Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:06:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-24T20:24:25Z : No. of bitstreams: 1 318327.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / O planejamento e a operação de Sistemas de Energia Elétrica (SEE) são baseados nos resultados de simulações computacionais nas quais os elementos da rede elétrica são representados por modelos matemáticos. Portanto, a qualidade dos modelos e dados utilizados nessas simulações é essencial para garantir uma operação segura, confiável e econômica dos SEE. A partir do desenvolvimento da tecnologia de Medição Fasorial Sincronizada surge uma nova e valiosa ferramenta para a melhoria na realização da validação de modelos em SEE. Isto porque, a disponibilidade de medidas sincronizadas de grandezas elétricas em instalações distantes geograficamente e a altas taxas de amostragem (da ordem de 60 amostras/segundo), pelos Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada (SPMS - Synchronized Phasor Measurement Systems), melhora consideravelmente a observabilidade da dinâmica dos SEE, e, sobretudo, fornece a infraestrutura necessária para a realização de estudos de validação, utilizando a abordagem de Validação de Modelos de Sistemas (System Wide Model Validation), onde todo o sistema é representado. Neste trabalho, o uso da Medição Fasorial Sincronizada na validação de modelos e dados de SEE é abordado. Os principais aspectos e o estado atual das práticas de validação de modelos utilizando essa tecnologia são discutidos. Um estudo de validação de modelos e dados do Sistema Interligado Nacional (SIN) é também realizado utilizando a abordagem de Validação de Modelos de Sistemas. Dados obtidos do registro de eventos ocorridos no SIN por um SPMS de baixa tensão, com PMUs (Unidades de Medição Fasorial) instaladas em 15 universidades pelo Brasil, cobrindo as cinco regiões geográficas do país, foram utilizados para a validação. Os resultados desse estudo de validação confirmam o potencial da aplicação da tecnologia de medição fasorial sincronizada e o seu valor para a validação de modelos em SEE. A qualidade dos modelos e ferramentas de simulações utilizadas nas análises de transitórios eletromecânicos e estabilidade a pequenas perturbações do SIN também pode ser avaliada a partir desses resultados. O estudo também identifica melhorias necessárias a fim de que a metodologia de Validação de Modelos de Sistemas seja incorporada com sucesso como uma ferramenta para o planejamento e operação do Sistema Interligado Nacional. <br> / Abstract: The Power Systems planning and operation are based on results of computer simulations in which the elements of the grid are represented by mathematical models. Therefore, the quality of the models and data used in these simulations is essential to ensure a safe, reliable and economical operation of Power Systems. From the development of the Synchronized Phasor Measurement technology emerges a new and valuable tool for improving the realization of Power Systems model validation. This is because the availability of synchronized measurements of electrical quantities in geographically distant facilities and at a high sampling rate (approximately 60 samples per second), by the Synchronized Phasor Measurement Systems (SPMS), improves the observability of the Power Systems dynamics, and provides the necessary infrastructure for conducting validation studies, using the approach of System Wide Model Validation, where the entire system is modeled. In this work, the use of Synchronized Phasor Measurement in Power System model and data validation is tackled. The main aspects and the current state of practice of model validation using this technology are discussed. A validation study of the models and data of the Brazilian Interconnected Power System (SIN) is also performed using the Systems Wide Model Validation approach. Data acquired by a Low Voltage Phasor Measurements System (LVPMS), with PMUs (Phasor Measurement Units) installed in fifteen universities throughout Brazil, covering the five geographic regions of the country, were used for the validation. The results of this validation study confirm the potential of the application of the synchronized phasor measurement technology and its value for Power System model validation. The quality of the models and simulation tools used in the analysis of electromechanical transients and small-signal stability of the Brazilian Interconnected Power System can also be evaluated from those results. The study also detects needed improvements in order that the methodology of System Wide Model Validation be incorporated successfully as a tool for the planning and operation of the Brazilian Interconnected Power System.