Este trabalho tem como objetivo investigar a máquina de indução funcionando como gerador. Para isso, são pesquisadas as normas e requisitos para operação interligada à rede de distribuição até o presente momento. Os parâmetros elétricos referente ao circuito equivalente monofásico da máquina de indução de 15 kW, pertencente a um grupo gerador a biogás, são levantados, realizando-se uma caracterização e modelamento destes parâmetros. Os resultados teóricos obtidos têm o intuito de predizer o comportamento das grandezas elétricas quando o grupo gerador operar em condições nominais, interligado a rede de distribuição. Também, estes resultados teóricos são comparados com valores medidos em ensaios de campo utilizando um motor CC de 10 kW como máquina primária. / This study aims at investigate the induction machine operating as a generator. For this, we researched the standards and requirements for the operation connected to the distribution grid to the present date. The electrical parameters concerning the equivalent circuit per phase of a 15 kW induction machine are raised, this machine is part of a small biogas plant. An appropriate characterization and modeling of these parameters are realized and the theoretical results obtained are intended to predict the behavior of electrical units when the generator is placed at nominal operation. Also, these theoretical results are compared with experimental measurements using a 10 kW DC motor as primary mover.

Comumente, as máquinas de indução são projetadas para atuarem como motores. Assim, a presente tese objetiva estudar, analisar e construir um protótipo de máquina de indução concebida para atuar, exclusivamente, como gerador de indução, ou seja, impulsionada acima da velocidade síncrona. As características operacionais ideais em regime permanente são elaboradas intentando diretrizes de projeto. Concomitantemente, o estudo apresenta e investiga modelagens analíticas obtidas por parâmetros concentrados e, também, modelagens numéricas realizadas pelo método dos elementos finitos. Para isto, um gerador de indução trifásico de 2,2 kW tem o rotor do tipo gaiola de esquilo com ranhuras assimétricas projetado e prototipado. O protótipo do gerador de indução visa melhores características de desempenho como o fator de potência e menores perdas, por exemplo, que uma máquina de indução de mesma potência projetada para atuar como motor, mas funcionando como gerador interligado à rede em regime permanente. Os resultados analíticos, numéricos e experimentais em regime permanente do protótipo do gerador de indução e de um motor de indução de mesma potência, mas funcionando como gerador interligado à rede, são apresentados e comparados. Os resultados experimentais obtidos mostram valores nominais de 0,77 e 83,04% de fator de potência e rendimento, respectivamente, para o funcionamento da máquina convencional no ponto de operação próximo ao valor de corrente nominal. Para a máquina de indução projetada como gerador, os valores nominais de 0,82 e 81,35% de fator de potência e rendimento, respectivamente, foram obtidos no ponto de operação próximo ao valor de corrente nominal. / Commonly, induction machines are designed to act as motors. Thus, the present thesis aims to study, analyze and build a prototype of an induction machine designed to work exclusively as induction generator, i.e. driven above synchronous speed. The optimal steady state operating characteristics are elaborated by bringing design guidelines. Concomitantly, this study investigates and presents analytical modeling obtained by lumped parameters and also numerical modeling carried out by the finite element method. Thus, a three-phase squirrel cage induction generator of 2.2 kW with asymmetric rotor slots has designed and prototyped. The prototype of the induction generator aims best performance characteristics such as power factor, for example, than an induction machine of the same power designed to act as a motor, but functioning as generator parallel with the grid. Analytical, numerical and experimental results in steady state operation of the induction generator prototype and of an induction motor of the same power, but functioning as generator parallel with the grid, are presented and compared. The experimental results show nominal values 0.77 and 83.04% of power factor and efficiency, respectively, for the conventional machine in the operating point close to the value of rated current. For the induction machine designed as a generator, the nominal values 0.82 and 81.35% of power factor and efficiency, respectively, were obtained in the operating point close to the value of rated current.

