O tratamento de águas residuárias e efluentes industriais por irradiação com feixe de elétrons é uma técnica promissora, porém pouco difundida em território Brasileiro. O projeto e a construção de uma unidade móvel contendo um acelerador industrial de elétrons de 700 keV e 20 kW, pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), é inovador para demonstrar os efeitos e resultados positivos dessa tecnologia. O propósito é deslocar a unidade móvel às diversas empresas com interesse em tratamento dos resíduos líquidos, conectar-se ao sistema elétrico da mesma e iniciar o processo de tratamento por ionização, por meio da irradiação com feixe de elétrons. A conexão da unidade móvel ao sistema elétrico local pode representar um desafio, pela grande diversidade de tensões e distâncias envolvidas, e também pelas grandes injeções de conteúdo harmônico gerado pelo acelerador de elétron que podem afetar as cargas do sistema industrial, comumente sensíveis. Neste trabalho realizou-se uma análise do sistema de potência da unidade móvel, quanto à capacidade de interrupção, seletividade da proteção e níveis de curto-circuito adequados de forma a assegurar uma maior confiabilidade na operação. Ao final, projetou-se e construiu-se o painel elétrico de controle da unidade móvel de irradiação. Além disso, na obtenção de parâmetros operacionais à unidade móvel, realizaram-se simulações e medições no acelerador industrial de elétrons de 1,5 MeV e 37,5 kW, instalado no Laboratório de Fontes Intensas de Radiação, do Centro de Tecnologia das Radiações, as quais demonstraram a necessidade da inserção de um filtro para redução dos índices de distorção nos harmônicos dessa instalação radiativa fixa no IPEN. / The treatment of wastewater and industrial effluents by electron beam irradiation is a promising technique, however, not very widespread in Brazilian territory. The design and a construction of a mobile unit containing an electron beam accelerator of 700 KeV and 20kW, by the Nuclear and Energy Research Institute (IPEN) is innovative to demonstrate the effects and positive results of this technology. The aim is to move the mobile unit to several companies with interest in liquid waste treatment, and connect to the industry electrical system and start the ionization treatment process through electron beam. The mobile unit\'s connection to the local electrical system can be a challenge in behalf of the great diversity of voltages and distances involved, as well as the large injections of harmonic content generated by the electron beam accelerator that can affect sensitive loads in the industrial system. In this work, an analysis was made of the power system of the mobile unit, regarding interruption capacity, selectivity protection and adequate short circuit levels in order to assure a greater reliability in the operation. At the end, the control panel of the mobile unit, simulations and measurements were carried out at the 1.5 MeV and 37.5 kW electron beam accelerator, installed at the Intensive Radiation Technology Center, which demonstrated the necessity of applying of a filter to reduce the measured harmonic distortion.

Este trabalho apresenta o controle de potência em um gerador de indução duplamente alimentado (GIDA) utilizado em uma micro turbina eólica, visando o controle de potência ativa e reativa para minimizar as variações de tensão em redes rurais. Com a inserção destas fontes renováveis de energia no sistema de distribuição em baixa tensão, é fundamental analisar os impactos na qualidade de energia no ponto de conexão (PC) e implementar o controle adequado para atender os requisitos técnicos dos procedimentos de distribuição estabelecidos por norma. Uma equação é apresentada para relacionar a variação de tensão com a potência injetada em uma rede de distribuição em baixa tensão. Uma rede rural típica é emulada nesse trabalho para analisar este impacto na variação de tensão em áreas remotas. O sistema utiliza malhas de controle tradicionais PI para as correntes retóricas e malha de potência ativa e reativa, e as referências são então definidas para auxiliar a evitar uma violação da banda de variação de tensão permitida por norma. Devido ao fato de que a inserção de potência ativa em redes rurais é o principal fator de variação da tensão no PC, resultados experimentais são apresentados para validar a teoria desenvolvida e comprovar a eficácia do sistema projetado. / This work presents the power control in a double fed induction generator (DFIG) used in a wind turbine, aiming the control of active and reactive power to minimize the voltage variations in rural networks. With the insertion