[pt] A agregação dinâmica de reguladores de tensão de unidades geradoras coerentes, visando o cálculo de equivalentes dinâmicos para estudos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica, é o objeto desta dissertação. A metodologia empregada para o cálculo de equivalentes dinâmicos apresenta três etapas: a identificação de geradores coerentes, a redução estática da rede e a agregação dinâmica dos modelos das unidades geradoras coerentes. A agregação dinâmica de um grupo de geradores coerentes consiste em representar este grupo através de uma ou mais unidades geradoras equivalentes. As unidades geradoras coerentes podem ser representadas por diferentes modelos de máquina síncrona, regulador de tensão, estabilizador, turbina e regulador de velocidade. Haverá, então, um modelo equivalente para cada componente da unidade geradora. Os parâmetros lineares de cada modelo equivalente são ajustados numericamente através do método de Levenberg-Marquardt para resolver o problema de otimização multivariável. O objetivo principal é a determinação do melhor modelo equivalente para uma dada composição de modelos de reguladores de tensão num grupo de unidades geradoras coerentes. O sistema teste New England é utilizado para avaliar a metodologia empregada, observando-se os desempenhos dinâmicos dos equivalentes propostos. Serão considerados modelos do banco de dados de estabilidade do sistema elétrico brasileiro. / [en] This dissertation deals with the problem of dynamic aggregation of voltage regulators of coherent generating units to calculate dynamic equivalents for power system transient stability studies. The methodology used to calculate coherencybased dynamic equivalents has three basic steps: the identification of the coherent groups of generating units, the static reduction of the external network and the dynamic aggregation of coherent generating unit models. The dynamic aggregation of a group of coherent generating units consists of the representation of this group by one or more equivalent generating units. The coherent generating units can be represented by different models of synchronous machine, voltage regulator, stabilizer, turbine and speed governor. There will be an equivalent model for each component of the generating unit. The linear parameters of the equivalent models are numerically adjusted using the Levenberg-Marquardt method in order to solve the multivariable optimization problem. The main objective is the determination of the best equivalent model for a given composition of voltage regulator models in a group of coherent generating units. The New England system is used to evaluate the dynamic performance of the equivalents. The voltage regulator models considered in this work are in the Brazilian electrical system stability database. The swing curves of the internal system generators obtained with the equivalent system are compared with those obtained with the simulation of the complete system.

[pt] Esta dissertação trata do problema de agregação dinâmica de modelos de turbinas e reguladores de velocidade de unidades geradoras coerentes, visando o cálculo de equivalentes dinâmicos precisos para estudos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica. Os modelos de turbina e regulador de velocidade considerados neste trabalho são do banco de dados de estabilidade do sistema elétrico brasileiro (modelos do Anatem). A metodologia empregada para o cálculo de equivalentes dinâmicos apresenta três etapas básicas: a identificação de geradores coerentes, a redução estática da rede e a agregação dinâmica dos modelos das unidades geradoras coerentes. A agregação dinâmica de um grupo de unidades geradoras coerentes consiste em representar esse grupo através de uma ou mais unidades geradoras equivalentes. As unidades geradoras coerentes podem ser representadas por diferentes modelos de máquina síncrona, sistema de excitação, estabilizador, turbina e regulador de velocidade. Os parâmetros lineares dos modelos equivalentes são ajustados numericamente através do método de Levenberg-Marquardt para resolver o problema de otimização multivariável. As respostas em freqüência são apresentadas em diagramas de Bode (módulo e fase). O bem conhecido sistema New England é considerado para a avaliação do desempenho dinâmico dos equivalentes. As curvas de oscilação angular e de potência elétrica dos geradores do sistema interno, assim como curvas de tensão em barras, obtidas com o sistema equivalente são comparadas com aquelas obtidas com a simulação do sistema completo. / [en] This dissertation deals with the problem of dynamic aggregation of turbine and speed governor models of coherent generating units to calculate dynamic equivalents for power system transient stability studies. The turbine and speed governor models considered in this work are in the Brazilian electrical system stability database (Anatem models). The methodology used for the calculation of coherency-based dynamic equivalents has three basic steps: the identification of the coherent groups of generating units, the static reduction of the external network and the dynamic aggregation of coherent generating unit models. The dynamic aggregation of a group of coherent generating units consists of the representation of this group by one or more equivalent generating units. The coherent generating units can be represented by different models of synchronous machine, excitation system, stabilizer, turbine and speed governor. The linear parameters of the equivalent models are numerically adjusted using the Levenberg-Marquardt method in order to solve the multivariable optimization problem. The frequency responses are presented in Bode diagrams (magnitude and phase). The well known New England system is considered for the evaluation of the dynamic performance of the equivalents. The angular swing curves and electric power curves of the internal system generators as well as bus voltage curves obtained with the equivalent system are compared with those obtained with the simulation of the complete system.

