Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:48:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342001.pdf: 9058678 bytes, checksum: e7b5820af980d1932869b7216f587137 (MD5) Previous issue date: 2016 / Os dispositivos reprogramáveis Field Programmable Gate Arrays (FPGAs),embora construídos para serem robustos, não são eternos, nem completamenteimunes à ocorrência de faltas, sejam elas transitórias oupermanentes. Considerando que o teste após fabricação deteta todas asfaltas devidas ao processo de produção, em condições normais ao níveldo mar, mesmo com as tecnologias nanométricas recentes, a ocorrênciade faltas permanentes numa FPGA durante o seu previsível ciclo devida é praticamente nula. Já em condições hostis, como no espaço ondeo nível de radiação é elevado (ou mesmo ambientes terrestres comocentrais nucleares, centros de investigação de física nuclear, aceleradoresde partículas, etc.), a ocorrência de faltas permanentes numa FPGAnão pode ser desprezada. Para além da radiação, sendo um dispositivoeletrónico, está igualmente sujeito a envelhecimento (aging). O NegativeBias Temperature Instability (NBTI) e o Positive Bias Temperature Instability(PBTI) são dois dos fatores que provocam esse envelhecimento,e que embora não destruam a funcionalidade dos recursos da FPGA,aumentam os seus tempos de propagação. Este envelhecimento podepor isso também originar faltas permanentes a partir de um determinadoponto do ciclo de vida do sistema implementado numa FPGA. Asolução para esses casos é a substituição da FPGA ou até mesmo daplaca que inclui a mesma. Apesar do facto de que em muitas situaçõesa substituição da FPGA ser considerada uma tarefa simples, em tantasoutras, tais como ambientes aeroespaciais onde o acesso é difícil e/ouperigoso para quem tem de realizar a substituição, esta operação poderáser problemática ou impossível de realizar.Neste contexto, esta tese propõe o desenvolvimento de soluções, para queum sistema implementado numa FPGA possa autonomamente recuperarda ocorrência de faltas permanentes (evitando utilizar recursos dodispositivo que sofreram essas mesmas faltas), e ao mesmo tempo,atenuar o ritmo de envelhecimento do dispositivo devido ao NBTI (eeventualmente também ao PBTI). Para isso, este trabalho foca emdois objetivos principais: (1) O desenvolvimento de um mecanismo emhardware, baseado na Reconfiguração Parcial da FPGA, que suportea implementação de estratégias de recuperação e prevenção de faltaspermanentes (minimizando a evolução do envelhecimento causado peloNBTI). (2) Planear e implementar formas de recuperar ou prevenir daocorrência de faltas permanentes (delay faults), recorrendo ao mecanismodesenvolvido.O mecanismo apresentado passa por novo fluxo gerador de bitstreamsparciais, possíveis de realocar em múltiplas partições reconfiguráveis,uma flexibilidade que ultrapassa a proporcionada pelas ferramentas dereconfiguração dinâmica disponibilizadas pelo fabricante. Das estratégiasimplementadas, uma permite um sistema implementado numa FPGArecuperar de uma falta permanente, sem necessidade de excluir todaa partição. Para atenuação do envelhecimento do dispositivo, outraestratégia altera as partições onde os bitstreams se encontram alocados deuma forma cíclica, de forma a que o máximo de recursos dessas partiçõesnão estejam configurados da mesma forma um longo período de tempo.É proposto ainda um novo sensor de performance para FPGA e quepode permitir medir também o envelhecimento em cada partição. Comele é possível a estratégia de alocar módulos (existentes nos bitstreamsgerados), de modo a uniformizar o envelhecimento e a dissipação depotência pelas várias partições, em função do envelhecimento acumulado,da temperatura atual e da potência consumida por cada módulo.<br> / Abstract : FPGA devices although built to be robust, are not everlasting. Theyare not completely invulnerable to the occurrence of faults, whethertemporary or permanent. Whereas the test after manufacturing detectsall faults due to production process, in normal conditions, at sea level,even with the recent nanometric technologies, the manifestation ofpermanent faults in FPGAs during their expected life cycle is consideredto be near zero. However, in hostile conditions, such as in space whereradiation levels are higher (or terrestrial environments such as nuclearpower plants, nuclear physics research centers, particle accelerators, etc.),the rate of permanent faults in an FPGA device can not be neglected.In addition to the radiation, as the FPGA is an electronic device, it isalso susceptible to aging effects. NBTI and PBTI are two of the agingsources and, although they do not damage directly the functionality ofthe FPGA resources, they are responsible for the increase in the device?spropagation times. This aging can therefore also lead to permanentfaults in a certain moment in the life cycle of a system implementedon an FPGA. The solution for such cases is to replace the FPGA oreven the board where it is on. Despite the fact that in many casesreplacing the FPGA can be considered a simple task, in many others,such as in aerospace environments where the access is difficult and /or dangerous for those who have to do the replacement, this operationmay be challenging or even impossible to perform.In this context, this work proposes