Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337909.pdf: 4318801 bytes, checksum: 9a1416761bf0f91cfc5649ac4e18d9d6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho propõe um esquema de proteção de geradores síncronos baseado na utilização de Sistemas Multiagentes e Sistemas Especialistas. As funções de proteção foram definidas considerando a literatura técnica, em especial padrões do IEEE e normas das distribuidoras de energia. A arquitetura multiagente já havia sido proposta em trabalhos anteriores e foi programada em linguagem JAVA, utilizando os recursos oferecidos pelo framework JADE (Java Agent Development Framework). Para validação da proposta, a microrrede-teste foi modelada no software PSCAD/EMTDC. Essa microrrede é baseada em uma rede de distribuição real, que foi adaptada para apresentar possibilidade de operação tanto ilhada quanto conectada à concessionária. Simulações de diversas situações de falta foram realizadas para validação do sistema de proteção proposto. Os resultados apresentados mostram a eficiência e viabilidade de implementação deste esquema de proteção, comprovando que benefícios podem ser obtidos a partir da exploração do uso de técnicas de Inteligência Artificial em aplicações de Sistemas Elétricos de Potência.<br> / Abstract : This paper proposes a synchronous generators protection scheme based on Multiagent Systems and Expert Systems. The protective functions were chosen taking into consideration the technical literature, especially IEEE standards and distribution utility technical norms. The Multiagent architecture had already been proposed on previous papers, and is developed in JAVA language with use of JADE Framework (Java Agent Development Framework) resources. For proposal validation, a test microgrid system is modeled on PSCAD/EMTDC software. This microgrid is based on a real distribution network, which was adapted to both system operation conditions, the islanded mode and the grid connected mode. Several fault conditions were performed to test the proposed system. Results show the efficiency and implementation feasibility of the protection scheme, proving the benefits that can be obtained with the exploitation of Artificial Intelligence?s resources applied to Electrical Power Systems.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323979.pdf: 4636732 bytes, checksum: 2df87cae086b5a7de0941c8447670667 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho propõe uma metodologia para a detecção e análise de eventos de ilhamento do Sistema Elétrico de Potência (SEPs) baseada em dados do Sistema de Medição Fasorial Sincronizada (SMFS) e fazendo uso da técnica de processamento de sinais denominada Transformada Wavelet Discreta (TWD). Além da detecção de eventos de ilhamento, a metodologia avalia o desempenho da atuação do Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC), detecta o instante de perda de interligação do sistema elétrico, bem como seu possível restabelecimento. A cada evento detectado, é apresentado um relatório contendo a localização gráfica, a hora e os valores instantâneos de frequência de cada detecção realizada. Para validação da metodologia proposta são utilizadas informações do subsistema Acre-Rondônia/SIN, uma interligação recente e que ainda apresenta desafios para a sua operação estável. Com o uso da metodologia proposta, a avaliação do desempenho dos eventos monitorados torna-se mais rápida, podendo observar os valores alcançados através de uma tabela de desempenho e também observando graficamente os instantes de tempo de cada evento.<br> / Abstract : This work proposes a methodology for the detection and analysis of islanding events in the Electric Power System (EPS), using synchrophasors acquired from the Synchronized Phasor Measurement System (SPMS) and applying a signal processing technique called Discrete Wavelet Transform. In addition to islanding detection events, the developed methodology analyses the performance of the Brazilian Load Shedding Scheme (named ERAC), the loss of interconnection and its possible recovery. For each detected event, a report is presented to the user, showing in a graph the location, time, and the instantaneous frequency values of each detection performed. This work is focused on the Acre-Rondônia/SIN subsystem, a recent interconnection which still presents challenges for stable operation. Using the proposed methodology, the study of the monitored events becomes more rapid and the results are presented through a performance table and also graphically.