En la actualidad, los desarrollos en el campo de los motores de combusti on interna alternativos est an principalmente dirigidos al aumento de la e ciencia energ etica y a la reducci on de las emisiones contaminantes. La consecuci on de este ultimo objetivo, marcado por las normativas que limitan las emisiones de contaminantes, ha forzado a la instalaci on progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape. Atendiendo a la emisi on de part culas, el ltro de part culas di esel se ha convertido en un elemento indispensable y completamente estandarizado en las l neas de escape de los motores Diesel. Tradicionalmente, los sistemas de post-tratamiento se encuentran localizados en las l neas de escape aguas abajo de la turbina de sobrealimentaci on. Esto limita el nivel t ermico en los sistemas de post-tratamiento, lo que afecta a la e ciencia de conversi on del DOC tras el arranque del motor o en condiciones de bajo grado de carga, as como a la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF. Adem as, a medida que se produce la acumulaci on de holl n en este, el consumo del motor se ve perjudicado. A n de contribuir a mitigar estas respuestas, se propone la ubicaci on del sistema de post-tratamiento, en concreto DOC y DPF, aguas arriba de la turbina. Por este motivo, el objetivo principal de la presente tesis doctoral ha sido la evaluaci on de las interacciones del sistema de post-tratamiento en con guraci on pre-turbo con el motor Diesel. Para alcanzar este objetivo se hace necesario el uso combinado de t ecnicas de modelado y experimentales. Con respecto a la primera de ellas, se ha tomado como base un modelo de acci on de ondas que permite el c alculo de la respuesta del motor en funci on de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento. Para el uso able del modelo con ubicaci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento, es necesaria la correcta predicci on de la temperatura a lo largo del DPF tanto en condiciones estacionarias como transitorias, as como tener en cuenta en el c alculo diferentes niveles de acumulaci on de holl n. Por esta raz on, parte importante del trabajo ha estado dirigido a la mejora del modelo de ltros de part culas di esel de ujo de pared previamente desarrollado en aspectos b asicos, realizando aportaciones en aspectos tales como la predicci on del comportamiento t ermico y de p erdida de presi on en condiciones de acumulaci on de holl n. Con el n de con rmar los resultados aportados por el modelo, se ha realizado una evaluaci on experimental de la con guraci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento en un motor Diesel turbosobrealimentado. Este trabajo ha permitido analizar las prestaciones del motor en condiciones de operaci on estacionaria y transitoria as como cuanti car los efectos de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento sobre las emisiones contaminantes, la e ciencia de ltrado y la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF o la e ciencia de conversi on del DOC. Fruto de estos trabajos se ha obtenido una evaluaci on rigurosa de los efectos que sobre el motor tiene el instalar los sistemas de post-tratamiento en con guraci on preturbo, con rmando las ventajas que ofrece esta arquitectura de la l nea de escape y describiendo soluciones para las debilidades que pueda presentar. / García Afonso, Ó. (2013). Análisis teórico-experimental de la arquitectura pre-turbo de sistemas de post-tratamiento en MCIA [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34178 / Alfresco

[ES] La luz solar puede producir daños en el ADN por absorción directa de luz UVB, o por fotosensibilización tras la absorción de luz UVA por parte de fármacos, que pueden actuar como fotosensibilizadores (PS). La benzofenona (BP), presente en la estructura química de una amplia variedad de fármacos, tiene el potencial de fotosensibilizar daño al ADN, especialmente hacia la base de timina (Thy). Este daño puede dar lugar a dímeros de pirimidina de tipo ciclobutano (CPD) y a fotoproductos (6-4) pirimidina-pirimidona ((6-4)PPs), los cuales pueden causar mutaciones graves, melanomas o incluso la muerte celular. En algunos organismos, los (6-4)PPs pueden repararse de manera eficiente por las fotoliasas, en lo que se podría entender como una reacción Paternò-Büchi (PB) inversa a través de un intermedio de oxetano altamente inestable. Con el fin de profundizar en la fotorreactividad de los derivados BP-Thy y en la ruptura fotoinducida de oxetanos, se sintetizaron por primera vez una variedad de diadas en las que Thy y BP están covalentemente unidas por un espaciador lineal de diferente longitud y naturaleza. La fotorreactividad de los diferentes derivados se investigó por fotólisis de destello láser (LFP) y espectroscopía de absorción transitoria a escala de femtosegundo; además, se aislaron y caracterizaron los principales fotoproductos (PPs) derivados de la irradiación en estado estacionario. Los resultados mostraron un alto grado de quimioselectividad en la longitud y conformación del espaciador. En cuanto a la reactividad fotoquímica, se formaron PPs derivados de la PB y de la abstracción formal de hidrógeno; así, las diadas con el espaciador más largo dieron lugar a la formación de oxetanos y de PPs de abstracción de hidrógeno. Por el contrario, las diadas con espaciadores más cortos formaron un fotoproducto de abstracción formal de hidrógeno y/o polimerización. Por tanto, la fotorreactividad se vio influida por la longitud del espaciador, correlacionándose bien con los tiempos de 3BP*, observándose los tiempos más cortos para las diadas de espaciadores largos. En relación con la fotoapertura de oxetanos, la irradiación de los diferentes regio- y estereoisoméros condujo a la formación de la típica banda de absorción triplete-triplete de BP; por tanto, dicho proceso opera de forma adiabática. La fotólisis del oxetano que resulta de la irradiación de la diada con el espaciador más largo mostró una banda de absorción transitoria sobre 400 nm, atribuida a la formación del exciplejo triplete entre BP y Thy covalentemente unidos. Por