of these renewable energy sources in the low voltage distribution system, it is fundamental to analyze the impacts on the quality of energy at the point of connection (PC) and to implement adequate control to attend the technical requirements of the distribution procedures established by standard. An equation is presented to relate the voltage variation to the injected power in a low voltage distribution network. A typical rural network is emulated in this work to analyze this impact on the voltage variation in remote areas. The system uses traditional PI control meshes for rotor currents and active and reactive power mesh, and the references are then set to help prevent a violation of the allowable voltage variation band as per standard. Due to the fact that the insertion of active power in rural networks is the main factor of variation of the voltage in the PC, experimental results are presented to validate the developed theory and to prove the efficiency of the designed system.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e adaptação de técnicas para minimizar os efeitos das variações de carga e de frequência da rede em controladores repetitivos aplicados a filtros ativos de potencia. Para minimizar os efeitos provenientes de sinais aperiódicos decorrentes da conexão ou desconexão de cargas não lineares é elaborada uma técnica que diferencia cargas lineares de não lineares. Esta técnica opera de forma a só reinicializar o controlador quando o erro devido ao transitório for de valor considerável ou quando ocorrer a transição de carga não linear para linear. Também é desenvolvido um algoritmo de adaptação do ganho do controlador repetitivo baseado em uma função de adaptação sigmóide, com intuito de minimizar os efeitos provocados por ruído aleatório no sistema de medição. Na sequência, são analisados os efeitos da variação de frequência e apresentados os principais métodos de compensação deste problema. Entre as soluções apresentadas, encontra-se o método da alteração do número de amostras por período e o método da variação da taxa de amostragem. O primeiro possui a vantagem de utilizar técnicas de projeto lineares e invariantes no tempo. Já o segundo método, por variar a frequência de amostragem, deve ser analisado sob um aspecto de sistema variante no tempo, o que acarreta em maior complexidade na prova de estabilidade. Os algoritmos de reinicialização e adaptação do ganho do controlador repetitivo são analisados sob variação da frequência da rede. Para a compensação da variação da rede, utiliza-se o método do truncamento do número de amostras e o da variação da taxa de amostragem. Por fim, para validar os algoritmos desenvolvidos s˜ao realizados testes em uma plataforma experimental. / This work presents the development and modification of techniques to reduce the effects of load variation and mains frequency deviation in repetitive controllers applied to active power filters. To minimize the effects of aperiodic signals resulting from the connection or disconnection of non-linear loads is developed a technique which recognizes linear and nonlinear loads, and operates to reset the controller only when the error due to the transition of considerable value, and the transition is from non-linear to linear load. An algorithm to adapt the gain of the repetitive controller, based on a sigmoid function adaptation, in order to minimize the effects caused by random noise in the measurement system is also used. This work also analyzes the effects of frequency variation and presents the main methods to cope with this situation. Some solutions are the change in the number of samples per period and the variation of the sampling rate. The first has the advantage of using linear design techniques and results in a time invariant system. The second method changes the sampling frequency and leads to a time variant system that demands a difficult analysis of stability. The proposed algorithms were tested using the methods of truncation of the number of samples and the method of changing the sampling rate of the system to compensate possible frequency variations of the grid. Experimental results are presented to validate the proposal.