the development of solutions fora system implemented in an FPGA which can autonomously recoverfrom the manifestation of permanent faults (avoiding use device resourcesthat have suffered these same faults), and at the same timemitigating the rate of aging of the device due to NBTI (and possiblyalso the PBTI). Therefore, this work focuses on two main objectives:(1) The development of a mechanism in hardware, based on the FPGAPartial Reconfiguration mechanism, which supports the implementationof strategies for recovering and prevention of permanent faults(minimizing the evolution of aging caused by NBTI). (2) The planningand implementation of ways to recover or to prevent the occurrence ofpermanent faults (delay faults), using the developed mechanism.The presented mechanism includes a new flow to generate partial bitstreams,which allows to reallocate multiple reconfigurable partitions.This is a feature does not provided by the dynamic reconfiguration toolsdelivered by the manufacturers. The implemented strategies allow asystem implemented in an FPGA to recover from a permanent fault,with no need to exclude the entire partition. For the device aging mitigation,another strategy changes the partitions where the bitstreamsare allocated in a cyclical way, so that the maximum resources of thesepartitions are not configured in the same way for a long period of time.It is further proposed a new performance sensor for FPGA systems,which also may allow the measuting of aging in each partition. Withthis sensor the strategy allows the allocation of modules (existing inthe generated bitstreams) in order to standardize the aging and powerdissipation by the various partitions, as a function of cumulative aging,the current temperature and the power consumed by each module.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339936.pdf: 5654927 bytes, checksum: 65f54cfdf70bbba50da74272b3439629 (MD5) Previous issue date: 2016 / Operações em tempo real são manobras com decisões em condições de incerteza, pressão de tempo e interferência de eventos inesperados. O controle de sistemas de potência prevê o fornecimento seguro, qualificado de energia e a restauração rápida da rede durante atividades de rotina e emergências. Demanda capacitações que abordem conhecimentos técnicos, habilidades e atitudes de autocontrole e prevenção contra o estresse. O controle da operação e a capacitação das equipes estão regulamentados e normatizados. No Brasil, a estrutura público-privada e a dimensão continental da rede dificultam a consolidação de um padrão de capacitação. Este estudo teve o objetivo de desenvolver um método para elaborar programas de capacitação de equipes de operação em tempo real do Sistema Elétrico Brasileiro (SEB). Por meio de revisão bibliográfica foram levantados problemas enfrentados pelas equipes de operação, técnicas de identificação de necessidades e ferramentas de capacitação. A pesquisa foi aplicada, qualitativa, exploratória e descritiva. Foram coletados dados de duas experiências de capacitação: (1) Escuela Corporativa de Red Eléctrica de España (ECRE) e (2) de quatro empresas na Região Sul do SEB - O ONS, a ELETROSUL, a COPEL e a CELESC. A partir da teoria, foi organizada uma estrutura de, com três categorias: Infraestrutura da rede e tecnologia; Formação dos operadores e Processos de capacitação em conformidade com padrões internacionais. Lacunas entre as experiências auxiliaram a sugerir itens ao método para elaborar programas de capacitação adequados à operação do SEB. O método compreende as etapas Problemática, Contexto, Levantamento de necessidades, Escolha das técnicas de capacitação, Programa de capacitação e Avaliação. Foram sugeridos módulos de capacitação e protocolos de avaliação de competências comportamentais dos operadores. O Método foi validado por 16 especialistas dos centros do ONS. Cerca de 81% mostraram-se satisfeitos e 75% atribuíram nota 8 ou 9 para o método. Como resultado principal redesenhou-se o Método para elaborar capacitações segundo o grau de importância atribuído pelos especialistas aos itens das etapas. Testar os resultados em empresas de energia do Brasil, outros países da América Latina e estudos quantitativos são oportunidades para pesquisas futuras, entre outras.<br> / Abstract: Real-time operations are maneuvers with decisions under conditions of uncertainty, time pressure and interference from unexpected events. The control of power systems requires safe, qualified energy supply and fast restoration of the network in routine activities and emergencies. The control of the operation and the training of teams are regulated and standardized. In Brazil, the public-private structure and the continental dimension of the network hinder the consolidation of a pattern of training. This study aimed to develop a method to elaborate training programs for real time operation teams of Brazilian Power System. Through a literature review have been raised problems faced by operation teams, techniques for identification of necessary skills and tools to training. The research was applied, qualitative, exploratory and descriptive. Data were collected from two training experiences. First, of the Escuela Corporativa de Red Eléctrica de España. The second involved four companies in the southern region of the Brazilian