otro lado, se investigó la reacción PB y la cicloreversión de oxetanos que surgen de la interacción entre Thy o derivados de uracilo (Ura) y BP. Así, se sintetizó una amplia gama de oxetanos Thy-BP y Ura-BP con diferentes sustituyentes en las posiciones 1 y 5 de la nucleobase, incluyéndose los regioisómeros cabeza-cabeza (HH) y cabeza-cola (HT). Los estudios espectroscópicos (absorción transitoria ultrarrápida y LFP), junto con el análisis teórico, coinciden en que la cicloreversión fotoinducida para los isómeros HH y HT implica la formación de un exciplejo en el estado excitado triplete antes de la ruptura. Generalmente, se observó que la reacción fue completamente adiabática para los regioisómeros HH. En el caso del oxetano HH que surge de la interacción entre 1,3-dimetiltimina (DMT) y BP, se observó la formación de una banda ~400 nm, que se atribuyó al exciplejo triplete 3[DMT···BP]*. Su formación fue altamente regioselectiva, siendo más rápida y eficiente para el isómero HH que para HT. Estos resultados fueron confirmados por análisis computacional. En general, se observó adiabaticidad en el proceso de fotorreversión para todos los oxetanos investigados, con un alto grado de regioselectividad y con la participación de exciplejos triplete. / [CA] La llum solar pot produir danys a l'ADN per absorció directa de llum UVB, o per fotosensibilització després de l'absorció de llum UVA per part de fàrmacs, que poden actuar com fotosensibilitzadors (PS). La benzofenona (BP), present en l'estructura química d'una àmplia varietat de fàrmacs, té el potencial de fotosensibilitzar dany a l'ADN, especialment a la base de timina (Thy). Aquest dany pot donar lloc a dímers de pirimidina de tipus ciclobutà (CPD) i a fotoproductes (6-4) pirimidina-pirimidona ((6-4)PPs), els quals poden causar mutacions greus, melanomes o fins i tot la mort cel·lular. En alguns organismes, els (6-4)PPs poden reparar-se de manera eficient per les fotoliases, en el que es podria entendre com una reacció Paternò-Büchi (PB) inversa a través d'un intermedi d'oxetà altament inestable. Amb la finalitat d'aprofundir en la fotoreactivitat dels derivats BP-Thy i en la ruptura fotoinduïda d'oxetans, es van sintetitzar per primera vegada una varietat de diades en les quals Thy i BP estan covalentment unides per un espaiador lineal de diferent longitud i naturalesa. La fotoreactivitat dels diferents derivats es va investigar per fotòlisi de centelleig làser (LFP) i espectroscopía d'absorció transitòria a escala de femtosegons; a més, es van aïllar i caracteritzar els principals fotoproductes (PPs) derivats de la irradiació en estat estacionari. Els resultats van mostrar un alt grau de quimioselectivitat en la longitud i conformació de l'espaiador. Quant a la reactivitat fotoquímica, es van formar PPs derivats de la PB i de l'abstracció formal d'hidrogen; així, les diades amb l'espaiador més llarg van donar lloc a la formació d'oxetans i de PPs d'abstracció d'hidrogen. Per contra, les diades amb espaiadors més curts van formar un fotoproducte d'abstracció formal d'hidrogen i/o polimerització. Per tant, la fotoreactivitat es va veure influïda per la longitud de l'espaiador, correlacionant-se bé amb els temps de 3BP*, observant-se els temps més curts per a les diades amb espaiadors llargs. En relació amb la fotoapertura d'oxetans, la irradiació dels diferents regi- i estereoisòmers va conduir a la formació de la típica banda d'absorció triplet-triplet de BP; per tant, aquest procés opera de manera adiabàtica. La fotòlisi de l'oxetà que resulta de la irradiació de la diada amb l'espaiador més llarg va mostrar una banda d'absorció transitòria sobre 400 nm, atribuïda a la formació de l'exciplex triplet entre BP i Thy covalentment units. D'altra banda, es va investigar la reacció PB i la cicloreversió d'oxetans que sorgeixen de la interacció entre Thy o derivats d'uracil (Ura) i BP. Així, es va sintetitzar una àmplia gamma d'oxetans Thy-BP i Ura-BP amb diferents substituents en les posicions 1 i 5 de la nucleobase, incloent-se els regioisòmers cap-cap (HH) i cap-cua (HT). Els estudis espectroscòpics (absorció transitòria ultraràpida i LFP), juntament amb l'anàlisi teòric, coincideixen en que la cicloreversió fotoinduïda per als isòmers HH i HT implica la formació d'un exciplex en l'estat excitat triplet abans de la ruptura. Generalment, es va observar que la reacció va ser completament adiabàtica per als regioisòmers HH. En el cas de l'oxetà HH que sorgeix de la interacció entre 1,3-dimetiltimina (DMT) i BP, es va observar la formació d'una banda ~400 nm, que es va atribuir a l'exciplex triplet 3[DMT···BP]*. La seua formació va ser altament regioselectiva, sent més ràpida i eficient per a l'isòmer HH que per a HT. Aquests resultats van ser confirmats per anàlisi computacional. En general, es va observar adiabaticitat en el procés de fotoreversió per a tots els oxetans investigats, amb un alt grau de regioselectivitat i amb la participació d'exciplexes triplet. / [EN] Sunlight light can produce damage to DNA through direct absorption of UVB or, more commonly, by photosensitization upon absorption of UVA light by drugs, that act as a photosensitizer (PS). Benzophenone (BP) as a building-block is present in a wide variety of drugs, and have the potential to photosensitize damage to DNA, specially towards the thymine (Thy) nucleobase. The resulting DNA damage can give rise to bulky dimers, i.e. cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and pyrimidine-pyrimidone (6-4) photoproducts ((6-4)PPs), which can cause severe mutations, melanomas, or even be fatal for the cell. In some organisms, (6-4)PP can be efficiently repaired by photolyase enzymes, in what could be a reverse Paternò-Büchi (PB) reaction through an unstable oxetane intermediate. With the aim of getting deeper insight into the photoreactivity of BP-Thy derivatives and in the photoinduced cleavage of oxetanes, a variety of dyads where Thy and BP are covalently linked by a linear spacer of different lengths and nature were first synthesized. The photochemical reactivity and the photophysical