O aumento da demanda energética mundial e a necessidade de obtenção de energia por fontes renováveis abriram espaço para discussão sobre vantagens e desvantagens relacionadas às diversas tecnologias de geração existentes. Dados mostram um crescimento significativo do percentual da geração eólica no sistema energético mundial tornando factível o investimento em tecnologias que possam atender às diferenças de aplicação para cada região. Este trabalho apresenta inicialmente as principais características das arquiteturas construtivas dos geradores eólicos listando e apresentando seus principais equipamentos e funções, em seguida são apresentados métodos de controle e proteção aerodinâmica e as principais topologias aplicadas na geração eólica de energia. A discussão das vantagens e desvantagens de cada topologia apontou o gerador Doubly Fed Induction Generator (DFIG) aplicado em sistemas de velocidade variável como uma tecnologia que se destaca pelo seu alto nível de controle e pelo ganho relacionado ao conversor back-to-back de apenas 30% da capacidade de geração da máquina. No trabalho o controle do conversor back-to-back foi testado e validado por simulações e os ajustes dos controladores obtidos pelo método do modelo simétrico ótimo. Em seguida, são apresentados os dispositivos básicos de proteção correlacionados ao monitoramento de corrente, tensão e fluxo de potência e discutidas suas limitações na topologia com o gerador DFIG. No final do trabalho a proteção diferencial é apresentada e aplicada sobre o gerador DFIG e simulações de falta são realizadas em diferentes condições de funcionamento da máquina de modo a obter dados que possam apontar a melhor parametrização deste dispositivo de proteção. / The world energetic demand increase and the generation renewable necessity allowed the dialogue about the advantages and disadvantages of generations technologies existing. Many data shows an significant increase of wind generation inside the world energetic system allowing the investment in technologies to work at the characteristics existing in each place. This study shows the main constructive characteristics in the wind generation showing their main equipments and functions. After, the control and protection aerodynamic methods are shown together with the main topologies in the wind generation. The discussion about the advantages and disadvantages of this topologies showed the DFIG generator working in variable speeds systems like an efficient technology because your accurate control and the low cost of back-to-back frequency inverter. In this study the control of back-to-back converter was tested end validated and the drivers parameters was calculated with the method of the optimal symmetric model. then, are showed some basic protections devices linked with current, voltage and power flow monitoring and yours limitations are discussed in the DFIG topology. In the end the differential protection is showed and applied in the DFIG machine then fault simulations are make to obtain data to produce the best configuration parameters of differential protection.

A inserção de geradores distribuídos nas redes de distribuição de energia elétrica está aumentando consideravelmente devido à possibilidade de maior proximidade destes geradores com os mercados consumidores, fatores ambientais, aprimoramentos das tecnologias atuais de geração de energia elétrica e desenvolvimentos de outras novas, alterações de legislações e incentivos governamentais. Este novo cenário traz também a necessidade de maior atenção devido à possibilidade de ocorrência de ilhamentos não intencionais. Nestas situações, o gerador distribuído deve ser desconectado imediatamente após a detecção do evento. Métodos tradicionais, como relés de tensão e de frequência, mostram bom desempenho quando há um elevado desbalanço entre as potências geradas e as potências das cargas ilhadas. Nos casos de pequenos desbalanços de potência, o ilhamento pode não ser detectado por esses métodos. Neste contexto, este trabalho visa desenvolver um sistema de detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição por meio da utilização de uma rede neural artificial do tipo Perceptron multicamadas. Utilizando-se uma rede neural devidamente treinada para o sistema elétrico estudado, obteve-se um bom desempenho na detecção de ilhamento, obtendo-se elevadas taxas de acerto. Além disso, o método proposto foi capaz de diferenciar corretamente situações normais de operação do sistema, tais como chaveamento de blocos de cargas, das situações de ilhamento. Os mesmos cenários foram testados utilizando as proteções convencionais de tensão, frequência e de taxa de variação de frequência, a fim de obter a comparação com o método proposto. Como resultado, o método baseado na rede neural apresentou desempenho superior aos demais sistemas de proteção, detectando o ilhamento dentro da faixa de 2 segundos em todos os casos simulados neste trabalho. / The penetration of distributed generators into the power distribution systems has been increasing significantly due to the possibility of generating power next to the consumers, environmental issues, improvement and development of the generation technologies, regulatory changes and governmental incentives. This new scenario requires special attention to the possibility of unintentional islanding. In this situation, the distributed generator must be disconnected immediately after an islanding occurrence. Traditional anti-islanding protection schemes, such as voltage and frequency-based relays, are effective to detect islanding if there is a big power imbalance between generation and load inside the island. On the other hand, they may fail if the power imbalance is small. In this context, this work presents a new islanding detection method based on a Perceptron Multi-layer neural network. By using a neural network properly trained for the distribution system under study, the method has presented good performance with high islanding detection successful rates. Moreover, the proposed method was capable of distinguish the islanding occurrence from normal transient operating conditions, such as load switching. The same operating scenarios were used to test voltage, frequency and rate of change of frequency protection in order to perform a comparison with the proposed method. As result, the method presented superior performance detecting the islanding faster than 2 seconds in all the cases simulated in this work.