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319073.pdf: 1262902 bytes, checksum: 56fa916085b19ef278e66d4ab6e31fb4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho propõe a extensão do método de Coestimação Linear de Estados e Topologia para o modelo completo da rede elétrica, ou seja, o modelo não-linear. O método proposto consiste em estimar conjuntamente as variáveis analógicas e a topologia do sistema de potência. A viabilização deste procedimento é possível mediante a formulação do problema de estimação de estados como um problema de otimização multi-objetivo no qual considera-se tanto os resíduos das medidas analógicas quanto as restrições operacionais relativas aos status dos ramos chaveáveis. Realiza-se a formulação da função custo multi-objetivo combinando o critério dos mínimos quadrados ponderados (MQP), que modela os resíduos das medidas de estimação, e o critério dos mínimos valores absolutos (MVAP), que modela as restrições operacionais impostas pelos dispositivos chaveáveis (abertos/fechados) da subestação. Utiliza-se o método primal-dual de pontos interiores para obter a solução do problema de otimização. O algoritmo proposto é desenvolvido passo a passo para um sistema-teste de pequeno porte. Posteriormente o desempenho e a eficácia da ferramenta computacional são avaliados na aplicação a três sistemas de maior porte, dos quais dois são os sistemas-teste IEEE de 24 e 30 barras, e o terceiro é um sistema real da Companhia Paranaense de Energia Elétrica (COPEL). Os resultados obtidos demonstram que a abordagem considerando o modelo não-linear para a rede elétrica é perfeitamente viável e promissora no que tange à estimação simultânea das variáveis de estado analógicas e da topologia. <br> / This work proposes the extension of the linear state and topology coestimation method to allow its application in connection with a complete, nonlinear model for the electric network. The proposed method consists of jointly estimating analog variables and power system topology. The feasibility of this procedure is achieved by formulating the state estimation problem as a multi-objective optimization problem which considers both the analog measurement residues and the operational constraints related to the switchable branches status. The multi-objective cost function is a combination of the weighted least squares (WLS) criterion based on the estimation residues, and the weighted least absolute value (WLAV) criterion applied to the operational constraints imposed by the statuses of the substation switching devices. The method employs primal-dual interior point method for solving the optimization problem. The proposed algorithm is presented step-by-step by using a small test system. Then, performance and effectiveness of the methodology are evaluated through its application to three larger systems, two of them derived from the IEEE-24 bus and IEEE-30 bus test systems, and a third one based on a real system of the Companhia Paranaense de Energia Elétrica (COPEL). The results demonstrate that State and Topology Coestimation considering a non-linear network model is perfectly feasible and a promising approach for real-time power system modeling.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318434.pdf: 8093429 bytes, checksum: 1377aa3379f8fcdbb5f97b6a94285ad4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CC-CC isolado com alta tensão de saída, utilizado para alimentar uma válvula do tipo TWT. Dentre outras aplicações, a TWT é utilizada em equipamentos de telecomunicações e radares. Uma característica da válvula TWT é que a mesma possui coletores com múltiplos estágios, sendo necessária uma tensão de alimentação para cada estágio, todas na ordem dos kilovolts. Um transformador com alta relação de ganho e com alta tensão de saída necessita de maior quantidade de espiras em seu(s) secundário(s) e com maior isolação entre espiras e entre camadas. Estes dois fatores contribuem para que os parâmetros intrínsecos do mesmo (capacitância intrínseca e indutância de dispersão) sejam muito maiores do que em transformadores de baixos ganho e tensão. Desta forma, todas as topologias consagradas de conversores CC-CC isolados com alta tensão de saída absorvem os parâmetros do transformador em seu funcionamento. A topologia adotada neste trabalho é a Paralelo Ressonante com Saída em Tensão (CPRST), que é baseada na estrutura Full-Bridge. Esta estrutura apresenta excelente rendimento por causa da comutação do tipo ZVS. Esta topologia foi estudada com detalhes para valores de ganho menores do que um de seu circuito equivalente, sendo mapeados dois modos de condução para a utilização com modulação Phase-Shift. As equações que descrevem os modos foram obtidas e parametrizadas. Foi feita a modelagem orientada ao controle do CPRST com modulação Phase-Shift e também projetado o controlador. Foi construído um protótipo com múltiplas saídas no transformador, que se destinou a alimentar uma válvula do tipo TWT, com