Orientador : Prof. PhD. André Augusto Mariano / Coorientador : Prof. PhD. Bernardo Leite / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 25/08/2017 / Inclui referências : f. 94-97 / Resumo: Desde do in.cio da década de 80, a sociedade tem experimentado transformações no modo de se comunicar. Essas mudanças, todavia, são resultados de inova..es tecnológicas que, por sua vez, são sustentadas por grandes investimentos do setor de telecomunicação em pesquisas tecnológicas. Neste sentido, (LOLIS, 2011) propõe um receptor de radiofrequência baseado em subamostragem para demodular sinal diretamente em banda passante e que utiliza deslocamentos unilaterais de frequência para evitar a interferência com o sinal-imagem. O objetivo deste trabalho e, portanto, projetar um circuito amostra dor que atenda aos requisitos funcionais do receptor de radiofrequência baseado em subamostragem com dupla quadratura. Alem disso, o circuito amostra dor projetado deve mesclar duas grandezas muitas vezes antagônicas: velocidade e exatidão. Para tanto, o trabalho e dividido em introdução, receptor de radiofrequência baseado em subamostragem com dupla quadratura, introdução aos circuitos amostradores, projeto do amostrador para receptor de RF baseado em subamostragem com dupla quadratura e considerações finais. O projeto do amostrador, ainda, e dividido em blocos funcionais, dimensionando e analisando os pares diferenciais, os circuitos amostradores, os contadores e circuitos de sincronismo. Em relação a velocidade e precisão, a estratégia de polarização que permite a saída DC do par diferencial da entrada polarizar o par diferencial da saída leva a remoção do capacitor de retenção. A remoção do capacitor incrementa a velocidade do circuito amostrador, porem degrada a exatidão do circuito. Para compensar a inexatidão, o circuito amostrador e projetado com o mínimo de largura de transistor. Deste modo, e obtido um circuito rápido e, ao mesmo tempo, exato. Palavras-chave: Amostrador, Receptor de radiofrequência, Subamostragem. / Abstract: Since the beginning of the 80s, people have gone through transformations in the way they communicate. These changes, however, are the result of technological innovations which, in turn, are sustained by large investments of the telecommunication sector in technological research. On that subject, (LOLIS, 2011) proposes a radio frequency subsampling receiver to demodulate signal directly in bandpass and that uses unilateral frequency downconversion to avoid image interferers. The objective of this work is, therefore, to design a sample and hold circuit that meets the functional requirements of radiofrequency subsampling receiver with double-quadrature. In addition, the designed sample and hold circuit must blend two often antagonistic quantities: speed and accuracy. For this, the work is divided into introduction, radiofrequency subsampling receiver with double-quadrature, introduction to sample and hold circuits, sample and hold circuit design for RF subsampling receiver with double-quadrature and final considerations. The design of the sample and hold circuit is, furthermore, divided into functional blocks, scaling and analyzing the differential pairs, core of sample and hold circuits, counters and synchronism circuits. In relation to speed and accuracy, the voltage biasing strategy that allows the DC output of the input differential pair to bias the output differential par leads to the elimination of the hold capacitor. Elimination of the capacitor increases the speed of the sample and hold circuit, but degrades the accuracy of the circuit. In order to compensate for the inaccuracy, the sample and hold circuit is designed with the minimum transistor width. In this way, a fast and, at the same time, accurate circuit is obtained. Key-words: Sample and hold circuit; Radiofrequency receiver; Subsampling.