properties of the different derivatives were investigated by means of laser flash photolysis (LFP) and femtosecond transient absorption spectroscopy; besides, the main photoproducts (PPs) arising from steady-state irradiation were also isolated and characterized. The results showed a high degree of chemoselectivity on the linking bridge length and conformation. Concerning the photochemical reactivity, PPs arising from the PB and from formal hydrogen abstraction were formed. In this context, the PB reaction took place for the dyads with the longest spacer with complete regio- and stereoselectivity, along with a hydrogen abstraction process. Finally, the dyads with shorter spacers gave rise to a formal hydrogen abstraction photoproduct and/or polymerization. Accordingly, the overall photoreactivity was proportional to the spacer length and was well correlated with the 3BP* lifetimes, the longer spacers giving rise to shorter lifetimes. In connection to the oxetane photocleavage, irradiation of the different regio- and stereoisomeric oxetanes led to the formation of the typical triplet-triplet absorption band of BP. Accordingly, the photoinduced cycloreversion also operates as an adiabatic process. Photolysis of the oxetane that results from irradiation of the dyad with the longest spacer showed a transient absorption at ~400 nm, which is ascribed to formation of the purported triplet exciplex between BP and Thy covalently linked. Additionally, the PB reaction and the cycloreversion of oxetanes arising from the interaction between Thy or uracil (Ura) derivatives and BP were also investigated. Thus, a wide range of Thy-BP and Ura-BP oxetanes with varying substituents at positions 1 and 5 of the nucleobase were synthesized, including both the head-to-head (HH) and head-to-tail (HT) regioisomers. Spectroscopic studies, including femtosecond transient absorption and LFP results, as well as theoretical multiconfigurational quantum chemistry analysis, agree that the photoinduced cycloreversion for the HH and HT isomers involved the formation of a triplet excited exciplex before the cleavage takes place. Generally, the photochemical reaction was fully adiabatic for the HH regioisomers. In the case of the HH-oxetane arising from the interaction between 1,3-dimethylthymine (DMT) and BP, an absorption band at ca. 400 nm was formed, and was attributed to the triplet exciplex 3[DMT···BP]*. Its formation was highly regioselective towards the HH regioisomer, being faster and more efficient than for the HT isomer. These results were confirmed by computational analysis. In general, adiabaticity was observed in the photoreversion process for all oxetanes, with a high degree of regioselectivity, which falls in line with the theory of the involvement of a triplet exciplex in the process. / Thanks to the Generalitat Valenciana for the finantial support through the Santiago Grisolía grant. / Blasco Brusola, A. (2021). Mechanistic Studies on the Photochemical Formation and Cleavage of Oxetanes Derived from Pyrimidine Bases [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165256 / TESIS

[ES] Los inhibidores de la tirosina quinasa (TKIs) son fármacos anticancerígenos que actúan atacando selectivamente a las células cancerosas, inhibiendo su crecimiento descontrolado y, por tanto, la consiguiente aparición de tumores. Sin embargo, muchos TKIs presentan un cromóforo en su estructura que les permite interaccionar con luz solar y, consecuentemente, pueden generar reacciones de fotosensibilización. A pesar de ello, existen pocos estudios sobre el mecanismo de reacción asociado a estos eventos. En este sentido, conocer la fotorreactividad de un fármaco en medio biológico es clave para entender dichos mecanismos y correlacionar el comportamiento fotofísico del fármaco con el daño fotobiológico que genera. La espectroscopía de fluorescencia y de absorción transitoria son técnicas altamente sensibles que permiten estudiar las especies transitorias generadas tras la absorción de luz por parte de un fármaco, las cuales podrían ser las responsables de las reacciones de fotosensibilización inducidas por éste. Habiendo estudiado recientemente la foto(geno)toxicidad asociada al TKI gefitinib (GFT) y a sus principales metabolitos fenólicos (GFT-M1 y GFT-M2), se ha llevado a cabo un estudio completo de la fotorreactividad de éstos tanto en disolución orgánica, utilizando disolventes de distintas polaridades, como en medio biológico, utilizando las proteínas transportadoras de origen humano albúmina sérica (HSA) y ¿1-glicoproteína ácida (HAG). Para ello, se han utilizado las técnicas espectroscópicas de absorción, fluorescencia y absorción transitoria, entre otras. Adicionalmente, se han llevado a cabo estudios teóricos de modelización molecular para investigar la unión ligando@proteína, así como las interacciones que tienen lugar en el complejo supramolecular tras la absorción de luz UV-A. Con este trabajo, se ha conseguido establecer una buena correlación entre el comportamiento fotofísico observado para gefitinib y sus dos metabolitos fenólicos con su potencial fototóxico. / [CA] Els inhibidors de la tirosina quinasa (TKIs) són fàrmacs anticancerígens que actuen atacant selectivament a les cèl·lules canceroses, inhibint el seu creixement descontrolat i, per tant, la consegüent aparició de tumors. No obstant això, molts TKIs presenten un cromòfor en la seua estructura que els permet interaccionar amb llum solar i, conseqüentment, poden generar reaccions de fotosensibilització. Malgrat això, existixen pocs estudis sobre el mecanisme de reacció associat a estos esdeveniments. En este sentit, conéixer la fotorreactivitat d'un fàrmac al mig biològic és clau per a entendre estos mecanismes i correlacionar el comportament fotofísic del fàrmac amb el dany fotobiològic que genera. La espectroscopia de fluorescència i d'absorció transitòria són tècniques altament sensibles que permeten estudiar les espècies transitòries generades després de l'absorció de llum per part d'un fàrmac, les quals podrien ser les responsables de les reaccions de fotosensibilització