Made available in DSpace on 2014-10-09T12:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 04131.pdf: 2671874 bytes, checksum: f1aecab51efb7083cb98abad64e8c2ba (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree Master of Technology: Electrical Engineering in the Faculty of Engineering at the Cape Peninsula University of Technology 2013 / Harmonic voltages and currents in distribution networks are on the increase in recent times due to the introduction of a proliferation of electronic controlled devices such as variable speed drives. These non-linear devices improve efficiency but distort the supply waveforms. To address the harmonic issues, harmonic filters are used to mitigate distortion levels and prevent damage. These harmonic filters are commonly found at medium voltage levels in power systems. The problem is that knowledge from the design to commissioning stages of these medium voltage harmonic filters are neither well developed nor adequately documented. The aim of this research is to investigate and expound upon the process whilst taking into account all the factors involved throughout the process from bringing such a filter into operation in the real world. Medium voltage harmonic filters are usually the open rack type found in outdoor installations. Capacitors and reactors are the main components used in the construction of such harmonic filters and in some instances resistors are also used. The physical size and spacing of such components determines the construction layout area and how this is done in practice warrants being researched and explained in this thesis. In order to make these factors explicit, a methodology is developed from design, to installation and commissioning and is applied to two networks which are used to prove that the developed methodology is applicable for the different types of harmonic filters designed. The network voltage levels are also different, thus implying that the components will have different design factors. The final arrangements of the harmonic filters are later drawn and shown in three-dimension (3D) as per dimensions. The 3D figures are a further contribution as the design is taken from theory and is ultimately implemented into an installation and construction layout for erection at site. Interviews and surveys are conducted with specialists in industry dealing with harmonic filter applications and the results are analysed as part of implementation of the developed methodology. The design, installation and construction phases are documented and shown to be effective in application and the work disclosed in this thesis will help newcomers to this specialised field and is recommended for use in industry.

Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree Master of Technology: Electrical Engineering in the Faculty of Engineering at the Cape Peninsula University of Technology / Traditionally, efficiency is defined for sinusoidal networks and not for non-sinusoidal networks. For this reason, the efficiency formula and indices for efficiency calculations are reviewed. The concepts for determining powers, efficiency and power direction of flow in a non-sinusoidal network are explained. A new index „True Efficiency‟ is introduced to represent efficiency in non-sinusoidal circuits. Harmonic filters are installed in networks with harmonic distortion levels above the set standards for harmonic mitigation. However, there are no specific indices for evaluating the effectiveness of filter(s), hence the introduction of the index „Filter Effectiveness‟. Two software tools are utilised to develop flow charts and indices for evaluating true efficiency and effectiveness of harmonic filters in a power system under distorted waveform conditions. In this way, the effect that distortions have on efficiency can be determined and the effectiveness of the mitigation measure in place can be evaluated. The methodologies are developed using a step-by-step approach for two software packages. Three case studies were conducted on a large network. This network has multiple harmonic sources and capacitor banks. The first case study considered a network with two harmonic sources and three capacitor banks of which two are at the point of common coupling (PCC) and one is at a load bus; the second case study considered Case 1 with two capacitor banks at the PCC used as components for the 2nd - order filter and the third case considered Case 2 with a Notch filter added at one of the load buses. The network was simulated using DIgSILENT and SuperHarm software packages. DIgSILENT can calculate powers while SuperHarm gives current and voltages and power is hand calculated. The two packages were used together to test their compatibility and verify the network modelling. For the different investigations conducted, the software-based methodologies developed to calculate true efficiency in a network with multiple harmonic sources and capacitor banks have been shown to be effective. The indices developed for evaluating the effectiveness of harmonic filters proved to be effective too. The two software packages used proved to be compatible as the results obtained are similar. The methodologies can easily be adapted for investigations of other large networks as demonstrated in this study. The true efficiency methodologies are thus recommended for application in this field as it will help determine efficiency for networks with non-linear loads and help mitigate the distortions.

