Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Cristiane Mendes (mcristianem@gmail.com) on 2015-07-02T16:07:47Z No. of bitstreams: 1 2014_RaisaOhanaDaCostaHirafuji.PDF: 3173809 bytes, checksum: ce762142b391426311c251f79ad47862 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-30T16:02:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RaisaOhanaDaCostaHirafuji.PDF: 3173809 bytes, checksum: ce762142b391426311c251f79ad47862 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-30T16:02:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RaisaOhanaDaCostaHirafuji.PDF: 3173809 bytes, checksum: ce762142b391426311c251f79ad47862 (MD5) / Nos últimos anos, a eficiência energética tem se tornado um fator cada vez mais importante para as redes de comunicação, principalmente por fatores econômicos e ambientais. Dentre as tecnologias de redes ópticas de acesso existentes, as Redes Ópticas Passivas (Passive Optical Networks, PONs) são consideradas as mais eficientes em termos de consumo de energia. Apesar disso, os sistemas PON da ITU-T existentes podem dar suporte a dois modos de economia de potência na unidade de rede óptica (optical network unit, ONU), chamados de modos Doze e Cyclic Sleep, que são mecanismos baseados em protocolos para o gerenciamento de potência. Porém, apesar de estes dois modos terem sido padronizados, não há razão técnica para manter a separação entre eles. Neste trabalho de mestrado, nós apresentamos e avaliamos o desempenho de um novo e único modo de gerenciamento de potência para PONs multiplexadas por divisão de tempo (time division multiplexed, TDM), chamado de modo Watchful Sleep, o qual combina as vantagens dos modos Doze e Cyclic Sleep em um framework único e mais simples, e os supera em eficiência energética. Devido à sua eficácia, o modo Watchful Sleep foi aprovado para inclusão nos padrões ITU-T G.984 (G-PON) e ITU-T G.987 (XG-PON). Ele também está sendo considerado para inclusão no padrão de NG-PON (ITU-T G.989), cujo objetivo é padronizar as redes TWDM PON. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Energy efficiency in communication networks has been growing in importance in the last few years, mainly due to economical and environmental issues. Among the existing optical access network technologies, Passive Optical Networks (PONs) are considered the most energy efficient ones. Despite this fact, existing ITU-T PON systems may support two standardized optical network unit (ONU) power saving modes, namely the Doze and Cyclic Sleep modes, which are protocol-based mechanisms for ONU power management. However, notwithstanding that these two modes have been standardized, there is no technical reason to maintain the separation between them. In this master’s work, we present and evaluate the performance of a new and single power management mode for time division multiplexed (TDM) PONs, called the Watchful Sleep mode, which combines the advantages of both Doze and Cyclic Sleep modes into a unique and simpler framework and outperforms them in energy efficiency. Due to its effectiveness, the Watchful Sleep mode has been approved to be included in the ITU-T G.984 (GPON) and ITU-T G.987 (XG-PON) standards. It is also being considered for the NGPON standard (ITU-T G.989), which aims at standardizing TWDM PON networks.

Unidades propulsoras híbrido elétricas são uma alternativa em potencial para a redução do consumo de combustível e emissões de poluentes, quando empregadas em veículos de transporte público. A configuração híbrido elétrica de interesse é a série, na qual as fontes de potência, para o motor elétrico de tração, são compostas por um banco de baterias e uma unidade formada pela junção entre um motor à combustão interna e um gerador. Na presente Dissertação foi realizada a modelagem de um veículo elétrico híbrido série na qual diferentes estratégias de gerenciamento de potência foram investigadas. Dentre as estratégias de interesse, duas são fundamentadas em regras e a terceira em sistemas fuzzy. Resultados obtidos comprovaram que a fundamentada em sistemas fuzzy possibilita maior economia de combustível, permitindo que o motor à combustão interna forneça menos potência, face o emprego das baseadas em regras. Dessa forma, a utilização de sistemas fuzzy no gerenciamento de potência do veículo, permite o emprego de um motor à combustão menos potente, de menor custo, sem o comprometimento do desempenho do veículo. As simulações do presente modelo de veículo híbrido foram realizadas no ambiente Matlab/Simulink® 7.3.0. / Hybrid electric propulsion units are a potential alternative to the reduction of fuel consumption and pollutant emissions, when used in public transport vehicles. The electric hybrid configuration of interest is the series, in which the energy supplies to the traction electric motor are composed of batteries and a unit represented by the connection of an internal combustion engine and a generator. This Dissertation presents the modeling of a series hybrid electric vehicle in which different energy management strategies were investigated. Among the strategies of interest, two are based on rules and one on fuzzy systems. The obtained results proved that the strategy based on fuzzy systems improved the fuel economy, allowing the internal combustion engine to supply less power than the use of the strategies based on rules. Therefore, the use of fuzzy systems in the energy management of the vehicle allows for the adoption of a less potent and cheaper internal combustion engine, without compromising the vehicles performance. The simulations of the present model of the hybrid electric vehicle were performed in the Matlab/Simulink® 7.3.0 environment.