O aumento da demanda energética mundial e a necessidade de obtenção de energia por fontes renováveis abriram espaço para discussão sobre vantagens e desvantagens relacionadas às diversas tecnologias de geração existentes. Dados mostram um crescimento significativo do percentual da geração eólica no sistema energético mundial tornando factível o investimento em tecnologias que possam atender às diferenças de aplicação para cada região. Este trabalho apresenta inicialmente as principais características das arquiteturas construtivas dos geradores eólicos listando e apresentando seus principais equipamentos e funções, em seguida são apresentados métodos de controle e proteção aerodinâmica e as principais topologias aplicadas na geração eólica de energia. A discussão das vantagens e desvantagens de cada topologia apontou o gerador Doubly Fed Induction Generator (DFIG) aplicado em sistemas de velocidade variável como uma tecnologia que se destaca pelo seu alto nível de controle e pelo ganho relacionado ao conversor back-to-back de apenas 30% da capacidade de geração da máquina. No trabalho o controle do conversor back-to-back foi testado e validado por simulações e os ajustes dos controladores obtidos pelo método do modelo simétrico ótimo. Em seguida, são apresentados os dispositivos básicos de proteção correlacionados ao monitoramento de corrente, tensão e fluxo de potência e discutidas suas limitações na topologia com o gerador DFIG. No final do trabalho a proteção diferencial é apresentada e aplicada sobre o gerador DFIG e simulações de falta são realizadas em diferentes condições de funcionamento da máquina de modo a obter dados que possam apontar a melhor parametrização deste dispositivo de proteção. / The world energetic demand increase and the generation renewable necessity allowed the dialogue about the advantages and disadvantages of generations technologies existing. Many data shows an significant increase of wind generation inside the world energetic system allowing the investment in technologies to work at the characteristics existing in each place. This study shows the main constructive characteristics in the wind generation showing their main equipments and functions. After, the control and protection aerodynamic methods are shown together with the main topologies in the wind generation. The discussion about the advantages and disadvantages of this topologies showed the DFIG generator working in variable speeds systems like an efficient technology because your accurate control and the low cost of back-to-back frequency inverter. In this study the control of back-to-back converter was tested end validated and the drivers parameters was calculated with the method of the optimal symmetric model. then, are showed some basic protections devices linked with current, voltage and power flow monitoring and yours limitations are discussed in the DFIG topology. In the end the differential protection is showed and applied in the DFIG machine then fault simulations are make to obtain data to produce the best configuration parameters of differential protection.

