Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5616_1.pdf: 1821861 bytes, checksum: db782c77f5cdfb78835512d49e7f6892 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Com a sociedade globalizada e a evolução da informática, o conceito de horário comercial não é mais simples. Transações bancárias, negociações na bolsa de valores e compras pelo computador ocorrem em qualquer horário e as empresas precisam garantir a disponibilidade de seus serviços sempre. Para garantir o fornecimento ininterrupto de energia para estes sistemas de informações são utilizados grupos motorgerador (GMG) e uninterruptible power supply (UPS). Quando há dificuldade de acoplamento entre os dois equipamentos, na prática, os projetistas superdimensionam o GMG em relação ao UPS sem embasamento teórico para esta ação. Este estudo propõe apresentar a correlação entre os dados de placa desses equipamentos e o distúrbio de tensão entre eles para proporcionar uma maior segurança no dimensionamento de sistemas com UPS e GMG. A metodologia desse estudo propõe o uso de Redes Neurais Artificiais (RNA s) para descrever esta correlação e transformada wavelet para destacar os distúrbios medidos e auxiliar na convergência da RNA em seu treinamento. Os resultados obtidos com as redes desenvolvidas neste trabalho sugerem que o menor distúrbio no sinal, obtido devido ao acoplamento de UPS e GMG, ocorrerá se as potências dos equipamentos (dados de placa) forem próximas, independente do nível de carregamento do sistema. À medida que esta relação se distancia do valor unitário, a perturbação aumenta e um UPS com potência menor que o GMG contribui mais com a distorção do sinal do que ao contrário

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Motor generator sets are widely used to generate electricity in case of grid failure or to supply part of the demand for commercial and industrial consumers. The vast majority of motor generator sets work with constant speed proportional to the grid frequency or to the frequency that is imposed on the load. As a consequence, the motor operates at a speed that does not always correspond to the speed that provides the lowest fuel consumption and/or lower emissions. Aiming to promote degrees of freedom to optimize the performance of motor generator sets, this dissertation describes a control and supervision method for motor generator sets with variable speed where the internal combustion motor is not directly linked to grid frequency. For this, a method of control and supervision for the converters which are inserted between the generator and the grid is developed in details. Finally, simulation and experimental results are presented to demonstrate the performance of the proposed method. / Grupos motores geradores são largamente utilizados para a geração de energia elétrica em caso de falta na rede ou para suprir parte da demanda dos consumidores comerciais e industriais. Na sua grande maioria, grupos motores geradores trabalham com velocidade constante proporcional à frequência da rede ou à frequência que está sendo imposta à carga. Desta forma, o motor opera a uma velocidade que nem sempre corresponde à velocidade que proporciona o menor consumo de combustível e/ou menor emissões de gases poluentes. Visando promover graus de liberdade para otimizar o desempenho de grupos motores geradores, esta dissertação descreve um sistema de controle e supervisão para grupos motores geradores que operam em velocidade variável onde a rotação do motor de combustão interna não está diretamente vinculada com a frequência da rede. Para tanto, propõe-se a utilização e desenvolve-se em detalhes um método de controle e supervisão para os conversores que são inseridos entre o gerador e a rede. Por fim, são apresentados resultados de simulação e experimentais que comprovam o desempenho do método proposto.