potência total de 2.100W e tensões de alimentação 1,3 kV, 4,56 kV e 6,08 kV nos múltiplos estágios e 9,53 kV no catodo. <br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eléterica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319273.pdf: 2074039 bytes, checksum: 74f75482c412413f30655bf51f370ba0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Além da classificação comportamental, a definição de unidades descritivas da motivação animal pode ser valiosa aos estudos em animais. Um sistema para registro automático da atividade alimentar de pombos foi projetado, montado e testado em experimentos com 5 horas de duração onde os animais foram submetidos a quatro manipulações alimentares distintas envolvendo estímulos hedônicos e metabólicos. O sistema é baseado em sensores de força, o que permite o acompanhamento da evolução do perfil ingestivo ao longo de um experimento, bem como a identificação dos momentos de ocorrência dos eventos ingestivos. A marcação temporal destes eventos torna possível a utilização de métodos de agrupamento de dados como os modelos ocultos de Markov para a classificação do comportamento alimentar em termos de episódios ingestivos. Esta técnica, quando comparada à metodologia tradicional de agrupamento por pontos-critério fixos, se mostrou mais adequada para aplicação nos dados de ações alimentares dos pombos. Uma segunda etapa de classificação buscou segmentar a motivação alimentar dos animais em três graus distintos de interesse pela ração/água, em oposição à tradicional segmentação em refeições. Os resultados sugerem que estímulos de natureza metabólica aumentam momentaneamente a eficiência na ingestão de ração e água no estado de alto interesse e diminuem a eficiência no estado de baixo interesse, enquanto que estímulos hedônicos tendem a aumentar tanto a ingestão de ração quanto o tempo dedicado ao estado de alto interesse. A segmentação da análise dos dados em resultados acumulados a cada duas horas indicou a ocorrência de períodos de quiescência na ingestão de ração. Entretanto, estes períodos de duas horas também mascaram dinâmicas internas de alteração da motivação alimentar. A metodologia empregada permitiu a caracterização de estruturas motivacionais a partir de unidades comportamentais simples, durações de episódios ingestivos e intervalos entre estes. Estas informações, porém, parecem não ser suficientes para classificação do fluxo motivacional subjacente à Sequeência Comportamental de Saciedade em três condições plenas e duradouras; dados de quantidades ingeridas e indicadores de agitação corporal poderiam fortalecer os modelos nesta direção <br>

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013Bitstream added on 2014-09-24T20:20:28Z : No. of bitstreams: 1 319255.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Esta tese apresenta uma nova topologia para os conversores CC-CA, que possibilita obter uma tensão alternada instantânea na saída maior que a tensão de barramento sem utilizar estágios intermediários de potência ou transformador. Esta característica se deve ao emprego de uma célula de comutação incluindo dois interruptores, dois diodos, um indutor e um capacitor em cada braço do inversor. Para comprovar a análise estática e dinâmica realizada foi dimensionado, construído e testado um protótipo para uma potência de 1kW, com 96Vcc para a tensão de entrada, 110Vrms para tensão de saída, fundamental de saída 60Hz e de comutação de 20kHz. <br> / Abstract: This thesis proposes a new DC-AC converter featured for producing an instantaneous output voltage larger or smaller than bus voltage without using intermediate power stage or transformer. This featured is provided by using one switching cell including two switches, two diodes, one inductor and one capacitor on each inverter leg. To validate the static and dynamic analysis performed was design, built and tested a prototype to an output power of 1kW, 96Vdc input DC voltage, 110Vrms output voltage, fundamental output frequency 60Hz and switching frequency of 20kHz

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:11:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323993.pdf: 8521997 bytes, checksum: 64e5bd8bcae24a4f2ba8a7c75a1260e9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho aborda a modelagem numérica de dispositivos eletromagnéticos incluindo o fenômeno de histerese em três dimensões através da formulação da permeabilidade diferencial. Esta formulação possibilita o acoplamento com circuitos elétricos e o tratamento de materiais anisotrópicos e histeréticos. O modelo de histerese utilizado é o vetorial de Jiles-Atherton. São discutidos aspectos sobre a implementação bem como melhorias para a convergência do método. Propõe-se uma mudança na discretização temporal substituindo o método de Euler por Crank-Nicolson. Um benchmark proposto pela ICS (International Compumag Society) é utilizado para validação do método, além da comparação com outras formulações já implementadas. O software é incorporado ao sistema FEECAD, desenvolvido pelo GRUCAD (Grupo de Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos) em colaboração com outros grupos de pesquisa, que já conta com diversos módulos implementados utilizando diferentes formulações.