Unidades propulsoras híbrido elétricas são uma alternativa em potencial para a redução do consumo de combustível e emissões de poluentes, quando empregadas em veículos de transporte público. A configuração híbrido elétrica de interesse é a série, na qual as fontes de potência, para o motor elétrico de tração, são compostas por um banco de baterias e uma unidade formada pela junção entre um motor à combustão interna e um gerador. Na presente Dissertação foi realizada a modelagem de um veículo elétrico híbrido série na qual diferentes estratégias de gerenciamento de potência foram investigadas. Dentre as estratégias de interesse, duas são fundamentadas em regras e a terceira em sistemas fuzzy. Resultados obtidos comprovaram que a fundamentada em sistemas fuzzy possibilita maior economia de combustível, permitindo que o motor à combustão interna forneça menos potência, face o emprego das baseadas em regras. Dessa forma, a utilização de sistemas fuzzy no gerenciamento de potência do veículo, permite o emprego de um motor à combustão menos potente, de menor custo, sem o comprometimento do desempenho do veículo. As simulações do presente modelo de veículo híbrido foram realizadas no ambiente Matlab/Simulink® 7.3.0. / Hybrid electric propulsion units are a potential alternative to the reduction of fuel consumption and pollutant emissions, when used in public transport vehicles. The electric hybrid configuration of interest is the series, in which the energy supplies to the traction electric motor are composed of batteries and a unit represented by the connection of an internal combustion engine and a generator. This Dissertation presents the modeling of a series hybrid electric vehicle in which different energy management strategies were investigated. Among the strategies of interest, two are based on rules and one on fuzzy systems. The obtained results proved that the strategy based on fuzzy systems improved the fuel economy, allowing the internal combustion engine to supply less power than the use of the strategies based on rules. Therefore, the use of fuzzy systems in the energy management of the vehicle allows for the adoption of a less potent and cheaper internal combustion engine, without compromising the vehicles performance. The simulations of the present model of the hybrid electric vehicle were performed in the Matlab/Simulink® 7.3.0 environment.

O objetivo do desenvolvimento do projeto foi minimizar uma das principais desvantagens no uso do gás natural veicular, que é a perda de potência, e aumentar sua eficiência volumétrica através da construção de um circuito eletrônico capaz de gerenciar de forma eficiente a injeção do gás. O aumento do rendimento é obtido através do gerenciamento eficiente da mistura ar-combustível utilizando um sistema de malha fechada. O gerenciamento da relação de potência e economia é conseguido com o uso simultâneo de gás natural e o combustível líquido. Nos sistemas de conversão atuais e nos veículos originais a gás natural, a perda de potência é compensada desligando o sistema de gás e utilizando somente o combustível líquido, sendo esta seleção feita de forma manual na maioria dos sistemas de conversão e de forma automática no Fiat Siena tetrafuel, não possibilitando o uso simultâneo do gás com o combustível líquido. A exigência de potência é medida através do ângulo do pedal do acelerador. Quando a exigência de potência é baixa, o sistema opera apenas com gás. No momento em que há solicitação de potência intermediária, o sistema opera com diferentes proporções de etanol e gás. Na situação de solicitação de potência máxima, é utilizado apenas o combustível líquido. Foram feitas comparações entre o sistema convencional e o sistema proposto, através de ensaios dinamométricos, rodoviários e emissão de poluentes. O veículo Volkswagen Gol com seu sistema original utilizando somente etanol possui potência máxima de 64,06 cavalos, (47,77 Kilowatts) e consumo de 12,6 quilômetros por litro de etanol. Com o sistema convencional de gás natural aspirado, o consumo foi de 21 quilômetros por metro cúbico e a potência não ultrapassou 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), com o protótipo desenvolvido a eficiência volumétrica aumentou 25% com consumo de 26,4 quilômetros por metro cúbico. O gerenciamento de potência proporciona potências intermediárias acima de 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), até a potência máxima de 64,06 cavalos (47,77 Kilowatts) em situações que uma maior potência é requerida. O sistema desenvolvido proporciona o benefício da flexibilidade no abastecimento disponível nos sistemas atuais, com a flexibilidade na potência não disponível nos sistemas atuais. / This project intended to minimize one of the main disadvantages