Este trabalho propõe a análise de curtos-circuitos trifásicos em geradores de indução duplamente alimentados (DFIG Doubly Fed Induction Generator). Os DFIGs voltam à pauta de hidrogeração devido aos recentes investimentos em usinas hidrelétricas reversíveis com velocidade variáveis empregando DFIGs. Esta configuração de geração, que permite velocidade do eixo diferente da frequência da rede, também é uma opção para usinas hidrelétricas convencionais, trazendo benefícios em termos de eficiência energética, estabilidade e otimização do sistema de potência. As pesquisas envolvendo este tipo de gerador tem se concentrado em aplicações para energia eólica. Os estudos são focados em aspectos de controle e otimização da geração não havendo muitos trabalhos voltados ao estudo de curto-circuito do ponto de vista da máquina principalmente relativos à solução analítica. Os trabalhos voltados a transitórios tratam em geral de afundamentos de tensão na linha de transmissão e metodologias para manter o gerador conectado ao sistema durante estes transitórios. Na área de hidrogeração, na maioria dos casos, os estudos tratam de aspectos de controle, de otimização da operação e de ganhos para o sistema de potência quando do uso do DFIG. Assim, faz-se necessário aumentar a gama de estudos do comportamento desses geradores frente a transientes elétricos, mais especificamente a curtos-circuitos. Para o estudo de transientes do curto-circuito trifásico foi desenvolvida a solução analítica e um modelo baseado no proposto por Krause (KRAUSE, 2002) para simulação em Simulink do Matlab para comparação de resultados. / This work proposes the analysis of three-phase short circuit on doubly fed induction generator, DFIG. This generator is again a subject of study for hydrogeneration as per recent investments on variable-speed Pumped Storage Power Plants. This configuration, which allows asynchronous shaft speed, is also an alternative for conventional hydro power plants, providing improvements on energy efficiency and stability and optimization of power system. Current studies on this subject are focused on wind power applications, covering mostly control and generation optimization aspects while there aren\'t so many studies on short-circuit especially with analytical solution. Electrical transient studies are usually covering voltage dips or sags on transmission line and associated methods to maintain power unit connected to power system during such. The researches on hydro power are also about control, operational optimization and power system improvements when DFIGs are installed. Thus, it is necessary to contribute to research regarding behavior of such generators under electrical transient conditions, more specifically under short circuits. The analytical equation for three-phase short circuit was developed as well the electric model based on the one proposed by Krause (KRAUSE, 2002) for simulations on Simulink of Matlab.

Este trabalho tem como objetivo uma análise da operação Assíncrona da Máquina Síncrona, atuando como gerador e como motor. Após as considerações gerais do Capítulo I, referentes aos transitórios eletromecânicos nas máquinas Síncronas, apresentamos no Capítulo II um método de análise para o estudo da Operação Assíncrona como gerador; cujos resultados são aplicados à previsão do comportamento de duas máquinas Síncronas reais, um hidro-gerador e um turbo-gerador. Ainda neste Capítulo oferecemos, para uma terceira máquina, uma comparação de resultados obtidos pelo método ora apresentado e por método elaborado por outros autores. No Capítulo III estabelecemos um confronto entre os resultados obtidos experimentalmente em máquina existente em nossos laboratórios. Face à abrangência do método aqui desenvolvido, no Capítulo VI aplicamo-lo também à análise do importante problema da partida da máquina síncrona como motor assíncrono, com a devida consideração das ações próprias do enrolamento amortecedor e do enrolamento de campo, a ser fechado através de resistores adequados. As conclusões vem resumidas no Capítulo V, onde sugerimos futuros trabalhos, incluindo efeitos aqui não considerados, visando o aprimoramento dos resultados obtidos. Os processos adotados para a determinação experimental de parâmetros bem como as expressões das constantes necessárias para a aplicação do método ora desenvolvido, resultantes da solução de sistemas de equações simultâneas, encontram-se nos Apêndices I e II. / This work is concerned with the analysis of the Assynchronous Operation of Synchronous Machines acting as generator and motor. After the general considerations in Chapter I, referring to electromechanical transients in Synchronous Machines, we introduce in Chapter II a method of analysis of Assynchronous Operation as a generator, whose results are applied to the prevision of the performance of two real synchronous machines, an hidro-generator and a turbo-generator. We also present in the same Chapter, for a third machine, a comparison of the results obtained by the method here introduced and these obtained by another method by other authors. In Chapter III we offer a comparison of the theoretical results obtained with field test results in machine of our laboratories. The method here developed is not restricted to any particular condition of operation. So, in Chapter IV we applied it to an important problem involving synchronous machine: the starting of synchronous motor by the action of damper and field windings, the last one closed through suitable resistors. The conclusions are resumed in Chapter V, where we suggest future works, including effects not considered here, looking for new approachs to the results. In appendix I we explain the experimental methods for the determination of the parameters of the machine and in the Appendix II we summarize the expressions of the several constants which came from the solution of systems of differential equations.