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323511.pdf: 1934297 bytes, checksum: e02e3567d5f3fb6ce2db0c3c3cf6d2a9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesta dissertação de mestrado é proposta uma técnica de simulação da confiabilidade de redes primárias de distribuição operadas radialmente. A técnica foi desenvolvida com base na Matriz Lógico-Estrutural (MLE), sendo convenientemente denominada MLE Expandida. Com a técnica proposta é possível modelar um amplo conjunto de fatores que afetam a confiabilidade. Entre estes fatores são contemplados: a topologia da rede; a distribuição espacial, as frequências, e os tempos de reparo típicos das faltas que ocorrem ao longo de um alimentador; e também a localização dos equipamentos de manobra e de proteção. A confiabilidade é estimada por meio de indicadores anuais de frequência e duração das interrupções imputadas aos consumidores. São destacadas as seguintes vantagens da MLE Expandida: a incidência de faltas temporárias é explicitamente considerada nos modelos; é possível considerar as zonas de atuação dos equipamentos religadores; são considerados os efeitos das manobras de restauração a jusante com transferência interna ao alimentador; e são estimadas as frequências de eventos de interrupção momentânea. É apresentada também uma sequência de análise, que compreende a preparação do modelo, a execução da técnica de simulação proposta, e a utilização de recursos gráficos adaptados à apresentação dos resultados. A representação gráfica dos indicadores de confiabilidade estimados, com mapas de dados e histogramas, permite identificar rapidamente as regiões de um alimentador nas quais incidem as maiores frequências de interrupção e indisponibilidades anuais, bem como o número de consumidores afetados. São apresentados estudos de caso, que têm como objeto dois alimentadores de distribuição cujos modelos foram baseados em dados reais. Estes estudos visam demonstrar as qualidades dos resultados obtidos com a técnica, bem como exemplificar as possibilidades de aplicação da MLE Expandida. <br> / Abstract : In this dissertation is proposed a simulation technique to estimate the reliability of radially operated primary distribution systems. The technique was developed taking as a reference the Matriz Lógico-Estrutural (MLE - Logically-Structured Matrix), being conveniently denominated MLE Expandida (Expanded MLE). This technique allows modeling a large set of factors which affect the reliability. Among these factors are: the network topology; the spatial distribution, the frequency, and the typical time to repair of failures and contingencies that occurs along any primary feeder; and also the allocation of sectionalizing and protection devices. The simulation estimates indices of expected interruptions frequency and duration, experienced by supplied costumers within a predefined condition. The following advantages of the MLE Expandida technique are highlighted: the incidence of temporary faults can be explicitly accounted in the models; the same apply to the primary protection zones of devices with reclosing capabilities; the effects of upstream restoration operations in which loads are relocated within its own feeder are also considered; finally, this technique can estimate frequencies of momentary interruption events. It is also presented an analysis sequence, which comprehends the model construction, the simulation technique execution, and the presentation of estimated indices using graphical resources. The graphical representation of the estimated reliability indices, using data maps and histograms, contributes to the fast identification of the geographical zones where interruptions are more frequent and prolonged, and also make it easier to approximate the number of customers under these conditions. This work presents analyses which take as object two primary distribution feeders, considering models based on real data, to demonstrate possible applications for the proposed simulation technique.

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 2016-09-20T05:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342003.pdf: 2695446 bytes, checksum: a5adf4e1b16c9fef50fba72d488c9c05 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho propõe um esquema de proteção de retaguarda de sobrecorrente direcional adaptativo para as linhas de uma microrrede baseado na utilização de Sistemas Multiagentes. Esta função de proteção foi escolhida devido a necessidade de proteção de retaguarda para as linhas da microrrede. A proteção primária da microrrede utiliza uma arquitetura multiagente hierárquica, que já havia sido proposta em trabalhos anteriores, e depende do sistema de comunicação para sua operação. Os geradores síncronos da microrrede possuem diversas proteções de retaguarda, que também já haviam sido propostas. A proteção adaptativa de retaguarda de linha, foco do trabalho, utiliza