of using natural gas vehicles, which was the loss of power, and increase their volumetric efficiency by building an electronic circuit able to efficiently manage the gas injection. The increase in volumetric efficiency is obtained through the efficient management of air-fuel mixture using a closed loop system. The management of the power and economy ratio is achieved with the simultaneous use of natural gas and liquid fuel. In the current conversion systems and original vehicles that use natural gas, the power loss is compensated by turning off the gas system and using only the liquid fuel. This selection is done manually in most conversion systems, and automatically at Fiat Siena Tetrafuel, not allowing the simultaneous use of gas to liquid fuel. The demand for power is measured by the angle of the accelerator pedal. When the power demand is low, the system operates only with natural gas. When intermediate power is required, the system operates with different proportions of ethanol and natural gas. For maximum power, only ethanol is used. Comparisons were made between the conventional and the proposed system through dynamometer tests, road tests and emission analyses. The Volkswagen Gol with original system using only ethanol has a maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) and consumption of 12.6 kilometers per liter of ethanol. With conventional aspirated natural gas system, the consumption was 21 km per cubic meter and the power did not exceed 51.82 horses (38.64 Kilowatts). With the prototype, volumetric efficiency increases by 25%, with consumption of 26.4 kilometers per cubic meter. The power management provides intermediate powers up to 51.82 horses (38.64 Kilowatts) until the maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) in situations where more power is required. The developed system provides the benefit of refueling flexibility found in the original system, with power flexibility not available in original systems.

O objetivo do desenvolvimento do projeto foi minimizar uma das principais desvantagens no uso do gás natural veicular, que é a perda de potência, e aumentar sua eficiência volumétrica através da construção de um circuito eletrônico capaz de gerenciar de forma eficiente a injeção do gás. O aumento do rendimento é obtido através do gerenciamento eficiente da mistura ar-combustível utilizando um sistema de malha fechada. O gerenciamento da relação de potência e economia é conseguido com o uso simultâneo de gás natural e o combustível líquido. Nos sistemas de conversão atuais e nos veículos originais a gás natural, a perda de potência é compensada desligando o sistema de gás e utilizando somente o combustível líquido, sendo esta seleção feita de forma manual na maioria dos sistemas de conversão e de forma automática no Fiat Siena tetrafuel, não possibilitando o uso simultâneo do gás com o combustível líquido. A exigência de potência é medida através do ângulo do pedal do acelerador. Quando a exigência de potência é baixa, o sistema opera apenas com gás. No momento em que há solicitação de potência intermediária, o sistema opera com diferentes proporções de etanol e gás. Na situação de solicitação de potência máxima, é utilizado apenas o combustível líquido. Foram feitas comparações entre o sistema convencional e o sistema proposto, através de ensaios dinamométricos, rodoviários e emissão de poluentes. O veículo Volkswagen Gol com seu sistema original utilizando somente etanol possui potência máxima de 64,06 cavalos, (47,77 Kilowatts) e consumo de 12,6 quilômetros por litro de etanol. Com o sistema convencional de gás natural aspirado, o consumo foi de 21 quilômetros por metro cúbico e a potência não ultrapassou 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), com o protótipo desenvolvido a eficiência volumétrica aumentou 25% com consumo de 26,4 quilômetros por metro cúbico. O gerenciamento de potência proporciona potências intermediárias acima de 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), até a potência máxima de 64,06 cavalos (47,77 Kilowatts) em situações que uma maior potência é requerida. O sistema desenvolvido proporciona o benefício da flexibilidade no abastecimento disponível nos sistemas atuais, com a flexibilidade na potência não disponível nos sistemas atuais. / This project intended to minimize one of the main disadvantages of using natural gas vehicles, which was the loss of power, and increase their volumetric efficiency by building an electronic circuit able to efficiently manage the gas injection. The increase in volumetric efficiency is obtained through the efficient management of air-fuel mixture using a closed loop system. The management of the power and economy ratio is achieved with the simultaneous use of