A inserção de geradores distribuídos nas redes de distribuição de energia elétrica está aumentando consideravelmente devido à possibilidade de maior proximidade destes geradores com os mercados consumidores, fatores ambientais, aprimoramentos das tecnologias atuais de geração de energia elétrica e desenvolvimentos de outras novas, alterações de legislações e incentivos governamentais. Este novo cenário traz também a necessidade de maior atenção devido à possibilidade de ocorrência de ilhamentos não intencionais. Nestas situações, o gerador distribuído deve ser desconectado imediatamente após a detecção do evento. Métodos tradicionais, como relés de tensão e de frequência, mostram bom desempenho quando há um elevado desbalanço entre as potências geradas e as potências das cargas ilhadas. Nos casos de pequenos desbalanços de potência, o ilhamento pode não ser detectado por esses métodos. Neste contexto, este trabalho visa desenvolver um sistema de detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição por meio da utilização de uma rede neural artificial do tipo Perceptron multicamadas. Utilizando-se uma rede neural devidamente treinada para o sistema elétrico estudado, obteve-se um bom desempenho na detecção de ilhamento, obtendo-se elevadas taxas de acerto. Além disso, o método proposto foi capaz de diferenciar corretamente situações normais de operação do sistema, tais como chaveamento de blocos de cargas, das situações de ilhamento. Os mesmos cenários foram testados utilizando as proteções convencionais de tensão, frequência e de taxa de variação de frequência, a fim de obter a comparação com o método proposto. Como resultado, o método baseado na rede neural apresentou desempenho superior aos demais sistemas de proteção, detectando o ilhamento dentro da faixa de 2 segundos em todos os casos simulados neste trabalho. / The penetration of distributed generators into the power distribution systems has been increasing significantly due to the possibility of generating power next to the consumers, environmental issues, improvement and development of the generation technologies, regulatory changes and governmental incentives. This new scenario requires special attention to the possibility of unintentional islanding. In this situation, the distributed generator must be disconnected immediately after an islanding occurrence. Traditional anti-islanding protection schemes, such as voltage and frequency-based relays, are effective to detect islanding if there is a big power imbalance between generation and load inside the island. On the other hand, they may fail if the power imbalance is small. In this context, this work presents a new islanding detection method based on a Perceptron Multi-layer neural network. By using a neural network properly trained for the distribution system under study, the method has presented good performance with high islanding detection successful rates. Moreover, the proposed method was capable of distinguish the islanding occurrence from normal transient operating conditions, such as load switching. The same operating scenarios were used to test voltage, frequency and rate of change of frequency protection in order to perform a comparison with the proposed method. As result, the method presented superior performance detecting the islanding faster than 2 seconds in all the cases simulated in this work.

Esta tese propõe uma estratégia de controle fuzzy para um grupo motor gerador a diesel como uma fonte de geração distribuída, cobrindo a parte mecânica do sistema que é composta por controle de velocidade e de potência ativa, a parte elétrica do sistema composta por controle de tensão e potência reativa, e também o controle de sincronismo com a rede de distribuição. A estratégia de controle foi baseada em lógica fuzzy que usou uma superfície de controle fixa para os controladores fuzzy. Foram investigados os distúrbios causados pelo efeito de conexão com a rede e da conexão de um motor de indução, um retificador não controlado e uma carga RLC. Resultados de simulação para fluxo de potência no modo conectado foram obtidos usando um alimentador padrão IEEE -1547. Os resultados de simulação obtidos para os modos isolado e conectado usando o controlador fuzzy foram superiores comparados aos resultados obtidos com um controlador comercial. Uma bancada experimental também foi usada para analisar a resposta do sistema no modo isolado com o controlador fuzzy proposto e com o controlador comercial para fins de comparação. Nesse contexto, espera-se com este trabalho contribuir para o desenvolvimento de pesquisas na área de controle e processamento de energia, uma vez que, soluções para a produção de energia utilizando a geração distribuída têm importância estratégica e têm sido foco de investimento e discussões por parte de governos, empresas e universidades. / This thesis proposes a control strategy for a diesel generating set as a distributed generation source covering the mechanical part of the system which includes speed and active power control, the electrical part of the system which includes voltage and reactive power control, and also the synchronism control with the grid. The control strategy was based on a fuzzy logic which used a fixed controller surface for the fuzzy controllers. The effect of the disturbances caused by the grid connection and the disturbances caused by the activation of a induction motor, non controled rectifier and a RLC load types were investigated. Power flow simulation results for the grid-connected mode was obtained with a IEEE -1547 standard feeder. The simulations results for both stand-alone and gridconnected operations using fuzzy controllers were superior when compared to commercial methods. An experimental setup was also used to analyze the system responses under isolated mode with the proposed fuzzy controller and with the commercial controllers for comparison proposes. In this context, it is expected that this work contributes to the development of control and energy processing research area, since solutions for energy production using distributed generation have strategic importance and have been the focus of investment and discussions from governments, companies and universities.