Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 291292.pdf: 1967597 bytes, checksum: 7c34fcddd3290c2a41b2098a02d80bf6 (MD5) / O projeto de máquinas síncronas com ímãs permanentes é abordado nesta Dissertação. Assumem-se valores iniciais para fazer abordagens de dimensionamento. A partir das principais dimensões de um gerador eólico previamente estabelecido, usa-se o EFCAD para fazer cálculos eletromagnéticos em Elementos Finitos bidimensionais. Partindo de frentes de projeto mecânico, elétrico, magnético e térmico, faz-se uma avaliação de engenharia para buscar fontes de informações para obter a melhor comparação entre cálculos analíticos e simulações. No decorrer deste trabalho, todos os cálculos são feitos visando à construção de um protótipo de 3 kW/220 V. Trata-se de um gerador eólico cujo acompanhamento fez parte das rotinas deste trabalho e em conjunto com questões de fabricação, procurou-se alinhar ou pelo menos se buscou a melhor aproximação entre as possíveis medições físicas e os resultados analíticos e das simulações. Ao final, três apêndices são mostrados para complementar parte dos fundamentos teóricos eventualmente necessários para melhor compreensão de aspectos de modelagem. Visualizações tridimensionais também estão disponíveis. / Taking part in mechanical design, electrical, magnetic and thermal loadability, it is an engineering evaluation interesting to take sources of information and obtain the best comparison between analytical calculations and simulations. In this work, most calculations are made for the construction of a 3 kW/220V prototype. This is a wind generator which was part of routine monitoring of this work and in conjunction with manufacturing concerns, sought to align or at least sought the best possible rapprochement between the physical measurements and analytical results and simulations. Finally, three appendices are completing some aspects of theoretical foundations that may be needed for better understanding modeling aspects. Tridimensional views are also available.

Investiga-se a absorção de ondas eletromagnéticas por plasmas imersos em campos magnéticos retilíneos e inomogêneos na direção perpendicular. O formalismo empregado está dentro do limite de validade do método WKB e se baseia no conceito de tensor dielétrico efetivo, o qual é definido através de correções realizadas em um tensor dielétrico derivado a partir de uma aproximação de ondas planas, de tal forma que a equação de conservação de energia para um plasma fracamente inomogêneo seja automaticamente satisfeita. O tensor dielétrico efetivo obtido por meio deste procedimento descreve corretamente os processos de transferência de energia entre ondas e partículas em um plasma inomogêneo, o que não acontece com o tensor dielétrico obtido diretamente da aproximação de ondas planas, sem incluir as correções. Para isolar o efeito do gradiente do campo, calcula-se o tensor dielétrico em uma situação particular onde a função distribuição de equilíbrio pode ser escrita em termos das mesmas constantes de movimento existentes para um plasma homogêneo. Mostrase que o tensor efetivo obedece às relações recíprocas de Onsager e que somente as partículas que estão em ressonância com as ondas eletromagnéticas contribuem para a sua parte antiHermiteana, ligada à absorção destas ondas. Comparando com outros trabalhos que surgiram na literatura recente, mostra-se que os resultados destes trabalhos podem ser reproduzidos a partir do tensor dielétrico não corrigido, cuja parte anti-Hermiteana possui a contribuição de partículas não-ressonantes. Conclui-se, portanto, que os processos de troca de energia entre as ondas e o plasma não são adequadamente descritos nestes trabalhos. Como aplicação numérica, o tensor dielétrico efetivo é empregado na solução da relação de dispersão de modo a se obter a absorção de ondas que se propagam nos modos ordinário e extraordinário em freqüências próximas à freqüência de cíclotron eletrônica. Em particular, calcula-se a absorção local e a profundidade óptica do modo ordinário para dois conjuntos de parâmetros físicos, correspondentes a tokamaks de grande e pequena razões de aspecto. Observa-se que uma região de absorção negativa surge em freqüências próximas à freqüência de cíclotron para valores suficientemente altos do gradiente do campo. / We investigate absorption of electromagnetic waves by plasmas in ambient magnetic fields with perpendicular gradients. The basic formalism is within the range of validity of the WKB method, and is based on the concept of effective dielectric tensor, defined by the corrections dane on a dielectric tensor derived from a plane wave approximation, in such a way that the energy conservation equation for an inhomogeneous plasma is automatically satisfied. The effective dielectric tensor derived from this procedure correctly describes the energy exchange processes between waves and particles in an inhomogeneous plasma. This is not the case for the