induïdes per aquest. Havent estudiat recentment la foto(geno)toxicitat associada al TKI gefitinib (GFT) i d'els seus principals metabòlits fenòlics (GFT-M1 i GFT-M2), s'ha dut a terme un estudi complet de la fotorreactivitat d'estos tant en dissolució orgànica, utilitzant dissolvents de diferents polaritats, com al mig biològic, utilitzant les proteïnes transportadores d'origen humà albúmina sèrica (HSA) i ¿1-glicoproteïna àcida (HAG). Per a això, s'han utilitzat les tècniques espectroscòpiques d'absorció, fluorescència i absorció transitòria, entre altres. Addicionalment, s'han dut a terme estudis teòrics de modelització molecular per a investigar la unió lligant@proteína, així com les interaccions que tenen lloc en el complex supramolecular després de l'absorció de llum UV-A. Amb este treball, s'ha aconseguit establir una bona correlació entre el comportament fotofísic observat per a gefitinib i els seu dos metabòlits fenòlics amb el seu potencial fototòxic. / [EN] Tyrosine kinase inhibitors (TKIs) are anticancer drugs that target cancer cells, inhibiting their uncontrolled growth and thus the subsequent development of tumours. However, many TKIs contain a chromophore in their structure that allows them to interact with sunlight and, consequently, to induce photosensitivity reactions. Despite this, there are few studies on the reaction mechanism associated with these events. In this regard, a better understanding on the photoreactivity of a drug in a biological environment is key to correlate the photophysical behaviour of the drug with the photoinduced damage it can induce to biomolecules. Fluorescence and transient absorption spectroscopies are very sensitive techniques that allow the study of the transient species generated after drug excitation, which could be responsible for drug-induced photosensitivity reactions. Having recently studied the photo(geno)toxicity associated with the TKI gefitinib (GFT) and its main phenolic metabolites (GFT-M1 and GFT-M2), a complete study of their photoreactivity has been carried out both in organic medium, using solvents of different polarities, and in a biological environment, using transport proteins such as human serum albumin (HSA) and human ¿1-acid glycoprotein (HAG). For this purpose, absorption, fluorescence and transient absorption techniques, among others, have been used. In addition, molecular dynamics simulation studies have been carried out to investigate the ligand@protein binding, as well as the interactions arising in the supramolecular complex after absorption of UV-A light. Therefore, a good correlation between the photophysical behaviour of gefitinib and its two phenolic metabolites and their phototoxic potential has been established in this research work. / Tamarit Mayo, L. (2024). Fotorreactividad de gefitinib y sus metabolitos fenólicos en disolución y en proteínas transportadoras [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204145

[pt] Os sistemas de energia elétrica estão operando atualmente próximos dos limites de estabilidade, comprometendo a segurança. Este fato tem sido evidenciado por diversos blackouts no mundo inteiro. A avaliação da segurança dinâmica torna-se, então, fundamental. O objetivo é a busca de um método rápido e, sobretudo, confiável, para analisar o comportamento dinâmico de um sistema de energia elétrica. Esta dissertação trata, portanto, do problema da avaliação da segurança dinâmica de sistemas de energia elétrica. A avaliação é realizada através da determinação das margens de estabilidade, utilizando os resultados de simulações no domínio do tempo, que fornece informações qualitativas a respeito da estabilidade na primeira oscilação. O grupo de geradores severamente perturbados é determinado e a margem de estabilidade de cada um deles é calculada. O gerador que apresentar a menor margem determina a margem de estabilidade do sistema. Quando a margem de estabilidade assume valor nulo, o tempo crítico de eliminação da falta é obtido. Estes resultados são comparados com aqueles determinados pelo método de tentativa e erro, utilizando um programa convencional de estabilidade transitória. Desta forma, as contingências são classificadas em função dos tempos críticos de eliminação de falta, de acordo com o nível de severidade. Essa classificação permite reduzir o conjunto de contingências a ser estudado. A contribuição deste trabalho é mostrar que o critério baseado na aceleração imediatamente após a eliminação da falta é mais eficaz que aquele baseado na aceleração imediatamente após a ocorrência da falta para a indicação do grupo de geradores severamente perturbados. / [en] Power systems have been operating nowadays near to the stability limits putting security under risk. This is one of the reasons why the dynamic security assessment is a fundamental tool to avoid the occurrence of blackouts in the whole world. The goal is a reliable and fast way to evaluate the dynamic behavior of a power system. This dissertation deals with the problem of dynamic security assessment of power systems. The evaluation is performed based on stability margins calculated from time domain simulation results, providing qualitative information about the first swing stability. The group of severely disturbed machines is defined and the stability margins are determined. The machine with the lowest margin determines the stability margin of the system. When the system margin approaches the zero value, the critical clearing time is obtained. These outcomes are compared with that ones determined by trial and error method using a conventional transient stability program. Having done that, a contingency ranking is defined according to the critical clearing time. The ranking minimizes the number of contingencies that have to be studied. This dissertation shows that the criterion to define the group of severely disturbed machines based on the machine accelerations at the instant immediately after the fault clearing time is more efficient than that one based on the machine accelerations at the instant immediately after the fault occurrence.