natural gas and liquid fuel. In the current conversion systems and original vehicles that use natural gas, the power loss is compensated by turning off the gas system and using only the liquid fuel. This selection is done manually in most conversion systems, and automatically at Fiat Siena Tetrafuel, not allowing the simultaneous use of gas to liquid fuel. The demand for power is measured by the angle of the accelerator pedal. When the power demand is low, the system operates only with natural gas. When intermediate power is required, the system operates with different proportions of ethanol and natural gas. For maximum power, only ethanol is used. Comparisons were made between the conventional and the proposed system through dynamometer tests, road tests and emission analyses. The Volkswagen Gol with original system using only ethanol has a maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) and consumption of 12.6 kilometers per liter of ethanol. With conventional aspirated natural gas system, the consumption was 21 km per cubic meter and the power did not exceed 51.82 horses (38.64 Kilowatts). With the prototype, volumetric efficiency increases by 25%, with consumption of 26.4 kilometers per cubic meter. The power management provides intermediate powers up to 51.82 horses (38.64 Kilowatts) until the maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) in situations where more power is required. The developed system provides the benefit of refueling flexibility found in the original system, with power flexibility not available in original systems.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Grid-connected photovoltaic systems with energy storage have features of conventional gridconnected inverters and uninterruptible power supplies. In these systems, all elements, which include photovoltaic generator, batteries, loads and electric grid, are connected to the same equipment named multifunctional photovoltaic converter. As it is a recent technology, there are many research opportunities in this theme, from classifications and standards to specific problems. This study investigates this field in a comprehensive manner, proposing classifications, technical recommendations and a power management strategy. Initially, classifications are proposed considering system configuration and continuity of supply to the loads. In the following, technical recommendations related to grid and load compatibility, as well as safety technical recommendations, are proposed. The last proposal consists on a power management strategy which defines the operation mode of the static converters and system elements as a function of the energy scarcity. Experimental results of the power management are presented in order to validate the proposals. In this way, this thesis contributes to the development of multifunctional photovoltaic converters technology so that the distributed generation becomes more independent of solar availability and can better collaborate with the electric system. / Sistemas fotovoltaicos conectados à rede com armazenamento de energia são aqueles que conjugam características dos inversores conectados à rede convencionais e de fontes ininterruptas de energia. Nesses sistemas, todos os seus elementos, que incluem o gerador fotovoltaico, as baterias, as cargas e a rede elétrica, são conectados a um mesmo equipamento chamado de conversor fotovoltaico multifuncional. Por se tratar de uma tecnologia recente, existem muitas oportunidades de pesquisa inédita no tema, desde premissas e classificações básicas até a solução de problemas mais específicos. Este trabalho investiga o tema de maneira abrangente, propondo classificações, recomendações técnicas e uma estratégia para gerenciamento interno de potência dos conversores fotovoltaicos multifuncionais. Inicialmente, classificações são propostas considerando a configuração do sistema e a continuidade de fornecimento de energia às cargas. A seguir, são propostas recomendações técnicas relacionadas à compatibilidade com a rede e com as cargas, além de recomendações técnicas de segurança, baseando-se em normas existentes. A última proposta consiste em uma estratégia de gerenciamento interno de potência que define os modos de operação dos conversores estáticos e dos elementos do sistema em função da escassez de energia. Resultados experimentais do método proposto para o gerenciamento interno de potências são apresentados com o objetivo de validar as propostas desenvolvidas. Dessa forma, o presente trabalho contribui com o desenvolvimento da tecnologia de conversores fotovoltaicos multifuncionais, para que a geração distribuída de energia elétrica se torne mais independente da disponibilidade solar e possa melhor colaborar com o sistema elétrico.