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova ferramenta para a síntese automática de células, a partir de uma descrição estrutural no nível lógico. A ferramenta esta sendo integrada ao sistema TRAMO3, e visa eliminar a necessidade do use de biblioteca de células na geração de circuitos. Uma revisão sobre síntese de leiaute e metodologias de projeto é apresentada. A metodologia TRANCA é descrita de forma sucinta e os sistemas TRAMO2 e TRAMO3, assim como o roteador MARTE são analisados em detalhe para indicar o contexto onde se insere o trabalho. As principais alternativas para a geração de células são analisadas e o algoritmo descrito em [REI 93b] é utilizado com algumas modificações, levando em conta situações praticas. Os seguintes passos são executados durante o processo: posicionamento dos transistores, roteamento das conexões internas e compactação do leiaute. Finalmente, alguns melhoramentos no gerador são propostos, de forma a eliminar algumas restrições impostas na primeira versão. / This work presents the development of a new tool for automatic cell synthesis, starting from a structural description at the logic level. The tool is currently being integrated to TRAMO3 system, and aims at eliminating the need of cell libraries utilization during the circuit generation. A brief review about layout synthesis and design methodologies is presented. TRANCA design approach is briefly described and the TRAMO2 and TRAMO3 systems, as well as the MARTE router are analyzed with some detail in order to show the environment where the work is inserted. The main alternatives for cell generation are analyzed and the algorithm described in [REI 93b] is used with some changes, taking into account practical situations. The following steps are executed during the process: transistor placement, routing of internal connections and layout compaction. Finally, some improvements to the generator are proposed, in order to remove some restrictions imposed in the first version.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova ferramenta para a síntese automática de células, a partir de uma descrição estrutural no nível lógico. A ferramenta esta sendo integrada ao sistema TRAMO3, e visa eliminar a necessidade do use de biblioteca de células na geração de circuitos. Uma revisão sobre síntese de leiaute e metodologias de projeto é apresentada. A metodologia TRANCA é descrita de forma sucinta e os sistemas TRAMO2 e TRAMO3, assim como o roteador MARTE são analisados em detalhe para indicar o contexto onde se insere o trabalho. As principais alternativas para a geração de células são analisadas e o algoritmo descrito em [REI 93b] é utilizado com algumas modificações, levando em conta situações praticas. Os seguintes passos são executados durante o processo: posicionamento dos transistores, roteamento das conexões internas e compactação do leiaute. Finalmente, alguns melhoramentos no gerador são propostos, de forma a eliminar algumas restrições impostas na primeira versão. / This work presents the development of a new tool for automatic cell synthesis, starting from a structural description at the logic level. The tool is currently being integrated to TRAMO3 system, and aims at eliminating the need of cell libraries utilization during the circuit generation. A brief review about layout synthesis and design methodologies is presented. TRANCA design approach is briefly described and the TRAMO2 and TRAMO3 systems, as well as the MARTE router are analyzed with some detail in order to show the environment where the work is inserted. The main alternatives for cell generation are analyzed and the algorithm described in [REI 93b] is used with some changes, taking into account practical situations. The following steps are executed during the process: transistor placement, routing of internal connections and layout compaction. Finally, some improvements to the generator are proposed, in order to remove some restrictions imposed in the first version.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre da Silva Correa.pdf: 3150015 bytes, checksum: 8df17c41e03f4cea1d464cb6c5d5b970 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Given the increased contribution of wind farms under complementarity the generating units of electricity derived from petroleum, thermoelectric or hydroelectric energy matrix constituents of countries around the world, this dissertation investigates the advantages and disadvantages between the two main topologies currently used by rogue wind generation. Comparisons between the Doubly Fed Induction Generator and Permanent Magnet Generator are developed in order to establish the different dynamic behavior of each type of wind unit. The constituent parts of wind turbines are studied, performed the modeling and usual control methods are discussed. The simulations were performed in a computer program Matlab / Simulink® whose control models were developed according to the literature, as well as the respective block diagrams for each model. / Diante do crescimento da contribuição dos parques eólicos em regime de complementaridade às unidades geradoras de energia elétrica derivadas de petróleo, termoelétricas ou hidroelétricas constituintes da matriz energética de países espalhados pelo mundo, a presente dissertação de mestrado investiga as vantagens e desvantagens entre as duas principais topologias utilizadas atualmente para geração eólica. São estabelecidas comparações entre o Gerador de Indução Duplamente Alimentado e o Gerador de Ímãs Permanentes, a fim de se estabelecer os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As simulações foram realizadas em programa computacional Matlab/Simulink®, cujos modelos de controle foram desenvolvidos de acordo com a literatura, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo.

