Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor F. Maciel Barbosa

Orientador: Cesar Augusto Moreira / Resumo: A área de estudo está localizada próxima a Caçapava do Sul no estado do Rio Grande do Sul, ocorrência conhecida como Colônia Santa Barbara. A ocorrência está situada na Bacia do Camaquã, alocada estruturalmente em um bloco alto, na interseção de duas falhas com direções NE-SW e NW-SE, com litologias aflorantes pertencentes ao Complexo Metamórfico Bossoroca e Formação Hilário do Grupo Bom Jardim. Descrita entre 1960 e 1970, a pesquisa foi suspensa após análise geoquímica apontar teores de cobre insatisfatórios, não ultrapassando a 1%, sem interesse econômico. Atualmente com uso de aparelhos multi-cabos de aquisição automática é possível a realização de ensaios geoelétricos de diferentes arranjos em menor tempo e maior praticidade, o que impulsionou o desenvolvimento deste trabalho. Essa dissertação apresenta a análise comparativa dos dados de tomografia elétrica em arranjo Schlumberger, Wenner e Dipolo-Dipolo, para averiguar o resultado que descreva a morfologia mais realista esperada do jazimento, baseado no modelo magmático hidrotermal com forte controle estrutural. A análise comparativa entre os arranjos de tomografia elétrica proposta neste trabalho revelou a conformação de um corpo cônico de alta cargabilidade (2,7 mV/V) que engloba o núcleo vertical de alta resistividade (438 Ω.m), além de uma zona anelar de alta cargabilidade possivelmente correlacionada ao sistema de falhas que estruturam o alto estrutural (tufo vulcânico). A estrutura cônica observada é compatível com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The study area is located near to Caçapava do Sul, at Rio Grande do Sul State, an occurrence known as Colônia Santa Barbara. The occurrence is in the Camaquã Sedimentary Basin, structurally allocated in a high block, at the two faults intersection with NE-SW and NW-SE directions, with outcropping lithologies belonging to Bossoroca Metamorphic Complex, and Hilario Formation. Described between 1960 and 1970, the research was suspended after geochemical analysis pointed to unsatisfactory copper levels, not exceeded 1%, without economic interest. Nowadays, with the use of automatic and multicable devices, like Terrameter Ls, it is possible to perform different arrangements geometric tests in a shorter time and greater practicality, fact that support this work development. This dissertation presents the electrical tomography arrays comparative analysis to Schlumberger, Wenner, and Dipolo-Diplo, to verify the result that describes the most realistic expected deposit morphology, based in a hydrothermal magmatic metallogenetic deposit with high structural control. The comparative analysis revealed a conical body with high chargeability conformation (2,7 mV/V) that encompasses the high resistivity vertical core (438 Ω/m ), as well as an annular portion with high chargeability possibly correlated to the fault zone that structures the central and high block (volcanic tuff). The conical structure observed is compatible with the dike, vertical and cylindrical morphology described for hydr... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Carlos de Melo Vieira Júnior / Resumo: O atendimento comercial aos clientes de uma empresa de distribuição de energia elétrica (DEE) tem como principais ordens de serviços: o religamento de consumidores, corte de fornecimento, atendimento de clientes novos, solicitações dos clientes, entre outros. Para cumprir as ordens de serviços comerciais, as empresas de DEE possuem um grupo de viaturas e equipes de manutenção, localizadas em diversos pontos da cidade, prontas a atender as ordens de serviços comerciais. Os despachos dinâmicos de viaturas para o atendimento das ordens de serviços nas redes de DEE estão dentro da classe de problemas chamados "Alocação Generalizada" e podem ser modelados como problemas de programação linear inteiro-misto (PLIM), e dependendo das ordens de serviços, o número de viaturas e as restrições do problema podem ser considerados de grande porte. O presente trabalho desenvolve uma metodologia para a automação dos despachos dinâmicos com deslocamento de viaturas e suas equipes para o atendimento das ordens de serviços. O objetivo desta metodologia é hierarquizar o conjunto de ordens de serviços e atribuí-las a todas as viaturas disponíveis, segundo os critérios considerados pela empresa de DEE no período de trabalho diário e horas extras se fossem necessárias, abrangendo assim a maior quantidade de atendimentos possíveis com a consequente diminuição do tempo de duração das interrupções e a melhora do indicador coletivo DEC (Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora) de acordo com as metas estipuladas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANNEL). A metodologia proposta foi testada na área de concessão da Rede de Energia Caiuá na cidade de Presidente Prudente para dois casos básicos, considerando um 50% de ocorrências emergenciais e obtendo-se no primeiro caso... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The comercial attendance to clients of a company distribution of electrical energy (DEE) has as main service orders: reconnection of consumers, cutting the supply, new clients attendance, request from clients, among others. To meet the orders of commercial services the DEE companies have a group of vehicles and maintenance equipment, located at defferent points of the city, ready to meet the orders of commercial service. The dynamics dispatches of vehicles to the attendance of the orders of services in networks of distributions of electric power are within the general allocation problem and can be modeled as a linear programming problem mixed integer (PLIM) and depending on the services orders, the number of vehicles and the constraints of the problem can be considered large scale. The present work develops a methodology for automation of dynamic dispatch with displacement of vehicles to meet the orders from commercial services. The objective of this methodology is the set of hierarchize orders of commercial services and assign them to all vehicles available, according to the criteria considered in the daily work period and overtime if the were necessary (in case of emergencies attendance) so as to cover the most possivel amount of attendances with the consequent reduction of time duration of the interruptions and improving the collective indicator DEC (equivalent duration of interruption per consumer unit) according to the targets stipulated by the national electric energy agency (ANEEL). The proposed methodology was tested in the concession area of the power grid Caiuá in the city of Presidente Prudente for two basic cases, considering one 50% emergency occurrences and obtaining in the first case a total number of attendances, covering all emergency attendances, generating minimal expense to the concessionary. In the second case... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: João Batista Vieira Junior / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Resumo: Esta proposta de tese se baseia na necessidade atual e tendência mundial na busca por sistemas cada vez mais eficientes e que se baseiem em fontes de energia alternativas menos poluentes, renováveis e que produzam pouco impacto ambiental. Desta forma, são desenvolvidos sistemas de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado em painéis solares fotovoltaicos. Com o intuito de aumentar o rendimento e a densidade de potência dos sistemas, são apresentadas novas estruturas de inversores monofásicos e trifásicos integrados para aplicação como sistemas isolados e/ou conectados à rede de distribuição em corrente alternada (CA), operando como sistemas de geração distribuídos. Os inversores integrados são apresentados com o intuito de substituir os usuais sistemas de conversão de energia a duplo estágio. Incorporado aos inversores integrados são implementados métodos e dispositivos para extração da máxima potência possível dos painéis fotovoltaicos (algoritmo de MPPT), aumentando assim o aproveitamento de energia advinda destes painéis. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura destes sistemas à rede de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, são realizadas análises e a implementação de métodos de sincronismo com a rede de CA em baixa tensão; além da análise e síntese de métodos híbridos para detecção e gestão do efeito de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema. O controle dos conversores e as técnicas de MPPT, gestão e detecção de ilhamento, bem como de sincronismo com a rede em CA são implementadas de forma digital, com o objetivo de propiciar maior flexibilidade na concepção das lógicas de controle adequadas às aplicações propostas. Finalmente, destaca-se que o trabalho trouxe contribuições significativas para a melhoria na implementação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is based on the actual necessity and world tendency for high-efficiency systems based on renewable energy sources which are less pollutant and produces little environmental impact, and, for this purpose, it is developed some photovoltaic electrical generation systems to operate as a small distribution generation system (DG). With the purpose to increase efficiency and power density, new single-phase and three-phase integrated inverter topologies are presented for operating as stand-alone and/or grid-connected systems. The main idea of these inverters is the replacement of the conventional two-stage cascaded solutions. Main maximum power point tracking techniques are implemented and tested in order to increase energy utilization. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of active and hybrid anti-island detection techniques and synchronization methods with the AC low voltage grid. The converters control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally, with the purpose of increasing flexibility for the overall control circuitry. Finally, this work has presented significant contributions regarding the P&O and IC based on PI MPPT techniques and has presented the integration procedures in order to obtain new families of single and three-phase inverters. Moreover, this is the first thesis that has presented the tri-state three-phase inverters injecting power into the grid. These inverters have inovations at its control and modulation that permit the input to... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Fabio Bertequini Leão / Banca: Luis Gustavo Wesz da Silva / Resumo: Neste trabalho propõe-se um algoritmo baseado na meta-heurística busca dispersa para o problema de reconfiguração de redes de distribuição de energia elétrica radiais, considerando como sistema de codificação uma estrutura denominada representação nó profundidade (RNP). O problema é modelado como não linear inteiro misto e considera como objetivo principal minimizar as perdas de potência ativa nos alimentadores do sistema de distribuição. Utiliza-se neste trabalho o modelo de cargas com potência constante, como também o modelo exponencial de cargas. O algoritmo proposto é implementado em linguagem de programação C++ e testado em quatro sistemas conhecidos na literatura, 14, 84, 136 e 202 barras. A partir dos resultados obtidos, verifica-se o bom desempenho do algoritmo, pois é capaz de gerar soluções de boa qualidade atendendo a todas as restrições físicas e operacionais do problema. / Abstract: This work proposes a scatter search algorithm to solve the electric power distribution system reconfiguration problem, considering the encoding system node depth representation. The problem is a mixed-integer nonlinear programming and the objective is to minimize the real power losses in the distribution system. It is used in the work load model with constant power, but also exponential model load. The proposed algorithm is implemented in C + +. The validity of the methodology is verified through four commonly case studies such as 14, 84, 136 and 202 bus system. Results show the effectiveness and good performance of the proposed algorithm, where it obtains the good quality solution satisfying the operational and physics constraints of problem. / Mestre

Orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Ailton Akira Shinoda / Banca: Gilson Paulillo / Resumo: Atualmente, a tecnologia da compensação que utiliza controladores eletrônicos para a flexibilização dos sistemas (controladores FACTS) provê recursos aos sistemas de transmissão de energia elétrica que permitem o controle dinâmico do fluxo de energia desde a geração até o consumo. Para que se torne factível o uso de FACTS no sistema de distribuição, faz-se necessária a implantação de um sistema de comunicação para o monitoramento em tempo real de toda grade de energia até o centro de controle. Com o controle dinâmico e o monitoramento dos diversos equipamentos distribuídos no sistema de energia, tem-se o conceito das Redes Inteligentes ou Smart Grids (SG). Através deste conceito, as tecnologias de informação e comunicação (TIC) terão um papel relevante em todas as fases do ciclo de geração, transporte, comercialização e consumo. A realidade da SG deve transformar o sistema elétrico. Nesse sentido, este trabalho propõe, através da análise teórica, uma solução para comunicação entre o compensador série controlado a tiristores para rede de distribuição (D-TCSC), localizado em uma rede de distribuição na zona rural, com o centro de controle, localizado a centenas de quilômetros de distância. A tecnologia sugerida, de acordo com as características do estudo de caso, foi a GPRS. A sugestão foi feita analisando a relação entre a quantidade de dados a ser transmitida e o tempo de transmissão. Os resultados das análises mostram que a utilização de a tecnologia GPRS, para efetuar a comunicação em aplicações de teleproteção, é factível. Entretanto, para alcançar melhor desempenho, sugere-se a utilização das tecnologias 3G e 4G, quando estas oferecerem cobertura de sinal para ambientes remotos / Abstract: Nowadays, FACTS controllers are very important for allowing dynamic control of power flow from generation to consumption. The use of FACTS controllers in distribution systems has become more feasible with the implementation of communication system for real-time monitoring. The dynamic control and monitoring of several equipment in distributed power system has arisen the Smart Grids concept. Through this concept, the information and communication technologies (ICT) have important role in all stages of generation, transportation, marketing and consumption. The SG shall transform the electrical system. This work proposes, through theoretical analysis, the communication between a thyristorcontrolled series compensator, located in a distribution network in the countryside, with the control center, located several hundred kilometers away. The suggested technology, according to the characteristics of the study case, was the GPRS. The suggestion was based on the ratio among the distance, the amount of data to be transmitted and the transmission time. The analysis results show that the use of the GPRS-technology to provide communication in a SG is suitable / Mestre