Orientador: João Antônio Pereira / Banca: Luiz de Paula do Nascimento / Banca: Domingos Alves Rade / Resumo: A Análise Modal envolvendo apenas as respostas da estrutura é ainda um desafio que requer o uso de técnicas de identificação especiais. Este trabalho discute a identificação baseada apenas na resposta utilizando um método de identificação no tempo, mais especificamente, o método Identificação Estocástica de Subespaço. É mostrado que uma estrutura vibrando excitada por forças não conhecidas, pode ser modelada como um modelo de espaço de estado estocástico. A partir da aplicação de técnicas numéricas robustas como fatorização QR e Decomposição em Valores Singulares para a matriz bloco de Hankel semi-infinita, contendo os dados de resposta, é obtida a estimativa dos estados do modelo. Uma vez que os estados são conhecidos, o sistema de matrizes é encontrado através da solução de um problema de mínimos quadrados. Encontrado o modelo matemático da estrutura, os parâmetros modais são estimados diretamente através da decomposição em autovalores. O trabalho apresenta ainda uma metodologia que utiliza a função densidade de probabilidade para identificar possíveis componentes harmônicos contidos nos sinais de respostas. Os sinais são filtrados em uma faixa de freqüência contendo um provável modo e é verificado se este corresponde a um modo natural ou operacional. A metodologia é avaliada com dados simulados e experimentais e os resultados obtidos mostraram-se promissores para identificação dos parâmetros modais de sistemas estocásticos lineares e invariantes no tempo, utilizando apenas as respostas. / Abstract: Modal analysis using output-only measurements is still a challenge in the experimental modal analysis community. It requires the use of special modal identification techniques. This work discusses the concepts involved in the output-only modal analysis and the implementation of the Stochastic Subspace Identification time domain method. It is shown that a vibrating structure excited by an unknown force can be modelled as a stochastic state space model. In this approach, the SSI method estimates the state sequences directly from the response data and the modal parameters are estimated by using the eigenvalues decomposition of the state matrix. The steps of the procedure are implemented using the well-known numerical linear algebra algorithms, Singular Value Decomposition and the QR decomposition. It also includes a methodology based on the Probability Density Function to identify harmonic components of the response signals. The signals are filtering in a range of frequency containing a mode, to verify if it is a natural or operational mode. The approach is evaluated with simulated and experimental data and the results have shown to be promising to identify the modal parameters of stochastic linear time-invariant systems, based only on the output data. / Mestre

CAPES / Este trabalho apresenta o estudo, projeto e implementação digital usando DSP de um Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP) trifásico com potência de 4,5kVA, sendo este implementado utilizando três topologias de inversores monofásicos em ponte completa compartilhando o mesmo barramento de tensão CC. O FAPP é utilizado em sistemas trifásicos a quatro-fios para supressão de harmônicos de corrente, compensação de reativos e compensação de desbalanços das correntes de carga. Dentre as características mais relevantes desta topolgia de FAPP, pode-se citar: possibilidade de controle de corrente independente entre as fases; tensão reduzida no barramento CC; isolação galvânica entre o FAPP e a rede elétrica; e modularidade. Os algoritmos adotados para obtenção das correntes de referência de compensação são fundamentados no método de controle baseado no sistema de eixos de referência síncrona (SRF). Estes podem ser empregados em sistemas monofásicos bastando, para isso, a criação de um sistema trifásico fictício. Desse modo, em um sistema trifásico a quatro-fios, cada uma das correntes de fase pode ser controlada de forma independente. Duas estratégias distintas de operação do FAPP são implementadas. Na primeira delas, chamada de Controle de Corrente Independente por Fase (CCIF), o FAPP atua na supressão de correntes harmônicas da carga e compensação de potência reativa. Neste caso, as correntes da rede serão senoidais, no entanto desequilibradas. Na segunda estratégia, além de atuar na supressão de harmônicas da carga e compensação de potência reativa, o FAPP também atua na Compensação dos Desequilíbrios das Correntes de Carga (CDCC). Assim, as correntes da rede, além de senoidais, serão equilibradas. Análises matemáticas são realizadas de forma a obter o modelo matemático que representa o sistema físico do FAPP. