A presente tese busca desenvolver uma metodologia para o gerenciamento e controle de uma geração distribuída que utiliza como fonte principal células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). A finalidade do trabalho consiste em analisar, controlar e gerenciar a operação da célula a combustível (CaC) nas operações ilhada e conectada em relação à rede de distribuição. Nos primeiros capítulos do texto é elaborada uma revisão acerca do princípio de funcionamento e do modelo da CaC. Após este estágio inicial, são analisadas e modeladas as estruturas dos estágios CC e CA que compõem a geração distribuída. Para o modo conectado é desenvolvida uma estratégia para o controle da tensão do link CC que, a partir da regulação da corrente do estágio CA, permite o gerenciamento da potência fornecida pela CaC. Sequencialmente ao texto e com a adição do estágio de armazenamento de energia, é apresentada uma proposta que vincula a dinâmica da CaC com a estrutura de gerenciamento do estágio CC e CA. Esse fato garante que a alteração do ponto de operação da CaC seja descrito conforme uma dinâmica predeterminada, garantindo assim que transitórios não sejam absorvidos pela CaC. Como parte final da tese, é desenvolvida uma estratégia para a inicialização da CaC, a qual associa o próprio comportamento da célula e o estágio de armazenamento de energia. Os resultados apresentados ao longo do texto mostram que as estruturas propostas tornam a CaC menos sensível a transitórios de carga, além de serem capazes de deslocar (gerenciar) o ponto de operação da célula. Ao final de cada capítulo, são apresentados resultados experimentais e de simulações que auxiliam o entendimento e suportam as propostas do trabalho. / This thesis proposes a methodology for management and control of distributed generation with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) as the main source. Additionally, the analysis of performance is used when the PEM fuel cell operates in two different operation modes, i.e. in grid-connected and stand-alone modes. In the first chapters, a review of main features and a mathematical model of fuel cells are presented. Sequentially, the theoretical models of the DC- and AC-power converters are analyzed. For grid-connected operation mode, a strategy based on the DC-link voltage control is proposed via current regulation of the AC stage affording thus the management of the power produced by the fuel cell. Additionally, with the use of the storage devices, a proposal that associates the dynamics of the PEM fuel cell with the DC and AC stages is shown. This fact ensures that the movement of the fuel cell operating point is described within a predetermined dynamic, ensuring that transients are not absorbed by the fuel cell. Finally, a strategy for the startup of fuel cell in association with the energy storage stage is developed. The results show that the proposed structures makes the cell less sensitive to the load transient, in order to move (manage) the fuel cell operating point. At the end of each chapter, experimental and simulation results are presented to support the proposed approach.

A presente tese busca desenvolver uma metodologia para o gerenciamento e controle de uma geração distribuída que utiliza como fonte principal células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). A finalidade do trabalho consiste em analisar, controlar e gerenciar a operação da célula a combustível (CaC) nas operações ilhada e conectada em relação à rede de distribuição. Nos primeiros capítulos do texto é elaborada uma revisão acerca do princípio de funcionamento e do modelo da CaC. Após este estágio inicial, são analisadas e modeladas as estruturas dos estágios CC e CA que compõem a geração distribuída. Para o modo conectado é desenvolvida uma estratégia para o controle da tensão do link CC que, a partir da regulação da corrente do estágio CA, permite o gerenciamento da potência fornecida pela CaC. Sequencialmente ao texto e com a adição do estágio de armazenamento de energia, é apresentada uma proposta que vincula a dinâmica da CaC com a estrutura de gerenciamento do estágio CC e CA. Esse fato garante que a alteração do ponto de operação da CaC seja descrito conforme uma dinâmica predeterminada, garantindo assim que transitórios não sejam absorvidos pela CaC. Como parte final da tese, é desenvolvida uma estratégia para a inicialização da CaC, a qual associa o próprio comportamento da célula e o estágio de armazenamento de energia. Os resultados apresentados ao longo do texto mostram que as estruturas propostas tornam a CaC menos sensível a transitórios de carga, além de serem capazes de deslocar (gerenciar) o ponto de operação da célula. Ao final de cada capítulo, são apresentados resultados experimentais e de simulações que auxiliam o entendimento e suportam as propostas do trabalho. / This thesis proposes a methodology for management and control of distributed generation with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) as the main source. Additionally, the analysis of performance is used when the PEM fuel cell operates in two different operation modes, i.e. in grid-connected and stand-alone modes. In the first chapters, a review of main features and a mathematical model of fuel cells are presented. Sequentially, the theoretical models of the DC- and AC-power converters are analyzed. For grid-connected operation mode, a strategy based on the DC-link voltage control is proposed via current regulation of the AC stage affording thus the management of the power produced by the fuel cell. Additionally, with the use of the storage devices, a proposal that associates the dynamics of the PEM fuel cell with the DC and AC stages is shown. This fact ensures that the movement of the fuel cell operating point is described within a predetermined dynamic, ensuring that transients are not absorbed by the fuel cell. Finally, a strategy for the startup of fuel cell in association with the energy storage stage is developed. The results show that the proposed structures makes the cell less sensitive to the load transient, in order to move (manage) the fuel cell operating point. At the end of each chapter, experimental and simulation results are presented to support the proposed approach.