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Coorientador: Luis Gustavo Wesz da Silva / Banca: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Marcelo Escobar de Oliveira / Resumo: Neste trabalho, propõe-se um algoritmo baseado na meta-heurística busca tabu para o problema de restauração de redes de distribuição de energia elétrica radiais com geração distribuída, considerando como sistema de codificação uma estrutura denominada representação nó-profundidade (RNP). O problema é modelado como não linear inteiro misto e considera os principais objetivos da restauração de redes de distribuição: minimizar número de consumidores sem fornecimento de energia elétrica e o número de chaveamentos. Propõe-se, também, uma sequência lógica de chaveamentos que garante os aspectos operacionais. O algoritmo desenvolvido foi implementado em linguagem de programação C++ e testado em sistemas de distribuição de 136 e 7052 barras / Abstract: This work proposes a methodology based in the meta-heuristic tabu search to distribution power system restoration considering distributed generators installed on the system, using the encoding system node depth representation. The problem is established as a mixed-integer nonlinear programming taking into account the mainly goals: to minimize both the number of consumers without supply and the number of switching. This work also proposes a logic sequence of switching operations, taking care of operational issues. The proposed algorithm was implemented in C++ programming language and tested in a 136 and a 7052 bus distribution systems / Mestre

Orientador: Flavio Alessandro Serrão Gonçalves / Coorientador: Helmo Kelis Morales Paredes / Banca: Fernando Pinhabel Marafao / Banca: Juan Carlos Cebrian Amasifen / Resumo: Este trabalho realiza uma análise dos principais temas sobre qualidade de energia de usinas eólicas através de uma revisão bibliográfica das principais normas nacionais e internacionais, dando ênfase aos Procedimentos de Rede do ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico). São avaliados os aspectos técnicos relativos à conexão elétrica de uma usina eólica ao Sistema Interligado Nacional brasileiro (SIN), propondo uma sequência de análises para integrar uma metodologia de verificação do cumprimento de novos requisitos do Submódulo 3.6 dos Procedimentos de Rede utilizando os pacotes de softwares de análise de rede do CEPEL (ANAREDE, ANATEM e HarmZs). Foram revisadas, nesta nova versão publicada em dezembro de 2016, as exigências relativas à capacidade de potência reativa, controle de tensão, impacto na qualidade de energia e funcionamento durante distúrbios de tensão e frequência (Fault Ride Through, Inércia Sintética e controle P(f)). Para cada um dos requisitos são apresentados exemplos de aplicação da metodologia proposta através de estudos de caso, considerando um aerogerador do tipo Full-Converter e através dos resultados destes estudos demonstra-se que a metodologia proposta permite a verificação dos principais requisitos dos Procedimentos de Rede na fase de planejamento da usina eólica, dando previsibilidade e segurança tanto para o desenvolvedor do projeto, quanto ao ONS. O conjunto das orientações e procedimentos propostos, pela primeira vez apresentado de forma integr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents an assessment of the main topics related to power quality on wind power plants through a bibliographical review of the main national and international standards, with emphasis on the Procedimentos de Rede from ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico) . The technical aspects related to a wind farm grid connection to the Brazilian National Interconnected System (Sistema Interligado Nacional - SIN) are evaluated, proposing a sequence of analyses to integrate a methodology in order to verify the compliance with the new requirements from the Sub-module3.6 of the Procedimentos de Rede using the grid analysis software packages from CEPEL (ANAREDE, ANATEM and HarmZs). The requirements for reactive power capability, voltage control, power quality impact and operation during voltage and frequency disturbances (Fault Ride Through, Systhetic Inertia, and P(f) control) were reviewed in this new version published in December 2016. Examples for the application of the methodology proposed are presented for each of the requirements through case studies considering a Full-Converter type wind turbine and through the results of these studies it is demonstrated that the proposed methodology allows the verification of the main requirements of the Procedimentos de Rede in the planning phase of the wind farm, giving predictability and safety for both the project developer and ONS. The set of proposed guidelines and procedures, for the first time entirely presented in a single t... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre