Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: Silvia Galvão de Souza Cervantes / Resumo: O presente trabalho trata da influência de transformadores de relação de transformação variável, o ULTC (Under Load Tap Changing) e o PS (Phase Shifter Transformer), nas interações entre máquinas em um ambiente multimáquinas. A rede é reduzida às barras internas dos geradores com representação das consequências da ação do ULTC e do PS nas admitâncias de transferência entre máquinas. São determinados coeficientes denominados coeficiente de eficácia e Fator de Efeito, em que se identificam propriedades úteis para avaliar os efeitos da variação da relação de transformação do ULTC e do PS nas interações entre cada par de máquinas do sistema, assim como estabelecimento de lei de controle do próprio ULTC e do PS com vistas a determinado desempenho dinâmico/transitório / Abstract: This work deals with the influence of the variable ratio transformer, the ULTC (Under Load Tap Changing) and the PS (Phase Shifter Transformer) in the interactions between machines in a multimachines environment. The network is reduced to the internal busses of generators with representation of the consequences of the PS and the ULTC action in the transfer admittances between machines. Coefficients called effectiveness coefficient and Effect Factor are determined, which have useful properties for evaluating the effects of changes in the transformation ratio of the ULTC and the PS in the interactions between each generic pair of system machines, as well as establishing the control law of the ULTC and the PS overlooking a particular dynamic/transient performance / Mestre

[pt] O presente trabalho trata da implementação de um sistema integrado de fornecimento de energia elétrica a sistemas isolados da rede de distribuição através de célula a combustível, combustível renovável (etanol) e painéis fotovoltaicos. Apresenta como objetivo a construção de um simulador para a otimização do sistema integrado de fornecimento de energia elétrica. O sistema consiste em um reformador de hidrogênio que utiliza etanol para a reforma do hidrogênio, uma célula a combustível do tipo PEM, painéis fotovoltaicos, banco de baterias de chumbo, inversor de corrente, compressor de hidrogênio. O sistema foi dimensionado para atender um consumidor SIGFI 45. A partir da implementação do sistema foram realizados diferentes tipos de ensaios a fim de caracterizar o funcionamento de cada um dos equipamentos separadamente. Conhecendo o funcionamento de cada equipamento foi possível simular o funcionamento deles em diferentes condições de operação. Posteriormente foi implementado um simulador em VBA desse sistema e os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com os simulados para a validação desse simulador. Com o simulador validado foi possível simular diversos casos de operação com o intuito de otimizar o funcionamento desse sistema. / [en] This current work deals with the implementation of an integrated electrical power supply system with isolated fuel cell distribution networks: renewable fuel (ethanol) and photovoltaic panels. This thesis presents the objective of constructing a simulator in order to optimize the integrated electrical power supply system. The system consists of a hydrogen reformer that uses ethanol to produce hydrogen, a PEM fuel cell, photovoltaic panels, lead battery bank, current inverter, hydrogen compressor. The system has been sized to meet SIGFI 45 consumer. During the implementation and application of the system, different types of tests were carried out in order to characterize the behavior of each component separately. Knowing the function of each component within the system, it was possible to simulate their behavior in different operating conditions. Later, a VBA simulator of this system was created and then implemented. The results produced by the simulator were compared with those carried out experimentally to validate the accuracy of this simulation. With the validation of the simulator it was possible to simulate several operational cases in order to optimize the function of this system.