Power System: ONS, ELETROSUL, COPEL and CELESC. Since gaps between the experiences, was suggested a method to elaborate training programs appropriate to Brazilian Power System with the following structure: problems, context, needs assessment, choice of training techniques, training program and evaluation. Were suggested training modules and evaluation protocols of behavioral skills. Sixteen experts from the ONS operation centers validated the method. About 81% were satisfied and 75% gave score 8 or 9 for the method. The main result was the method to elaborate training programs redesigned according to the degree of importance attributed by experts to the items that compose the method. Test the method for training programs in energy companies in Brazil, other countries in Latin America and quantitative studies are opportunities for future research, among others.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340511.pdf: 11775903 bytes, checksum: 1baf9a198b71b623644bac26067ca17c (MD5) Previous issue date: 2016 / A presente pesquisa tem como objetivo propor uma estrutura de potência para gerenciamento de energia de um aerogerador de pequeno porte conectado a rede elétrica. A microgeração de energia vem ganhando espaço no cenário nacional com suporte da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Em 2012, a ANEEL apresentou a Resolução Normativa N°482 que regulamentou a instalação de micro e mini centrais de geração elétrica. A implementação de sistema de geração de baixa potência, como os aerogeradores de pequeno porte, exige um sistema para gerenciamento da energia produzida. Questões como robustez, complexidade e custo dos equipamentos podem inviabilizar ou reduzir interesse para implementação destes sistemas de geração. O trabalho propõem uma arquitetura de eletrônica de potência com baixo número de interruptores ativos e sem a utilização de capacitores eletrolíticos. A estrutura é composta por um retificador ativo, denominado na literatura como Switched Mode Rectifier, e um inversor Push-Pull. São realizadas análises e simulações das estruturas envolvidas, assim como, o projeto e experimentação de um protótipo de laboratório para processamento da energia produzida por um aerogerador de 1 kW. Os resultados de simulação e experimentais do sistema proposto são apresentados para dois métodos de MPPT distintos.<br> / Abstract: This research aims to propose a power management system for a small wind turbine connected to the grid. Microgeneration has been gaining ground on the national scenario with support from the National Electric Energy Agency (ANEEL). In 2012, ANEEL established the Normative Resolution Nº 482, which regulated the connection of micro and mini central power generation to the electrical grid. The implementation of low power generation system, such as small turbines, requires a system for managing the energy produced. Issues such as robustness, complexity and cost of equipment may prevent or reduce interest for implementation of this kind of renewable energy. This dissertation proposes a power electronics architecture with a low number of active switches and without the use of electrolytic capacitors. The structure is composed of an active rectifier, known in the literature as Switched Mode Rectifier, and a Push- Pull inverter. Analysis and simulations of the structures studied are held, as well as the design and implementation of a prototype, which processes energy produced by a 1 kW wind turbine. The simulation and experimental results of the proposed system are verified for two different MPPT methods.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339993.pdf: 2600500 bytes, checksum: efe0983672854fc183bd7d1fdd119008 (MD5) Previous issue date: 2016 / O problema do Planejamento da Operação Energética (POE) de sistemas hidrotérmicos visa obter uma política operativa que atenda a demanda com o mínimo custo considerando um horizonte de planejamento plurianual. Devido à uma série de complexidades, o POE é dividido em subproblemas (etapas) com distintos horizontes e modelagens problema. Independentemente da etapa, um aspecto crucial para que a política operativa seja de boa qualidade diz respeito à modelagem da Função de Produção Hidrelétrica (FPH). Assim, este trabalho foca na modelagem da FPH no âmbito do POE de médio prazo. Para reduzir o esforço computacional, historicamente o problema de médio prazo tem utilizado uma representação da FPH muito simplista, como por exemplo, o modelo a reservatório equivalente de energia ou ainda, no caso de sistemas de menor porte, uma FPH com produtibilidade constante (i.e., aquela que não leva em consideração a variação da queda na produção). Deste modo, este trabalho tem como objetivo inicial analisar os impactos de uma representação mais detalhada de FPH no problema do POE de médio prazo. Inicialmente constrói-se uma FPH não linear agregada para cada usina e, subsequentemente, apresentam-se duas maneiras de aproximá-la no problema. A primeira, mais detalhada, é uma função linear por partes, obtida por meio de um algoritmo de Convex Hull (CH). Uma análise do erro médio quadrático em função do número de hiperplanos e pontos utilizado no CH é apresentada. Por sua vez, a segunda modelagem é dada pela FPH com produtibilidade constante. Para avaliar o compromisso entre