[pt] Esta dissertação trata do problema da agregação dinâmica de modelos de estabilizadores com dupla entrada, aplicados em reguladores de tensão de unidades geradoras coerentes, visando o cálculo de equivalentes dinâmicos precisos para estudos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica. A metodologia utilizada para o cálculo de equivalentes dinâmicos é baseada em coerência de geradores, e apresenta três etapas básicas: a identificação de unidades geradoras coerentes, a redução estática da rede externa, e a agregação dinâmica dos geradores de cada grupo formado. A agregação dinâmica de um grupo de unidades geradoras coerentes permite a formação de uma ou mais unidades geradoras equivalentes. Haverá um modelo equivalente para cada componente da unidade geradora, ou seja, modelos equivalentes de máquina síncrona, sistema de excitação, estabilizador, turbina e regulador de velocidade. O ajuste numérico dos parâmetros lineares da função de transferência equivalente é feito pelo método de Levenberg-Marquardt, de modo a minimizar o erro entre a resposta em freqüência desta função e a da função de transferência agregada, que representa a soma das funções de transferência individuais das unidades de cada grupo. Isto caracteriza um problema de otimização multivariável. As respostas em freqüência são apresentadas em diagramas de Bode (módulo e fase). A avaliação do desempenho dinâmico dos equivalentes é feita no sistema teste New England, comparando-se as curvas de oscilação dos geradores do sistema interno obtidas em simulações com a rede completa e com o equivalente. Os modelos de estabilizadores com dupla entrada utilizados são do banco de dados do sistema elétrico brasileiro. / [en] This dissertation deals with the problem of dynamic aggregation of dualinput stabilizer models applied on voltage regulators of coherent generating units to calculate dynamic equivalents for power system transient stability studies. The methodology used for the calculation of coherency-based dynamic equivalents has three basic steps: the identification of the coherent groups of generating units, the network reduction and the dynamic aggregation of coherent generator models. The dynamic aggregation of a group of coherent generating units attached to a common busbar consists of the representation of this group by one or more equivalent generating units. There will be an equivalent model for each component of the generating unit, i.e., an equivalent model for the synchronous machine, other one for the excitation system, and so on. The linear parameters of the equivalent transfer function are numerically adjusted to match the frequency response of the corresponding aggregated transfer function which represents the sum of the individual transfer functions for each coherent group. This characterises a multivariable optimization problem. The frequency responses are presented in Bode diagrams (magnitude and phase). The dynamic equivalents are evaluated in the New England system. The swing curves of the internal system generators obtained with the complete system are compared with those obtained with the equivalent system. The dual-input power system stabilizer models considered in this work are in the Brazilian system stability database.