Este trabalho apresenta o estudo, projeto e análise de um conversor monofásico-trifásico com compensação ativa de potência série-paralela, o qual é denominado de UPQC-Mono-Tri e indicado para aplicações em sistemas de eletrificação rurais monofásicos. O UPQC-Mono-Tri é composto por dois inversores PWM, um monofásico operando como filtro ativo de potência série (FAPS) e outro trifásico, no qual um dos braços inversores é conectado à carga e opera como filtro ativo de potência paralelo (FAPP). É adotada a estratégia de compensação dual para a topologia do UPQC proposta, na qual as malhas de controle de tensão e corrente operam com referências de controle senoidais. Desta forma, o FAPS opera como fonte de corrente senoidal, sincronizada com a tensão da rede elétrica monofásica, enquanto o FAPP opera como fonte de tensão senoidal equilibrada e regulada. São realizadas simulações computacionais com o objetivo de avaliar o desempenho da topologia proposta, bem como um protótipo experimental é construído a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e validar a proposta deste trabalho. / This work presents a study, design and analysis of a single-phase to three-phase converter with series-parallel active power line compensation, which in this work is called UPQC-Mono-Tri. The proposed topology is indicated for application in rural areas, where only single-phase electric power distribution system is available. The UPQC is composed of two PWM converters, where the first operates as series active power filter (SAPF), while the second is composed of a three-phase inverter, which is implemented by means of three half-bridge inverters. One of the half-bridge inverters is connected to the load and also operates as parallel active power filter (PAPF). The dual compensation strategy is adopted for the proposed UPQC topology, in which both series and parallel controllers handle only sinusoidal references. The SAPF operates as sinusoidal current source synchronized with the utility grid voltage, while the PAPF operates as sinusoidal voltage source providing sinusoidal, balanced and regulated voltages to single or three-phase loads. Simulations are performed in order to evaluate the proposed topology performance, as well as an experimental prototype is built to confirm the theoretical development, and validate the proposed work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T20:45:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292407.pdf: 1536078 bytes, checksum: 353b695ded2c8a30a24cef92035fe851 (MD5) / Atualmente a rede de distribuição de energia elétrica para consumidores secundários, aqueles que estão na faixa de 110 ou 220 volts, é carente de automação, sendo que as medições, desligamentos e ligamentos têm de ser realizados com o deslocamento de funcionários da concessionária até o local do consumidor. Por esses motivos, a adoção de sistemas de supervisão e controle traria inúmeras vantagens para os clientes e a concessionária. A medição remota reduziria as perdas comerciais, enquanto que para os clientes haveria a comodidade de acompanhar, em tempo real, o seu consumo. Neste ambiente, cuja malha de distribuição de energia elétrica possui centenas de milhares de componentes numa região metropolitana e estes estão ligados por cabos de energia elétrica, o uso da tecnologia de Power Line Communication (PLC) se torna ideal. Para a integração destes milhares de componentes a tecnologia de Serviços Web aparece como solução adequada, ou seja, serve como middleware para integração destes componentes em ambientes abertos como a Internet. A solução de middleware através de Serviços Web aparece através do uso de Devices Profile for Web Service (DPWS), pois neste cenário existem dispositivos com restrições computacionais, os quais são alvo de tal especificação. Porém, os aspectos de segurança no perfil DPWS se resumem a indicação de uso da SSL/TLS, desconsiderando, então, o roteamento em nível de mensagens. O objetivo desta dissertação é fazer um estudo de segurança para um sistema de controle e medição de energia elétrica, considerando a infraestrutura existente hoje, incluindo o uso de PLC nos cabos de transmissão de energia elétrica. Foi assumida a escolha por padrões que adotem especificações de Serviço Web. Como consequência deste estudo, o DPWS foi estendido para atender os requisitos de segurança que sua especificação não trata. A extensão realizada segue os padrões definidos na WS-Security e S-SecureConversation. Um protótipo do modelo estendido é implementado como forma de verificar a aplicabilidade do mesmo no sistema de controle e medição de dispositivos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:29:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270196.pdf: 6914719 bytes, checksum: 4dd0786ec35a2520458fe68cf5ef1f2f (MD5) / A estreita relação existente entre oferta e demanda é um dos temas centrais do planejamento e da operação dos sistemas de energia elétrica. O desconhecimento sobre o comportamento do consumidor pode ter consequências graves ao equilíbrio entre a oferta e a demanda. A dinâmica de mercados competitivos de energia elétrica envolvendo grandes consumidores industriais exige um alto nível de conhecimento sobre a evolução da demanda. Neste trabalho apresenta-se um novo modelo para descrever e prever a demanda dos consumidores industriais de energia elétrica, de forma desagregada. Por meio de um modelo