[pt] O gás natural é comprimido para pressões elevadas para que possa ser transportado pelo gasoduto e distribuído aos clientes em pressões mais baixas, através de sua redução em válvulas de controle, num processo adiabático. A termodinâmica mostra que o mesmo estado de saída do gás natural poderia ser conseguido se as válvulas de controle puderem ser substituídas por expansores, gerando trabalho e, portanto, energia elétrica, e com transferência de calor obtida através da queima de combustível, que no caso é o próprio gás natural, para que sua temperatura permaneça a mesma. O investimento nos equipamentos desta substituição é pago num determinado tempo, função da economia líquida de operação, resultante da diferença entre o beneficio econômico da energia elétrica gerada e o custo operacional da queima do combustível. Para a realização deste trabalho, um programa de cálculo HYSYS foi usado para quantificar o trabalho produzido e o calor necessário, a partir do registro de dados diários de 34 estações de redução de pressão operadas pela TRANSPETRO. Foram levantadas as características técnicas dos diferentes expansores existentes no mercado. Como resultado desta dissertação é apresentado um procedimento que serve para verificar a viabilidade da utilização de expansores em estações de redução de pressão da TRANSPETRO. A dissertação é, portanto, classificada como uma análise termo-econômica para determinação da viabilidade da utilização destes sistemas em instalações operadas pela TRANSPETRO, uma vez que eles já são utilizados em outras partes do mundo. Os resultados têm um impacto direto nos custos operacionais dos gasodutos. / [en] The natural gas is compressed to high pressures in order to be transported in the gas pipeline and delivered to the clients at lower pressures, using pressure reduction control valves in an adiabatic process. It can be shown that the same natural gas thermodynamic output state is achieved if the control valves can be substituted by expanders, producing work and, therefore, electric energy, with heat transfer from natural gas burning, so that the output temperature remains the same. The payback of the needed investment in equipments is a function of the operational net saving, which is equal to the difference between the economical benefit of produced electric energy and the operational cost of the fuel burning. All the necessary calculations were made with the HYSYS software used to quantify the produced work and the needed heat transfer, from available daily values of temperature, pressure and gas flow rate for 34 pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. The technical characteristics of the different expanders in the market were used to calculate the produced work and thermal energy. This dissertation presents a procedure which is useful to verify the feasibility of the utilization of expanders in pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. This dissertation is, therefore, classified as a thermoeconomical analysis to determine the feasibility of the utilization of expanders in TRANSPETRO facilities, as they are used in other parts of the world. The results have a direct impact on the operational costs of the gas pipelines.

Este trabalho tem como objetivo investigar a máquina de indução funcionando como gerador. Para isso, são pesquisadas as normas e requisitos para operação interligada à rede de distribuição até o presente momento. Os parâmetros elétricos referente ao circuito equivalente monofásico da máquina de indução de 15 kW, pertencente a um grupo gerador a biogás, são levantados, realizando-se uma caracterização e modelamento destes parâmetros. Os resultados teóricos obtidos têm o intuito de predizer o comportamento das grandezas elétricas quando o grupo gerador operar em condições nominais, interligado a rede de distribuição. Também, estes resultados teóricos são comparados com valores medidos em ensaios de campo utilizando um motor CC de 10 kW como máquina primária. / This study aims at investigate the induction machine operating as a generator. For this, we researched the standards and requirements for the operation connected to the distribution grid to the present date. The electrical parameters concerning the equivalent circuit per phase of a 15 kW induction machine are raised, this machine is part of a small biogas plant. An appropriate characterization and modeling of these parameters are realized and the theoretical results obtained are intended to predict the behavior of electrical units when the generator is placed at nominal operation. Also, these theoretical results are compared with experimental measurements using a 10 kW DC motor as primary mover.