a qualidade da política e esforço computacional, para cada modelo de FPH, o problema inicialmente é otimizado via Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE). Nesta etapa, de maior esforço computacional, está disponível um lower bound para o custo ótimo da solução associada a árvore de cenários. Na sequência, as Funções de Custo Futuro (FCFs) da PDDE são utilizadas em uma simulação baseada em otimização em 2.000 cenários de afluências referentes a mesma árvore usada na otimização. Como resultado, tem-se um valor do custo de operação, bem como as políticas operativas. Para realizar as análises supracitadas, este trabalho faz uso de uma configuração hidrotérmica com 134 usinas hidrelétricas e 122 termelétricas. Os resultados indicam que a política operativa da FPH linear por partes é em média 13% melhor que a FPH com produtibilidade constante. Contudo, o esforço computacional é em média 14 vezes mais elevado. Com base nestes resultados, este trabalho apresenta ainda três heurísticas com o intuito de diminuir o tempo computacional quando a FPH é linear por partes. Em termos gerais, a ideia básica consiste em manter o número de aproximações lineares como função de alguma medida de "importância" na usina com relação ao SIN. Uma das heurísticas obteve políticas com diferença média de 6% e redução de esforço computacional na ordem de 7 vezes em comparação com o modelo mais detalhado.<br> / Abstract: The problem of Energetic Operation Planning (EOP) of hydrothermal systems consists in calculate operatives policy, in order that demand for electric energy is met at lowest cost in a planning horizon. Due a set of complexity, the EOP is separate in subproblems (steps) with different horizons and steps modeling. Independently of step, a crucial aspect for that operative policy become good it concerns a Hydroelectric Function Production (HFP) modeling. Thus, this dissertation focus on HPF modeling in EOP long term. To decrease the computational time, historically the long-term problem has been used a representation of HPF very simple, for instance, the Equivalent Energy Reservoir (EER), or yet, to small systems with production coefficient constant (i.e. that one does not take in account height variation in production). Thus, the first goal of this work is analyze impacts provides of HFP more detailed in a long term EOP. Initially, proposed a HFP nonlinear for each hydro plant and, after, is detailed two manners of approximation. The First one, is a piecewise function provides from Convex Hull (CH) algorithm. An analyses about mean square error in function of hyperplane number and points used in CH is showing. The second modeling is using production coefficient constant. To evaluate the tradeoff between policy quality and computational time, in each HFP model, the problem, first is optimized with Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP). In this step, of larger computational time, is available a lower bound to optimum cost of scenario tree. In next step, the future cost function (FCF's) of SDDP are used in a simulation based in optimize 2000 scenarios of outflow related with the shame tree used on optimization. As result, have an operational cost, as well the operatives politicians. To realize analysis described above, this work uses a hydrothermal system with 134 hydro plants and 122 thermal plants. The results, show that politicians with HFP piecewise linear model is 13% better than model with production coefficient constant model. However, the computational time is 14 times higher. Based in this result, this work shows another tree heuristics aims to improve the computation time related with HFO piecewise linear model. In general, the basics idea consists in keep the number of linear approximations as function of some hydro plants as measure of "significance" related to SIN. One of this heuristics got politicians with 6% of variation and computational time decrease 7 times compared to more detail model.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338907.pdf: 22234026 bytes, checksum: ee7cb18eda96aa8dbf5c67d881a36510 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho investiga os efeitos combinados da radiação e interferência eletromagnética em sistemas embarcados críticos baseados em dispositivos reconfiguráveis (FPGAs). Os efeitos investigados podem ser resultantes de interferência eletromagnética, conduzida ou radiada, ou através de radiação ionizante, por acúmulo de dose total (Total Ionizing Dose, ou TID) ou por efeitos de evento único, denominados de Single Event Effects (SEE). Dispositivos do tipo FPGA têm sido cada vez mais utilizados em sistemas críticos, devido a sua versatilidade, desempenho e robustez. O presente estudo contribui para a caracterização e qualificação de dispositivos FPGAs quando em funcionamento em ambientes ruidosos. O cenário descrito motivou a proposta deste trabalho, que contempla três objetivos principais: (1) O projeto, desenvolvimento e validação de uma plataforma para ensaios combinados de radiação e de interferência eletromagnética (conduzida e radiada) usando como referência o conjunto de normas IEC 62.132. (2) Desenvolver uma metodologia para qualificar sistemas em chip (SoCs) implementados em FPGA levando-se em conta os efeitos combinados da radiação (TID e