados indicam que o modelo FARIMA não possui boa aderência aos dados empíricos observados, mas a análise realizada mostrou quais os motivos para a não aderência e indica quais os próximos passos nesta pesquisa. Palavras-chave: Redes sem fio. Perdas de pacotes. Modelo de Gilbert-Elliott. / Abstract: WiFi networks are widely used for Internet access. Therefore the study of packet loss in WIFi networks is very important for the evolution and application of this technology. The classic Gilbert-Elliott model for packet loss, widely used in data network, does not capture the behavior of packet loss observed in WiFi networks, mainly because the medium access control used to share the channel among the wireless devices. This work presents the result of several samples of errors in WiFi networks. The samples was made by sending a control flow, and registering the performance metrics as the packet loss, network utilization, signal-to-noise ratio, among others. The packets of control flow were used to identify the GOOD and the BAD states using a clustering method. In the next step, the statistical analysis of the duration of GOOD and BAD states of the network was performed, identifying a temporal dependence, which indicates that the Gilbert-Elliott model does not apply in these scenarios. Finally, alternative models are presented. A long range dependence is observed. The Fractionally Auto Regressive Integrated Moving Average (ARIMA) was analyzed to modeling the duration of the GOOD and BAD States. The results indicate that the FARIMA does not fit perfectly the empirical data, however, it's a good start for a new model. Key words: Wireless networks. Packet loss. Gilbert-Elliott model.
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Identification and three-dimensional positioning of urban energy lines from optical images to aid a teleoperated pruning robot

Bianchi Filho, José Francisco Bianchi Filho January 2016 (has links)
Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 30/08/2016 / Inclui referências : f. 138-144 / Área de concentração / Resumo: Diversos fatores podem impactar a qualidade da distribuição de energia elétrica, entre eles, um dos mais impactantes é o contato de vegetação com linhas aéreas energizadas. Assim sendo, é de suma importância a poda de vegetação próxima à linhas energizadas. Visando-se aprimorar esse processo, pode-se empregar um robô teleoperado de poda, de forma que a poda possa ser realizada de maneira remota e segura. As câmeras instaladas no braço robótico permitem que o operador tenha visão da área de corte mesmo quando a visada direta do solo estiver obstruída. Um dos problemas de se visualizar a região de corte por meio de um monitor é a perda de noção de profundidade, o que pode dificultar a operação. Dessa forma, seria relevante uma técnica de visão computacional capaz de detectar as linhas de energia e seu posicionamento tridimensional (3D) a fim de auxiliar o operador. Revisando-se a literatura, avaliou-se que, no geral, os trabalhos já propostos para detecção de linhas em imagens operam em situações com fundo limpo, não urbanizado e com vista superior das linhas de energia. Assim sendo, nesse trabalho é proposta uma técnica para detecção de linhas energizadas em imagens de regiões urbanas e a obtenção de seu posicionamento 3D, fator ainda não explorado na literatura recente. Para se alcançar esse objetivo é proposta a utilização de câmeras de espectro visível posicionadas em paralelo. Assim, regiões com potencial para serem linhas de energia são selecionadas utilizando-se detecção de bordas seguidas por filtragens geométricas aplicando-se técnicas inspiradas em algoritmos de grafos e ajuste de pontos selecionados a uma curva. Após a seleção de regiões candidatas a linha de energia, o posicionamento 3D é obtido utilizando-se de visão estéreo. Para tal, a correspondência entre pontos visíveis em ambas as câmeras é encontrada e com triangulação o posicionamento 3D da linha de energia é recuperado. Com a informação 3D disponível falsos candidatos são reduzidos por um fator de aproximadamente sete vezes e finalmente as linhas são detectadas. Para avaliação do método foi criada uma base de dados contendo imagens estéreo obtidas de um cenário montado com dois postes, três linhas de energia e uma árvore entre essas, na qual foi possível atingir níveis de precisão de 98% ao término do processo de detecção, contando-se com 91% de taxa de verdadeiro positivos. As causas dos falsos negativos são evidenciadas para que trabalhos futuros possam encontrar alternativas às dificuldades apresentadas. O algoritmo aqui proposto fornece como saída um mapa de cor sobre as linhas de energia para identificação da profundidade em 2D e uma nuvem de pontos para visualização em 3D. Palavras-chave: Visão Computacional. Reconhecimento de objetos. Visão estéreo. Linhas de energia. Robô de poda. / Abstract: Different factors may affect energy distribution quality, among them, one of the main causes is when vegetation gets into contact with overhead energy lines. Therefore, it is of main importance to prune vegetation close to energy lines. To improve this process it is possible to use a teleoperated robot, what allows the pruning activity to be accomplished in a remote and safe way. Cameras installed in the robot arm provide images from the pruning region to the operator even when direct sight is not an option. One of the main problems viewing the prunning region using a display is the lost of depth perception, what could make the operator unintentialy colide the robot with energy lines. Therefore, it would be of great aid a computer vision method capable of detecting energy lines and their three-dimensional (3D) positioning to aid the operator. During the state of the art review of energy line detection in images, it was perceived that, in general, the already proposed works operate in regions where the images present a clear background, not urbanized, and with the energy lines seen from above. Therefore, in this work, it is proposed a technique to detect energy lines and their 3D positioning in images taken in urban settings, factor yet unexplored in the recent literature. To reach this objective it is proposed the use of two visible spectrum cameras installed in parallel. In this way, regions with potential to be energy line are selected using edge detection followed by the geometric filtering designed using techniques inspired in graphs algorithms and curve fitting. After the regions with potential to be energy lines are found, their 3D position is obtained with stereo vision. To do so, the matching among points visible by both cameras is found and with triangulation, it is possible to recover the energy line 3D position. With the 3D information available, false positives are reduced by a factor of about seven and finally the energy lines are detected. A dataset containing stereo images of a scenario built with two power poles, three energy lines, and a tree between them was created in order to evaluate the presented method. In the commented dataset it was possible to reach accuracy of 98% at the end of the detection process, with 91% true positive rate. The causes of the false negatives cases are put in evidence in order to allow them to be overcame by future works. The algorithm proposed here outputs a colormap projected over the energy lines to inform the depth of each one in 2D and a point cloud to visualize each line in 3D. Key words: Computer vision. Object Recognition. Stereo vision. Overhead Energy Lines. Pruning Robot

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