descritivo da demanda é possível quantificar a influência de fatores econômicos e/ou climáticos característicos de um segmento da indústria. A partir desse conhecimento, o trabalho apresenta um modelo de preditivo, baseado em redes neurais artificiais, para estimar o consumo nos meses seguintes. O diferencial deste trabalho está na aplicação de técnicas de mineração de dados como suporte à integração do modelo econométrico de descrição com o modelo neural de previsão. Para validação da metodologia proposta foram utilizados dados mensais de consumo das indústrias têxtil e metalúrgicas de Santa Catarina, fornecidos pelas Centrais Elétricas de Santa Catarina - CELESC S.A. Os resultados da pesquisa podem contribuir para o planejamento da produção e comercialização da energia elétrica, principalmente em mercados competitivos, gerando maior comprometimento nas relações de comercialização da energia elétrica. / The narrow relationship between demand and supply is of paramount importance for planning and operation of electrical power systems. The lack of knowledge about consumer's behavior may lead to serious problems to the balance between supply and demand. The dynamic of competitive markets related to great industrial consumers needs a high level of knowledge about the market evolution. Then, this work presents a new model to describe and foresee the separated demand of great industrial consumers of electrical energy. It is possible to include the economic and climatic factors, which are characteristics of some industrial sector, by using an appropriated modeling technique. Afterwards, it is developed a predictive model based on neural networks to estimate the demand up to 12 months ahead. The main contribution of this thesis is in the application of data mining procedures as an aid to integrate the econometric model of description with the neural network model of demand forecasting. To validate these models real data were used from CELESC, a south brazilian power utility, referring to textile and metallurgical Industrial sectors. The results of this research have demonstrated that the proposed model is a promising computational tool to improve the understanding of the electrical energy production business.

Orientador: Dílson Amâncio Alves / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Vivaldo Fernando da Costa / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O fluxo de carga convencional é considerado inadequado para a obtenção do ponto de máximo carregamento devido a singularidade da matriz Jacobiana. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, e diferentes parametrizações são utilizadas para evitar a singularidade da matriz. Neste trabalho apresentase uma técnica de parametrização geométrica que possibilita o traçado completo das curvas PV sem os problemas de mal condicionamento. A técnica proposta associa a robustez com a simplicidade e a facilidade de compreensão. A singularidade da matriz Jacobiana é eliminada pela adição da equação de uma reta que passa por um ponto no plano formado pelas variáveis perdas de potência ativa totais e o fator de carregamento, dois parâmetros físicos de fácil compreensão. A técnica, aplicada aos sistemas do IEEE (14, 30, 57, 118 e 300 barras) e ao sistema brasileiro sul-sudeste (638 e 787 barras), mostra que as características do fluxo de carga não só são preservadas, mas também melhoradas. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho do esquema de parametrização proposto para o método do fluxo de carga continuado. / Abstract: The conventional Newton's method has been considered inadequate to obtain the maximum loading point of power systems due to the Jacobian matrix singularity. Continuation methods are efficient tools for solving this kind of problem, and different parameterizations are used to avoid the matrix singularity. This paper presents a new geometric parameterization scheme that allows the complete tracing of the PV curves without ill-conditioning problems. The proposed technique associates the robustness to the simplicity and easy understanding. The Jacobian matrix singularity is overcome by the addition of a line equation, which passes through a point in the plane, determined by the real power losses and loading factor variables, two parameters with clear physical meaning. The application of this new technique to the IEEE systems (14, 30, 57, 118 and 300 buses) and to the Brazilian systems south-southeast (638 and 787 buses) shows that the characteristics of the conventional Newton's method are not only preserved but also improved. Several tests are carried out to compare the performance of the proposed parameterization scheme for the continuation power flow method. / Doutor