SEE) e da interferência eletromagnética (EMI radiada e conduzida); (3) Demonstrar a utilização integrada da metodologia e plataforma para qualificação destes dispositivos e os sistemas em chip utilizados no que diz respeito à dose de radiação, tempo de atraso entre entrada e saída, tensão mínima de funcionamento, consumo de corrente dinâmico, nível de campo eletromagnético máximo suportado antes da falha, a faixa de frequências em que os dispositivos apresentaram falhas com outros valores de campo e a sensibilidade à Single Event Upsets (SEU) tendo seus efeitos combinados com TID e EMI. Cabe salientar que estas plataformas de testes deste nível e para este propósito não foram encontradas na literatura nem no Brasil nem no exterior, nos motivando ainda mais a pesquisa e o desenvolvimento pela sua originalidade e grande utilidade para projetos que envolvem sistemas em chip utilizando FPGAs quando submetidos à radiação e à EMI. Principalmente quando aplicado a sistemas embarcados para aplicações críticas. A plataforma desenvolvida é baseada em três placas específicas e complementares em duas versões. A primeira é dedicada para ensaios com radiação ionizante, e pode ser utilizada em uma câmara aceleradora de partículas ou em uma Gamma Cell (para exposição a raios gama) ou ainda em equipamentos de raios X. A segunda placa é dedicada para o teste de imunidade à EMI radiada utilizando uma Giga-hertz Transverse Electromagnetic Cell (GTEM Cell) de acordo com a norma IEC 62.132-2 e a terceira é uma placa de injeção de EMI conduzido pelas linhas de alimentação do circuito, e usou como referência a norma IEC 61.000-4-29. Com a plataforma e metodologia apresentadas neste trabalho foi possível comprovar que quanto maior a dose de radiação recebida, mais susceptível o dispositivo fica quando exposto à EMI, aumentando em pelo menos 30% a quantidade de falhas, em até 230% o tempo de atraso entre entrada e saída e em até 19% o consumo de corrente dinâmico do dispositivo. Assim como quanto maior a dose de radiação sofrida, maior será a sensibilidade à SEU. Com os limites de operação apresentados para os FPGAs em teste, o projetista pode decidir se o dispositivo está ou não qualificado para o seu uso em determinada aplicação.<br> / Abstract : The combined effects of radiation and electromagnetic interference in reconfigurable devices (FPGAs) are explored in this work. The investigated effects can originate from radiated or conducted electromagnetic interference, through ionizing radiation, by accumulation of total dose (Total Ionizing Dose TID) or by Single Event Effects also known as SEE. Since FPGA devices have been increasingly used in critical systems, due to their versatility, performance and robustness, this study contributes to the characterization and qualification of FPGAs devices when operating in noisy environments. The described scenario resulted in a proposal with three main objectives: (1) The design, development and validation of a platform for combined tests for radiation and electromagnetic interference (conducted and radiated) with reference to IEC 62.132 standards. (2) Development of a methodology to qualify systems on chip (SoC) implemented in FPGA taking into account the combined effects of radiation (TID and SEE) and electromagnetic interference (EMI radiated and conduced); (3) Demonstrate the combined use of the methodology and platform for qualifications of these devices and SoC used with respect to radiation dose, time delay between input and output, minimum operating voltage, the dynamic power consumption, electromagnetic field level supported before failure, the frequency range in which the devices had failures with other field values and sensitivity to Single Event Upsets (SEU) with TID and EMI combined effects. It should be emphasized that these test platforms, at this level and for this purpose have not been found in the literature either in Brazil or in other countries, motivating this research and development for its originality and use in projects involving systems on chip on FPGAs when exposed to radiation and EMI. Especially when applied to embedded systems for critical applications. The developed platform is based on three specific and complementary boards in two versions. The first one is dedicated to radiation immunity test according to the IEC 62132-2 standard, and can be used in a particle accelerator chamber (e.g. protons) Gamma Cell (for gamma rays exposure) or in X ray equipment s. The second board is dedicated to radiated noise immunity testing in a Giga- Hertz Transverse Electromagnetic Cell (GTEM Cell) referenced by the IEC 62.132-2 standard. The third one is a board for conducted EMI injection by the circuit supply lines referenced by the IEC 61.000-4-29 standard. With the platform and methodology presented in this work it was possible to prove that the higher radiation dose received, the more susceptible when exposed to EMI the device is, increasing by at least 30 % the number of failures, up to 230 % the time delay between input and output and up to 19 % dynamic current consuming of the device. As well as the higher the radiation dose suffered, the more sensitivity to SEU is. With operating limits presented for FPGAs under test, the designer can decide if the device is qualified or not for use in a particular application.