Este trabalho propõe uma configuração de câmaras excitadas por linhas de transmissão, considerada como potencial solução para as restrições das câmaras reverberantes atuais. Dentre estas restrições menciona-se, por exemplo, as relativas à operação das câmaras em baixas frequências, cujas dimensões poderão representar uma restrição física à sua implementação em ambientes de teste. Outras características físicas podem ser consideradas também restritivas, ao se considerar o volume útil de trabalho e o modo de excitação das câmaras canônicas. Visando satisfazer os índices de mérito aplicáveis, as diversas configurações propostas são avaliadas, onde, além dos arranjos das linhas de transmissão, também são considerados os detalhes relativos às variações da excitação e da carga via controle eletrônico. A metodologia de análise de desempenho da câmara proposta utiliza, basicamente, métodos analíticos, numéricos e avaliações experimentais. A aplicação de algoritmos e métodos de otimização recomendados pela literatura atual e alguns procedimentos desenvolvidos e adaptados pelos autores, foram utilizados na busca de configurações que melhor satisfaçam os índices de mérito adotados. Diversos resultados, obtidos através de simulações numéricas e de avaliações experimentais realizadas em um protótipo são apresentados e comparados, visando uma análise das potencialidades e da aplicabilidade deste tipo de câmara às necessidades dos ensaios de compatibilidade eletromagnética de equipamentos e sistemas elétricos e eletrônicos. / This Thesis presents the proposition of a Transmission Line Excited Chamber configuration. This configuration is considered to be a potential solution for the constraints of reverberation chambers of nowadays. Among this constraints, e.g. the ones related to chamber operation at some MHz, is a physical restriction to implement in tests environments. Moreover the work volume and the canonical chamber excitation ways are also considered restrictions. In order to satisfy the chamber evaluation indexes of merit applicability, several transmission line sets are evaluated, including the details concerned to electronic exciting variation and load variation. The chamber performance analysis methodology is proposed in this work is based on analytical and numerical methods, and also experimental evaluations. Not only optimization algorithms and methods recommended by literature were used in order to reach the adopted indexes of merit but also procedures developed and adapted by the authors. To analyze the chamber capacity to reach all the electromagnetic compatibility test requirements applied to equipments and electric and electronic systems, several tests, were performed over one Transmission Line Excited Chamber prototype. The results obtained by numerical simulations and experimental evaluations are presented and compared.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementacao em uma rotina computacional, de algoritmos para a localizacao de faltas em linhas de transmissao com subestacoes conectadas em derivacao. Os algoritmos propostos neste trabalho integram uma metodologia para localizacao de faltas, que e capaz de identificar corretamente o ponto de ocorrencia do defeito utilizando as componentes de fase dos fasores de tensoes e correntes, calculadas atraves dos registros desses sinais, efetuados por oscilografos digitais e/ou reles de protecao instalados nos terminais da linha de transmissao. Alem disso, a metodologia para localizacao de faltas tem acesso aos parametros eletricos da linha e informacoes sobre o tipo de ligacao e o carregamento dos transformadores conectados aos terminais das derivacoes. Este trabalho apresenta tambem o desenvolvimento dos modelos para os elementos do sistema de transmissao, em componentes de fase. Estes modelos sao utilizados pelos algoritmos que integram a metodologia para localizacao de faltas. / This research presents the development and implementation in a computational routine, of algorithms for fault location in multi-terminal transmission lines. The algorithms proposed in this work are part of a fault location methodology, which is capable of correctly identifying the fault point based on voltage and current phase components. The voltage and current phasors are calculated using measurements of voltage and current signals from intelligent electronic devices, located on the transmission line terminals. The algorithms have access to the electrical parameters of the transmission lines and to information about the transformers loading and their connection type. This work also presents the development of phase component models for the transmission system elements used by the fault location algorithms, that are part of the fault location methodology.

Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina. / DC motors haves been used for almost two centuries. They are very well known not only its excellent torque response, but also because they can operate at the flux weakening region, when this situation is required. Due these characteristics, nowadays, the dc machines haves been used in specific niches of utilization. Nonetheless, this sort of machine presents a disadvantage, specifically the problem of exhaustive electromechanical maintenance required. In order to solve this type of problem, during the 1960\'s, the permanent magnet trapezoidal brushless dc machines were developed. The problem in this kind of machine is the dificulty to obtain excitation flux variation, since there is only a permanent magnet excitation system. Hence, the aim of this thesis is a study of non conventional electric machines topology for application and utilization in electric traction systems for operation at weakening flux region through the changing of resulting air-gap flux. As purpose of the study, an axial flux hybrid excitation topology was focused, i.e, a double excitation system (a permanent excitation and an electric excitation) to make its operation at the constant power region possible keeping the flux density level in the critical parts of the machine under the saturation point. Additionally, for design the topology proposed, in this thesis, computational simulations were done in order to compare with the results obtained from the analytical method.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, novos requerimentos de conexão às redes elétricas são solicitados constantemente como conseqüência do crescimento econômico e da conseqüente expansão da rede elétrica. Uma empresa distribuidora que atenda a uma cidade de grande porte recebe a cada mês um elevado número de solicitações de conexão de novas cargas. Assim, um dos principais desafios das áreas de projeto das empresas distribuidoras é encontrar a melhor forma, tanto técnica como economicamente, de atender a estas solicitações. Devido ao volume do trabalho envolvido, bem como à escassez de dados detalhados da rede elétrica, a prática convencional estabelece filtros para reduzir o número de estudos associados às novas cargas. Normalmente, estes filtros são baseados em um valor limite de demanda máxima. Se a nova carga possui uma demanda máxima inferior ao limite, a nova carga é ligada diretamente, sem a execução de estudos elétricos. Se, por outro lado, a demanda máxima da nova carga excede o limite, então um estudo detalhado é iniciado. Esta prática pode levar a duas decisões equivocadas por parte da empresa: (i) não-execução de um estudo quando ele era necessário, e (ii) execução de um estudo desnecessariamente. A situação de escassez de dados detalhados está mudando rapidamente nos últimos anos no mundo da distribuição de energia elétrica. Há atualmente poderosos sistemas geo-referenciados que permitem associar cada elemento da rede elétrica a uma posição geográfica bem definida. Além disso, estes sistemas contam com o apoio de bases de dados que possuem recursos para cadastrar e administrar o enorme volume de dados associados às redes de distribuição de energia elétrica. Esta nova realidade conduz naturalmente ao desenvolvimento de modelos mais sofisticados que permitem aprimorar muito a qualidade dos serviços prestados pelas empresas distribuidoras. Este trabalho propõe, desenvolve e implementa uma nova metodologia de apoio à decisão no que se refere à ligação de novas cargas em redes de distribuição de energia elétrica. A metodologia está baseada no conceito inovador de folga de potência, estabelecido no âmbito deste trabalho, pelo qual calcula-se a priori e em cada ponto da rede a máxima carga que pode ser conectada sem que os critérios técnicos, de tensão mínima e máximo carregamento, sejam transgredidos. A natureza da metodologia proposta elimina automaticamente a possibilidade de ocorrência das duas decisões equivocadas comentadas anteriormente. A utilização da metodologia desenvolvida é ilustrada através de diversos exemplos de aplicação que utilizam redes reais de distribuição, em baixa e média tensão. / Economic growth and the associated expansion of the electrical power system naturally lead to a large number of new loads being connected to the existing network. As a consequence, one of the main challenges faced by the design areas in electrical utilities refers to the problem of finding the best solution among various alternatives for connecting a new load, from both technical and economic viewpoints. Owing to the large size of the problem, and also to the lack of detailed data associated with distribution systems, electrical utilities adopted in the past a few filtering techniques so as to reduce the amount of work to reasonable levels. These filters usually define a limit for the maximum demand declared by a new customer. If the required maximum demand does not exceed the limit, the new load is connected straight away without carrying out any electrical study. On the other hand, when the maximum demand does exceed this limit, a detailed analysis is executed. Despite the savings brought about by this technique, it may lead to two potentially wrong decisions: (i) overseeing a detailed analysis when it is needed, and (ii) carrying out a study when it is not necessary. Concerning the lack of detailed data, fortunately this situation has been improving rapidly in the last few years. Currently, there exist powerful georreferenced systems capable of associating every component of the electrical system with a well-defined geographical location. These systems usually rely on