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto para a obtenção dos ganhos dos controladores das malhas de corrente e de tensão do barramento CC. Resultados de simulação e experimentais são apresentados de forma a validar o desenvolvimento teórico realizado e avaliar o desempenho do FAPP. / This work deals with the study, design and digital implementation by means of digital signal processor (DSP) of a 4.5kVA three-phase shunt active power filter (SAPF), which is implemented by using three single-phase full-bridge converters sharing the same dc-bus voltage. The SAPF is applied to three-phase four-wire systems performing harmonic current suppression, reactive power compensation and load unbalance compensation. The main characteristics of the SAPF topology can be related: possibility of independent current control; low DC-link voltage; galvanic isolation between the SAPF and the grid utility; and possibility of modular implementation. The algorithms adopted for obtaining the current references are based on the synchronous reference frame (SRF) control method. They can be employed in single-phase systems by creating a fictitious three-phase system. Thereby, in a three-phase four-wire system, it is possible the controlling of each phase current independently. Two different operation strategies of the SAPF are implemented. In the first one, which is called Independent Phase-Current Control (IPCC), the SAPF performs harmonic current suppression and reactive power compensation. In this case, the source current will become sinusoidal although unbalanced. In the second strategy, besides acting in the harmonic current suppression and reactive power compensation, the SAPF performs Load Unbalance Compensation (LUnC). In this case, the source currents will become sinusoidal and balanced. Mathematical analyses are carried out in order to obtain the mathematical model which represents the physical system of the SAPF. Additionally, a design methodology is presented, which is used to obtain the controller gains of both current and dc-bus voltage loops. Simulation and experimental results will be presented in order to validate the presented theoretical development and evaluate the performance of the SAPF.

CAPES / Este trabalho apresenta o estudo, projeto e implementação digital usando DSP de um Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP) trifásico com potência de 4,5kVA, sendo este implementado utilizando três topologias de inversores monofásicos em ponte completa compartilhando o mesmo barramento de tensão CC. O FAPP é utilizado em sistemas trifásicos a quatro-fios para supressão de harmônicos de corrente, compensação de reativos e compensação de desbalanços das correntes de carga. Dentre as características mais relevantes desta topolgia de FAPP, pode-se citar: possibilidade de controle de corrente independente entre as fases; tensão reduzida no barramento CC; isolação galvânica entre o FAPP e a rede elétrica; e modularidade. Os algoritmos adotados para obtenção das correntes de referência de compensação são fundamentados no método de controle baseado no sistema de eixos de referência síncrona (SRF). Estes podem ser empregados em sistemas monofásicos bastando, para isso, a criação de um sistema trifásico fictício. Desse modo, em um sistema trifásico a quatro-fios, cada uma das correntes de fase pode ser controlada de forma independente. Duas estratégias distintas de operação do FAPP são implementadas. Na primeira delas, chamada de Controle de Corrente Independente por Fase (CCIF), o FAPP atua na supressão de correntes harmônicas da carga e compensação de potência reativa. Neste caso, as correntes da rede serão senoidais, no entanto desequilibradas. Na segunda estratégia, além de atuar na supressão de harmônicas da carga e compensação de potência reativa, o FAPP também atua na Compensação dos Desequilíbrios das Correntes de Carga (CDCC). Assim, as correntes da rede, além de senoidais, serão equilibradas. Análises matemáticas são realizadas de forma a obter o modelo matemático que representa o sistema físico do FAPP. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto para a obtenção dos ganhos dos controladores das malhas de corrente e de tensão do barramento CC. Resultados de simulação e experimentais são apresentados de forma a validar o desenvolvimento teórico realizado e avaliar o desempenho do FAPP. / This work deals with the study, design and digital implementation by means of digital signal processor (DSP) of a 4.5kVA three-phase shunt active power filter (SAPF), which is implemented by using three single-phase full-bridge converters sharing the same dc-bus voltage. The SAPF is applied to three-phase four-wire systems performing harmonic current suppression, reactive power compensation and load unbalance compensation. The main characteristics of the SAPF topology can be related: possibility of independent current control; low DC-link voltage; galvanic isolation between the SAPF and the grid utility; and possibility of modular implementation. The algorithms adopted for obtaining the current references are based on the synchronous reference frame (SRF) control method. They can be employed in single-phase systems by creating a fictitious three-phase system. Thereby, in a three-phase four-wire system, it is possible the controlling of each phase current independently. Two different operation strategies of the SAPF are implemented. In the first one, which is called Independent Phase-Current Control (IPCC), the SAPF performs harmonic current suppression and reactive power compensation. In this case, the source current will become sinusoidal although unbalanced. In the second strategy, besides acting in the harmonic current suppression and reactive power compensation, the SAPF performs Load Unbalance Compensation (LUnC). In this case, the source currents will become sinusoidal and balanced. Mathematical analyses are carried out in order to obtain the mathematical model which represents the physical system of the SAPF. Additionally, a design methodology is presented, which is used to obtain the controller gains of both current and dc-bus voltage loops. Simulation and experimental results will be presented in order to validate the presented theoretical development and evaluate the performance of the SAPF.

Descritores moleculares são essenciais em muitas aplicações de física e química computacional, como na análise de similaridade entre ligantes baseada em sua estrutura. Harmônicos esféricos têm sido utilizados como descritores da superfície molecular por serem uma forma compacta de descrição geométrica e por possuírem um descritor invariante por rotação. Assim, este trabalho propõe um método de análise de similaridade estrutural entre ligantes no qual se modela a superfície de uma molécula através de uma expansão em harmônicos esféricos realizada pelo programa LIRA. Os coeficientes encontrados são utilizados para percorrer o banco de dados DUD-E, com descritores previamente calculados, utilizando Distância Euclidiana e diversos valores de corte para selecionar compostos mais semelhantes. O potencial do método é avaliado usando o Ultrafast Shape Recognition (USR) como método padrão, pelo fato de ser uma excelente e rápida métrica para análise da similaridade de ligantes. Foram selecionadas 50 moléculas de diferentes tamanhos e composição de forma a representar todos os grupos moleculares presentes na DUD-E. Em seguida, cada molécula foi submetida à busca de similares variando-se valores de corte para o LIRA em que o conjunto de moléculas selecionadas foi comparado com as selecionadas pelo USR através de um processo de classificação binária e criação e interpretação de curvas ROC. Além do benchmarking, foi realizada a análise das componentes principais para determinar quais descritores são os mais importantes e carregam as melhores informações utilizadas na descrição da superfície da molécula. A partir das componentes principais, foi realizado um estudo do uso de funções peso, associando mais importância aos descritores adequados, e a redução da dimensionalidade do banco de dados, seleção de um novo conjunto de autovetores que formam as bases do espaço vetorial e uma nova descrição das moléculas para o novo espaço, no qual cada variação foi avaliada através de um novo benchmarking. O LIRA se mostrou tão rápido quanto o USR e apresentou grande potencial de seleção de moléculas similares, para a maioria das moléculas testadas, pois as curvas ROC apresentaram pontos acima da linha do aleatório. Tanto a redução da dimensionalidade quanto o uso de funções de ponderação agregaram valor à métrica deixando-a mais veloz, no caso da redução da quantidade de descritores, e seletiva, em ambos os casos. Dessa forma, o método proposto se mostrou eficiente em mensurar a similaridade entre ligantes de forma seletiva e rápida utilizando somente informações a respeito da superfície molecular. / Molecular descriptors are essential for many applications in computational chemistry and physics, such as ligand-based similarity searching. Spherical harmonics have previously been suggested as comprehensive descriptors of molecular structure due to their properties, orthonormality and rotationally invariant. Here we proposed a ligand similarity analysis method where molecule\'s surface is modeled by an expansion in Spherical Harmonics, called LIRA, whose coefficient are used to perform a search in DUD-E database, with all descriptors previously calculated, measured by Euclidian Distance and different cutoff\'s values to select similar compounds. Method\'s potential is evaluated against Ultrafast Shape Recognition (USR), due to it is an excellent a fast metric to ligand similarity analysis, in a benchmarking. Fifty molecules are selected varying chemical composition and size to represent all molecular groups of DUD-E. After that, which one was submitted in a search with different values of cutoff for LIRA and the subset selected was compared with the ones selected by USR through binary classification and ROC curves analysis. Beyond benchmarking, it was performed a principal component analysis to identify which are the most valuable coefficient for shape description. Using principal components two other studies are made, weight functions are applied to descriptors, providing more value for those carry more information, and dimensionality reduction, where a subset of eigenvectors