um agente extra, o qual é responsável pelo planejamento da coordenação das proteções de sobrecorrente e, caso necessário, o mesmo calcula novos ajustes de proteção. Todas as estratégias de proteção foram programadas em linguagem JAVA, utilizando os recursos oferecidos pelo framework JADE (Java Agent Development Framework). A validação do sistema de proteção multiagente adaptativo de retaguarda proposto é realizado através de simulações. Para a realização das simulações uma microrrede baseada em uma rede de distribuição real, que foi adaptada para apresentar possibilidade de operação, tanto ilhada quanto conectada à concessionária, foi escolhida como sistema teste. A microrrede do caso teste foi modelada no software PSCAD/EMTDC. No mesmo software diversas situações de falta foram realizadas para a validação do sistema de proteção proposto. Os resultados apresentados comprovam a eficácia do sistema multiagente de proteção proposto.<br> / Abstract : This dissertation proposes an adaptive directional overcurrent backup protection scheme for the lines of a microgrid, based on the use of Multi-Agent Systems. This protection function was chosen in order to supply the need for microgrid lines backup protection. The primary protection of the microgrid makes use of a hierarchical multi-agent architecture that had been proposed in previous works and its operation depends on the communication system. The synchronous generators of the microrgrid have several backup protections functions, who have also been previously proposed. An adaptive line backup protection is the focus of the present work. It utilizes an additional agent, which is responsible for planning the coordination of overcurrent protections functions, and if necessary, it calculates new protection settings. All these protection strategies have been programmed in Java language, using the resources offered by the JADE framework (Java Agent Development Framework). The validation of the proposed backup adaptive multi-agent protection system is carried out by simulations. It was chosen a microgrid test system based on a real distribution network, which has been adapted to present possibility of operating both as islanded mode and connected to de main grid mode, to perform the simulations. The microrrede test case was modeled in PSCAD / EMTDC software. In the same software various faults situations were performed to validate the proposed protection system. The presented results demonstrate the effectiveness of the proposed multi-agent protection scheme.

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 2016-10-19T13:11:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338906.pdf: 2949525 bytes, checksum: 975770be141650f2936d03555c4e9974 (MD5) Previous issue date: 2015 / O presente trabalho apresenta uma avaliação de algoritmos visando a medição de sincrofasores de componentes harmônicas. Três métodos para estimação de componentes harmônicas são utilizados. No primeiro, a transformada discreta de Fourier interpolada IpDFT, é realizado o calculo da transformada discreta de Fourier do sinal amos trado multiplicado por uma função de janelamento e, em seguida, os efeitos da diferença entre as frequências nominal e estimada são compensadas. No segundo, filtro mínimo erro quadrático LES (Least Error Squares), uma curva pré-definida é ajustada aos valores amostrados. Os parâmetros da curva ajustada são calculados para minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre os valores amostrados e a curva pré-definida. No terceiro, filtro de Kalman, são utilizados observadores espectrais para a estimação das componentes harmônicas do sinal amostrado. Por fim, são apresentadas análises relativas ao desempenho dos métodos utilizando os testes de desempenho em regime permanente descritos na Norma IEEE Std C37.118.1 considerando as alterações da Norma IEEE Std C37.118.1a-2014.<br> / Abstract : This work presents an evaluation of algorithms for harmonic synchrophasor measurement. Three methods are used for harmonic estimation. The first method, interpolated discrete Fourier transform IpDFT, the discrete Fourier transform is applied to the sampled signal multiplied by a windowing function, and then the effects of the difference between the nominal and estimated frequencies are corrected. The second method, Least Error Squares LES filter, fits a predefined curve on the measured samples. The parameters of the fitted curve are computed to minimize the sum of squares of the differences between the measurements and the predefined curve. The third method, Kalman filter, spectral observers are used to harmonic estimation. Lastly, the performance of the methods are reviewed using the steady-state compliance tests described in IEEE Standard C37.118.1 considering amendments from IEEE Standard C37.118.1a-2014.