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:45:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339521.pdf: 3599755 bytes, checksum: e4fbd355b008b5513a8ca178dff59050 (MD5) Previous issue date: 2015 / As perdas no núcleo e enrolamentos de transformadoreslevam a um aumento nas temperaturas internas nestes equipamentos.Este aquecimento deve ser monitorado a fim de evitar envelhecimentoprecoce no isolamento de papel impregnado e, conseqüentemente, perdade vida útil do transformador. O presente trabalho de tese aborda odesenvolvimento e implementação de um modelo térmico para análisedas temperaturas internas em transformadores de potência, considerandoa dificuldade e custos da obtenção destas temperaturas diretamente. Aestimação das temperaturas no óleo e enrolamento em diversos pontosdo transformador é realizada considerando características térmicas dosmateriais envolvidos e aspectos construtivos do transformador. Para avalidação do modelo proposto são realizadas comparações com asmedições realizadas no transformador simulado. Os resultados aindaforam comparados com os valores de temperaturas obtidos para osmesmos pontos, com a utilização da recomendação técnica IEEE C57.91(1995).<br> / Abstract: The losses in the core and windings of transformers lead to an increase of the internal temperatures in these equipments. This heating should be monitored, in order to avoid early ageing of the insulation of impregnated paper and, consequently, the transformer's loss of life. This research work describes the development and implementation of a thermal model aiming to calculate the internal temperatures in power transformers, considering the difficulties and costs for obtaining these temperatures by direct measurement. The approach uses parameters such as the thermal characteristics of the materials involved and the transformer constructive aspects, to estimate the oil and windings temperatures in several points in the transformer. In order to validate the proposed procedure a comparison with direct measurement in the power transformer is performed. The supplied results are compared with the values provided by the application of the IEEE transformer loading guide C57.91 (1995).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:49:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339514.pdf: 5834245 bytes, checksum: 19a6493edcb4f7393ff7e0b94e01ac0f (MD5) Previous issue date: 2015 / Apesar da existência de muitas alternativas para geração de base de tempo, não há ainda uma referencia de tempo totalmente integrável que possa oferecer simultaneamente alta precisão, baixa potência e custo de produção reduzido; portanto, não há uma referência de tempo ideal capaz de ter performance melhor do que os osciladores a quartzo disponíveis no mercado. O objetivo principal desse trabalho é de tentar encontrar uma solução em tecnologia CMOS de uma referencia de tempo capaz de substituir osciladores a quartzo na frequência de 32 kHz. Isso implica em projetar um oscilador de baixa potencia, alta precisão e que seja pouco sensível as variações de processo, de tensão e de temperatura. Os elementos básicos do oscilador de relaxação deste trabalho são um transistor zero-Vt que opera como resistor e uma fonte de corrente específica de transistor zero-Vt. Foi desenvolvido também um Schmitt trigger com entrada de corrente e uma fonte de corrente controlada por tensão capaz de acompanhar a variação de corrente devido as variações de processo, tensão e temperatura. As medidas do oscilador fabricados mostraram uma variação de +/- 30ppm/°C na faixa de temperatura de -20°C ate 80°C e uma variação menor do que +/- 500ppm/V para tensão de alimentação entre 0.7 V e 1.8 V. As medidas da estabilidade em frequência mostraram uma variação de +/- 500ppm para estabilidade de longo termo, e um jitter de 2 nano seconds para estabilidade curto termo.<br> / Abstract: Despite many alternatives for time generation, no CMOS fully-integrated time reference offers simultaneously high accuracy, low power consumption, and low cost, and, thus, no ideal time reference suitable to replace the xtalclockis available. The main aim of this work is to contribute to find a solution to this problem, which is to realize a low-cost, low-power CMOS time reference circuit that is insensitive to PVT (Process, Voltage, and Temperature) variations. The basic element of the relaxation oscillator is a zero-VtMOSFET that operates as a resistor and a current source which tracks the specific current of the zero-Vt transistor. The design presented here uses acurrent mode Schmitt trigger and a voltage controlled current source, which can track the current variation due to PVT variations. The frequency of oscillation, proportional to the mobility, is compensated by the thermal voltage. The proposed time reference, fabricated in a 180 nm CMOS technology has been designed for 32 kHz. Test and measurement results show a variation of +/- 30ppm/°C from -20°C to 80°C, and less than +/- 500ppm/V for a variation of the supply voltage between 0.7 V to 1.8 V. As regards frequency stability, measurements have shown a variation less than +/- 500ppm for long term stability, and an rms jitter of 2 nanoseconds (66 ppm) for short term stability.