Orientador : Prof. Dr. Marlio J. C. do Bonfim / Coorientador : Prof. Dr. Vitoldo Swinka Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 01/12/2017 / Inclui referências : f. 89-92 / Resumo: A ampacidade de um condutor elétrico pode ser definida como sua máxima capacidade de transmissão de corrente. Em uma linha de transmissão (LT) esta capacidade está relacionada com a máxima distância entre o cabo e o solo aceitável para não comprometer a segurança do sistema. Este trabalho apresentou como objetivo geral a contribuição para redução de incertezas na determinação de ampacidade de LTs em tempo real. Para tanto foi estudada a norma vigente para cálculo de ampacidade, e desenvolvidos estrutura física e procedimento para ensaiar amostras de cabos utilizados em LTs a fim de determinar seus parâmetros radiativos, utilizados nos cálculos de troca de calor por radiação. Neste ensaio são controlados e/ou coletados os dados acerca das variáveis relacionadas aos mecanismos de transferência de calor que este componente está sujeito. Utilizando uma câmara de vácuo foi possível determinar a emissividade e absortividade de uma amostra de cabo com incerteza de 0,0008. Paralelamente, com o objetivo de monitorar de forma distribuída a temperatura em um cabo OPGW (Optical Ground Wire), foi instalado um equipamento DTS (Distributed Temperature Sensing) em uma subestação de transmissão 230 kV. Este documento apresenta o desenvolvimento de uma técnica de calibração deste equipamento para operar em um sistema composto por mais de uma fibra óptica, validado em uma linha com aproximadamente 20 km de extensão. Foi possível monitorar esse sistema com erro máximo de 6 ºC e resolução espacial de 1m. Por fim, como proposta de alternativa para monitoramento de temperatura e corrente foi desenvolvido um protótipo de sensor pontual de corrente e temperatura para aplicação em linhas de transmissão 230 kV. Este equipamento conta com alimentação proveniente da própria corrente a ser medida e transmite os dados por meio de comunicação sem fio. Desta forma pode ser utilizado como medidor indireto de ampacidade pontual. O protótipo foi validado em laboratório para correntes de até 500 A, apresentando relação sinal ruído de 119 dB. Palavras-chave: Ampacidade. Emissividade. Rogowski. Monitoramento de Temperatura Distribuído. Brillouin. / Abstract: The ampacity of an electric conductor can be defined as its maximum current transmission capacity. In a transmission line (TL) this capacity is related to the maximum acceptable sag without compromising safety. The main objective of this work was the contribution to the reduction of uncertainties in the real-time ampacity determination of transmission lines. In order to do so, the current IEEE standard for ampacity calculations was studied, in addition to the development of physical structure and procedure to test samples of cables applied in TLs in order to measure its radiative parameters, used in the calculation of radiative heat exchange. In this test, the controlled and/or collected data are those related to the heat transfer mechanisms that this component is subject to. Using a vacuum chamber it was possible to determine the emissivity and absorptivity of a sample of cable with uncertainty of 0.0008. At the same time, a DTSS equipment was installed at a 230 kV transmission substation in order to monitor the distributed temperature on an OPGW cable. This document presents the development of a calibration technique for this equipment to operate in a system composed of more than one optical fiber, validated in a line of approximately 20 km of extension composed by three different fibers. It was possible to monitor this system with maximum error of 6 ºC and spatial resolution of 1 m. Also, as a proposal of alternative for temperature and current monitoring, a prototype to measure current and temperature in TL cables was developed. This equipment is powered by the current in the conductor and transmits the data via wireless communication, and can be used as an indirect punctual ampacity meter. The prototype was validated in laboratory with currents up to 500 A, with a signal to noise ratio of 119 dB. Keywords: Ampacity. Emissivity. Rogowski. Distributed Temperature Sensing. Brillouin.

Resumo não disponível.

Orientador : Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki / Co-orientadora : Profª Drª Thelma S. Piazza Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 26/02/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Sistema de energia / Resumo: Os avanços tecnológicos na área de sistemas de potência possibilitaram a inclusão de um novo conceito no setor elétrico com o qual mudaria da visão tradicional, adotada durante anos, para um novo sistema elétrico. Nesta nova visão, o setor elétrico passa a ser automático, robusto e ativo. Tal conceito é conhecido como redes elétricas inteligentes. Dentro desse conceito se encontram diversas linhas de pesquisas como automação da rede, autorrecuperação, gerenciamento pelo lado da demanda, microrredes, entre outros. Devido ao tema deste trabalho, coloca-se em foco somente as redes elétricas inteligentes para redes de distribuição, as quais em diversos países já são bem difundidas e aplicadas. Entretanto, no Brasil, nota-se que o cenário de redes elétricas inteligentes ainda está no começo, sendo enfocada na automação para em um próximo passo, se desenvolver técnicas de autorrecuperação para tornar o sistema de distribuição mais resiliente a falhas de