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um sistema constitu ído por um hardware para aquisição de sinais e um software para a análise da qualidade de energia. O sistema de aquisição contém uma interface para conexão com computadores pessoais para o envio dos dados coletados para serem analisados via software. O software é desenvolvido utilizando-se ferramentas livres, reduzindo, assim, o custo de implementação do sistema. Além disso, são empregadas as mais recentes de nições para o cálculo de potências, presentes na Norma IEEE 1459-2010, a qual descreve os cálculos de potências para sistemas desbalanceados em regimes não senoidais. Para se obter uma maior precisão nos resultados, é utilizado o ltro de Kalman para a decomposição dos sinais de tensão e corrente em suas componentes fundamental e harmônicas, o qual apresenta melhores resultados em regimes transitórios quando comparados à FFT. O trabalho descreve todo o desenvolvimento de hardware e software, incluindo a estrutura interna do software e detalhes da implementação computacional dos cálculos. Por fim, são apresentados os resultados simulados e experimentais para a validação da proposta, os quais são comparados com resultados teóricos e os resultados obtidos pelo analisador de energia Fluke 434. / This document describes the development and implementation of a power analyzer system that is composed by a signal acquisition hardware and a power analyzer software. The acquisition system contains an interface to connect personal computers and transfer the acquired data to be analized by the software. The software was developed using free tools and frameworks, what reduces the development cost. Furthermore, the latest de nitions for power computation are used, that are described by IEEE Std 1459-2010, for unbalanced and non-sinusoidal systems. ITo obtain results with better accuracy, it is used the Kalman lter to decompose the voltage and current signals into their fundamental and harmonic components. This document describe the development of hardware and software, including the internal software structure and implementation details of the power computations. Finally, simulation and experimental results are presented to validate the proposal. Then, these results are compared with theoretical results and the values obtained by the Fluke 434 Power Analyzer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é proposto e apresentado um medidor inteligente de energia elétrica considerando os métodos de medição classe S especificados no PRODIST e na norma IEC 61000-4-30. O medidor proposto calcula os valores eficazes de tensão e corrente, as potências aparente, ativa e reativa, o fator de potência, a frequência, as distorções harmônicas e detecta a ocorrência de variações de tensão de curta duração. Como principais contribuições deste trabalho, pode-se citar a avaliação de métodos existentes e a proposta de um novo método para detectar a origem de distúrbios em relação à localização do medidor. Propôs-se também uma interface gráfica que permite o monitoramento dos parâmetros elétricos e de qualidade de energia, e ainda possibilita a interação do consumidor para a obtenção o de informações detalhadas sobre o estado da rede. O medidor pode ser utilizado como um registrador de dados e permite o acesso à sua interface gráfica por meio da utilização da porta de comunicação ethernet. Para a validação inicial, realizaram-se simulações computacionais, a partir de um modelo de consumidor residencial, em diferentes cenários de operação. Na etapa de validação experimental, foi utilizada uma fonte de geração de sinais e realizaram se testes com o medidor conectado à rede de distribuição de baixa tensão. A partir destas etapas foi possível verificar o funcionamento da interface gráfica e validar o funcionamento do medidor inteligente proposto. / In this study, a smart meter is presented, which considers the class S measurement methods specified at IEC 61000-4-30 standard and PRODIST. The proposed smart meter calculates RMS voltage and current values, active, reactive and apparent powers, power factor, frequency, harmonic distortions and detects short duration voltage variations. As main contributions of this study, it can be mentioned the evaluation of existing methods and the proposal of a new method to determine on which side of a recording device a disturbance originates. It’s also developed a graphical interface that allows the monitoring of electrical and power quality parameters and it enables consumer interaction to get detailed power grid information. The smart meter can also be used as a data logger and it allows access to its graphical interface through ethernet communication port. For the initial validation, computer simulations were performed through a residential consumer model in different operating scenarios. The experimental validation tests were carried out using an AC power source and the smart meter has been connected to low-voltage distribution grid. Through these steps, it was possible to verify the interface operation and to validate the proposed smart meter operation.