dielectric tensor derived from the plane wave approximation, without including the corrections. In arder to isolate the effect of the field gradients, we calculate the dielectric tensor for a particular situation where the equilibrium distribution function depends only on the same constants of motion that appear in the homogeneous case. We show that the effective dielectric tensor obeys the Onsager reciprocity relations and that only the particles that resonate with the waves contribute to its anti-Hermitian part, which is related to the absorption of the waves. Comparing with other works in the recent literature, we show that the results of these works can be reproduced from the non-corrected dielectric tensor, whose anti-Hermitian part has contributions from non-resonant particles. We conclude therefore that the energy exchange processes between wave and plasma are not correctly described in these works. As a numerical example, we employ the effective dielectric tensor to solve the dispersion relation in arder to calculate the absorption of ordinary and extraordinary waves in frequencies dose to the electron cyclotron frequency. Particularly, we obtain the local absorption and the optical depth of the ordinary mode for physical parameters corresponding respectively to tokamaks with large and small aspect r a tio. We find ·that a region of nega tive absorption arises near the cyclotron frequency for sufficiently high magnetic field gradients.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326747.pdf: 3529565 bytes, checksum: 20287880e5e019d7290bfa8ba4ce5f19 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract : This paper presents a methodology for estimation of reliability indicators for active distribution networks. Active distribution networks are any distribution networks that contain Distributed Generation, Microsources or Minisources and can operate as a Microgrid.The estimation of reliability indicators employs a stochastic methodology named Sequential Monte Carlo Simulation - SMCS. The SMCS is able to simulate the occurrence of events in the temporal and chronological system and represent the randomness of the variables of the problem.Four models were developed to represent the sources of energy generation. The sources of dispatchable generation are represented through the CON model. The intermittent sources such as wind, are represented through EOLI and EOLII models and solar photovoltaic, through the FTV model. The CON and EOLI models are based on Markovian two or multiple states processes. In EOLII and FTV models the output parameters are obtained directly from curves and power is discretized in time. The coupling of energy storage to form Microgrids was also considered.Generating sources can be modeled with power from hundreds of kW to few MW. The generators can be installed in medium and in low voltage.Analysis of the voltage profile and disposal loads are applied in the simulations. To analyze the voltage profile is applied the power flow study with current injection formulation which is solved by the Newton - Raphson method.The validation of the methodology and generation models is conducted through simulations on two different test systems: a typical test system from the IEEE and in a realistic system of a utility in southern Brazil.The results of this study show that the presence of Microgrids can bring improvements to the indicators of reliability of the system, with emphasis on Energy Not Supplied - ENS.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:17:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328822.pdf: 5705013 bytes, checksum: fa5ce1d7d7175226f2d5c7098edf81ba (MD5) Previous issue date: 2014 / A integração de geradores conectados nas redes de distribuição de energia, também chamada de Geração Distribuída (GD), pode gerar dificuldades para a operação e controle, pois altera características tradicionais destes sistemas. Estas dificuldades podem ser em parte resolvidas nas chamadas microrredes, que são subsistemas da rede de distribuição de energia, cuja principal característica é a capacidade de operar em condições de ilhamento, ou seja, separadas da rede principal de distribuição de energia elétrica. Entretanto, as microrredes também trazem consigo desafios a serem resolvidos, um deles diz respeito à proteção, especificamente à sensibilidade e coordenação de relés com funções de sobrecorrente. Assim, neste trabalho é proposta uma arquitetura de Sistema Multiagente (SMA) para realizar a proteção adaptativa de microrredes baseada em relés com função direcional de sobrecorrente instantânea e temporizada. Para implementação do protótipo foi utilizada a plataforma JADE (Java Agent Development Framework), juntamente com uma biblioteca em JAVA para desenvolvimento de Sistemas Especialistas (SE), chamada CLIPSJNI (Java Native Interface for C Language Integrated Production System). Na arquitetura proposta, é descrito o papel que cada um dos agentes desempenha na proteção, sua hierarquia e a troca de mensagens entre agentes para execução da tarefa a ser realizada - isto é, mudança nos ajustes de configuração dos relés (análise off-line) ou detecção e eliminação de faltas (análise on-line). Simulações de faltas no software PSCAD/EMTDC (Power System Computer Aided Design/Eletromagnetic Transients Including DC) foram realizadas para parametrizar os agentes do sistema e também para verificar a viabilidade da proposta. Finalmente, os resultados obtidos são discutidos e atestam a eficiência da metodologia desenvolvida.