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:49:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338904.pdf: 15905021 bytes, checksum: ba12b4d273168e764008021204b3e07e (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese apresenta uma modelagem de transformadores que,estando operando em condições nominais, sejam submetidos a surtos. Foram utilizados para a modelagem dados de respostas em frequências e de ensaios sob condições nominais. O modelo proposto representa respostas em frequência de impedâncias de transformadores sem carga e que estejam operando sob condições nominais. Ainda, foi proposto um modelo que, além de descrever respostas em frequência de impedâncias em aberto e sob condições nominais, representa, também, o comportamento de respostas em frequências de relações de tensão. Os modelos e as metodologias utilizados para a determinação de valores de parâmetros propostos foram validados através de transformadores com diferentes níveis de tensão e potência. As validações foram realizadas no domínio da frequência e do tempo. Apresentam-se exemplos de aplicações dos modelos, por meio de simulações numéricas.<br> / Abstract : The thesis presents a modeling of transformers, which operatingin steady state and submitted to surges. In the modeling useddata from frequency response and from tests under nominal conditionswere taken. The proposed model represents the frequencyresponse of a transformer at no load and under nominal conditions.Furthermore, it is also proposed a model that representsthe voltage frequency responses between transformer terminals.The models and the methodologies to determining the parametervalues were validated through transformers with different voltagelevels and power. Validations of the models are carried out inthe frequency and time domains. Examples of applications of themodels are shown by numerical simulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341956.pdf: 2283985 bytes, checksum: 174f7a0e4a96bf360d4d4ec2049f16d2 (MD5) Previous issue date: 2015 / O consumo crescente de energia elétrica no mundo levanta preocupações relacionadas aos impactos ambientais e ao esgotamento dos recursos energéticos. As edificações são responsáveis por uma parcela consistente do consumo de energia elétrica no Brasil e no mundo. Visando maior eficiência energética em edificações, são elaborados regulamentos e normas. Neste contexto está inserida a ASHRAE Standard 90.1, norma norte americana que estabelece requisitos mínimos para eficiência energética em edificações. O objetivo deste trabalho é analisar as recomendações da ASHRAE Standard 90.1 relacionadas à envoltória de edificações comerciais. O programa de simulação computacional EnergyPlus foi escolhido para efetuar as simulações do trabalho. Primeiramente, definiu-se o modelo de referência de edificação comercial de escritórios a ser utilizado. A envoltória do modelo de referência foi definida de acordo com as recomendações da ASHRAE Standard 90.1. Em seguida, foram impostas variações na envoltória, nas dimensões e na densidade de carga interna do modelo de referência a fim de verificar seus impactos no consumo de energia elétrica da edificação. Independentemente da envoltória, verificou-se que a área de pavimento é inversamente proporcional ao consumo normalizado pela área da edificação, devido à maior influência do clima em edificações menores nos três climas analisados (Rio de Janeiro, Florianópolis e Curitiba). A análise dos ganhos de calor de zonas do modelo de referência permitiu obter as superfícies da envoltória pelas quais ocorrem os maiores ganhos e perdas de calor. As variações com vidro duplo e isolamento na envoltória obtiveram consumos de energia elétrica inferiores, quando comparadas às sem isolamento e vidro comum. A utilização de vidro de controle solar, associada a uma envoltória sem isolamento refletiu em consumos ainda menores. A adoção do vidro laminado de controle solar mostrou-se positiva em todos os climas, diminuindo os ganhos por radiação através das aberturas e possibilitando perdas benéficas de calor para o exterior da edificação devido à sua transmitância térmica elevada. De modo geral, o vidro apresentou grande influência nas trocas de calor entre o ambiente interno e externo. As diferentes densidades de carga internas afetaram o consumo de energia elétrica da edificação de acordo com a envoltória e o clima definido. A análise dos resultados demonstra que as recomendações de envoltória da ASHRAE Standard 90.1 não são as mais adequadas para edificações comerciais em climas quentes,especialmente em casos de densidades de carga interna altas. As recomendações referentes à envoltória de edificações comerciais poderiam ser elaboradas de maneira mais específica para cada zona climática e densidade de carga térmica interna, sem necessariamente priorizar o uso de isolamento térmico.