Submitted by Dilene Paulo (dilene.fatima@ufcg.edu.br) on 2018-02-02T12:32:22Z No. of bitstreams: 1 ANTONIO CARLOS VIEIRA DE SOUZA – DISSERTAÇÃO PPGEE 2014.pdf: 9911123 bytes, checksum: 979643fcec25e78fa35aa4397666c409 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-02T12:32:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO CARLOS VIEIRA DE SOUZA – DISSERTAÇÃO PPGEE 2014.pdf: 9911123 bytes, checksum: 979643fcec25e78fa35aa4397666c409 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho visa a aplicação da metodologia Manutenção Centrada na Confiabilidade – MCC, através de um projeto piloto em uma unidade de manutenção de linhas de transmissão da Companhia Hidro Elétrica do São Francisco – Chesf. Devido às dificuldades da eliminação dos problemas da ocupação de faixa de linhas de transmissão, o objetivo desta aplicação é reduzir os riscos de acidentes com pessoas que ocupam estas áreas através da mudança nos processo da manutenção de linhas transmissão. Inicialmente é feita a apresentação dos componentes mais críticos das linhas de transmissão, sobre a ótica da segurança, e a identificação dos seus principais modos de falha, assim como, sobre as metodologias de manutenção de linhas de transmissão usadas atualmente. O processo de implantação é feito de forma sistemática e seguindo a estratégia clássica e sequenciada que é a seleção do sistema e coleta de informações, a análise de modos de falhas e efeitos, a seleção das funções significantes, e das atividades aplicáveis, a avaliação das atividades, em seguida é realizada a seleção das atividades para finalmente ser definida a periodicidade das atividades. Verifica-se a eficácia da metodologia, pois após as realização das análises necessárias, conclui-se que é necessário uma metodologia diferenciada para a manutenção de linhas de transmissão, cujas faixas de passagem foram ocupadas irregularmente, certamente a aplicação da metodologia contribuirá para o objetivo maior que é a redução dos riscos existentes nestas linhas de transmissão. / This work aims at applying the methodology Reliability Centered Maintenance - RCM, through a pilot project in a maintenance unit transmission lines of the Companhia Hidro Elétrica do São Francisco – Chesf. Due to the difficulties of eliminating the problems of occupation range of transmission lines, the objective of this methodology is to reduce the risk of injury to persons occupying these areas through the change process in the maintenance of transmission lines. Initially the presentation of the most critical components of the transmission lines on the viewpoint of security, and identification of their major failure modes is taken as well as the methodologies for maintenance of transmission lines used today. The deployment process is done systematically and following the classic strategy and sequenced that is the selection of the system and information collection, analysis of failure modes and effects, the selection of the significant functions and activities applicable to assessment effectiveness of activities, then the selection of effective activities is made the frequency of activities to finally be set. Verifies the effectiveness of the methodology, since after the requisite tests, it is concluded that a different methodology for the maintenance of transmission lines present in areas of irregular occupation of track is required in addition to application of Reliability Centered Maintenance brings us to our goal is the reduction of existing risks in these transmission lines.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents the research and development of a connection method for static converters, called Optimized Cascade, which aims to reduce the redundant power processing in multiple stage topologies for LED driving. An initial analysis of possible solutions available on the literature is conducted, where different kinds of solutions are demonstrated, their characteristics and how they can be classified. Afterward, an analysis of the general characteristics of the optimized cascade is presented, as well as the method employed to reduce the bus capacitance value. This reduction aims to replace the electrolytic capacitor for alternative technologies, in order to increase the lifespan of the LED driver. One of the inovations of this work is the proposal of a project methodology, focusing the conversion efficiency and the capacitance reduction. Besides that, a mathematical model of the optimized cascade was derived, so as to establish the impact of the bus voltage ripple on the LED current. From this model, it has been possible to determine parameters for choosing the best operating mode for the second stage and the estimation of capacitance reduction-. Also, some controllers were