<br> / Abstract: The integration of generators connected to power distribution networks, also called Distributed Generation (DG), alters traditional features of these systems and may cause difficulties for their operation and control. These difficulties can be partly resolved by microgrids, which are subsystems of the power distribution network, whose main feature is the ability to operate in islanding conditions, i.e., separated from the main distribution network. However, microgrids also bring challenges to besolved, one of them concerns the protection, specifically the sensitivity and coordination of overcurrent relays. In this context, this dissertation proposes an architecture of Multi-Agent System (SMA) to perform adaptive protection of microgrids based on directional time and instantaneous overcurrent functions. For the implementation of the prototype JADE (Java Agent Development Framework) platform was used, along with a library in Java for Expert Systems (SE), called CLIPSJNI (Java Native Interface for C Language Integrated Production System). The hierarchy between agents in the proposed architecture and the role played by each protecting agent is described. Examples of messages exchanged between agents to perform tasks such as change of relay settings (off-line analysis) or detection and elimination of faults(on-line analysis) are presented. Simulations of faults inPSCAD/EMTDC (Power System Computer Aided Design /Electromagnetic Transients Including DC) are performed to parameterize the agents of the system and also to verify the feasibility of the proposal. Finally, the results obtained are discussed and testify the efficiency of the developed methodology.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-20T03:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335025.pdf: 9453575 bytes, checksum: 8ae60b7f1dec126d8e389bd580336a3a (MD5) Previous issue date: 2015 / As microrredes (MR) CC se apresentam como uma solução para determinadas aplicações de distribuição de energia em que se exige expansão modular, eficiência e integração de energias renováveis. A arquitetura da microrrede CC baseia-se no agrupamento de diversas fontes de energia distribuída, dispositivos de armazenamento e cargas, todos acoplados por conversores de potência. A interação dinâmica provocada por essa estrutura de múltiplos estágios de conversores traz problemas de estabilidade, cujas causas são discutidas, bem como as possíveis soluções. Neste trabalho, propõe-se uma modelagem não linear da MR em que abstrai-se a diversidade de fontes/cargas e topologias de conversores, visando obter uma modelagem compacta do sistema. Tal modelagem permite a análise de estabilidade de grandes sinais do sistema de forma analítica, além de prever possíveis comportamentos dinâmicos de caráter oscilatório e de instabilidade que não são possíveis por meio da análise de modelos lineares. Adicionalmente, propõem-se dois controladores por modos deslizantes, integral e washout, para os conversores responsáveis pelo controle de tensão com o objetivo de adicionar amortecimento ativo durante perturbações. Dessa forma, estabelecem-se as regiões seguras de operação por meio da avaliação de diagramas de bifurcação e as diretrizes para o projeto de MR CC robustas.<br> / Abstract : DC micro-grids (MG) are presented as a solution for power distribution applications which requires modular expansion, efficiency and integration of renewable energy. DC MG architecture is based on the grouping of distributed energy resources, storage devices and loads, all coupled by power converters. The dynamic interaction caused by such multi-stage converter structure brings stability problems whose causes and solutions are discussed. It is proposed a nonlinear modeling of the MG which abstracts the diversity of sources/loads and power converters topologies in order to obtain a compact modeling of the system. This modeling allows the large signal stability analysis and it is capable to predict possible oscillatory behaviors and instabilities that are not possible through the analysis of linear models. It is further proposed sliding mode controllers, integral and washout, to the power converters responsible for voltage control in order to add active damping during disturbances. Thus, it is set up safe operating regions through the evaluation of bifurcation diagrams and guidelines for designing robust DC MGs.