supporting databases which allow efficient management of the huge amount of data normally associated with distribution networks. This new standpoint naturally leads to the development of more sophisticated models which allow considerable improvements on the quality of services offered by the utilities. This work presents a new methodology aimed at supporting the decision-making process regarding the connection of new loads in electrical distribution networks. The methodology is based upon the innovative concept of capacity margin, established within this work, by which the maximum load that can be connected to any given point is computed in advance in offline mode. The criteria for finding the maximum load are based on the common requirements of minimum voltage and maximum loading. The proposed methodology automatically eliminates the two wrong decisions mentioned above. The application of the proposed methodology is illustrated through various examples which use real distribution networks, at both low and medium voltage levels.

O presente trabalho propõe a utilização do método de otimização baseado no paradigma de enxame de partículas no projeto de um dispositivo eletromagnético, modelado analiticamente. A otimização baseada em enxames de partículas pertence à classe dos algoritmos evolutivos e é baseada no algoritmo de simulação do movimento de pássaros na busca por comida. O trabalho será focado na resolução de problemas de otimização multiobjetivo e apenas alguns casos de otimização mono-objetivo serão resolvidos para demonstrar a funcionalidade do método de otimização. Dois métodos de otimização multiobjetivo são propostos: um é baseado num algoritmo de otimização multiobjetivo que utiliza o paradigma de enxames em conjunto com soluções adotadas pelo algoritmo genético multiobjetivo denominado Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) e o outro é baseado também no paradigma de enxames utilizando elementos do algoritmo de otimização multiobjetivo intitulado Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Ambos algoritmos são validados em um problema de otimização baseado no projeto de um motor de corrente contínua sem escovas, um benchmark de otimização. / This work proposes the use of the optimization method based on the particle swarm paradigm in the design of electromagnetic device, analytically modeled. Particle swarm optimization belongs to the class of evolutionary algorithms and is based on the movement simulation of birds searching for food. This work will be focused on solving multi-criteria optimization problems and some cases of single-objective optimization problems will be solved only to demonstrate the functionality of optimization method. Two multi-criteria optimization methods are proposed: one based on an optimization algorithm that uses the multiobjective particle swarm paradigm and some concepts extracted from the multiobjective genetic algorithm called Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) and the other is based on the particle swarm paradigm by using some elements of another multiobjective optimization algorithm entitled Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Both methods are applied to an optimization problem related to the design of a brushless direct current motor.

O trabalho apresenta o protótipo de um conjunto de sistemas especialistas para o auxílio na operação, monitoração e a avaliação do desempenho da manutenção de uma subestação de energia. Os sistemas especialistas propostos têm como objetivos básicos: o tratamento de alarmes da subestação, para depuração e triagem dos mesmos durante perturbações facilitando a análise e ações do operador; a localização de defeitos através da iteração entre alarmes gerados (fatos), regras que relacionam alarmes a causas (base de conhecimento) e a estrutura que relaciona este conjunto de regras (máquina de inferência); a reconfiguração da subestação para transferência de cargas entre circuitos através de um conjunto de manobras gerados por algoritmos de busca e de regras ligadas aos limites das grandezas elétricas dos equipamentos da rede; e ainda a análise do desempenho da manutenção baseada no conceito de índice de mérito operativo aplicado a subestações. O protótipo prevê o desenvolvimento utilizando a linguagem PROLOG, que é voltada para o tratamento declarativo de informações. Foram utilizados dados de uma subestação de uma empresa concessionária de energia para que se pudesse avaliar melhor o desenvolvimento das bases de conhecimento e da própria arquitetura do conjunto e de sua comunicação. Os testes efetuados mostraram resultados promissores e com grau de acerto elevado, o que indica que o sistema desenvolvido, é um embrião confiável para maiores sofisticações. O trabalho termina por apresentar estas novas possibilidades de aperfeiçoamento do sistema. / This work presents a set of expert systems for operation , supervision and maintenance of a electrical energy substation. The function performed by the expert systems presented here are: alarm processing, fault diagnosis, reconfiguration and the analysis of the maintenance performance. The system was developed in PROLOG language. Substation characteristics, data and information has been provided by a São Paulo utility company. The knowledge basis for the expert systems was developed with basis in such information. Tests were carried out to verify this system performance including the architecture and communication. The results are very promising and with a high level of confidence, which means that this system can be used as a seed for future improvement. The work ends by suggesting such improvements and new applications.