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-25T03:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342548.pdf: 5134967 bytes, checksum: 326ba2ac86971415e58e38b714c0af98 (MD5) Previous issue date: 2016 / O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema hidrotérmico de grande porte com predominância da geração hidrelétrica que vem passando por transformações significativas em seu perfil de geração devido a inclusão de fontes renováveis intermitentes. Nesse sentido, a energia eólica merece destaque dado que, atualmente a mesma representa 6,06 % da capacidade instalada, prevendo-se que em 2024 essa participação passará para 9,15 %.Com a crescente inserção de geração eólica no SIN e com as grandes restrições à implantação de usinas hidrelétricas, termelétricas e nucleares, novos desafios surgem na operação do sistema. Neste cenário, e considerando que o vento possui uma alta variabilidade e intermitência diária, o que torna difícil a previsão da geração eólica para além de algumas dezenas de horas a frente, novos estudos sobre a energia eólica devem ser realizados no âmbito do planejamento e da operação do SIN. Dentre esses estudos, tem-se a geração de cenários sintéticos de vento, de geração eólica ou de outro parâmetro correlacionado com esse tipo de geração para a inserção nos modelos de planejamento da operação energética.Nesse sentido, esse trabalho apresenta uma análise sobre a geração de cenários hidroeólicos utilizando o modelo autoregressivo periódico (PAR) para o problema do planejamento da operação energética de médio prazo, em que testes de especificação do modelo são realizados nas séries históricas e nas séries sintéticas geradas. Dessa maneira, uma análise é realizada sobre as diversas metodologias e critérios de aplicação do modelo PAR, evidenciando qual metodologia e critério de aplicação são mais adequados para cada tipo de teste da geração de séries sintéticas hidroeólicas.<br> / Abstract : The Interconnected Brazilian Power System (SIN) is a large hydrothermal system with a predominance of hydroelectric generation that has been undergoing significant changes in its generation profile due to the inclusion of intermittent renewable sources. In this sense, wind power deserves prominence given that currently it represents 6.06% of installed capacity, it is expected this share will go to 9.15% by 2024.With the expanding integration of wind power generation in the SIN and the major constraints to implementation of hydroelectric, thermal and nuclear power, new challenges arise in the system operation. In this scenario, and considering the wind has a high variability and daily intermittent, which wind power generation forecasting is difficult beyond a few hours ahead, new studies on wind power must be carried out in the context of the planning and operation of SIN. Among of these studies, there is the scenario generation of wind, wind power or other parameter correlated with this generation type for insertion into the energy operation planning models.In this sense, this work presents an analysis of the wind and hydropower scenario generation in tandem via autoregressive periodic model (PAR) for long-term energy operation planning, which specification tests for the model are performed on historical data and the synthetic series generated. Thus, an analysis is performed on various methodologies and PAR model application criteria, indicating which methodology and application criterion is the most suitable for each type of test.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-14T03:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343727.pdf: 21419176 bytes, checksum: 77b77c20f736696bc5116fc85fb10b9e (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : This study presents a methodology for topology optimization of transmission line towers. In this approach, the structure is divided in main modules, which can assume different pre-established topologies (templates). A general rule for the templates creation is also presented, which is based in terms of the design practice and feasibility of prototype testing. Thus, these allow that the optimal solution has an important characteristic of direct industrial application. Furthermore, during the optimization process the size and shape of the structure are optimized simultaneously to the topology choice. For numerical examples, two structures were assessed. The first one is a single circuit, self-supported 115 kV transmission line tower. The structure was subjected to a cable conductor rupture scenario and a wind load hypothesis. The second one is a heavier single circuit, self-supported 230kV transmission line tower. The structure was subjected to four different load cases. In both examples the constraints from the ASCE 10-97 code were applied. Due to the non-convex nature of the problem and to the presence of discrete variables in the procedure, the optimization was conducted through the Backtracking Search Algorithm (BSA), which is a modern heuristic algorithm. The results for the size, size and shape, and size, shape and topology optimization are presented and discussed. It is shown that the proposed scheme is able to reduce up to 12% of the structural weight, when compared to a classical size optimization procedure on original structures.