abstract: Electric power system security assessment is one of the most important requirements for operational and resource planning of the bulk power system ensuring safe operation of the power system for all credible contingencies. This deterministic approach usually provides a conservative criterion and can result in expensive bulk system expansion plans or conservative operating limits. Furthermore, with increased penetration of converter-based renewable generation in the electric grid, the dynamics of the grid are changing. In addition, the variability and intermittency associated with the renewable energy sources introduce uncertainty in the electricity grid. Since security margins have direct economic impact on the utilities; more clarity is required regarding the basis on which security decisions are made. The main objective of this work is to provide an approach for risk-based security assessment (RBSA) to define dynamic reliability standards in future electricity grids. RBSA provides a measure of the security of the power system that combines both the likelihood and the consequence of an event. A novel approach to estimate the impact of transient stability is presented by modeling several important protection systems within the transient stability analysis. A robust operational metric to quantify the impact of transient instability event is proposed that incorporates the effort required to stabilize any transiently unstable event. The effect of converter-interfaced renewable energy injection on system reliability is investigated us-ing RBSA. A robust RBSA diagnostics tool is developed which provides an interactive user interface where the RBSA results and contingency ranking reports can be explored and compared based on specific user inputs without executing time domain simulations or risk calculations, hence providing a fast and robust approach for handling large time domain simulation and risk assessment data. The results show that RBSA can be used effectively in system planning to select security limits. Comparison of RBSA with deterministic methods show that RBSA not only provides less conservative results, it also illustrates the bases on which such security decisions are made. RBSA helps in identifying critical aspects of system reliability that is not possible using the deterministic reliability techniques. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017

abstract: The uncertainty and variability associated with stochastic resources, such as wind and solar, coupled with the stringent reliability requirements and constantly changing system operating conditions (e.g., generator and transmission outages) introduce new challenges to power systems. Contemporary approaches to model reserve requirements within the conventional security-constrained unit commitment (SCUC) models may not be satisfactory with increasing penetration levels of stochastic resources; such conventional models pro-cure reserves in accordance with deterministic criteria whose deliverability, in the event of an uncertain realization, is not guaranteed. Smart, well-designed reserve policies are needed to assist system operators in maintaining reliability at least cost. Contemporary market models do not satisfy the minimum stipulated N-1 mandate for generator contingencies adequately. This research enhances the traditional market practices to handle generator contingencies more appropriately. In addition, this research employs stochastic optimization that leverages statistical information of an ensemble of uncertain scenarios and data analytics-based algorithms to design and develop cohesive reserve policies. The proposed approaches modify the classical SCUC problem to include reserve policies that aim to preemptively anticipate post-contingency congestion patterns and account for resource uncertainty, simultaneously. The hypothesis is to integrate data-mining, reserve requirement determination, and stochastic optimization in a holistic manner without compromising on efficiency, performance, and scalability. The enhanced reserve procurement policies use contingency-based response sets and post-contingency transmission constraints to appropriately predict the influence of recourse actions, i.e., nodal reserve deployment, on critical transmission elements. This research improves the conventional deterministic models, including reserve scheduling decisions, and facilitates the transition to stochastic models by addressing the reserve allocation issue. The performance of the enhanced SCUC model is compared against con-temporary deterministic models and a stochastic unit commitment model. Numerical results are based on the IEEE 118-bus and the 2383-bus Polish test systems. Test results illustrate that the proposed reserve models consistently outperform the benchmark reserve policies by improving the market efficiency and enhancing the reliability of the market solution at reduced costs while maintaining scalability and market transparency. The proposed approaches require fewer ISO discretionary adjustments and can be employed by present-day solvers with minimal disruption to existing market procedures. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2018