<br> / Abstract : The growing consumption of electricity in the world raises concerns related to environmental impacts and depletion of energy resources. Buildings are responsible for a consistent share of electricity consumption in Brazil and worldwide. In this scenario, standards and regulations aimed at energy efficiency in buildings have been prepared. In this context there is the ASHRAE Standard 90.1, a North American standard that establishes minimum requirements for energy efficiency in buildings. The objective of this study is to analyze the ASHRAE Standard 90.1 envelope recommendations for commercial buildings. The thermal energy computer simulation program EnergyPlus 8.3 was used for this study. First, the reference model of office commercial building was defined in accordance with the recommendations of ASHRAE Standard 90.1. Changes were imposed on the envelope, dimensions and internal load density of the reference model in order to verify their impact on the energy consumption of the building. Regardless of the envelope, it was found that the floor area is inversely proportional to the normalized consumption by area of the building, due to greater influence of climate in smaller buildings, in the three climates analyzed (Rio de Janeiro, Florianopolis and Curitiba). The analysis of heat gains allowed obtaining the surfaces of the envelope by which occur higher gain and heat losses. The variations with double glazing and insulation in envelopment achieved lower power consumption compared to uninsulated and ordinary glass. The use of solar control glass associated with an envelope without isolation reflected in even lower consumption. The adoption of solar control laminated glass proved to be effective in all climates, reducing the radiation gains through the openings of the building while enabling beneficial losses to the outside due to its high thermal transmittance. Generally the glass had a great influence on heat exchange between the internal and external environment. The different internal loading densities affected the electricity consumption of the building in accordance with the envelope and climate. The analysis shows that the ASHRAE Standard 90.1 envelope recommendations are not the most suitable for commercial buildings in hot climates, especially in cases of high internal charge densities. The recommendations concerning commercial building envelope could be designed more specifically for each climate zone and internal heat load density without always prioritize the use of thermal insulation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:17:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338908.pdf: 889947 bytes, checksum: 31905a3c936e228b9ec0d418e653b301 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta dissertação apresenta um estudo sobre o impacto do Controle QV na solução das equações da rede elétrica em regime permanente. Três modelos analíticos são analisados. No primeiro, o conjunto de variáveis do problema de fluxo de potência convencional é estendido pela geração de potência reativa. Isto resulta num sistema linear subdeterminado a ser resolvido a cada iteração do método de Newton. As características da solução geral deste sistema linear permitem conduzir a solução do fluxo de potência para um ponto onde é possível melhorar um índice de desempenho relacionado à malha QV, selecionado adequadamente. O segundo modelo considera o Controle Secundário de Tensão (CST) no conjunto de equações do fluxo de potência convencional. Observase que esta estratégia permite obter soluções com melhor distribuição de potência reativa gerada, a despeito das dificuldades resultantes da imposição das equações de CST. O terceiro modelo analítico inclui as equações de CST como restrições em problemas de Fluxo de Potência Ótimo. Como objetivo, avaliou-se a minimização dos desvios quadráticos da magnitude de tensão de um valor pré-especificado e o carregamento máximo da rede. A versão não linear Primal-Dual do método de pontos interiores é usada para obter a solução destes problemas. Neste caso, a consideração de vários tipos de restrições de desigualdade resulta em soluções de maior aplicabilidade, sob o ponto de vista prático. Resultados numéricos obtidos utilizando sistemas de diferentes portes são usados para ilustrar o uso dos modelos analíticos apresentados.<br> / Abstract : This dissertation presents a study on the impact of QV Control in the steady state solution of the network equations. Three analytical models are analyzed. At the first model, the set of variables of the conventional power flow problem is extended by the reactive power generation. This results in a underdetermined linear system to be solved at each iteration of Newton's method. The characteristics of the general solution of this system allow to modify the power flow solution such as to improve performance indexes related to QV control. The second analytical model considers the Secondary Voltage Control (SVC) in the set of conventional power flow equations. It is observed that this strategy allows to obtain solutions with better distribution of reactive power generation, regarding the difficulties of the imposition of the SVC equations. The third analytical model includes the SVC equations as constraints in Optimal Power Flow problems. The minimization of the quadratic deviation of voltage magnitude from a specific point and the maximization of the loadability conditions was studied. The non-linear version of the Primal-Dual interior point method was used to obtain solutions to these problems. In this case, the consideration of different inequality constraints provides more practical solutions. Numerical results obtained with systems of different sizes were used to illustrate the analytical models proposed.