<br> / Torres de linha de transmissão (TLT) desempenham um papel significativo no sistema de transmissão. Seu propósito é suspender os cabos condutores e de para-raio, a fim de garantir distâncias elétricas mínimas. As TLT são em geral estruturas treliçadas construídas com perfis do tipo cantoneira. Uma vez que qualquer interrupção no sistema de transmissão gera perdas financeiras significativas, a TLT deve ser projetada respeitando níveis mínimos de confiabilidade, determinados por códigos normativos (IEC (2003), por exemplo). Devido ao seu potencial, o Brasil é um dos líderes em produção de energia hidroelétrica no mundo. De acordo com a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) mais de 60% da eletricidade consumida no país é de origem hidráulica. Entretanto, a maior parte do potencial hidroelétrico se localiza a milhares de quilômetros dos centros consumidores. Portanto, o Brasil possui uma capacidade instalada similar a Países Europeus, mas com uma rede de transmissão muito maior. Fica clara a importância das linhas de transmissão e consequentemente das torres. Cabe ainda destacar que em uma linha, grande parte das torres são repetidas. Logo, uma redução de custo em uma estrutura será multiplicada pelas suas repetições. Em um cenário realístico, é esperado que um processo de otimização leve a uma redução de cerca de 10% de massa. Considerando uma torre de 4 toneladas com ocorrência media de 2,5 TLT/km, isso representaria uma economia de 1 ton/km de LT. Utilizando o preço do aço laminado, estimado em 2015 em torno de R$ 5,00/kg, em uma LT curta de 300 km, a economia seria de R$ 1.500.000. Em uma LT longa, com 1.000 km, a economia chegaria a R$ 5.000.000. Alguns estudos, focando em exemplos acadêmicos, tem sido realizados no contexto de otimização de torres treliçadas. Rajan (1995), Natarajan & Santhakumar (1995), Gomes & Beck (2013),Taniwaki & Ohkubo (2004), Sivakumar et al. (2004), Mathakari et al. (2007), Kaveh, Gholipour & Rahami (2008), Noilublao & Bureerat (2011). Embora estes estudos tenham apresentado diversos avanços, alguns aspectos adicionais devem ser levados em consideração, quando se busca uma aplicação industrial direta da estrutura otimizada. Um dos principais aspectos não abordados nestes trabalhos, está relacionado a viabilidade construtiva da estrutura final e seu desempenho em ensaio de protótipo. Por outro lado, alguns estudos têm abordado uma aplicação industrial direta, considerando em algum nível tais aspectos. Por exemplo, Shea & Smith (2006), Paris et al. (2010), Guo & Li (2011), Paris et al. (2012), Chen, Yuan & Jiang (2014). Estes estudos adotam basicamente estratégias de modificação localizadas a fim de atualizar a topologia da estrutura. Note que o termo localizada é empregado para mostrar que as variações permitidas são a nível de nós e elementos, os quais podem ser criados ou removidos e movimentados dentro de certos intervalos (i.e., pequenas partes da estrutura são modificadas). Entretanto, conduzir modificações através dos nós e elementos diretamente pode levar a certas desvantagens. A solução final pode não ser melhorada significativamente se comparada com otimização dimensional e geométrica (Shea & Smith (2006)), pode ser inviável do ponto de vista construtivo (Shea & Smith (2006)) e apenas algumas partes da estrutura podem ser otimizadas eficientemente (Guo & Li (2011), Chen, Yuan & Jiang (2014)). Além disso, se torna difícil avaliar corretamente os comprimentos de flambagem quando barras são removidas da estrutura Torii, Lopez & Biondini (2012). É possível ainda observar que em todos os trabalhos mencionados anteriormente, foi imposta simetria nas quatro faces da estrutura. Entretanto, esta característica não é sempre adotada nos projetos de TLT. O treliçamento defasado, o qual possui uma configuração simétrica apenas em duas faces, é de fato uma solução usual para torres convencionais de médio porte (com altura média em torno de 50 metros). Destaca-se ainda que estas torres representam a maior parte das estruturas em uma linha