Submitted by Wallace Gabriel de Souza (wgs.gabriel@hotmail.com) on 2018-07-16T16:35:11Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_wgs.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e as simulações computacionais de um inversor fotovoltaico de 2,0 kVA para o controle da potência reativa na rede de distribuição, de modo que haja compensação ativa do fator de potência e aumento da qualidade da energia no local da instalação da planta. Para atingir este objetivo, por meio do ambiente de desenvolvimento do MATLAB/Simulink®, o controle da potência ativa foi realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, por meio do equilíbrio do potencial do barramento CC (proveniente do gerador fotovoltaico). A potência reativa, por sua vez, foi ajustada pela amplitude da tensão do ponto de acoplamento de uma carga local. Além disto, utilizaram-se controladores proporcionais-ressonantes nas malhas de tensão e corrente do conversor trifásico, com finalidade de mitigar as correntes harmônicas de cargas não-lineares que podem depreciar o fator de potência. Foi implementado, também, um conversor CC-CC isolado full-bridge do tipo boost com potência nominal de 1,8 kW, responsável por rastrear o ponto de máxima potência dos módulos fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram a avaliação do desempenho dos controladores e a observação da conservação, pelo inversor, do fator de potência da rede próximo da unidade para situações com variações acentuadas da carga e da irradiação solar, bem como para os casos com a presença de cargas não-lineares no sistema. Com isso, o perfil de tensão entregue à carga é aproximadamente senoidal, com baixa distorção harmônica. / This dissertation presents the development and computational simulations of a 2.0 kVA photovoltaic inverter for the control of the reactive power in the distribution network, so that there is active power factor compensation and an increase in the quality of the energy at the installation site plant. In order to reach this objective, the MATLAB/Simulink® development environment was used to control the active power by adjusting the angle between the grid voltage and the voltage generated by the inverter, by means of the potential balance of the DC (from the photovoltaic generator). The reactive power, in turn, was adjusted by the amplitude of the voltage of the coupling point of a local load. In addition, resonant-proportional controllers were used in the voltage and current loops of the three-phase converter, in order to mitigate the harmonic currents of non-linear loads that may depreciate the power factor. A full-bridge, full-bridge boost converter with nominal power of 1.8 kW was also implemented, responsible for tracking the maximum power point of the photovoltaic modules. The results obtained allowed the evaluation of the performance of the controllers and the observation of the conservation by the inverter of the power factor of the network close to the unit for situations with marked variations of the load and the solar irradiation, as well as for the cases with the presence of loads in the system. Thus, the voltage profile delivered to the load is approximately sinusoidal, with low harmonic distortion. / 2016/03734-3

Submitted by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-05T15:02:58Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2263650 bytes, checksum: 4d60464c07f78fb9c03a13252617e730 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-05T15:02:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2263650 bytes, checksum: 4d60464c07f78fb9c03a13252617e730 (MD5) Previous issue date: 2015-07-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work to characterize a thermoelectric device as a electrical power generator. For this propose, a thermoelectric cell was submit to different temperature profiles on his faces. The application of heat on the device was made through a feeded back controled structure with cascade Peltier cells, temperature sensors and current circuit drivers. The execution and the monitoring of this was made by an interface of acquisition and data control connected to the computer and managed by a software dedicated to this application. With this experiments was observed the electrical voltage response from the thermoelectric device in relation to temperatures applied to his faces. Also was inserted a resistive charge for behavior analysis of the electrical power provided by the device. Among the obtained results, stand out the variation of the Seebeck coefficient when the average of work’s temperature changes. The power provided by the thermoelectric device setted as generator comes to 95 mW when submitted to a temperature difference ((ΔT) in 40 ºC. The power and current curves are showed in relation to the voltage generated by the device. / Este trabalho caracteriza um dispositivo termoelétrico como gerador