<br> / Abstract : This work deals with the numerical modeling of electromagnetic devices including hysteresis phenomenon through the formulation of differential permeability. This formulation enables the coupling with electrical circuits and treatment of anisotropic and hysteretic materials. The hysteresis model used is the vector Jiles-Atherton.We discuss aspects of the implementation as well as improvements to the convergence of the method. Proposes a change in the time discretization replacing the Euler method on Crank-Nicolson. Abenchmark proposed by the ICS (Compumag International Society) is used to validate the method, as well as comparisons with others formulations already implemented. The software is built into the system FEECAD developed by GRUCAD Group (Design and Analysis of Electromagnetic Devices) in collaboration with other research groups, which already has many modules implemented using different formulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:12:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325194.pdf: 2687528 bytes, checksum: e0248f75e29f0715da86727cbe68ff87 (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta dissertação apresenta a otimização multidisciplinar e multiobjetivo da geometria dos canais axiais de ventilação de um motor de indução trifásico de 4.000 cv de potência por meio da aplicação do método de elementos finitos e algoritmo genético combinado com a metodologia de superfícies de resposta. É apresentado o equacionamento dos circuitos magnético e elétrico do motor e após é desenvolvido um modelo de otimização que engloba análise eletromagnética (desempenho) e térmica (elevação de temperatura) de maneira conjunta. A primeira é feita através do método de elementos finitos e resolução de circuito equivalente; a segunda é realizada por meio de um cálculo térmico. Os objetivos definidos são minimizar a elevação de temperatura do motor e maximizar o cos?(??) (fator de potência), e ainda são impostas restrições de projeto para garantir que as soluções encontradas sejam viáveis. Para acelerar o processo de otimização, visto as análises pelo método de elementos finitos exigirem elevado esforço computacional, é utilizada em conjunto com o algoritmo genético a metodologia de superfícies de resposta que são construídas para mapear o comportamento das funções de estudo e estimar através de interpolação os valores das variáveis de saída. <br> / Abstract : This dissertation presents a multidisciplinary and multiobjective optimization of the geometry of the axial ventilation holes of a 4000 hp three phase induction motor by applying the finite element method and genetic algorithm combined with response surface methodology. It presents the equation of magnetic and electric motor circuits. An optimization model, which includes electromagnetic analysis (performance) and thermal (temperature rise) jointly is developed. The first is performed using the finite element method and equivalent circuit resolution. The second is performed by a thermal calculation. The objectives are to minimize the temperature rise of the motor and maximize cos (f) (power factor). Design constraints are still imposed to ensure that the solutions are feasible. To speed up the optimization process, since the analysis by finite element method require high computational effort, the response surface methodology is employed to map the behavior of the study functions in order to estimate by interpolation the output variable values.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 321648.pdf: 2059110 bytes, checksum: 66e2240d8226b5cf379aa3a39bf1664c (MD5) Previous issue date: 2013 / O Planejamento da Operação Energética no Brasil é um problema de natureza estocástica, devido às incertezas relacionadas às variações climáticas, em virtude do uso da hidroeletricidade como principal fonte de energia do sistema elétrico brasileiro. Com o objetivo de representar adequadamente as incertezas envolvidas no problema, é importante resolver esse problema por meio de técnicas de Otimização Estocástica. O Setor Elétrico Brasileiro usa atualmente os algoritmos baseados na Decomposição de Benders para resolver o problema de Planejamento da Operação Energética. Entretanto, essa técnica não é o único meio existente de se resolver este problema. Outras técnicas de Programação Estocástica podem ser aplicadas, tais como o Progressive Hedging, objeto de estudo deste trabalho. O presente trabalho visa apresentar essa técnica aplicada ao