fornecimento. Sendo assim, este trabalho compreende a elaboração de uma nova metodologia para resolver o problema de autorrecuperação em sistemas de distribuição, considerando o limite regulatório de tempo estabelecido de três minutos e sem extrapolar os limites de fluxo de potência e de perfil de tensão do alimentador. Logo, para se alcançar tais objetivos, decidiu-se realizar inicialmente estudos de técnicas de busca em grafos e de otimização. Em razão disso elaborou-se dois métodos de autorrecuperação com a finalidade de encontrar o melhor chaveamento para recompor o sistema: o primeiro uma adaptação do algoritmo de Dijkstra, e o segundo método, uma nova formulação da função objetivo para ser usada com a otimização por enxame de partículas com representação binária, visando atingir três objetivos: à maximização das cargas; a minimização das perdas sistêmicas; e a minimização do número de chaveamentos. De forma a dar subsídios a esses dois métodos elaborou-se um processador topológico para pré-processar os dados elétricos e o desenvolvimento de um método para isolar o local da falta, retirando os trechos defeituosos do espaço de busca. Além disso, para que a autorrecuperação consiga restabelecer o sistema sem prejudicar os consumidores, considerou-se o método de fluxo de potência ótimo para a aplicação do corte de carga, para que o sistema fique dentro das normas estabelecidas. Assumiu-se como cenário de teste dos métodos, um sistema de distribuição real urbano, com alta concentração de carga, composto por duas subestações e cinco alimentadores. A validação dessas duas técnicas criadas se deu através da avaliação de quatro casos testes, sendo os três primeiros casos, a aplicação de faltas simultâneas e o último caso, a aplicação de três faltas sequenciais. Os dois métodos resolveram o problema de maneira coerente e dentro dos limites estabelecidos, sendo que o método por enxame de partículas binário apresentou melhores resultados nos casos de faltas simultâneas enquanto o método pelo algoritmo de Dijkstra adaptado foi melhor em faltas sequenciais. Outrossim, o corte de carga por meio do fluxo de potência ótimo se mostrou uma ferramenta de auxilio ideal para se trabalhar em conjunto com sistemas de autorrecuperação, por conseguir manter o sistema seguro após o restabelecimento do sistema. Palavras-chave: Redes Elétricas Inteligentes. Autorrecuperação. Algoritmo de Dijkstra. Otimização por Enxame de Partículas Binário. Fluxo de Potência Ótimo. Corte de Carga. / Abstract: The technological progress in power systems allowed the inclusion of a new concept, changing the traditional view. In this new vision, the power systems would be smart, automatic, robust and active. Therefore, this concept was known as smart grid. Within this concept, there are several researches areas, such as, grid automation, self-healing, demand side management, microgrid, and other. Smart Grids for distribution systems in many countries are already well spread and applied. However in Brazil, it is noted that the scenario is still at an early stage, where the first technology progress is apply automation to control and measure the distribution system and as a next step, the development of self-healing techniques to make the system become more resilient and prevent damages against the final consumers. Therefore, several researches were started in order to resolve the self-healing problem, so, the matter of this work comprehend the formulation of a new methodology to resolve this problem in distribution systems, maintaining it under the limit of three minutes and without exceeding the power flow and voltage constraints of the feeder, avoiding a bad energy supply for the consumers. So, to achieve these objectives, it was decided to conduct an initial study about techniques of search in graph and optimization. By this reason, two self-healing methods were developed to find the best switching to recover the system: the first one is an adaptive Dijkstra algorithm, and the second one is a new objective function to be used with a binary particle swarm optimization. This objective function has three objectives: load maximization; system loss minimization; and switching number minimization. In order to make allowances for these two methods are elaborated a topological processor for pre-processing the electric data and the development of a method to isolate the fault location, removing defective sections of the search space. So, to restore the system with this methodology without damaging the consumers, it was used an optimal power flow to apply the load shedding and maintain the system within the standardized limits. As a test scenario for the methods it has been chosen an urban distribution system with high load density, five feeders and two substations, The methodology validation has been made by the analysis of four case studies. The first three was applied simultaneous faults and the last one was applied three sequential faults. Both methods proposed consistent solutions, regarding the operation limits. Wherein, the binary particle swarm optimization had better results for simultaneous faults, while the adaptive Dijkstra algorithm was better in sequential faults. Furthermore, the load shedding through optimal power flow proved to be a good tool to complement the self-healing, by keeping the system stable after the restoration. Key words: Smart Grid. Self-Healing. Dijkstra Algorithm. Binary Particle Swarm Optimization. Optimal Power Flow. Load Shedding.

