Estágio realizado na Rede Eléctrica Nacional e orientado pela Eng.ª Susana Almeida / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Eletrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

No Porto, a opção pela electricidade será uma realidade que resulta de um processo cujos contornos se anunciam no final do século XIX, para mais tarde, na década de 20 ser norteado por políticas municipais que se sobrepõem no tempo e na região. O trabalho de investigação aqui apresentado tem por objectivo analisar o contributo da União Eléctrica Portuguesa neste processo, desde 1920 até 1975. O seu projecto empresarial e a sua capacidade negocial possibilitaram o desenvolvimento, no Porto, das condições essenciais para que as opções pela energia eléctria se tornassem uma realidade incontornável, fomentou um consumo sempre crescente ao longo dos anos e criou, ainda, as condições ideais para a utilização da energia nos diferentes usos e escalões, especialmente, na indústria. Centrámos, ainda, a nossa análise num dos protagonistas essenciais deste processo no Porto, a Central Termoeléctrica do Freixo, um dos equipamentos que muito contribuíram para o abastecimento de energia eléctrica à região do Porto, em especial à sua indústria. A sua desactivação, nos inícios de 60, é o culminar de um conjunto de factores, dos quais se destaca a produção em escala de hidrolectricidade.

A presente dissertação tem como objetivo principal propor um conversor bridgeless SEPIC trifásico com elevado fator de potência, baseado em um conversor monofásico apresentado em Costa (2015). Como objetivo secundário e a fim de assimilar o funcionamento do conversor, é estudado o conversor monofásico e então é proposta uma modulação alternativa para comando dos transistores. Outro objetivo secundário é a aplicação do retificador proposto em um sistema de aerogerador de pequeno porte (AGPP), a fim de que este conversor possa processar a energia elétrica gerada sendo proposta também uma metodologia de controle de maximização da potência gerada (MPPT). No desenvolvimento do retificador monofásico é apresentada a análise teórica com cada modulação e posterior equacionamento. Posteriormente, são mostrados os resultados de simulação e experimentais para as duas modulações, podendo-se comparar rendimento, THD e fator de potência. As condições nominais para o conversor monofásico são: tensão eficaz de entrada de 220 V, tensão de saída de 200 V, frequência de comutação de 50 kHz e potência de saída de 500 W. Contextualizando a aplicação do retificador trifásico, é apresentado o funcionamento de um sistema de geração eólica, onde primeiramente tem-se uma introdução dos principais conceitos de energia eólica, seguido de um panorama do aproveitamento da energia eólica no mundo e no Brasil. Em seguida pode-se ver o funcionamento dos sistemas eólicos, apresentando as turbinas e geradores utilizados. Então, propõe-se um modelo, baseado em um retificador trifásico bridgeless SEPIC PFC em MCD processando a energia proveniente do aerogerador. O conversor proposto é então simulado e implementado, utilizando o método MPPT para controlá-lo, a fim de comprovar o modelo e a teoria proposta. As especificações para o conversor trifásico são: tensão eficaz de entrada de 90 V, tensão de saída de 250 V, frequência de comutação de 25 kHz e potência de saída de 1500 W. / The main objective of this dissertation is to propose a three-phase bridgeless SEPIC PFC rectifier, based on a single-phase converter presented in Costa (2015). As a secondary objective and in order to assimilate the operation of the converter, the single-phase converter is studied, and an alternative modulation is proposed for controlling the transistors compared with a traditional PWM modulation, in order to obtain results that justify or not its use in the converter proposed. Another secondary objective is the application of the proposed rectifier in a small-scale wind turbine system, in order that this converter can process the electric energy generated; also is proposed a methodology of control of maximization (MPPT) of generated power. To develop this study, is presented the theoretical analysis with each modulation, followed by design equations. Subsequently are shown the results of numerical simulation and experimental for the two modulations, being able to compare efficiency, THD and