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Banca: Francisco Villarreal Alvarado / Banca: Jozué Vieira Filho / Banca: Osvaldo Ronald Saavedra Mendez / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Nesta tese apresenta-se uma proposta para análise da estabilidade estática de tensão de sistemas de energia elétrica utilizando uma rede neural baseada na arquitetura ART (Adaptive Resonance Theory), designada rede neural ARTMAP Fuzzy. As redes neurais ARTdescendentes apresentam as características de estabilidade e plasticidade, as quais são propriedades imprescindíveis para a realização do treinamento e execução da análise de forma rápida e confiável. A versão ARTMAP Fuzzy é uma rede neural supervisionada, ou seja, a extração do conhecimento se processa por estímulos de entrada e de saída. O problema da análise de estabilidade de tensão é formulado considerando-se o estímulo de entrada composto pelas potências ativa e reativa nodais. O estímulo de saída é adotado como sendo a margem de segurança, a qual representa a "distância" entre o ponto de operação do sistema e a fronteira da estabilidade estática de tensão. Esta margem de segurança é calculada, via análise de sensibilidade e álgebra matricial de Kronecker, a partir da função determinante da matriz jacobiana relativa ao problema do fluxo de potência de Newton-Raphson. A operacionalidade das redes neurais é constituída por três fases principais: treinamento (ou aprendizado), análise e treinamento continuado. A fase de treinamento requer uma grande quantidade de processamento, enquanto que a fase de análise é realizada, efetivamente, sem esforço computacional. Esta é, por conseguinte, a principal justificativa para o uso das redes neurais para a resolução de problemas complexos que exigem soluções rápidas, como é o caso de aplicações em tempo real. Na fase de treinamento, o perfil de geração e de carga do sistema elétrico é gerado empregando-se uma distribuição aleatória (ou pseudo-aleatória) e a respectiva saída (margem de segurança) calculada via execução... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work develops a methodology to effectuate static voltage stability of electrical power systems by neural network. The neural network used is based on the ART (Adaptive Resonance Theory) architecture, named ARTMAP Fuzzy neural network. The ART descendent neural networks present the characteristics of stability and plasticity, which are important properties to execute the training and the analysis fast and reliable. The ARTMAP Fuzzy version is a supervised neural network, i.e. the extraction of the knowledge is processed by input/output stimulus. The voltage stability analysis problem is formulated considering the input stimulus composed by the active and reactive nodal power. The output stimulus is adopted as the security margin, which represents the distance with the operation point and the static voltage stability frontier. The security margin is calculated by sensitivity analysis and Kronecker algebra from the determinant function of the Jacobian matrix related to the power flow problem by Newton-Raphson. Neural Network operation is constituted by three principal phase: training (or learning), analysis and continuous training. The training phase needs great processing effort, while the analysis is effectuated without computational effort. This is the principal advantage to use neural networks to solve complex problems that need fast solutions as the real time applications. On the training phase, the generation and load profile is generated using a random (or pseudo random) distribution and the respective output (security margin) is calculated by executing a conventional power-flow with adequate adaptations. The procedure proposed is independent of how is defined the generation dispatch and how the system load evolves. This is a more realistic approach, when compared to the most of the proposals found on the specialized literature that considers the load increasing linearly... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: José Aquiles Baesso Grimoni / Resumo: Em vista da comum associação do professor com um modelo ou padrão a ser seguido, este trabalho evidencia a importância da figura docente em sala de aula e propõe a partir do estudo da aprendizagem e dos alunos sob diferentes perspectivas, a utilização de instrumentos complementares aos métodos tradicionalmente utilizados no ensino de engenharia. O conceito da aprendizagem é demonstrado conforme as propostas das escolas nova e tradicional. Os alunos, por sua vez, são definidos de acordo com os diversos estilos de aprendizagem e destaca-se que a maioria dos estudantes de engenharia possui natureza sensitiva. A importância de uma reflexão pedagógica é fortalecida com a verificação dos modelos mentais construídos pelos alunos, baseados na elaboração de imagens, principalmente quando submetidos a questões que envolvam fenômenos abstratos à percepção humana. A partir de então, é fornecida ao professor a possibilidade de buscar novas ferramentas e metodologias de ensino que melhorem o aprendizado, tais como modelos análogos e representações visuais, aplicando-as sempre que necessário, para que não se perca a comunicação professor-aluno e a escola mantenha atualizados seus paradigmas conforme a evolução tecnológica. Baseado nesta pesquisa, este trabalho resulta no desenvolvimento de um software educacional utilizando... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: As it is common the association of the professor with a model or pattern to be followed, this work evidences the importance of the master in the classroom and starting from the study of the learning processes and of the students behaviour under different perspectives proposes the use of complemental instruments to the traditional methods applied in the engineering teaching. The learning concept is demonstrated according to the proposals from new and traditional schools. The students are defined according to the several learning styles and stand out that most of the engineering students are sensors. The importance of a pedagogic reflection is reinforced with the verification of the mental models built by the students, based on the images creation, mainly when they face questions that involve phenomena that seems abstract to the usual human perception. Starting from then it is provided to the teachers the possibility of seeking new tools and teaching methodologies that improve the learning, such as analogue models and visual representations, applying them when necessary, so that teachers and students have no lack of communication between themselves and the school keeps up with its paradigms according to the technological evolution. Based on this research, this work results in the development of an educational software... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-02Bitstream added on 2014-06-13T20:49:13Z : No. of bitstreams: 1 peraro_nr_me_ilha.pdf: 663082 bytes, checksum: dc7048d99fdf2e6eddfebc9f2dd1e186 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho trata da influência de transformadores de relação de transformação variável, o ULTC (Under Load Tap Changing) e o PS (Phase Shifter Transformer), nas interações entre máquinas em um ambiente multimáquinas. A rede é reduzida às barras internas dos geradores com representação das consequências da ação do ULTC e do PS nas admitâncias de transferência entre máquinas. São determinados coeficientes denominados coeficiente de eficácia e Fator de Efeito, em que se identificam propriedades úteis para avaliar os efeitos da variação da relação de transformação do ULTC e do PS nas interações entre cada par de máquinas do sistema, assim como estabelecimento de lei de controle do próprio ULTC e do PS com vistas a determinado desempenho dinâmico/transitório / This work deals with the influence of the variable ratio transformer, the ULTC (Under Load Tap Changing) and the PS (Phase Shifter Transformer) in the interactions between machines in a multimachines environment. The network is reduced to the internal busses of generators with representation of the consequences of the PS and the ULTC action in the transfer admittances between machines. Coefficients called effectiveness coefficient and Effect Factor are determined, which have useful properties for evaluating the effects of changes in the transformation ratio of the ULTC and the PS in the interactions between each generic pair of system machines, as well as establishing the control law of the ULTC and the PS overlooking a particular dynamic/transient performance

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-23Bitstream added on 2014-06-13T19:08:08Z : No. of bitstreams: 1 tonellineto_ms_me_ilha.pdf: 925562 bytes, checksum: 4d19e3ff6eabc4094e4ba90e7a4607b9 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema inteligente que realize o controle preventivo em sistemas de distribuição de energia elétrica. Trata-se de um procedimento para diagnosticar distúrbios possam provocar danos em componentes do sistema e, principalmente, a interrupção do fornecimento de energia aos consumidores. Este sistema inteligente será desenvolvido baseando-se no emprego da transformada wavelet, lógica fuzzy e redes neurais artificiais, em especial uma arquitetura da família ART (Adaptive Resonance Theory), a rede neural Fuzzy ARTMAP. Por ser uma arquitetura estável e plástica, esta permite a inclusão do módulo do treinamento continuado, o qual possibilita a extração do conhecimento sem a necessidade de reiniciar o processo de treinamento com a inclusão de novos padrões, diferentemente do que ocorre com a maioria das redes neurais. Este recurso possibilita usar um conjunto reduzido de padrões na fase de treinamento e, na medida em que forem realizadas as análises (aplicação), a extração do conhecimento é continuada, ou seja, trata-se de um sistema que busca o aperfeiçoamento com o passar o tempo. O sistema irá contemplar as principais anormalidades caracterizadas por distúrbios de tensão, curtos- circuitos e faltas de alta impedância. Por conseguinte, o objetivo refere-se ao desenvolvimento de um modelo embrionário capaz de incorporar permanentemente inovações com o propósito de torná-lo um sistema de inferência mais eficiente / This project aims to develop an intelligent system that performs the preventive control in electric power distribution systems. It is a procedure to disturbances diagnosis that can potentially cause damage to system’s components and, particularly, the interruption of electric power supply to consumers. This intelligent system is based on wavelet transform, fuzzy logic and artificial neural networks, in special the ART (Adaptive resonance Theory) family architecture, i.e., the Fuzzy ARTMAP. Due to the stability and plasticity characteristics, this architecture enables the introduction of the continuous training module, which allows the knowledge extraction without the need to restart the training process when a new training pattern is included, unlike what happens in most neural networks. Thus, it is possible to use a reduced set of patterns on the training phase and, as the analyses are performed, the extraction of the knowledge is continuous, i.e., a system that seeks to improve over time. The system will introduce the main disorders characterized by voltage disturbances, short-circuit faults and high impedance faults. Therefore, it deals with a methodology that can permanently incorporate new information to become an efficient inference system