Orientador : Prof. André A. Mariano, Ph.D. / Co-orientador : Prof. Bernardo Leite, Ph.D. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 27/03/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Sistemas Eletrônicos / Resumo: Devido ao baixo custo e alto grau de integração das tecnologias CMOS, os sistemas de comunicações móveis podem ser encontrados em toda parte. Em sua grande maioria, os dispositivos móveis são alimentados por baterias, sendo indispensável recarregá-las ou substituí-las. Nesta situação, deve-se tomar cuidados para que os dispositivos sejam energeticamente eficientes. Em um transmissor de radiofrequência, o amplificador de potência é o bloco responsável por amplificar o sinal que será transmitido pela antena. Por sua vez, o amplificador de potência é um dos responsáveis pelo maior consumo de energia do sistema. Como estes amplificadores são tradicionalmente dimensionados para apresentar alto rendimento para níveis elevados de potência de saída, em níveis mais baixos de potência de saída a energia consumida é excessiva. Portanto, controlar o ganho e a potência de saída em amplificadores de potência de radiofrequência é essencial para maximizar a duração da vida útil da bateria. Neste trabalho, um amplificador de potência com controle de ganho é apresentado para aplicações em 2,4 GHz. O ganho de potência pode ser controlado digitalmente em seis modos através da combinação de três bits. Esta técnica foi utilizada para alcançar uma melhora na eficiência em potências de recuo. O projeto foi implementado usando uma tecnologia CMOS 0,13 ?m e é capaz de fornecer um ganho de potência variável entre 22,4 dB e 31 dB e uma eficiência máxima de 19 %, com uma fonte de alimentação de 1,8 V. A potência consumida pelo amplificador é reduzida de 196,2 mW no modo de maior ganho para 171 mW no modo de menor ganho, permitindo uma eficiência melhor quando o ganho máximo não é necessário para a transmissão. Palavras-chave: amplificador de potência; ganho variável; controle discreto de potência; CMOS; radiofrequência / Abstract: Due to the low cost and high degree of integration of CMOS technologies, mobile communication systems can be found everywhere. Most of these mobile devices are powered by batteries, which must be recharged or replaced. In this situation, care must be taken for the devices to be energetically efficient. In a radiofrequency transmitter, the power amplifier is responsible for amplifying the signal to be transmitted by the antenna and accounts for a large part of the system power consumption. Since these amplifiers are traditionally sized to present their highest efficiency for high output power levels, when the required output power is lower, energy consumption is excessive. Therefore, controlling the gain and output power in radiofrequency power amplifiers is essential to maximize the duration of battery life. In this work, a power amplifier with gain control is presented for 2.4 GHz applications. The power gain can be digitally controlled in six steps by the combination of three bits. This technique was used to achieve an improvement in efficiency at power backoff. The design was implemented using a 0.13 ?m CMOS technology and is able to deliver a variable power gain between 22.4 dB and 31 dB and a peak power-added efficiency of 19 % with a 1.8 V power supply. The power consumption of the power amplifier is reduced from 196.2 mW in the highest-gain mode to 171 mW for the lowest-gain, allowing an enhanced efficiency when maximum gain is not required for transmission. Keywords: power amplifier; variable gain; discrete power control; CMOS; radiofrequency

Orientadora : Profª. Drª. Elizete Maria Lourenço / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 09/06/2017 / Inclui referências : f. 103-105 / Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um simulador de medidas trifásico que possa ser aplicado a redes de transmissão e distribuição além da utilização de técnicas de desacoplamento aplicadas a um estimador de estado trifásico. Para tanto o trabalho apresenta inicialmente a formulação do fluxo de carga trifásico convencional monofásico, como também a técnica desacoplado rápido monofásico e por fim a modelagem trifásica de fluxo de carga desacoplado rápido. Este estudo justifica-se posteriormente em sua aplicação na elaboração do simulador de medidas. Em seguida é apresentada a modelagem convencional do estimador de estado, como também sua resolução através de diferentes métodos desacoplados. O simulador de medidas é uma ferramenta realizada em duas etapas: primeiro um fluxo de potência trifásico desacoplado rápido que processa os dados de entrada de um sistema, dando como resultados valores que serão utilizados como medidas perfeitas. A segunda etapa consiste na adição de erros a estas medidas, que conforme estudado no trabalho, podem ter diferentes classificações, porém o simulador propõe que sejam apenas ruídos convencionais. O fluxo de potência trifásico utilizado no simulador de medidas utiliza a normalização complexa, que permite o processamento de sistemas de distribuição e transmissão. O estimador de estados trifásicos utilizará de métodos de desacoplamento para processar estas medidas geradas pelo simulador, e desconsiderando as mútuas do sistema, é modelado como a junção de três sistemas independentes para cada fase. Para análise do desempenho do simulador e do estimador de estados, ambos são testados em sistemas de distribuição e transmissão. O simulador de medidas apresentou um resultado satisfatório para os dois tipos de sistema, e o estimador tem uma resposta melhor ao sistema de transmissão. Palavras chave: Simulador de Medidas. Estimador de Estados Trifásico. Método Desacoplado. / Abstract:This work proposes the development of a three-phase measures simulator that can be applied in transmission and distribution systems, and also the use of decoupling techniques applied for a three-phase state estimator. This work presents initially the formulation of a conventional single-phase load flow and of a single-phase fast decoupled, and the modeling of the three-phase fast decoupled load flow. This study is justified lately in the elaboration of the measures simulator. Later on, the conventional modeling of the state estimator is exposed, as also its resolution through different decoupled methods. The measures simulator is a two-steps tool: first a three-phase decoupled load flow that process the systems input data, being its result the values that will be used as perfect measures. The second step is the addition of errors in those measures, which can have different classifications, although the simulator does not use bad data, only regular errors. The three-phase load flow in the measures simulator uses complex normalization, allowing the process of distribution and transmission systems. The three-phase state estimator uses decoupled methods to process the measures generated by the system, disregarding mutual coupling, therefore analyzing each of the three phases independently. The measures simulator and state estimator performance analysis are made by distribution and transmission test-systems. The measures simulator presented a satisfactory result for both types of system, and the state estimator had a batter response to the transmission one. Key Words: Measures Simulator. Three-Phase State Estimator. Decoupled Method.