power factor. The nominal conditions for the single-phase converter are: rms input voltage of 220 V, output voltage of 200 V, switching frequency of 50 kHz and output power of 500 W. Contextualizing the application of the three-phase rectifier: has an introduction of the main wind power concepts, followed by an overview of wind energy in the world and in Brazil. Then one can see the operation of wind turbines and electrical generators. Next, is propose a system based on a three-phase bridgeless PFC SEPIC rectifier in DCM processing the energy from the wind turbine. This proposed model is then simulated and implemented using the MPPT method to control it, to prove the model and the proposed theory. The specifications for the three-phase converter are: rms input voltage of 90 V, output voltage of 250 V, switching frequency of 25 kHz and output power of 1500 W.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000419188-Texto+Completo-0.pdf: 2389705 bytes, checksum: 7142723f44a1f3c5a063142bb2c8760b (MD5) Previous issue date: 2009 / To supply the ever-increasing need for processing power, the embedded software project includes the utilization of several processors along with complex communication infrastructures (as hierarchycal buses and networks-on-a-chip). There is an increasing need for a greater number of functionalities inside a single system. In this scenario, issues related to energy consumption estimations become important in the embedded electronic systems project. This way, the multi-processor embedded systems workflow needs tools to generate performance and energy consumption estimations during all development cycle, in order to verify if the project building process conforms to its specification. The performance, as the energy consumption of a system have to be evaluated as soon as possible in the workflow. Analytical methods are proposed to allow performance and energy estimations in a fast way, avoiding prohibitive simulation times. In analytical methods the system is modeled as a series of properties and abstract models are used to calculate the system performance. Although analytical methods are faster than simulation ones, their modelling is more complex. Along with this fact, the high abstraction level in which the system is represented becomes unfeasible due to the high increase in states necessary to represent such systems, which is the case of more recent embedded systems. This way, better approaches in simulation based methods become very interesting, and a study in this field is presented in this work. / Para atender a uma cresente demanda por desempenho de processamento, o projeto de sistemas embarcados inclui a utilização de diversos processadores além de infra-estruturas de comunicação complexas (por exemplo, barramentos hierárquicos e redes intra-chip). Há uma crescente demanda por um número cada vez maior de funcionalidades contidas em um único sistema. Neste cenário, questões relacionadas a estimativas de consumo de energia ganham importância no projeto de sistemas eletrônicos embarcados. Dessa forma, o fluxo de projeto de sistemas embarcados multi-processados necessita de ferramentas para a geração de estimativas de desempenho e consumo de energia durante todo o ciclo de desenvolvimento, de forma a verificar se o caminho de construção do projeto condiz com a especificação do mesmo. O desempenho, assim como o consumo de energia de um determinado sistema precisam ser avaliadados o mais cedo possível no fluxo de projeto. Métodos analíticos são propostos para que estimativas de desempenho e de consumo de energia possam ser realizadas de maneira rápida, evitando tempos proibitivos de simulação. Nos métodos analíticos o sistema é modelado como uma série de propriedades e modelos abstratos são utilizados para o cálculo do desempenho do sistema. Apesar de métodos analíticos serem mais rápidos que métodos baseados em simulação a modelagem do sistema é mais complexa. Além disso, devido ao alto nível de abstração em que o sistema é representado, seu uso em sistemas grandes e complexos se torna inviável devido a explosão de estados necessários para a representação sistêmica destes, que é o caso de recentes projetos de sistemas embarcados. Dessa forma, melhorias nos métodos baseados em simulação tornam-se bastante pertinentes, e um estudo dessa área é apresentado nesse trabalho.