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe_F_Klajn.pdf: 2683541 bytes, checksum: 0af15ef4ad0f8ff5cdbd67bc79b87c2b (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for alternatives to reduce diesel within the national energy matrix, particularly within the transport sector, has been studied and carried out in a gradual manner with partial insertions of biodiesel to diesel. This binary mixture, however, can be improved by the addition of ethyl alcohol (ethanol), which contain oxygen atoms in its structure and may be able to promote more efficient burning and to reduce exhaust emissions, both sulfur and non-sulfur. This work aimed to evaluate the energy performance of an engine-generator set working with diesel-biodiesel blends and diesel-biodiesel-ethanol, compared with the diesel type "A", i.e, diesel without the addition of biodiesel, as well as physicochemical characteristics of each treatment. The diesel-biodiesel mixtures were based on the currently marketed formulation (B7) and projections provided by the Senate Bill 613/2015 and Resolution No. 3/2015 CNPE for captive consumers or road fleets, ie, B10, B15 and B20. Each binary mixture this has undergone additions of anhydrous ethanol (99.6% p / p) to 1%, 5%, 10% and 15%. The treatments were subjected to 5 resistive loads of 1, 2, 3, 4 and 5 kW in triplicate. The set of data collected, analyzed the density, viscosity, calorific value, specific consumption (CE), energy efficiency (EE) and SO2 emissions. The density and viscosity of the mixtures were close to the diesel and within the specifications of the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP). The calorific value decreased as the biofuel incorporated into the diesel grew. The best specific fuel consumption was observed in absolute terms at a load of 5 kW for B15E1 with 327.1 g kW-1 h-1followed by B10E1 (330.1 g kW-1 h-1) and diesel (g kW-1 h-1). The ternary mixture composed by adding 1% ethanol did not differ statistically from diesel-biodiesel blends for all applied loads. The greatest EE of 27.15% was observed at the load of 4 kW, to B10E15 mixture. The B15E1 mixtures, B20E1 and B20E0 were more efficient than diesel for all applied loads. The lowest emission of SO2 was 5 kW for the load B10E0 with 397.66 ppm, while the highest was in load of 1 kW for B15E15 with 3391.67 ppm. / A busca de alternativas para a diminuição do uso de diesel dentro da matriz energética nacional, principalmente dentro do setor de transportes, tem sido estudada e realizada de modo gradativo com inserções parciais de biodiesel ao diesel. Esta mistura binária, entretanto, pode ser melhorada com a adição de álcool etílico (etanol), que por conter átomos de oxigênio em sua estrutura pode ser capaz de promover uma queima mais eficiente e reduzir as emissões gasosas, tanto sulfuradas quanto não sulfuradas. Assim, este trabalho buscou avaliar o desempenho energético de um conjunto motor-gerador trabalhando com misturas diesel-biodiesel e diesel-biodiesel-etanol, comparando com o diesel tipo A , isto é, diesel sem a adição de biodiesel, bem como características físico-químicas de cada tratamento. As misturas diesel-biodiesel tiveram como base a formulação atualmente comercializada (B7) e projeções previstas pelo Projeto de Lei do Senado 613/2015 e Resolução CNPE nº 3/2015 para frotas cativas ou consumidores rodoviários, isto é, B10, B15 e B20. Cada mistura binária desta sofreu adições de etanol anidro (99,6% p/p) a 1%, 5%, 10% e 15%. Os tratamentos foram submetidos a 5 cargas resistivas de 1, 2, 3, 4 e 5 kW, em triplicata. Do conjunto de dados colhidos, foram analisados a densidade, viscosidade, poder calorífico superior e inferior, consumo específico (CE), eficiência energética (EE) e as emissões de SO2. A densidade e viscosidade das misturas ficaram próximas ao diesel e dentro das especificações da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). O poder calorífico inferior diminuiu a medida que o teor de biocombustíveis incorporados ao diesel cresceu. O melhor consumo específico em termos absolutos foi verificado na carga de 5 kW, para B15E1, com 327,1 g kW-1 h-1 seguido de B10E1 (330,1 g kW-1 h-1) e do diesel (334,7 g kW-1 h-1). As misturas ternárias compostas pela adição de 1% de etanol não diferiram estatisticamente das misturas diesel-biodiesel para todas as cargas aplicadas. A maior EE verificada foi de 27,15%, na carga de 4 kW, para a mistura B10E15. As misturas B15E1, B20E1 e B20E0 foram mais eficientes que o diesel para todas as cargas aplicadas. A menor emissão de SO2 foi verificada na carga de 5 kW para a mistura B10E0, com 397,66 ppm, enquanto a maior foi na carga de 1 kW, para B15E15, com 3391,67 ppm.

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.

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.

This work presents contributions to the modeling, control and management of an hybrid uninterrupted power supply (UPS) based on Otto cycle power generator set and lead acid battery bank. The proposed configuration is called hybrid due to the presence of two energy storage elements: i) the fuel fed the Otto cycle internal combustion engine (ICE) of the generator set and ii) a lead acid battery bank, which can be recharged from the grid or from the generator. With the hybridization it is possible to add up the advantages of UPS’s such as uninterrupted power supply and high output energy quality with the advantages of power generator sets, such as high autonomy and lower installation cost for high autonomy. In addition, with the hybrid topology it is possible to explore degrees of freedom that do not exist in the independent configurations, such as: i) variable speed operation and ii) start-stop operation of the MCI in order to reduce consumption/ emissions in lower loads, (iii) use of Otto cycle engine with lower cost in relation to a Diesel ICE. The hybrid UPS is composed of an Otto cycle internal combustion engine (ICE), a three-phase/three-wire rectifier, which can be connected via contactors to the grid, or to the permanent magnet synchronous generator (PMSG), a battery bank connected to the DC bus through a bi-directional boost converter, and a three-phase/four-wire inverter at the output. Experimental results are provided indicating that variable speed operation can achieve a reduction of up to 32% in specific fuel consumption, depending on the load range. For start-stop operation, the reduction in specific fuel consumption can reach up to 39%, depending on the load range. / Este trabalho apresenta contribuições a modelagem, controle e gerenciamento de uma fonte ininterrupta de energia (UPS) híbrida baseada em grupo motor ciclo Otto e bateria chumbo ácido. A configuração proposta é denominada híbrida devido a presença de dois armazenadores de energia: i) o combustível para alimentar o motor a combustão interna (MCI) ciclo Otto do grupo motor gerador e ii) um banco de baterias chumbo ácido, a qual pode ser recarregado pela rede ou pelo gerador. Com a hibridização é possível agregar as vantagens das UPSs tais como, ininterruptibilidade de fornecimento de energia e alta qualidade de energia da tensão de saída, com as vantagens dos grupos motores geradores, tais como, elevada autonomia e menor custo de instalação para autonomias elevadas. Além disso, com a topologia híbrida é possível explorar graus de liberdade não existentes nas configurações independentes, tais como: i) utilização de velocidade variável e ii) operação em regime start-stop no MCI afim de reduzir consumo/emissões em baixas cargas, iii) utilização de motor ciclo Otto com menor custo em relação a um MCI Diesel. A UPS híbrida é composta por um motor a combustão interna (MCI), um retificador trifásico a três/quatro fios, o qual pode ser conectado através de contatoras à rede, ou ao gerador síncrono de ímãs permanente (PMSG), um banco de baterias conectado ao barramento através de um conversor boost bidirecional, e um inversor a quatro fios na saída. Resultados experimentais são apresentados indicando que a operação em velocidade variável pode alcançar um redução de até 32% no consumo específico de combustível, dependendo a faixa de carga. Já para a operação em regime start-stop a redução no consumo específico de combustível pode alcançar até 39%, dependendo da faixa de carga.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The subject of this work is to present a switched reluctance machine (SRM) driver capable to control the machine as a motor/generator, allowing the transition between the modes of operation while the machine is running. Six load voltage control strategies developed to be applied to a switched reluctance generator was performed, being that the strategies AV2, TBV, Hi and AMV was developed in this work. A SRM simulation able to represent the machine as a motor/generator was implemented and the results were presented. The load voltage strategies showed in this work was tested through simulations and the results indicate that the strategy called AV2 was the best one, providing a better utilization of the mechanical energy from the primary source. A prototype was assembled and the experimental results showed that the machine operating as a motor/generator operate properly and all the load voltage strategies developed to switched reluctance generator kept the voltage on the load near to the reference value confirming the functionality of the strategies. / Este trabalho tem como objetivo apresentar um acionamento capaz de controlar a máquina de relutância variável (MRV) como motor e como gerador, permitindo a transição de modos de operação com a máquina girando. Seis técnicas de controle de tensão na carga da máquina operando como gerador foram implementadas, sendo que as estratégias AV2, TBV, Hi e AMV foram desenvolvidas neste trabalho. Uma simulação da MRV capaz de representar a operação da máquina como motor/gerador foi desenvolvida e os resultados foram apresentados. As estratégias de controle de tensão na carga foram testadas através de simulação. Comparações entre as mesmas demonstraram que a estratégia AV2 é a que proporciona maior geração de energia elétrica, demonstrando a importância de se adicionar uma etapa de roda livre ao controle do GRV com malha fechada de tensão na carga. Um protótipo foi construído no laboratório utilizando DSP e resultados experimentais da máquina operando como motor/gerador, assim como resultados do GRV controlado pelas estratégias de controle de tensão na carga foram apresentados e discutidos. / Doutor em Ciências