Orientador : Prof. PhD. André Mariano / Co-orientador : Prof. Dr. João Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 18/03/2015 / Inclui referências : fls. 161-165 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: Procurando-se uma solução para determinação de impedância complexa em aplicações de medição de bioimpedância SFBIA (Single Frequency Bioelectrical Analysis) em 50 kHz, foram identificadas sete técnicas genéricas para a medição de fase e magnitude de sinais. As técnicas identificadas foram: ajuste de elipse, ajuste de senóide, transformada discreta de Fourier, demodulação de quadratura, modulação de largura de pulso, variação da técnica da figura de Lissajous e medição digital direta por contagem de pulsos. Todas as técnicas foram implementadas em modelo Simulink para verificação da resolução angular possível de ser medida e de possíveis limitações no domínio de utilização. Os resultados iniciais mostraram que apenas a técnica de modulação de largura de pulso não apresentou capacidade de representar a resolução angular estabelecida de 0,1° e que a técnica do ajuste de elipse não consegue prever de forma correta fases próximas de 0° e de 180°. As sete técnicas foram parametrizadas de acordo com o uso de recursos lógicos tais como latches, memória RAM, memória ROM, frequências de clock envolvidas e número total de operações matemáticas necessárias. As operações matemáticas consideradas foram: adição, subtração, multiplicação, divisão, radiciação, seno e arco-seno. A partir dos dados de utilização de pulsos de clock por tipo de operação matemática, de um ip core de aritmética de ponto flutuante FPU100 versão 19, foi determinada a demanda computacional em número de pulsos de clock, para cada uma das técnicas identificadas, considerando-se a utilização de um único ip core e sem o uso de pipelining. Verificou-se através da comparação de utilização de recursos e da demanda computacional que a demodulação de quadratura é o método com melhor custo benefício dentre os métodos com imunidade a ruído, e que o método da contagem de pulsos é o método com melhor custo benefício dentre os métodos sem imunidade a ruído. Esses dois métodos foram implementados em VHDL e simulados através da toolbox System Generator para Simulink, em um modelo comportamental Simulink, que integra o código VHDL e os blocos nativos do Simulink. Os resultados da simulação via emulação em software realizaram a verificação do código VHDL frente ao modelo teórico implementado inicialmente. A cosimulação de hardware, na qual a simulação do código VHDL ocorre pela execução do código VHDL sintetizado dentro do próprio FPGA, permitiu a validação da técnica da contagem de pulsos. Porém, para a técnica da demodulação de quadratura, verificou-se que o processo de gerenciamento da troca de dados entre o Simulink e o FPGA pelo System Generator, introduziu erros na utilização do passo de tempo máximo do solver do Simulink, permitindo a validação da técnica apenas no intervalo de defasagem [10°,160°]. Palavras-chave: bioimpedância, medição de fase, SFBIA, DFT, VHDL, cosimulação de hardware, Simulink, system-generator, FPGA, contagem de pulsos, demodulação de quadratura, Radix-4, ajuste de elipse, ajuste de senóide, figura de Lissajous, PWM, modulação de largura de pulso; / Abstract: In the research for a complex impedance determination solution for SFBIA (Single Frequency Bioelectrical Analysis) 50 kHz bioimpedance measurement applications, seven phase and magnitude signal usual measurement techniques had been identified. These techniques are: ellipse fit, sinusoidal fit, discrete Fourier transform, quadrature demodulation, pulse width modulation, direct digital measurement by pulse counting and a Lissajous figure variety. All these seven techniques had been implemented via Simulink mathematical models for phase angular resolution verification and mathematical limitations identification. The initial results showed that only the pulse width modulation technique was not able to represent the stablished 0.1° angular resolution, also, the ellipse fit technique could not predict correctly phase values around 0° and 180°. The seven techniques were parameterized according their use of logical resources such as latches, RAM, ROM, clock frequencies and the total number of required mathematical operations. The mathematical operations that were considered are: addition, subtraction, multiplication, division, root extraction, sine and arcsine. Based on the data of clock pulses usage by type of mathematical operation from an ip core of floating-point arithmetic, FPU100 version 19, the computational demand in number of clock cycles for each of the previously identified techniques were estimated. It was considered the use of a single FPU100 ip core and no pipelining. The comparison based on the logical resources utilization and the computational demands have shown that regarding the hardware cost, the quadrature demodulation method is the best one among all the others noise immunity methods tested, and that, the method of pulse counting is the best one regarding hardware usage between the methods with no noise immunity tested. These two methods were implemented via VHDL and simulated through the system-generator toolbox for Simulink, using a behavioral model which integrated the VHDL code with the Simulink native blocks. The results obtained via the software emulation of VHDL code verified the same results obtained with the initial Simulink mathematical models. The hardware cosimulation, in which the synthetized VHDL code is executed inside the FPGA itself, validated the pulse counting method. However, it was found that during the quadrature demodulation cosimulation, in the data exchange management process between the Simulink and the FPGA, the system-generator introduced errors in the maximum step size value of the Simulink solver allowing the validation of phase values only in the phase range of [10°,160°]. Keywords: bioimpedance, phase difference measurement, FPGA, DDM, discrete Fourier transform, quadrature demodulation, pulse width modulation, Lissajous figure, SFBIA, Simulink, FPGA, system-generator, hardware cosimulation;

Orientador : Prof. Dr. César Augusto Dartora / Coorientador : Prof. Dr. Márlio josé do Couto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 10/05/2017 / Inclui referências : f. 67-71 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: Materiais com propriedades magnéticas pronunciadas t.m importantes aplicações em uma variada gama de itens que utilizamos diariamente, indo desde maquinas elétricas e transformadores, passando pelas etiquetas magnéticas e indo ate as nanoestruturas utilizadas em sensores de magnetorresistência gigante. O presente trabalho investiga um aparato experimental de refletometria no domínio do tempo (TDR) para a caracteriza..o de susceptibilidade magnética de amostras de materiais magnéticos em diversas temperaturas, variando de 9 K ate temperatura de 300 K. A técnica de TDR utiliza-se da reflexa.o que ocorre quando um pulso propagante em uma linha de transmissão encontra uma terminação na qual a impedância da carga conectada . linha e distinta da impedancia característica da linha. O pulso resultante e devidamente tratado com auxílio das ferramentas numéricas, permitindo calcular a susceptibilidade magnética e determinar a curva de histerese do material analisado. Caracterizou-se uma fita magnética composta de níquel e ferro, principalmente, que e empregada em etiquetas de segurança, e também um material do tipo Heusler, cuja com posto estequiométrica e Ni2MnGa. Palavras Chave: Magnetismo, Refletometria no Domínio do Tempo, Susceptibilidade Magnética, Curva de Histerese, Criogenia. / Abstract: Materials possessing pronounced magnetic properties have relevant uses in a vast range of technological applications, such as electrical machines, transformers, inductors and nanostructures used in giant magnetoresistance sensors. The present work investigates an experimental apparatus using the time domain refletometry (TDR) technique, for magnetic susceptibility characterization at temperatures ranging from 9K to room temperature. The TDR considers the reflection effect that occurs when a propagating pulse on a transmission line encounters a load impedance connected to its termination, which differs from the transmission line characteristic impedance. After numerical analysis of the reflected pulse it is possible to obtain magnetic susceptibility and hysteresis loop of the material under study. A material composed mainly by Ni and Fe, commonly used as a magnetic tag, and a Heusler compound with stechiometry Ni2MnGa were characterized. Keywords: Time Domain Reflectometry, Magnetic Susceptibility, Hysteresis Loop, Cryogenics.