This work demonstrates the theoretical and experimental feasibility of a induction generator to work as an attenuator of the harmonics in main generators of on the electric power system, i.e., the synchronous generators. The induction and synchronous machines were analyzed in physical terms and established mathematical modeling in the frequency domain in order to prove the purpose of the thesis. Computer simulations were also carried out in the time domain and laboratory tests were made to check levels of attenuation of current harmonics (THDi) in accordance with the maximum standardized voltage harmonic distortion (THDv). Furthermore, this work presents a study of technical and economical feasibility of a typical application. / Este trabalho demonstra a viabilidade teórica e experimental de um gerador de indução funcionar como um atenuador dos harmônicos nos geradores principais do sistema elétrico de potência, ou seja, os geradores síncronos. Foram analisadas as máquinas de indução e síncronas do ponto de vista físico e estabelecidas modelagens matemáticas no domínio da frequência, a fim de comprovar o objetivo da tese. Foram realizadas também´em, simulações computacionais no domínio do tempo e ensaios em laboratório para verificar os n´níveis de atenuação de harmônicos de corrente (THDi) em conformidade com os limites máximos de distorções harmônicas de tensão (THDv) normalizados. Apresenta-se também neste trabalho um estudo de viabilidade técnica e econômica de uma aplicação típica. / Doutor em Ciências

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova ferramenta para a síntese automática de células, a partir de uma descrição estrutural no nível lógico. A ferramenta esta sendo integrada ao sistema TRAMO3, e visa eliminar a necessidade do use de biblioteca de células na geração de circuitos. Uma revisão sobre síntese de leiaute e metodologias de projeto é apresentada. A metodologia TRANCA é descrita de forma sucinta e os sistemas TRAMO2 e TRAMO3, assim como o roteador MARTE são analisados em detalhe para indicar o contexto onde se insere o trabalho. As principais alternativas para a geração de células são analisadas e o algoritmo descrito em [REI 93b] é utilizado com algumas modificações, levando em conta situações praticas. Os seguintes passos são executados durante o processo: posicionamento dos transistores, roteamento das conexões internas e compactação do leiaute. Finalmente, alguns melhoramentos no gerador são propostos, de forma a eliminar algumas restrições impostas na primeira versão. / This work presents the development of a new tool for automatic cell synthesis, starting from a structural description at the logic level. The tool is currently being integrated to TRAMO3 system, and aims at eliminating the need of cell libraries utilization during the circuit generation. A brief review about layout synthesis and design methodologies is presented. TRANCA design approach is briefly described and the TRAMO2 and TRAMO3 systems, as well as the MARTE router are analyzed with some detail in order to show the environment where the work is inserted. The main alternatives for cell generation are analyzed and the algorithm described in [REI 93b] is used with some changes, taking into account practical situations. The following steps are executed during the process: transistor placement, routing of internal connections and layout compaction. Finally, some improvements to the generator are proposed, in order to remove some restrictions imposed in the first version.