are select to form the new basis of the vector space and the new molecule\'s description was made in the new space, which variation was tested in a new benchmarking. Lira showed to be as fast as USR and a big potential to select similar molecules, for the majority of the molecules tested, because ROC curves had points over the random line. Dimensionality reduction and weight functions improved LIRA results raising velocity, due to the use of less descriptors to model molecule\'s surface, and the selection power, for both cases. In summary, the proposed method showed to be an efficient and fast tool for measure similarity between ligands based in molecular shape.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-11-08T17:40:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Moraes_ABNT.pdf: 5928696 bytes, checksum: ffd79ada8f98120795b81b1c40caf20d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T17:40:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Moraes_ABNT.pdf: 5928696 bytes, checksum: ffd79ada8f98120795b81b1c40caf20d (MD5) Previous issue date: 2015-10-29 / Cnpq / Quando comparados aos retificadores tradicionais a diodo ou tiristor, os retificadores PWM têm algumas vantagens como corrente de entrada senoidal, filtro capacitivo pequeno e fator de potência controlado. No entanto, esses conversores são sensíveis a tensões desbalanceadas e transitórios de tensão. Problemas que ocorrem frequentemente em sistemas de potência trifásicos devido a cargas desbalanceadas e faltas no sistema elétrico. Sob essas condições, alguns problemas como; ripple na tensão o barramento CC e presença de harmônicos na correntes da rede podem ser evidenciados. Assim, para manter a tensão do barramento CC constante sem injetar mais correntes harmônicas na rede, surgem duas opções básicas. A primeira é a utilização de grandes filtros capacitivos para atenuar o ripple de tensão, com a possibilidade de ressonância no sistema, além do aumento dos custos e tamanho do retificador tradicional. A segunda alternativa, na qual desenvolve-se o trabalho, é a utilização de uma estratégia de controle, durante faltas no sistema. O trabalho realiza uma análise comparativa de três estratégias de controle. / When compared to traditional thyristor or diode rectifiers, the rectifiers PWM have some advantages like sinusoidal input current, small capacitive filter and power factor control. However, such converters are susceptible tensions unbalanced and transient voltage. Problems that often occur in systems three-phase power due to unbalanced loads and faults in the electrical system. Under these conditions, some problems like; ripple on the DC bus voltage and the presence of harmonic currents in the network can be evidenced. Thus, to maintain tension the constant DC bus without injecting more harmonic currents in the network, there are two basic options. The first is the use of large capacitive filters to attenuate the ripple voltage, with the possibility of resonance in the system, and increased costs and size of traditional rectifier. The second alternative, which develops in the work, is the use of a control strategy during system faults. The work carries a comparative analysis of three control strategies

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 04131.pdf: 2671874 bytes, checksum: f1aecab51efb7083cb98abad64e8c2ba (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Neste trabalho estudaremos subconjuntos especiais da esfera unitária Sm-1 de Rm, m 2, comumente chamados na literatura de designs esféricos. Os objetivos principais são analisar várias equivalências para o conceito, suas conexões com ambos, rotações sobre Sm?1 e mergulhos em esferas de dimensão superior, e resultados sobre a cardinalidade dos designs esféricos / In this work we will study specials subsets of the unitary sphere Sm-1 of Rm, m 2, usually called in literature spherical designs. The main objectives are to analyze many equivalences for the concept, its connections with both, rotations on Sm?1 and embedded in spheres of higher dimension, and results on the cardinality of spherical designs