CAPES / Uma má qualidade de energia elétrica gera grandes prejuízos para a sociedade. Desta forma são utilizados equipamentos denominados analisadores de qualidade de energia elétrica para quantizar os valores destes distúrbios e assim determinar as causas destas anormalidades. O grande problema destes equipamentos é o custo elevado e geralmente são importados inviabilizando uma medição multiponto do sistema elétrico do cliente. Neste cenário, este trabalho objetiva fornecer subsídios e alternativas para o desenvolvimento de equipamentos analisadores de qualidade de energia, que consiste de um conjunto com sensores de corrente e tensão e um módulo central de processamento. No desenvolvimento de quaisquer sensores ou instrumentação surgem algumas dificuldades de condicionamento de sinal por causa das características elétricas do componente usado e principalmente por causa do ruído. Alguns meios de contornar estes problemas são a utilização de uma instalação adequada dos equipamentos de medição, blindagens eletromagnéticas e projeto de PCB’s. No caso de sensores magnéticos, a histerese, saturação magnética e as interferências por campos magnéticos externos introduzem erro de medida no sistema e para a resolução destes problemas foram adotadas configurações de sensores Hall em malha fechada e diferencial. Outro componente que pode ser usado é o sensor Flux-gate que possui potencialidade para medições de corrente de pequena ordem além de oferecer a vantagem de maior integrabilidade ao sistema medidor. Na sequência foi projetado e construído um registrador de tensão e corrente para análise de qualidade de energia elétrica, denominado PQ-Logger, que pode usar estes sensores mencionados anteriormente. O uso de um DSP e um chip para acessar um pendrive genérico permite o armazenamento destes dados. O PQ-Logger-Tran é outro equipamento que foi idealizado para armazenar trechos de transiente de média frequência. Os resultados indicam positivamente o uso conjunto destes sensores de corrente e o equipamento desenvolvido para o propósito de medição destes parâmetros de forma rápida e econômica na infraestrutura elétrica do cliente. / A poor quality power causes large losses to society. Thus it is used an equipment named power quality analyzers for magnitude measurement of these disturbances and determine the causes of these abnormality. The principal problem with these devices is the high cost and they usually are imported that invalidates multipoint measurement of client’s electrical system. In this scenario, this work aims to provide support and alternatives for the development of power quality analyzers, which consists of a set with voltage and current sensors and a central processing module. In the development of any sensors or instrumentation there are difficulties on signal conditioning generated from the used component’s electrical characteristics and principally noise. Some solutions for these problems is the use of proper measuring equipment installation, electromagnetic shielding and design of PCBs. For magnetic sensors, the hysteresis, magnetic saturation and interference by external magnetic fields introduce measurement error in the system and to solve these problems it was adopted Hall sensors in closed-loop and differential configurations. Another component that can be used is the Flux-gate sensor that has potential use in small range current measurements and offers the advantage of higher integrability in the meter system. Following is designed and built a voltage and current logger for Power quality analysis, called PQ-Logger that may utilize the sensors mentioned above. The use of a DSP and a chip for accessing a generic flash drive allows storage of these data. The PQ-Logger-Tran is other equipment that was designed to store snippets of mid-frequency transient. The results positively indicate the combined use of these current sensors and equipment developed for the measuring purpose of these parameters in a quickly and economically form in the customer‘s electrical infrastructure.

Este trabalho apresenta uma metodologia para classificação de eventos de curto-circuito e mano-bras em redes de distribuição de energia elétrica, com base nos registros oscilográficos de tensão na barra da subestação de distribuição. São apresentados os resultados obtidos para duas formas distintas de pré-processamento dos sinais de tensão, sendo a primeira baseada em Transformada de Fourier e a segunda em Transformada Wavelet para diferentes famílias de funções wavelet. Foram comparados três modelos neurais para o processo de classificação: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function e Support Vector Machine. Os modelos foram treinados levando em conta uma característica autônoma de operação das redes, ou seja, a seleção automática do modelo e o controle de complexidade. Os resultados foram validados para um conjunto de simulações realizadas no programa Alternative Transient Program, visando a aplicação prática do método proposto em um equipamento registrador de oscilografias, desenvolvido pelo Lactec em conjunto com a Copel - Curitiba, PR, denominado Power Quality Monitor. Foram obtidos resultados com desempenho na ordem de 90% de acerto médio para as diferentes formas de pré-processamento e diferente modelos neurais. / This work presents a method for automatic classification of faults and events related to quality of service in power distribution networks, based on oscillographies of the bar feeder voltages of the distribution substation. We present the results for two distinct pre-processing forms of the voltage signals. The first is based on the Fourier Transform and the second on the Wavelet Transform for different families of wavelet functions. We compared three neural models for the process of classification: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function and Support Vector Machine. The models were trained taking into account the autonomous operation of networks, i.e. automatic model selection and control complexity. The results were validated for a set of simulations performed using the Alternative Transient Program, aimed at practical implementation of the proposed method in an oscillograph logger, developed by Lactec together with Copel, called the Power Quality Monitor. The results were obtained with performance on the order of 90% of average accuracy for the various pre-processing forms and neural models.