[ES] Las bombas hidráulicas son el núcleo de muchos procesos en la industria y el sector servicios. Conviene tener en cuenta que los motores eléctricos son responsables del 69% del consumo de energía eléctrica en la industria, siendo en torno a un 22% de motores utilizados para el accionamiento de bombas. Los fallos de estas bombas pueden provocar averías en el proceso y, por lo tanto, implican altos costes económicos para el operador de la planta. Además, un funcionamiento defectuoso de las bombas conlleva una reducción de la eficiencia energética de la planta. De forma habitual, se utilizan principalmente dos tipos de estrategias orientadas al mantenimiento de maquinaria. Una estrategia de mantenimiento (mantenimiento preventivo) consiste en la sustitución de las piezas desgastadas en un intervalo de tiempo fijo. Este tipo de estrategia presenta muchas desventajas asociadas a la escasa optimización en el uso de los recursos y al consiguiente impacto económico. Por otro lado, la estrategia basada en la condición del equipo (mantenimiento basado en la condición) liga el reemplazo de las piezas desgastadas al estado del equipo, el cual es monitorizado a través de señales adquiridas mediante sensores. Sin embargo, el uso de sensores tiene algunos inconvenientes, como costes de inversión adicionales, posibles problemas en el montaje del sensor y posibles fallos del mismo. El análisis de la señal de corriente no se ha utilizado de forma habitual en la práctica para evaluar el estado de la bomba, aunque en muchas aplicaciones se dispone de sensores de corriente ya instalados que se podrían utilizar a tal fin. Se ha demostrado que técnicas basadas en el análisis de la corriente resultan de gran utilidad para diagnosticar varios tipos de fallos en motores eléctricos. De hecho, el análisis de la firma de corriente del motor se utiliza hoy en día ampliamente en la industria, especialmente para el diagnóstico de fallos en motores de inducción. En la presente tesis, se evalúa la utilización de la técnica de análisis de corrientes para el diagnóstico de fallos típicos relacionados con las bombas en diferentes aplicaciones. Se investigan tres tipos de bombas diferentes: bombas en línea de rotor húmedo, bombas de rotor seco y bombas sumergibles. En la tesis se han adaptado diversas técnicas, previamente empleadas para la detección de fallos en motores, al diagnóstico de fallos en la propia bomba. Los resultados indican que fallos como obstrucción de la bomba, fisura del impulsor y desgaste de los cojinetes influyen especialmente en dos frecuencias del espectro de corriente, las cuales pueden utilizarse como base de estrategias de mantenimiento basadas en la condición. En concreto, en las bombas de rotor húmedo, estos dos indicadores de fallo varían sensiblemente en función del punto de carga hidráulica de la bomba. Con la ayuda de un método de extracción de características basado en la motor reference frame theory, se demuestra que las mencionadas frecuencias pueden analizarse en tiempo real en un entorno industrial. Además, se presentan directrices para la monitorización en la nube y se valida con la ayuda de ensayos de laboratorio. Adicionalmente, se demuestra que los fallos son también detectables al analizar la corriente de arranque mediante herramientas de descomposición tiempo-frecuencia. Este hito no se había abordado anteriormente en la literatura técnica del área en lo referente a la detección de fallos en bombas. En conclusión, los resultados de este trabajo demuestran que los métodos de diagnóstico basados en la corriente pueden detectar con éxito diversos tipos de fallo en bombas, lo cual constituye un punto de gran interés para las industrias que utilicen estos activos en sus procesos. / [CA] Les bombes hidràuliques són el nucli de molts processos en la indústria i en el sector dels serveis. Cal mencionar que els motors elèctrics són responsables del 69% del consum de la energia elèctrica en la indústria, sent al voltant del 22% dels motors utilitzats per l'accionament de bombes. Les fallades d'aquestes bombes poden causar avaries en els processos, i per tant, representen un alt cost econòmic per a l'operador de la planta. A més a més, un funcionament defectuós en les bombes representa una reducció de l'eficiència energètica de la planta. De manera habitual, s'utilitzen principalment dos tipus d'estratègies orientades al manteniment de la maquinària. Una estratègia de manteniment (manteniment preventiu) consisteix en la canvi de les peces desgastades en un interval fixe de temps. Aquest tipus d'estratègia presenta molts desavantatges associats a la reduïda optimització en el ús dels recursos i el seu impacte econòmic. D'altra banda, la estratègia basada en la condició dels equipaments (manteniment basat en la condició) enllaça la substitució de les peces desgastades al estat de l'equip, el qual es monitoritzat per mig de senyals adquirides per sensors. No obstant això, el ús de sensors té alguns inconvenients com costos d'inversió addicionals, possibles problemes al muntatge i possibles fallades. L'anàlisi dels senyals de corrent no s'utilitzen de manera habitual en la pràctica per avaluar l'estat de la bomba, encara que en moltes aplicacions, estos sensors es troben instal·lats i es podrien fer servir per a aquesta finalitat. Ha estat demostrat que les tècniques basades en l'anàlisi de la corrent són de gran utilitat per el diagnosi de diversos tipus de fallades en motors elèctrics. De fet, l'anàlisi de la firma de la corrent del motor s'utilitza àmpliament en l'indústria, especialment per el diagnosi de fallades en motors d'inducció. En la present tesi, s'avalua l'utilització de la tècnica d'anàlisi de corrents per el diagnosi de fallades típiques relacionades en bombes per a diferents aplicacions. Se investiguen tres tipus de bombes diferents: bombes en línia de rotor humit, bombes de rotor sec i bombes submergibles. En aquesta tesi se han adaptat diverses tècniques, prèviament utilitzades en el diagnosi de màquines elèctriques, per al diagnosi de la pròpia bomba. Els resultat indiquen que les fallades com obstrucció de la bomba, la fissura de l'impulsor i el desgast dels coixinets influeixen especialment en dos freqüències de l'espectre de la corrent, les quals es poden utilitzar com a base per a una estratègia de manteniment basada en la condició. Particularment, en les bombes de rotor humit, aquestos dos indicadors de fallada varíen sensiblement en funció del punt de càrrega hidràulica de la bomba. En l'ajuda de un mètode d'extracció de característiques basat en la "motor reference frame theory", es demostra que les mencionades freqüències es poden analitzar en temps real en un entorn industrial. A més a