Realizamos um estudo teórico dos processos de emissão e absorção de radiação de ciclotron em plasmas magnetizados. Apresentamos uma revisão geral da teoria, iniciando por seus aspectos mais básicos: estudamos a radiação emitida por um elétron exposto a um campo magnético no vácuo e as noções fundamentaisda teoria de transporte de energia em dielétricos. / The emission and absorption processes of cyclotron radiation in magnetized plasmas are theoretically studied. A general review of theory is presented, beginning at fundamental aspects: the radiation emitted by a electron in a vaccum magnetic field is discussed, and the fundamental notions ot theory of energy transport in dielectrics are exposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:47:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 98201.pdf: 3042532 bytes, checksum: 9e66064423526cbb6a5960e854876401 (MD5) Previous issue date: 1994 / Utilização do modelo hipercubo no planejamento e análise do atendimento de emergência a interrupções em redes de distribuição de energia elétrica. Apresenta o modelo básico, as alterações que se fizeram necessárias para aplicá-lo ao problema e um estudo de caso da região da Grande Florianópolis. Constitui o primeiro trabalho a utilizar técnicas de pesquisa operacional - serviços emergenciais no Brasil.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338920.pdf: 1796883 bytes, checksum: 1945a5bd1fadcfb6dfc68376a1b6cc66 (MD5) Previous issue date: 2015 / O contínuo aumento da exigência mundial pela utilização racional dos recursos energéticos tem estimulado a busca por sistemas mais eficientes. Consequentemente, fabricantes de máquinas que utilizam sistemas hidráulicos estão substituindo gradualmente o controle resistivo pelo controle conservativo. Um caso de controle conservativo é o uso de bombas acionadas por motores elétricos com capacidade de variar sua velocidade, as chamadas bombas com velocidade variável. Inserido nesse contexto, esse trabalho contempla a análise teórico experimental de um novo modelo de prensa dobradeira sincronizada que realiza o controle de seus dois cilindros hidráulicos por meio de servomotores que acionam as unidades hidráulicas primárias. Essas unidades realizam tanto a função de bombeamento como de motorização ao longo do ciclo operação da máquina e por isso são denominadas de bomba-motor. A análise foi realizada com base em resultados experimentais, nos quais foi possível identificar as condições operacionais críticas. Um modelo do sistema hidráulico da prensa dobradeira foi desenvolvido e implementado no software de simulação numérica Hopsan que, após validado, foi utilizado para a proposição de duas propostas de modificação do circuito hidráulico visando a melhoria do desempenho estático e dinâmico. A primeira proposta permite que a bomba-motor opere com sucção em pressões manométricas positivas, enquanto que a segunda não interfere no tempo do ciclo de operação na máquina. Dentre os benefícios de ambos circuitos está a mitigação de choques hidráulicos. O desempenho da máquina foi, portanto, aprimorado com poucas mudanças no circuito. A pesquisa foi realizada combinando esforços entre a fabricante de equipamentos, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, a fornecedora de sistemas hidráulicos, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., e a universidade, por meio do LASHIP - Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos - da Universidade Federal de Santa Catarina.<br> / Abstract : The continuous increase in worldwide demand for the rational use of energy resources has spurred the pursuit for more efficient systems. Machine manufacturers are therefore gradually replacing the resistive control in hydraulic systems for conservative control. An option of conservative control is the use of pumps driven by electric motors with the capacity to vary its speed, known as variable-speed pumps. In this context, this work features the theoretical and experimental analysis of a new synchronized hydraulic press brake. The hydraulic cylinders of the studied machine are controlled by servomotors that drive the primary hydraulic units. These units perform both pumping and motoring functions along the machine operation cycle and are hence named as pump-motor. The critical operating conditions were identified by analysis based on experimental results. A model of the press brake hydraulic system has been developed and implemented in the numerical simulation software known as Hopsan. Subsequently validation, the model was employed to propose two circuit modifications and to evaluate the increase in the dynamic and static performance. The main benefits of the new circuits are the mitigation of hydraulic shocks and appropriate pressure level for the pump-motor suction line and thus avoiding cavitation. The machine performance is hence enhanced with few changes in the circuit. The study was conducted by combining efforts between the machine manufacturer, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, the hydraulic systems supplier, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., and the university, by means of LASHIP - Laboratory of Hydraulic and Pneumatic Systems - of Federal University of Santa Catarina.