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / A operação de unidades de geração distribuída (UGDs) é um assunto relativamente novo no cenário energético brasileiro. A conexão destas unidades à rede, bem como sua desconexão vêm sendo abordadas em pesquisas recentes em todo o mundo. É necessário que a energia elétrica entregue à rede e à carga tenha certos níveis de qualidade para que o consumidor seja devidamente atendido até mesmo em situações de contingência. Outro cuidado necessário é com relação aos sistemas de controle envolvidos, para que operem sem degradar a qualidade de energia. Neste sentido, este trabalho propõe a análise da estabilidade e da qualidade de energia no ponto de conexão de uma unidade de geração distribuída à rede e a carga ou apenas à carga, sendo ambas situações através de filtro LCL (indutivo-capacitivo-indutivo). Este tipo de filtro possui uma impedância caracterizada por um pico de ressonância próximo a sua frequência de corte. É necessário que este pico seja amortecido para que o sistema não seja levado à instabilidade. Nesta dissertação são propostos alguns casos para análise. Estes casos se diferem pela variável controlada, pela forma de operação do sistema e pela técnica não amortecimento utilizada. No caso do inversor conectado à rede e à carga, são analisados os casos em que a corrente do primeiro ou do segundo indutor de filtro é a variável controlada. Já para o caso em que o inversor está apenas alimentando a carga local, a variável controlada é a tensão no capacitor do filtro LCL. Todos estes casos são avaliados operando sem amortecimento nenhum da ressonância, com amortecimento passivo ou com amortecimento ativo. Além disso, para estes cenários há ainda a variação nos parâmetros da carga RL(resistiva-indutiva) a fim de verificar qual é a influência da variação da carga na estabilidade do sistema e na qualidade de energia no ponto de conexão. As análises de estabilidade são realizadas através de diagramas de Bode e mapas de polos e zeros do sistema. A análise da qualidade da energia realiza-se por meio de resultados experimentais obtidos em uma bancada experimental. Verifica-se através dos resultados que em termos de qualidade de energia não existem alterações significativas controlando-se diferentes variáveis no modo conectado. Além disso, constata-se também que outros fatores, além da variável controlada, do tipo de técnica utilizada para amortecimento e da frequência crítica influenciam na instabilidade ou não do sistema devido à ressonância. Através das análises, observa-se também que um controlador PI (proporcional-integral) bem ajustado pode oferecer robustez ao sistema frente às variações de parâmetros da carga e consequentes variações nas variáveis controladas. Nota-se também que para o caso ilhado, as DHTi e DHTv (Distorções Harmônicas Totais de Corrente e de Tensão) são baixas, fornecendo energia com boa qualidade para a carga local alimentada pelo sistema. / The operation of distributed generation units (DGUs) is a relatively recent issue in the Brazilian energetic scenario. The connection of these units to the grid, as their disconnection are being approached in recent researches worldwide. It is necessary that the electrial power delivered to the grid and to the power has some levels of quality so the consumer may be well attended even in contingence situations. Another necessary caution is related to the control systems involved, so they operate without degrade the power quality. At this point, this work proposes the stability and power quality analysis in the point connection of a distributed generation unit to the grid and to the load or just to the load, both situations through LCL (inductive-capacitive-inductive) filter. This kind of filter has an impedance that is characterized by resonance peak near to its cut-off frequency. It is necessary to damp this peak in order that the sytem is not lead to instability. In this Master Thesis, some cases are proposed to be analyzed. These cases differ one from another because of the controlled variable, by the kind of operation of the system and by the damping technique that is used. In the case of the grid and load-tied inverter, the analyzed cases are those in which the first or second filter inductor current is the controlled variable. For the case in which the inverter is just feeding the local load, the controlled variable is the LCL filter capacitor voltage. All of these cases are evaluated by operating with none resonace damping, passive damping or active damping. Beyond this, for these scenarios, there is the parameters variation of the RL (resistive-inductive) load in order to check which is the influence of the load variations in the system stability and in the power quality at the connection point. The stability analysis are performed through Bode diagrams and pole-zero maps of the system. The power quality analysis is carried out by means of experimental results obtained in an experimental bench. It is verified through the results that in terms of power quality, there is not significantly changes by controlling different variables in the grid-tied mode. Furthermore, other factors, beyond the controlled variable, the kind of damping technique and the criticak frequency influence in the instability of the system due to the resonance. Through the analysis, it is oberserved that a well-adjusted PI (proporcional-integral) controller may offer robustness to the system under load parameter variations and consquent controlled variable variations. It is also noted that for the stand-alone case, the THDi and the THDv (Total Harmonic Distortions of Current and Voltage) are low, providing good power to the local load fed by the system.