de transmissão usual. Logo, o principal objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para otimização topológica de torres de linha transmissão, focando em uma aplicação industrial. Em contraste com estudos anteriores, os quais se baseiam em modificações localizadas da topologia, a metodologia proposta adota uma estratégia global de modificações. Nesta, a estrutura da torre é dividida em módulos principais compostos por um grande conjunto de elementos estruturais. Estes módulos principais são entidades globais as quais podem assumir diferentes topologias pré-estabelecidas (templates). Estes templates são concebidos a fim de garantir a viabilidade construtiva e de testes de protótipo. Consequentemente, a metodologia de otimização incorpora restrições de códigos normativos (como por exemplo aquelas relacionadas a esforços, deslocamentos, índices de esbeltez) bem como a viabilidade construtiva e de teste de protótipo. Permitindo que a metodologia possua um caráter de aplicação industrial direta. Como demonstrado experimentalmente por CIGRÉ (2009) a topologia desempenha um papel importante no comportamento estrutural de torres observado em testes de protótipo. Mesmo pequenas variações na configuração (como por exemplo no padrão de treliçamento ou na posição dos diafragmas) afeta diretamente o comportamento da estrutura e a compatibilidade com o modelo mecânico adotado. Estes e outros aspectos de grande significância prática podem ser considerados na construção dos templates disponibilizados para o processo de otimização. Dessa forma, a regra de criação de templates é apresentada e explicada no corpo do texto. Finalmente, outra vantagem importante desta metodologia é que o espaço de busca é limitado para que apenas as topologias mais comuns empregadas na industria possam ser disponibilizada como templates. De fato, a ideia de reduzir o espaço de busca tem sido empregada por outros pesquisadores, Como exemplo, Shea & Smith (2006) e Guo & Li (2011) reduziram o espaço de busca em suas propostas de otimização topológica. Logo, entre os objetivos deste estudo está manter as vantagens de limitar o espaço de busca (a fim de cumprir requisitos construtivos e reduzir os custos computacionais), além de introduzir o conceito de otimização baseada em templates. Devido à característica não-convexa da função objetivo, bem como à presença de variáveis discretas, o algoritmo heurístico BSA (Backtracking Search Algorithm) foi empregado. Este algoritmo foi desenvolvido por Civicioglu (2013), e tem mostrado resultados promissores para otimização topológica de estruturas treliçadas, conforme pode ser visto em Souza et al. (2016). A metodologia proposta é testada em dois exemplos de torres comumente encontradas na indústria Brasileira. No primeiro, uma torre autoportante de circuito simples de 115kV, submetida a dois casos de carregamento, é otimizada. A otimização dimensional atingiu como melhor resultado 1950,5 kg, mas ao incorporar a otimização geométrica o resultado encontrado foi de 1880,4 kg. Por fim, a metodologia proposta para otimização topológica foi implementada, levando a uma massa de 1809,8 kg, que representa uma redução de 7,22% em relação à otimização apenas dimensional. O segundo exemplo consiste em uma torre autoportante de circuito simples de 230kV, submetida a quatro casos de carregamento. Para este exemplo, a otimização dimensional atingiu uma massa de 2324,7 kg, enquanto a otimização dimensional e geométrica levou a um resultado de 2138,1 kg. Ao incorporar a metodologia proposta de otimização topológica, o resultado atingido foi de 2041,7 kg, que representa uma redução de 12.2% na massa da estrutura, quando comparada com à otimização apenas dimensional. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta é bastante promissora e que esforços adicionais são ainda necessários. Outros exemplos devem ser estudados, de modo que a proposta de otimização baseada em templates possa abranger diferentes tipos torres de transmissão, inclusive torres estaiadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-21T03:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 195772.pdf: 471877 bytes, checksum: 1170b0eff13d2ce729b3a48edbf2659c (MD5) / Proposta de um conjunto de indicadores passíveis de mensuração e comparação, resumidos ao final em um único indicador global de desempenho, de modo a permitir às empresas distribuidoras de energia da holding Centrais Elétricas Brasileiras S.A. - ELETROBRÁS, além da busca pela melhoria, posicionarem-se frente às demais e permitir uma visão global do dos seus desempenhos. Concluindo, com a objetividade que se dá ao tratamento dos indicadores, torna-se possível uma percepção mais real das deficiências das gestões.