problema de Planejamento da Operação Energética aplicado a Sistemas Hidrotérmicos, na sua forma mais usual e em modelagens que utilizam artifícios matemáticos, com o objetivo de proporcionar melhor desempenho computacional desta técnica de otimização ao problema de Planejamento da Operação Energética <br> / Operation Planning in Brazil is a problem of stochastic nature, due to uncertainties related to climate changes, due to the use of hydropower as the main energy source of the Brazilian electrical system. In order to represent the uncertainties involved in the problem adequately, it is important to solve this problem by Stochastic Optimization techniques. Currently, the Brazilian Electricity Sector uses algorithms based on Benders decomposition to solve the problem of Operation Planning. However, this technique is not the only way of solving this problem. Other Stochastic Programming techniques can be applied, such as the Progressive Hedging, focused in this work. This work aims to present this technique when applied to the problem of Operation Planning applied in Hydrothermal Systems, in its most usual shape and modeling using mathematical strategies, with the aim of providing better computational performance of this optimization technique to the problem of Operation Planning.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:24:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322210.pdf: 7948540 bytes, checksum: 6cad810fc9704edbf02b8bd7f7cd9ac4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este estudo envolve o projeto e o desenvolvimento de um dispositivo eletromagnético trifásico para análise de perdas magnéticas em estatores de máquinas elétricas girantes. O trabalho foi amparado por uma revisão bibliográfica que motivou a confecção de uma bancada experimental, desenvolvida pelo GRUCAD em conjunto com a empresa WEG Equipamentos Elétricos. Durante o trabalho são avaliadas principalmente as perdas magnéticas nas chapas de aço para fins elétricos no formato de um estator de um motor elétrico de indução trifásico. São avaliados três fornecedores de um mesmo tipo de chapa de aço, para fins de comparação entre os resultados obtidos por três métodos experimentais diferentes, a saber: quadro de Epstein, ensaio em motores elétricos de indução trifásicos completos e bancada experimental desenvolvida. <br> / Abstract : This study approaches the design and development of a three-phaseelectromagnetic device for analysis of magnetic losses in the stators ofrotating electric machines. It was supported by a literature review thatled to the construction of an experimental bench that was developed byGRUCAD and WEG Electric Equipments company. The proposedmethod allows a faithful evaluation of the magnetic losses taking placein the stator core of a three phase induction motor. For comparativepurposes, three suppliers of the same type of electrical steel sheets areevaluated using three different experimental methods, namely: theEpstein frame test, the no-load test with complete three phase inductionmotor, and the proposed electromagnetic device.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322011.pdf: 3926655 bytes, checksum: 69a388698aa6d71f54b802f022f8f99f (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta o Método RNM como uma alternativa ecientepara a modelagem de uxo disperso, perdas por correntes induzidas eforças em transformadores e reatores de potência.São apresentados os conceitos necessários para modelagem de distribuição de uxo magnético através de tubos magnéticos, bem como apropagação de onda eletromagnética no interior de domínios condutores.Desta forma, pode-se então modelar tais regiões condutoras comoimpedâncias magnéticas e obter os valores de perdas.Através dos conceitos apresentados, pode-se elaborar um modelo deparâmetros concentrados, um circuito magnético, que caracterize ocomportamento magnético do equipamento em questão. Para resolu-ção deste circuito, elabora-se uma rotina computacional que é testadocomparando os resultados obtidos com os calculados via Método deElementos Finitos 2D e 3D. <br> / Abstract : This work aims to present the RNM method as an ecient option tomodel leakage ux and stray losses, as well as forces, in power transformersand power reactors.The basic concepts to model leakage ux through the ux tubes theoryare presented, as well as the wave propagation along conductivedomains. Thus, it is possible to model those conductive domains asmagnetic impedances to compute the losses along it.With the above mentioned theory, it is possible to elaborate a lumpedparameters, i.e. magnetic circuit, which characterizes the magneticdevice behavior. In order to solve the mentioned circuit, it is implementeda computacional routine, which is tested trough the comparisonbetween its results with those obtained using the Finite ElementsMethod (FEM) 2D and 3D.