analyzed to control the PC stage, on which the resonant controller has been proposed for demanding projects, regarding the capacitance value and LED current ripple. Finally, two prototypes were mounted and tested, where an efficiency of thereabout 90% was get with a power factor of 0; 99, along with total compliance with the power quality parameters and flicker. In both prototypes film capacitors were employed, contributing to enhance the lifespan of the converter, making it compatible with LED lifespan. / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um método de conexão de conversores, chamado Cascata Otimizada, o qual visa reduzir o processamento redundante de energia em topologias de múltiplos estágios para acionamento de LEDs. Uma análise preliminar das soluções disponíveis atualmente na literatura acadêmica é realizada, na qual são demonstrados diferentes tipos de soluções, suas características e como podem ser classificadas. Em seguida, uma análise das características gerais da cascata otimizada é apresentada, bem como o método empregado para redução da capacitância de barramento. Tal redução visa a substituição de capacitores eletrolíticos por tecnologias alternativas, com o intuito do aumento da vida útil do driver. Uma das inovações deste trabalho é a proposição uma metodologia de projeto, com foco na eficiência e na redução da capacitância. Além disso, também foi elaborado um modelo matemático, de forma a determinar o impacto da ondulação da tensão no barramento sobre a corrente nos LEDs. A partir desse modelo, foi possível estabelecer parâmetros para a escolha do melhor modo de operação para o segundo estágio e estimação da redução do capacitor de barramento. Também foram analisados diversos controladores para o segundo estágio, sendo proposto o uso do controle ressonante para projetos mais exigentes com respeito ao valor do capacitor de barramento e da ondulação na corrente de saída. Por fim, dois protótipos foram montados e testados, obtendo uma eficiência de aproximadamente 90%, fator de potência de 0;99 e total observância aos parâmetros de qualidade de energia e flicker. Em ambos os protótipos foram empregados capacitores de filme, o que contribui para elevar a vida útil do conversor, compatibilizando-a com a vida útil da carga LED.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-06T12:04:38Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-06T12:04:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-06T12:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work proposes an analysis of the closed-loop operation of a distributed generation system connected to a three-phase four-wire AC power system by a three-phase four-leg inverter. The modulation strategy adopted for this inverter is determined by the Model Predictive Control (MPC) method. Reasons for the use of this topology and the control method are discussed. The chosen structure for the MPC predictive control aims to supply of active and reactive power by the inverter in order to maximize the power factor measured by the four-wire AC source (Y-n). Four possible cases of operation are reported for the analysis of the proposal in the three-phase four-leg inverter and other two cases for a three-phase full-bridge inverter (3F) for comparison purposes. Based on the monitoring of the active powers involved and the other variables of interest, it was possible to exemplify the achievement of the proposed objectives and validate the adopted method, at least under modeling and software simulation level. / Este trabalho propõe uma análise da operação em malha fechada de um sistema de geração distribuída para conexão em um sistema trifásico a quatro fios, a partir do controle de um inversor trifásico a quatro braços. A estratégia de modulação adotada para este inversor é determinada pelo método de controle preditivo baseado em modelo (MPC - Model Predictive Control). Justificativas para a utilização dessa topologia e do método de controle são discutidas. A estrutura escolhida para o controle preditivo MPC objetiva o fornecimento de potência ativa e reativa pelo inversor tendo em vista a maximização do fator de potência medido a partir da fonte pela fonte CA a quatro fios (Y-n). Quatro casos são abordados para análise da proposta no inversor trifásico a quatro braços e dois casos para um inversor trifásico em ponte completa (3F) para efeito de comparação. Baseando-se no monitoramento das potências elétricas envolvidas e nas demais grandezas de interesse, foi possível concluir que os resultados de simulações exemplificam o alcance dos objetivos propostos e validam o método adotado, pelo menos em relação à modelagem matemática empregada e à simulação do sistema de geração proposto em ambiente computacional.