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Benemar Alencar de Souza / Banca: Jorge Coelho / Resumo: Nesta tese busca-se uma solução para o problema de cálculo de perdas elétricas para grande parte das empresas distribuidoras de energia elétrica. As perdas de energia em sistemas de distribuição vêm recebendo uma maior atenção por parte das empresas de energia elétrica de todo o mundo. Isto se deve principalmente aos elevados índices de perdas nãotécnicas (associadas a ligações ilegais, falhas na medição, etc.), em especial em países em desenvolvimento como o Brasil. Porém, para se chegar aos valores de perdas não-técnicas dos sistemas busca-se um método que calcule as perdas técnicas, e por subtração das perdas totais, obtê-las. O cálculo das perdas técnicas de forma precisa requer uma análise detalhada do sistema de distribuição, e consequentemente uma base de dados completa e atualizada, o que dificilmente as empresas possuem. Propõe-se, portanto, um método para o cálculo das perdas técnicas que identifique essas perdas de forma consistente, porém utilizando-se de uma base de dados de fácil obtenção em todas as empresas do setor. Dentre esses dados, têmse as curvas de carga medidas nas subestações (ou até mesmo nos alimentadores) através de medidores eletrônicos. Assim, com essas curvas é utilizado um método de alocação de carga que distribui o carregamento da subestação (ou alimentador) para os transformadores. Com a utilização do fator de perdas, também obtido pelas curvas de cargas medidas, têm-se as perdas técnicas de energia nas redes de distribuição. Os cálculos das perdas técnicas são realizados nos principais segmentos da rede: redes de média tensão, transformadores, circuitos de baixa tensão e outros (incorpora os demais segmentos e componentes em que as perdas ocorrem). Além da alocação de carga nos transformadores, outra característica importante do método proposto é a utilização... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is aimed at solving the problem of calculating electrical losses for distribution networks. Electrical losses have been and continue to be a concern for distribution network operators (DNOs) around the world. In many developing countries, such as Brazil, this concern is mainly due to non-technical losses (related to illegal connections, measurement errors, etc.). Consequently, to evaluate the non-technical losses of a given distribution system it is required a methodology that computes the technical losses, and then by subtracting them from the total losses the non-technical ones can be also obtained. To accurately calculate technical losses it is needed a detailed analysis of the distribution network, and therefore a complete and updated database. However, such a data is hardly available at distribution companies. Thus, here it is proposed a method for the calculation of technical losses that indentifies those non-technical ones in a consistent fashion, using those databases already available at most distribution companies. The data includes load curves measured at the substations (or the feeders) by electronic meters. With this load curves a load allocation method is used to distribute the aggregated load from the substation (or the feeder) among the distribution transformers. By using a loss factor, also obtained from the measured load curves, it is possible to compute the technical energy losses of the distribution networks. These calculations of technical losses are carried out at the main segments of the network: medium voltage networks, transformers, low voltage circuits and 'others' (including the remaining segments and components where the losses occur). In addition to the load allocation at the transformers, another important characteristic of the proposed methodology is the usage of a power flow algorithm for... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: André Nunes de Souza / Banca: José Antonio Donizete Rossi / Banca: Andre Luiz Andreoli / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar o impacto do gerenciamento pelo lado da demanda no consumo residencial. A Eficiência Energética em uma área residencial pode ser aumentada de diversas formas, e a aplicação do gerenciamento pelo lado da demanda permite o ganho em eficiência e custos, tanto por parte do consumidor quanto por parte da concessionária. Este trabalho aborda a redução das perdas elétricas nos condutores (por efeito Joule) desde a saída dos transformadores de distribuição (MT / BT) até a entrada de energia elétrica de uma residência classe B1 com entrada em 127 / 220V bifásico e carga instalada entre 12 kW e 18 kW. Uma pesquisa foi elaborada para se obter hábitos de uso do consumidor residencial em relação aos equipamentos de sua residência. Um algoritmo para cálculo das perdas foi desenvolvido em Matlab com a finalidade de simular o consumo de energia em residências e linhas de distribuição de baixa tensão da região sudeste do Brasil. Aplicou-se os conceitos do gerenciamento pelo lado da demanda, apresentando o impacto no consumo residencial, assim como os custos relacionados à eficiência. As simulações demonstraram que foi possível otimizar o consumo de energia elétrica assim como diminuir a perda por dissipação nos condutores, reduzindo os custos. / Abstract: The goal of this paper is to present the impact of the management by the demand side in residential consumption. Energy