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309693.pdf: 4384044 bytes, checksum: d2e5ff09e17bac3715a5b071458dfbda (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a aplicação de uma metodologia probabilística para a estimação das perdas técnicas e comerciais em um alimentador na presença de variações na carga de um sistema de distribuição de grandes dimensões. Devido a estas variações de carga, as perdas do alimentador são também caracterizadas como variáveis aleatórias, às quais estão relacionados momentos estatísticos tais como média, variância e respectivos intervalos de confiança. Para tanto, dados da rede, dados de medições periódicas e dados de faturamento dos clientes conectados ao alimentador são utilizados. Comparando-se a energia medida no alimentador com o consumo faturado pela concessionária acrescido das perdas técnicas, faz-se o respectivo balanço de energias e estimam-se as perdas comerciais. Como estão envolvidos nos cálculos a média e o desvio padrão, tem-se um Balanço Probabilístico. Ao longo de um alimentador são instalados medidores, possibilitando sua divisão em sub-redes, deste modo, as perdas comerciais de cada circuito são estimadas com maior precisão e as equipes de fiscalização e inspeção para combate às fraudes poderão atuar com maior eficiência. Um sistema real foi utilizado como estudo de caso para o Balanço Probabilístico de Energias.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:56:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312058.pdf: 5183736 bytes, checksum: ce32c7cab0db88a68f2b0f9287979949 (MD5) / Esta dissertação apresenta uma metodologia para identificar e classificar os pontos de carregamento crítico em sistemas de potência. Duas estratégias são utilizadas como base desta metodologia. A primeira visa encontrar o ponto de máximo carregamento da rede elétrica e a correspondente solução do fluxo de potência. Esta abordagem assume que a curva PV é uma forma quadrática, com esta característica se tornando mais acentuada conforme o nível de carregamento do sistema se aproxima do ponto crítico. As principais motivações para o uso deste método são a rapidez da obtenção da solução e a robustez numérica do processo iterativo nas proximidades do ponto de máximo carregamento. A segunda estratégia utiliza um esquema preditor-corretor para identificar os pontos críticos de geração de potência reativa na rede elétrica, mediante o aumento do seu nível de carregamento. Assim, as barras que atingem o limite de geração de potência reativa são identificadas e os valores dos fatores de carregamento correspondentes são calculados simultaneamente. Na etapa de correção, as equações do fluxo de potência correspondentes a cada barra que atinge o limite de potência reativa incluem a representação da magnitude da tensão de referência e do balanço de potência reativa da referida barra PV, ajustadas respectivamente nos valores de referência e no limite atingido. A classificação dos pontos críticos é baseada em conceitos oriundos da Teoria da Bifurcação e em índices calculados com auxílio das relações de sensibilidade da geração de potência reativa com a magnitude das tensões nodais. Os resultados obtidos para dois sistemas testes, onde o primeiro é o sistema IEEE de 24 Barras, enquanto o segundo é um sistema equivalente da Região Sul do país, composto por 82 barras, ilustram as características principais dos métodos apresentados. / This dissertation presents a methodology to identify and to classify the critical loadability points in power systems. Two strategies are used as the basis of this methodology. The first aims to find the maximum loadability of the electrical network and its corresponding power flow solution. This approach assumes that the PV curve is a quadratic form, this feature becoming more accented as the loadability level is closer to the critical point. The main motivation to use this method are the fast way the critical solution is obtained and the numerical robustness of the iterative process around the maximum loadability point. The second strategy uses a predictor-corrector scheme to identify the loadability points related to critical levels of reactive power generation, as the loadability level increases. Thus, the buses whose limits of reactive power generation are reached are identified and the corresponding loadability factor is computed simultaneously. In corretor step, the equations of the power flow corresponding to the bus which has reached the reactive power generation limit include the modeling of both the reference voltage magnitude and the reactive power balance of the PV bus whose limit has been reached. The classification of these critical points is based on both some concepts from the Bifurcation Theory and indexes computed with the aid of sensitivity relationships between the reactive power generation and the bus voltage magnitude. The numerical results obtained with two test-systems, the IEEE 24 Buses and a reduced network equivalent to the power system of the Souther Region of Brazil, illustrate the main features of the methodology presented.