de energia elétrica. Para tal propósito, uma célula termoelétrica foi submetida a diferentes perfis de temperatura em suas faces.A aplicação de calor no dispositivo foi feita através de uma estrutura de controle retroalimentada composta por células de Peltier em cascata,sensores de temperatura e circuitos condicionadores de corrente. A execução e o monitoramento do sistema foram feitos através de uma interface de aquisição e controle de dados, conectada a um computador e gerenciada por um software dedicado a aplicação. Com estes experimentos foi observada a resposta da tensão elétrica do dispositivo termoelétrico em relação às temperaturas aplicadas em suas faces. Também foi inserida uma carga resistiva para analise do comportamento da potência elétrica fornecida pelo dispositivo. Dentre os resultados obtidos, destaca-se a variação do coeficiente de Seebeck quando é variada a temperatura média de trabalho. A potência fornecida pelo dispositivo termoelétrico configurado como gerador chega a 95 mW quando submetido a uma diferença de temperatura (ΔT) de 40 ºC.A curva de potência e corrente elétrica são apresentadas em relação à tensão gerada pelo dispositivo.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Sylvia Helena Pinto Chagas Leite null (sylvia.leite@gmail.com) on 2016-07-27T18:21:44Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Sylvia.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-07-29T13:28:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leite_shp_me_guara.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-29T13:28:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leite_shp_me_guara.pdf: 2113082 bytes, checksum: a08b09139550c5b37337fa12a062f1d4 (MD5) Previous issue date: 2016-07-04 / Um dos grandes problemas existentes ainda no mundo diz respeito ao destino dado ao esgotamento doméstico, tanto do ponto de vista ambiental quanto do ponto de vista de planejamento de cidades. Diversas formas de aproveitamento dos resíduos de esgoto podem ser propostas, seja na forma de energia, seja na forma de produção de algum recurso ou matéria prima, tais como biogás, nutrientes, biocombustíveis, bioplásticos, biopesticidas, dentre outros. As tecnologias usualmente empregadas para o aproveitamento energético de resíduos de esgoto são as turbinas, microturbinas e motores adaptados ao uso de biogás. O presente estudo tem por objetivos modelar ciclos térmicos de geração termelétrica e de cogeração movidos por biogás derivado do tratamento de esgotos a partir de levantamento tecnológico, avaliar o custo dos produtos energéticos gerados pelas centrais térmicas analisadas, bem como o potencial de aplicação das centrais geradoras de energia em diferentes escalas de capacidade, visando a maior sustentabilidade energética de cidades. A modelagem é feita com base em dados de três municípios com aproximadamente 10 mil, 100 mil e um milhão de habitantes e são feitas análises para o cenário atual, com análise de sensibilidade ao preço de compra e venda de energia elétrica e à taxa de juros, além de analisar alternativas utilizando comercialização de créditos de carbono, cargas parciais e biogás de aterro sanitário em conjunto com o biogás de esgoto. Como resultado tem-se que em nenhuma análise houve geração de energia para a cidade de 10 mil habitantes e que nas cidades de 100 mil e um milhão de habitantes a energia gerada não supre as necessidades da estação de tratamento de esgotos, resultando na compra de energia da concessionária. / One of the still big problems in the world with regard to the destination of the domestic sewage from an environmental point of view and from the point of view of city planning. Various forms of utilization of sewage waste can be brought, either in the form of energy production is in the form of a resource or raw material, such as biogas, nutrients, biofuels, bioplastics, biopesticides, among others. The technologies usually employed for energy recovery of waste sewage are the turbines, engines and micro turbines adapted to the use of biogas. This study aims to model thermal cycles of thermal generation and cogeneration fueled by biogas derived from sewage treatment from technological survey, assess the cost of energy products generated by the analyzed thermal power plants, as well as the application potential of central power generating capacity at different levels, aimed at greater energy sustainability of cities. The modeling is based on three municipalities data with approximately 10.000, 100.000 and 1 million people and analyzes are made to the current situation, with sensitivity analysis to the purchase and sale price of electricity and interest rate, and analyzing alternatives using the trading of carbon credits, partial loads and landfill biogas with biogas sewage. As a result it has been that in any analysis was generating power to the city of 10.000 inhabitants and in cities of 100.000 and 1 million inhabitants the energy generated does not meet the needs of the sewage treatment plant, resulting in the purchase of utility power.