Efficiency in a residential area can be increased in a number of ways, and the application of demand-side management allows for efficiency and cost gains by both the consumer and the utility. This work deals with the reduction of electrical losses in the conductors (Joule effect) from the output of the distribution transformers (MT / BT) to the electrical input of a class B1 residence with a biphasic 127 / 220V input and a load installed between 12 KW and 18 kW. A research was developed to obtain habits of use of the residential consumer in relation to the equipment of his residence. An algorithm for calculating losses was developed in Matlab with the purpose of simulating the energy consumption in homes and low voltage distribution lines in the southeastern region of Brazil. The management concepts were applied on the demand side, presenting the impact on residential consumption, as well as costs related to efficiency. The simulations demonstrated that it was possible to optimize the consumption of electric energy as well as to reduce the loss by dissipation in the conductors, reducing costs. / Mestre

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008. / Submitted by wesley oliveira leite (leite.wesley@yahoo.com.br) on 2009-09-22T18:23:57Z No. of bitstreams: 1 Tese_TallesMarceloGABarbosa.pdf: 3499007 bytes, checksum: bd325b24cb8d866bd3a67728c5a245fc (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2009-09-23T14:08:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_TallesMarceloGABarbosa.pdf: 3499007 bytes, checksum: bd325b24cb8d866bd3a67728c5a245fc (MD5) / Made available in DSpace on 2009-09-23T14:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_TallesMarceloGABarbosa.pdf: 3499007 bytes, checksum: bd325b24cb8d866bd3a67728c5a245fc (MD5) Previous issue date: 2008-02 / As Redes de Sensores do Corpo Humano (RSCH) devem ser projetadas para operar de maneira autônoma. Por outro lado, devem oferecer mecanismos que remetam o controle aos profissionais da saúde. Um grande desafio no projeto de RSCH é oferecer de forma adequada (com transparência) acesso às configurações internas da rede e dos sensores, sem excluir a capacidade de operação autônoma desses sistemas. A tarefa de configuração de RSCH é usualmente realizada por desenvolvedores especializados, profissionais da Computação. Entretanto, para que essa tecnologia se torne clinicamente viável, é necessário que os próprios profissionais da área de saúde possam fazê-la. Esses profissionais são os responsáveis legais pelas decisões acerca do monitoramento dos pacientes, mesmo que essas decisões tenham sido geradas pelo próprio sistema. Esta tese discute os pressupostos supracitados e propõe um modelo capaz de acomodar essas necessidades. Dois conceitos relacionados à programação de RSCH são tratados neste trabalho: (i) programação (em tempo de compilação) e (ii) configuração (em tempo de execução). A programação refere-se à definição dos artefatos de software e algoritmos que são embutidos dentro dos sensores. Em RSCH a inclusão dessa funcionalidade requer uma interface para programação adequada aos profissionais da saúde e também de compiladores inteligentes. O compilador inteligente é um conceito novo apresentado nesta tese. Tem como objetivo aumentar a eficiência no uso dos sensores, considerando os requisitos da aplicação, os recursos do hardware e, principalmente, o conhecimento especialista para formulação das políticas que organizam o funcionamento do sistema. Como exemplo, a inclusão de mecanismos e políticas para tratar da economia de energia podem ser ajustadas por essas estruturas. A configuração refere-se à capacidade de ajuste do sistema sem a necessidade de reiniciar o hardware. Esse conceito possibilita maior interatividade entre o profissional da saúde e o sistema. Como requisito, os sensores precisam de mecanismos que possibilitem maior controle acerca das tarefas executadas. Uma possível solução é a utilização de estruturas de dados que possibilitem a aplicação do conceito de multitarefa nos sensores. Como contribuição maior é apresentada uma arquitetura de software denominada SOAB (Software Architecture for Body-worn Sensor etworks Project). A arquitetura SOAB é constituída por quatro camadas independentes: (i) uma interface para programação; (ii) um middleware para interconexão da RSCH com a Internet; (iii) um servidor para execução dos serviços solicitados pelos usuários e (iv) um sistema operacional com suporte para multitarefa, que será embutido nos nós sensores. Esse sistema operacional foi chamado MedOS. Tem como uma de suas funcionalidades aumentar o tempo de funcionamento dos nós sensores, promovendo a redução do consumo de energia elétrica por meio do escalonamento de tarefas com base em políticas adaptadas para aplicações biomédicas. __________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Body Sensor Networks (BSNs) must be designed to work autonomously. On the other hand, they must provide mechanisms that allow their control by healthcare personnel, as the clinical assessment of these professionals should always be the basis for the programming strategy. A great challenge in BSN software design is to provide, in a transparent way, access to the internal configurations of the networks and their sensor nodes without excluding their capability for autonomous operation. In order to provide such feature, specific models are needed in