Este trabalho apresenta uma metodologia para classificação de eventos de curto-circuito e mano-bras em redes de distribuição de energia elétrica, com base nos registros oscilográficos de tensão na barra da subestação de distribuição. São apresentados os resultados obtidos para duas formas distintas de pré-processamento dos sinais de tensão, sendo a primeira baseada em Transformada de Fourier e a segunda em Transformada Wavelet para diferentes famílias de funções wavelet. Foram comparados três modelos neurais para o processo de classificação: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function e Support Vector Machine. Os modelos foram treinados levando em conta uma característica autônoma de operação das redes, ou seja, a seleção automática do modelo e o controle de complexidade. Os resultados foram validados para um conjunto de simulações realizadas no programa Alternative Transient Program, visando a aplicação prática do método proposto em um equipamento registrador de oscilografias, desenvolvido pelo Lactec em conjunto com a Copel - Curitiba, PR, denominado Power Quality Monitor. Foram obtidos resultados com desempenho na ordem de 90% de acerto médio para as diferentes formas de pré-processamento e diferente modelos neurais. / This work presents a method for automatic classification of faults and events related to quality of service in power distribution networks, based on oscillographies of the bar feeder voltages of the distribution substation. We present the results for two distinct pre-processing forms of the voltage signals. The first is based on the Fourier Transform and the second on the Wavelet Transform for different families of wavelet functions. We compared three neural models for the process of classification: Multi-Layer Perceptron, Radial Basis Function and Support Vector Machine. The models were trained taking into account the autonomous operation of networks, i.e. automatic model selection and control complexity. The results were validated for a set of simulations performed using the Alternative Transient Program, aimed at practical implementation of the proposed method in an oscillograph logger, developed by Lactec together with Copel, called the Power Quality Monitor. The results were obtained with performance on the order of 90% of average accuracy for the various pre-processing forms and neural models.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CrisluciKSS.pdf: 1753956 bytes, checksum: 06fc893387f3832c2cc344c281169f6d (MD5) Previous issue date: 2008-10-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Post dispatch analysis of signals obtained from digital disturbances registers provide important information to identify and classify disturbances in systems, looking for a more efficient management of the supply. In order to enhance the task of identifying and classifying the disturbances - providing an automatic assessment - techniques of digital signal processing can be helpful. The Wavelet Transform has become a very efficient tool for the analysis of voltage or current signals, obtained immediately after disturbance s occurrences in the network. This work presents a methodology based on the Discrete Wavelet Transform to implement this process. It uses a comparison between distribution curves of signals energy, with and without disturbance. This is done for different resolution levels of its decomposition in order to obtain descriptors that permit its classification, using artificial neural networks / An?lises p?s-despacho de sinais oriundos de registradores de perturba??es fornecem muitas vezes informa??es importantes para identifica??o e classifica??o de dist?rbios nos sistemas, visando a uma gest?o mais eficiente do fornecimento de energia el?trica. Para auxiliar nessa tarefa, faz-se necess?rio recorrer a t?cnicas de processamento de sinais, a fim de automatizar o diagn?stico sobre os tipos de dist?rbio presentes nos sinais registrados. A transformada wavelet constitui-se em uma ferramenta matem?tica bastante eficaz na an?lise de sinais de tens?o ou corrente, obtidos imediatamente ap?s a ocorr?ncia de dist?rbios na rede. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na transformada wavelet discreta e na compara??o de curvas de distribui??o da energia de sinais, com e sem dist?rbio, para diferentes n?veis de resolu??o de sua decomposi??o, com o objetivo de obter descritores que permitam a sua classifica??o atrav?s do uso de redes neurais artificiais