Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main purpose of this dissertation was to analyze the occurrence of two time scales in predator-prey systems. Initially, we proposed two discrete models without spatial structure. The first model considers fast vital dynamics for the prey and slow dynamics for the predator. The second one proposes the reproduction of the predator in a faster time scale than the prey. We observed that the inclusion of different time scales modifies the stability region of the coexistence equilibrium. Besides, the equilibrium densities of prey and predator populations are altered by the difference between scales. A spatial distributed model via Coupled Map Lattices in which both species move by simple diffusion in a two-dimensional dominium was formulated. Dispersal and predator growth occur in a fast scale while preys reproduce in a slow scale. In the simulation developed with this model, we observed the formation of stable heterogeneous spatial patterns as well as waves of pursuit and evasion. / O objetivo principal deste trabalho é analisar a presença de duas escalas de tempo em sistemas presa-predador. Inicialmente, propomos dois modelos sem estrutura espacial. O primeiro considera uma dinâmica vital rápida para as presas e uma dinâmica lenta para o predador. No segundo modelo supomos que o predador se reproduz em uma escala de tempo mais rápida do que a da presa. Observamos que a inclusão de diferentes escalas de tempo modifica a região de estabilidade de equilíbrio de coexistência do modelo. Além disso, as densidades de equilíbrio das populações de presas e predadores também apresentam alterações com a diferença entre as escalas. Finalmente, formulamos um modelo espacialmente distribuído, via Redes de Mapas Acoplados, no qual ambas espécies se movimentam por difusão em um domínio bidimensional. Na escala rápida ocorre a dispersão e o crescimento dos predadores, enquanto na escala lenta as presas se reproduzem. As simulações desenvolvidas mostram a formação de padrões espaciais heterogêneos estáveis e ondas de perseguição e fuga.

[pt] Estendemos o formalismo de Fokker-Planck que foi usado previamente para descrever, a partir de primeiros princípios, o comportamento de um gás granular em esfriamento, com potencial de contato Hertziano e força de atrito viscoelástica o qual resulta em um sistema com coeficiente de restituição que depende da velocidade. Nesta tese é estudado, também a partir de primeiros princípios, o caso mais geral, o de um estado estacionário com energia cinética finita e fora do equilíbrio, devido ao acoplamento a um mecanismo externo de alimentação de energia. Estende- se assim a validade do resultado prévio. / [en] We extend the Fokker-Planck formalism used previously to describe the behavior of a cooling granular gas, with a Hertzian contact potential and viscoelastic radial friction, giving a velocity dependent coeficient of restitution. In this thesis, we study the more general case of a steady-state with finite kinetic, energy and far from equilibrium, due to the coupling to an external energy- feeding mechanism, also from first-principles, and extend the validity of the former results.

O presente trabalho tem como objetivo investigar a presença de diferentes escalas de tempo nos modelos matemáticos que descrevem a dinâmica dos sistemas elétricos de potência (SEPs), em particular a existência de duas escalas de tempo distintas: lenta e rápida, e explorá-las no estudo de estabilidade transitória destes sistemas através da utilização de métodos diretos (funções energia). Em particular, o método do Ponto de Equilíbrio Instável de Controle (CUEP) para modelos com duas escalas de tempo será estudado e aplicado na análise de estabilidade transitória de SEPs. As bases teóricas para a análise de estabilidade transitória, de sistemas com duas escalas de tempo, serão apresentadas, assim como funções energia e novos algoritmos numéricos para o cálculo do CUEP nestes sistemas, a fim de evidenciar as melhorias e possíveis limitações deste novo método CUEP em duas escalas de tempo quando comparado ao método CUEP tradicional. Explorando as escalas de tempo lenta e rápida na análise de estabilidade transitória, espera-se que novos algoritmos numéricos mais robustos para o cálculo do CUEP sejam obtidos, assim como a diminuição do conservadorismo dos resultados. / The main objective of this work is to investigate the existence of several time-scales in the mathematical models of electric power systems, in particular the existence of two-time scales: slow and fast, and exploit these features in the direct transient stability assessment. In particular, the Controlling Unstable Equilibrium Point (CUEP) method is studied for two-time scale models of power systems and applied to transient stability analysis. In order to accomplish this aim, a sound theoretical basis for two-time scale transient stability analysis of electric power system models will be provided, as well as energy functions and new numerical algorithms for proper two-time scale CUEP calculations, with the purpose of investigating improvements and possible limitations of this method when compared with the traditional CUEP method. Exploiting the two-time scale features of power system models, it is intended to obtain new robust numerical algorithms for transient stability analysis, as well as to diminish the conservativeness of the results.

O presente trabalho tem como objetivo investigar a presença de diferentes escalas de tempo nos modelos matemáticos que descrevem a dinâmica dos sistemas elétricos de potência (SEPs), em particular a existência de duas escalas de tempo distintas: lenta e rápida, e explorá-las no estudo de estabilidade transitória destes sistemas através da utilização de métodos diretos (funções energia). Em particular, o método do Ponto de Equilíbrio Instável de Controle (CUEP) para modelos com duas escalas de tempo será estudado e aplicado na análise de estabilidade transitória de SEPs. As bases teóricas para a análise de estabilidade transitória, de sistemas com duas escalas de tempo, serão apresentadas, assim como funções energia e novos algoritmos numéricos para o cálculo do CUEP nestes sistemas, a fim de evidenciar as melhorias e possíveis limitações deste novo método CUEP em duas escalas de tempo quando comparado ao método CUEP tradicional. Explorando as escalas de tempo lenta e rápida na análise de estabilidade transitória, espera-se que novos algoritmos numéricos mais robustos para o cálculo do CUEP sejam obtidos, assim como a diminuição do conservadorismo dos resultados. / The main objective of this work is to investigate the existence of several time-scales in the mathematical models of electric power systems, in particular the existence of two-time scales: slow and fast, and exploit these features in the direct transient stability assessment. In particular, the Controlling Unstable Equilibrium Point (CUEP) method is studied for two-time scale models of power systems and applied to transient stability analysis. In order to accomplish this aim, a sound theoretical basis for two-time scale transient stability analysis of electric power system models will be provided, as well as energy functions and new numerical algorithms for proper two-time scale CUEP calculations, with the purpose of investigating improvements and possible limitations of this method when compared with the traditional CUEP method. Exploiting the two-time scale features of power system models, it is intended to obtain new robust numerical algorithms for transient stability analysis, as well as to diminish the conservativeness of the results.