the design of software architectures for BSN’s, which include programmability as one of their functional requisites. The success of this approach can lead to a paradigm shift, since healthcare professionals will be able to act as the actual programmers and maintainers of the BSN. The programming of this type of system is usually performed by specialized engineers. However, if this technology is to become clinically useful, it is essential that the healthcare professionals are able to program the system. This thesis discusses the hypothesis abovementioned and proposes a model that will lead to the achievement of these objectives. Two important concepts related to programmability in BSNs are treated in this work: (i) deployment-time programmability and (ii) runtime set-up. The deployment-time programmability refers to the definition of software artifacts and algorithms that are embedded in the sensor node. In BSN’s, the inclusion of this functionality requires a programming interface that is suitable for healthcare personnel, as well as intelligent compilers. Intelligent compilers is a new concept presented in this thesis and its main purpose is to increase the effectiveness of the system’s use, considering the application’s requirements, the hardware possibilities and mainly the specialist’s knowledge to increase the applications lifetime. Consequently, it is possible to maintain the capability for autonomous operation of the BSN and still offer tools that can be used for people with little grasp on programming languages for programming of these systems. As an example, the inclusion of mechanisms and policies for energy saving could be treated by these structures. The runtime set-up refers to the capability for adjustments in run-time. The BSN should provide interactivity between the healthcare professional (the BSN manager) and the system. As a requisite, sensor nodes need mechanisms that allow a better control of the tasks that are being run. A possible solution is the use of data structures that allow preemptive multitasking. The main contribution of this work is the proposal of a software architecture named SOAB (Software Architecture for Body-worn Sensor Networks Project). The SOAB architecture is composed of four independent layers: (i) a programming interface; (ii) middleware for interconnecting BSN’s to the Internet; (iii) a server for processing users’ requests; (iv) a multitasking operating system. It helps to increase the lifetime of batteries by scheduling tasks based on customized policies, designed for taking into account the specificities of biomedical applications.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008. / Submitted by wesley oliveira leite (leite.wesley@yahoo.com.br) on 2009-09-25T17:18:59Z No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesFonseca.pdf: 2180502 bytes, checksum: 468aa45281d00911da92a988c70872a6 (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2011-02-01T12:36:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesFonseca.pdf: 2180502 bytes, checksum: 468aa45281d00911da92a988c70872a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-01T12:36:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TiagoAlvesFonseca.pdf: 2180502 bytes, checksum: 468aa45281d00911da92a988c70872a6 (MD5) Previous issue date: 2008-02 / O H.264/AVC é o mais novo padrão de compressão de vídeo e é tomado como estado da arte. Ele proporciona melhorias consideráveis de desempenho quando comparado a outros padrões existentes. Entretanto, como outros padrões, ele é um codificador híbrido composto por módulo preditivo e de transformada. No presente trabalho, propomos duas abordagens diferentes para implementação do estágio preditivo. A primeira idéia é usar dados originais em vez de dados reconstruídos para realizar os testes de predição na escolha do melhor modo de predição. O resíduo, todavia, continua sendo calculado usando dados anteriormente decodificados de forma a evitar drifting; essa técnica permite a paralelização do estágio de predição Inter-quadros, a operação mais demorada no H.264/AVC. A segunda contribuição reduz a complexidade da codificação pela supressão dos testes de predição de modos menos frequentes. Resultados mostram que, para seqüências de alta resolução, as metodologias propostas implicam pouca perda de qualidade no sinal aliada a uma grande economia de recursos. ____________________________________________________________________________ ABSTRACT / H.264/AVC is the newest, state-of-art, video compression standard. It leads to substantial performance improvement compared to other existing standards. However, like other video standards, it is a hybrid predictive-transform coder. In this work, we propose two different approaches to implement the prediction stage. The first idea is to employ original data rather than reconstructed ones to perform prediction tests before choosing the best mode. The residue, however, is evaluated using previously decoded data in order to avoid drifting. The technique allows parallelization of the inter-prediction stage, which is the most time consuming operation in H.264/AVC. The second contribution reduces the overall encoder complexity by avoiding less frequent prediction mode tests. Results show that, for high definition sequences, the proposed metodogies introduced very small quality losses associated with large reduction of computational burden.