més, es presenten directrius per la monitorització en el núvol i es valida en l'ajuda de assajos en el laboratori. Addicionalment, es demostra que les fallades són també detectables quan s'analitza la corrent d'arrancada mitjançant ferramentes de descomposició temps-freqüència. Aquest fet no ha estat analitzat prèviament en cap tipus de literatura tècnica dins del camp de detecció de fallades en bombes. En conclusió, els resultats d'aquest treball demostren que els mètodes de diagnosi basats en la corrent poden detectar en èxit diversos tipus de fallades en bombes, el qual constitueix un punt d'interés per a l'indústria que utilitzen aquest tipus de actiu en els seus processos. / [EN] Pumps are the heart of many processes in industry and service sector. Electric motors are responsible for 69% of electric energy consumption in industry, with 22% of them being used for the operation of pumps. Pump faults can lead to process breakdowns and are thus related to high costs for the plant operator. Furthermore, faulty operation of pumps reduces the energy efficiency of the plant. In many cases, a time-based maintenance strategy is applied, which means that typical wear parts are replaced within defined time cycles, which comes with some drawbacks such as poor resource efficiency and high costs. Condition-based maintenance strategies - meaning that the replacement of parts is planned based on the condition of the pump - are often based on the evaluation of sensor signals like vibration or noise. However, the use of sensors also has some drawbacks, such as additional investment costs, frequent problems with the sensor mounting, and possible sensor faults. There is no widespread use of the current signal to make statements about the pump condition, although current sensors are installed in many applications anyway. As for motor fault diagnosis, different current-based techniques have demonstrated their function. Today, motor current signature analysis is used in industry, especially for the diagnosis of induction motors. In this thesis, the current-based diagnosis of typical pump-related faults in different applications is evaluated. In total, three different pump types are investigated: a wet-rotor pump, a dry-runner inline pump, and a submersible pump. The techniques used for motor fault detection are adapted for the diagnosis of pump-related faults. The results indicate that the faults clogging, impeller crack, and bearing wear, in particular, influence two frequencies in the current spectrum, which can be used as a basis for a condition-based maintenance strategy. Especially in wet-rotor pumps, these two fault indicators strongly vary depending on the hydraulic load point of the pump. With the help of a feature extraction method based on the adapted reference frame theory, this work demonstrates that the two frequencies can be analyzed in real time in a field environment. Furthermore, a concept for cloud monitoring is presented and validated with the help of a laboratory test. Additionally, it is demonstrated that the faults are visible if the starting current is evaluated in a time-frequency map, which has not been considered before in the literature on pump-related faults. In summary, the findings of this work indicate that current-based diagnosis methods can successfully detect typical faults in pumps, a fact that is of high interest for companies using these assets in their industrial processes. / Becker, V. (2022). Current-based Techniques for Condition Monitoring of Pumps [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190630

[pt] O incremento de geração fotovoltaica de grande porte traz consideráveis mudanças nas características operativas e dinâmicas do sistema quando este é submetido a grandes distúrbios. Um dos problemas técnicos mais relevantes é a estabilidade transitória, já que a geração intermitente ligada ao sistema por conversores eletrônicos não contribui para o aumento da inércia total do sistema. Entretanto, os conversores eletrônicos podem, potencialmente, trazer novas oportunidades de controle rápido para dar suporte aos geradores síncronos em resposta a um distúrbio severo. No presente trabalho propõe uma estratégia de controle para inversores fotovoltaicos baseado na injeção da corrente com um grande impacto na resposta transitória do ângulo do rotor da máquina síncrona, identificada através da análise de sensibilidade dos autovalores e dos fatores de participação. Ao fazer isso, é possível aumentar a potência ativa da máquina síncrona próximo do seu valor pré-falta, reduzindo o desequilíbrio entre o torque elétrico e mecânico. A estratégia de controle proposta foi testada experimentalmente, utilizando um inversor e uma montagem máquina síncrona-motor e, através da simulação de um sistema híbrido com um sistema fotovoltaico de grande porte. Os resultados mostram que a estratégia de controle proposta não está apenas em conformidade com os requisitos dos código da rede para melhorar a estabilidade da tensão durante uma perturbação grave, mas também é capaz de manter a estabilidade transitória da rede provando, assim, ser uma melhor alternativa em relação à capacidade FRT requerida pelos códigos de rede. / [en] The increase in photovoltaic generation has caused changes in the power system s operative and dynamic characteristics when subjected to severe disturbances. One of the most relevant problems associated with this renewable energy source is the transient stability, as renewable generation connected to the system by electronic converters does not contrinute to the increase of the total inertia of the system. However, electronic converters can potentially bring new opportunities for rapid control to support synchronous generators in response to severe disturbance. The present work proposes a control strategy for photovoltaic inverters based on the injection of the current with a major impact on the transient response of the synchronous machine rotor angle, identified through the eigenvalue sensitivity analysis and the participation factors. By doing so, it is possible to increase the synchronous machine active power output close to its pre-fault value, reducing the disequilibrium between mechanical and electrical torque. The proposed control strategy was experimentally tested using an inverter and a synchronous-motor machine assembly and, by simulating a hybrid system with a large photovoltaic system. The results show that the proposed control strategy not only conforms to the grid codes requirements to improve voltage stability during a severe disturbance, but is also able to maintain transient stability thus proving to be a better alternative to the FRT capability required by the grid codes.