Este estudo é uma análise de interfaces e protocolos de automação que possuem potencial para serem adotados como padrões em redes elétricas inteligentes em um futuro próximo. A fim de verificar a possibilidade de implementar a IEC 61850 em uma aplicação típica de redes deste tipo, é realizada uma simulação usando o software NS-2. Os resultados deste trabalho servirão de orientação para o dimensionamento de redes de automação baseadas em IEC 61850. / This study is an analysis of automation interfaces and protocols with the potential to be adopted as standards for smart grids in the near future. In order to verify the feasibility of implementing the IEC 61850 in a typical application of such grids, it is performed a simulation using NS-2 software. The results of this work will be an orientation to dimension automation networks based on IEC 61850.

Submitted by admin tede (tede@pucgoias.edu.br) on 2018-11-08T18:17:38Z No. of bitstreams: 1 JULIANO RESENDE BUCCHIANDERI.pdf: 6086819 bytes, checksum: ec188a1a0edcce38757a6e0f604df66d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T18:17:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANO RESENDE BUCCHIANDERI.pdf: 6086819 bytes, checksum: ec188a1a0edcce38757a6e0f604df66d (MD5) Previous issue date: 2018-09-11 / The appropriated and secure supply of electrical energy directly impacts on the present society. The increase in demand favors the growth of electrical systems, especially in distribution networks and substations, since they are responsible for lowering the electrical voltage, allowing energy distribution to the population. To keep distribution networks and substations running, without interruption or discontinuity, is utmost importance for the maintenance of electric power supply, and it is necessary to implement means to locate and improve the electrical protections in order to reduce failures or to suspend the electricity distribution. Distribution failures may result from lightning, overcurrent, short circuits, overvoltages, oil leakage on transformers, impedance failure etc. The present work presents the problem of possible defects that result in the substation power blackout, and aims to reduce the amount and frequency of substation power blackouts, contributing to the increase in industrial production. In this regard, qualitative and quantitative models using Petri nets of an electrical substation of distribution were developed, using simulation scenarios to indicate possible improvements in the electrical protections, reducing the inaccuracies and interruptions. / O fornecimento adequado e seguro de energia elétrica impacta diretamente na sociedade atual. O aumento da demanda torna favorável o crescimento dos sistemas de eletricidade, sobretudo nas redes e subestações de distribuição, pois estas são responsáveis por rebaixar a tensão elétrica, permitindo assim distribuição de energia para a população. Manter as redes e subestações de distribuição funcionando, sem interrupções ou descontinuidade, é de suma importância para a manutenção do fornecimento de eletricidade, sendo necessário implementar meios para localizar e melhorar as proteções elétricas afim de diminuir as falhas ou a suspensão da distribuição desta. As falhas da distribuição podem resultar de descargas atmosféricas, sobrecorrente, curtoscircuitos, sobretensões, vazamento de óleo nos transformadores, falha de impedância etc. O presente trabalho expõe o problema dos possíveis defeitos que resultam no desligamento da subestação e objetiva reduzir a quantidade e a frequência dos desligamentos da subestação, colaborando para o aumento na produção industrial. Para isso, desenvolveu modelos qualitativos e quantitativos utilizando redes de Petri de uma subestação elétrica de distribuição, utilizando cenários de simulação para apontar possíveis melhorias nas proteções diminuindo as incorreções e interrupções.