Orientador : Prof. Dr. Odilon Luís Tortelli / Coorientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 03/08/2017 / Inclui referências : p. 109-113 / Resumo: As empresas do setor elétrico estão sujeitas a constantes desafios para proporcionar energia elétrica de forma eficiente e segura para os consumidores, tendo em vista que a insegurança ou ineficiência no fornecimento é fonte de prejuízos diversos tanto para os consumidores residenciais, como, principalmente, para os comerciais e industriais. Assim, portanto, é de suma importância a superação contínua destes desafios por parte dos agentes do setor. Países como o Brasil, com grande extensão territorial e distribuição populacional pouco homogênea, estão mais sujeitos aos desafios de expandir e operar uma rede elétrica interligada de maior porte que conecta os centros de geração aos centros de consumo. Nesse contexto os Controladores FACTS (do inglês, Flexible Alternate Current Transmission System) tem papel extremamente relevante. Dessa forma, a correta localização destes dispositivos na rede elétrica pode propiciar grandes vantagens operacionais, aumentando a controlabilidade do sistema, com reflexos na melhoria da sua eficiência e segurança. Tendo isto em vista esta dissertação visa o estudo, implementação e comparação de seis metodologias de alocação de dispositivos FACTS baseadas em meta-heurísticas. Foram considerados para tanto os controladores denominados da segunda geração: Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) e Unified Power Flow Controller (UPFC). A alocação destes dispositivos é considerada tanto de forma individual como simultânea, por meio do cálculo de fluxo de potência, sendo este baseado no método de Newton-Raphson, que incorpora a representação funcional de cada um dos controladores. A técnica de Algoritmos Genéticos (AG) é utilizada como base para a implementação das demais meta-heurísticas de otimização, tanto como aferição dos resultados quanto como base de comparação, visto que ela já foi largamente utilizada para o propósito de alocação de dispositivos em redes elétricas. Para a comparação e validação destes métodos foram utilizados principalmente dois sistemas teste, um de pequeno porte e um de porte médio, sendo que no sistema de pequeno porte foram considerados diferentes níveis de carga. Os resultados obtidos apontaram que, embora as diferentes técnicas tenham demostrado potencialidade para lidar com problemas complexos e proporcionar soluções adequadas para alocação de controladores FACTS, a técnica GWO (Grey Wolf Optimizer) apresentou um desempenho particularmente mais destacado, que aliado a maior simplicidade na definição dos parâmetros de atuação a qualificam como alternativa relevante à consagrada técnica de AG para estudos dessa natureza. A avaliação do desempenho das técnicas meta-heurísticas de desenvolvimento recente tratadas neste trabalho impactam diretamente a pesquisa de alocação de sistemas reais, permitindo o aperfeiçoamento de metodologias e a redução do custo computacional. Palavra chave: Planejamento de Operação, Dispositivos FACTS , Alocação de controladores, Meta-heurísticas de otimização. / Abstract: Companies in the electricity sector are faced with constant challenges to provide electricity in an efficient and safe way for consumers, since insecurity or inefficiency in supply is a source of diverse damages for both residential consumers and especially, Commercial and industrial consumers. Therefore, it is extremely important to continuously overcome these challenges on the part of the agents of the sector. Countries such as Brazil, with a large territorial extension and poor homogeneous population distribution, are more subject to the challenges of expanding and operating a larger interconnected power grid that connects generation centers to consumption centers. In this context, the FACTS (Flexible Alternate Current Transmission System) Controllers play extremely relevant roles. In this way, the correct location of these devices in the electrical network can provide great operational advantages, increasing the controllability of the system, with reflexes in the improvement of its efficiency and safety. With this in mind, this dissertation aims to study, implement and compare six methodologies based on metaheuristics to allocate FACTS devices. Static Synchronous Compensator (STATCOM), Static Synchronous Series Compensator (SSSC) and Unified Power Flow Controller (UPFC) were considered for this purpose. The allocation of these devices is considered both individually and simultaneously, by means of the power flow calculation, which is based on the Newton-Raphson method, which incorporates the functional representation of each of the controllers. The Genetic Algorithm (GA) technique is used as the basis for the implementation of other optimization meta-heuristics, since it has already been widely used for the purpose of device allocation in power networks. For the comparison and validation of these methods, two test systems were used, one of small size and one of medium size. Different load levels were considered with the small test system simulations. The performance evaluation of the recent development metaheuristic techniques, treated in this work, directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. The results showed that, although the different techniques have demonstrated potential to deal with complex problems and provide adequate solutions for FACTS controller allocation, the GWO (Grey Wolf Optimizer) technique presented a particularly outstanding performance, which, together with the simplicity of parameters definition qualify it as a relevant alternative to the established AG technique for studies of this nature. The evaluation of the performance of the meta-heuristic techniques of recent development treated in this work directly impact the research of allocation of real systems, allowing the improvement of methodologies and the reduction of computational cost. Keyword: Transmission Systems Planning, FACTS devices, Controllers allocation, Metaheuristics.

Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 22/11/2017 / Inclui referências : f. 84-95 / Resumo: De acordo com certas particularidades e dificuldades em lidar com imagens 2D, como por exemplo iluminação e obstrução de objetos, uma melhor opção para o problema em questão é utilizar imagens três dimensões (3D) ou Red, Green and Blue - Depth (RGB-D) como comumente são chamadas. Imagens RGB-D são invariantes a luz pelo fato da maioria dos seus dispositivos de aquisição utilizarem infravermelho ou sensores de laser time-of-flight. O Kinect da Microsoft® que foi desenvolvido em parceria com a PrimeSense é uma ferramenta incrível para aquisição de imagens RGB-D de baixa resolução, suas aplicações variam de jogos a imagens médicas. Como o Kinect possui um custo acessível, vem sendo muito utilizado em pesquisas de diversas áreas que fazem uso de visão computacional e classificação de imagens. Diversas base de dados para classificação de imagens RGB-D já foram desenvolvidas com o Kinect, como por exemplo a base de dados multimodal de atividade humana (MHAD) desenvolvido pelo laboratório de tele imersão da Universidade de Califórnia em parceria com o Centro de Ciências de Imagem da Universidade John Hopkins, na qual contem imagens de 10 pessoas desenvolvendo 11 atividades: pulando no lugar (pular), polichinelo (polichinelo), curvando o corpo para frente até o chão (curvar), socando (socar), acenando com as duas mãos (acenando2), acenando com a mão direita (acenando), batendo palmas (palmas), arremessando uma bola (arremessar), sentar e ficar de pé (sentar+levantar), sentando (sentar), ficando de pé (levantar). O principal objetivo da dissertação consiste em comparar duas abordagens de aprendizado de máquina, (i) usando um proposto comitê de máquina com Support Vector Machines (SVM), K-Nearest Neighbors (KNN), Extreme Gradient Boosting (XGBoost) e Artificial Neural Networks (ANN) combinado com três diferentes técnicas de redução de dimensionalidade Principal Component Analysis (PCA), Factor Analysis (FA) e Nonnegative Matrix Factorization (NMF) e (ii) de uma abordagem de aprendizado profundo usando uma proposta arquitetura de Convolutional Neural Network (CNN) chamada de BOANet, usando o MHAD como base de dados. A contribuição do projeto consiste em um sistema de reconhecimento de atividade humana que usa o Kinect para reconhecimento de imagens RGB-D e algoritmos de aprendizado de máquina para construir um modelo classificador. As abordagens propostas tiveram sua performance comparada com valores de referência de recentes trabalhos com o MHAD da literatura. Ambas abordagens tiveram ótima performance obtendo resultados melhores do que a maioria dos valores referência da literatura, a abordagem (i) conseguiu atingir um valor de 99.93% de precisão de classificação e a (ii) 99.05%. Palavras-chave: RGB-D, Kinect, Aprendizado de máquina, Aprendizado profundo, Reconhecimento de Atividade Humana. / Abstract: Given the particularities and issues on dealing with two Dimensions (2D) images, as illumination and object occlusion, one better option to counteract this matter is to work with three Dimensions (3D) images or Red, Green and Blue - Depth (RGBD) as they are usually called. RGB-D images are invariant of illumination since mostly of its acquisition devices use infra-red or time-of-flight laser sensors. The Microsoft® Kinect developed in partnership with PrimeSense is an amazing tool for RGB-D low resolution image acquisition, which its applications vary from gaming to medical imagery. Since Kinect has an accessible cost, it has been widely used in researches on many areas that use computer vision and image classification. Several datasets have already been developed with the Kinect for RGB-D image classification, as for example the Berkeley's Multimodal Human Activity Database (MHAD) from the Tele immersion Laboratory of University of California and the Center for Imaging Science of Johns Hopkins University, which contain images of 10 subjects performing 11 activities: jumping in place (jump), jumping jacks (jack), bending-hands up all the way down (bend), punching (punch), waving two hands (wave2), waving right hand (wave1), clapping hands (clap), throwing a ball (throw), sit down and stand up (sit +stand), sit down (sit), stand up (stand). The main goal of this dissertation is to compare different machine learning approaches, (i) using a proposed ensemble learning technique with Support Vector Machines (SVM), K-Nearest Neighbors (kNN), Extreme Gradient Boosting (XGBoost) and Artificial Neural Networks (ANN) combined with three different dimensionality reduction techniques Principal Component Analysis (PCA), Factor Analysis (FA) and Nonnegative Matrix Factorization (NMF) and (ii) from the Deep Learning (DL) approach using a proposed convolutional neural network (CNN) architecture known as BOANet, using the MHAD as Dataset. The contribution of the project consists on a human activity recognition system (HAR) that uses Kinect for RGB-D image recognition and machine learning algorithm to build the model classifier. The proposed approaches have its performance compared with reference values from recent works with the MHAD of the literature. Both approaches got remarkable performance having better results than most of the reference values from the literature, the (i) approach achieved 99.93% of classification accuracy and (ii) achieved 99.05% of classification accuracy. Key-words: RGB-D, Kinect, Machine Learning, Deep Learning, Human Activity Recognition.