Categoria: Dissertações

Nome: LAILA SINDRA RIBEIRO
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 02/12/2022
Orientador: DOMINGOS SÁVIO LYRIO SIMONETTI

Resumo: O crescimento da geração distribuída, em especial fotovoltaica provoca também o aumento do número de conversores CC-CA conectados à rede. Esses conversores podem oferecer serviços de suporte à rede como correção de fator de potência e compensação de harmônicos, além da bidirecionalidade do fluxo de potência. Tais funções aumentam o valor do equipamento para o sistema elétrico e contribuem para confiabilidade da rede e qualidade da energia. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é projetar um conversor CC-CA com as funções de suporte à rede de correção de fator de potência e compensação de harmônicos. O foco do trabalho é o controlador do conversor e os testes dos algoritmos, embarcados em um DSP, são feitos com experimentos do tipo Hardware In the Loop (HIL). Um Typhoon HIL 402 é utilizado para simular as baterias, o conversor, o filtro, a rede e as cargas. Sinais de tensão e corrente são enviados para um controlador eZdsp F28335. O controlador processa as medidas e envia os sinais de acionamento das chaves do conversor para o Typhoon HIL. Esta dissertação inclui uma revisão teórica sobre o funcionamento da topologia do conversor, projeto do filtro e sobre as malhas de controle utilizadas no trabalho. O Capítulo 3 detalha o projeto, apresentando a rede simulada, os recursos do microcontrolador utilizados e suas configurações, os parâmetros adotados nos controladores e diagramas de blocos e a lógica dos modos de operação do conversor. Os resultados dos experimentos demonstram que o conversor é capaz de operar com funções de suporte à rede com boa performance, corrigindo fator de potência da componente fundamental e compensando 3o, 5o e 7o harmônicos. Além disso, o conversor pode operar com múltiplas funções, distribuindo sua capacidade de potência para priorizar o modo de operação escolhido.
Palavras-chave: Conversor CC-CA; Correção de fator de potência; Compensação de harmônicos; Geração Distribuída; Hardware in the loop.

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Nome: LUCAS CASTRO DE REZENDE
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 17/08/2022
Orientador: AUGUSTO CÉSAR RUEDA MEDINA

Resumo: Nos últimos anos, a preocupação em relação ao uso da energia de fontes limpas aumentou consideravelmente, resultando em diversas novas tecnologias e modelos de sistemas a fim de amenizar o efeito estufa relacionado à queima de combustíveis fósseis. Os veículos elétricos (VEs) e os geradores distribuídos (GDs) a partir de fontes renováveis são apontados como soluções para o problema; entretanto, a sua implementação no sistema pode causar adversidades no sistema de potência, caso feito de forma descoordenada. Neste presente estudo, teve-se o objetivo de elaborar uma solução a partir do uso do Método de Algoritmos Genéticos (AG), com auxílio do software A Mathematical Programming Language (AMPL) para obter um algoritmo que coordene, de forma otimizada, tanto o carregamento dos VEs, quanto a potência fornecida de cada GD em cada período de tempo, de forma a respeitar os limites operativos e de segurança do sistema de distribuição de energia elétrica, dos VEs e dos GDs. O método mostrou resultados satisfatórios em sua aplicação e reduziu o custo do sistema em aproximadamente 12,19% em relação ao sistema sem GDs e VEs. Na segunda etapa da pesquisa, foram apresentados métodos de paralelização de hardware, que consiste em aplicar tarefas específicas para um hardware dedicado, aumentando a velocidade de computação. A partir das demonstrações, foi aplicado em um AG e observado que, de fato, há ganhos consideráveis na velocidade de processamento, sendo um alternativa viável para implementar em conjunto com os AG.
Palavras-chave: Algoritmos Genéticos; Carregamento Coordenado; Geração Distribuída; Simulação em tempo real; Veículos Elétricos; Harware-in-the-loop; High-Level Synthesis; Métodos de paralelização de hardware.

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Nome: RAFAEL MESSIAS TANAJURA LESSA JÚNIOR
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 09/08/2022
Orientador: AUGUSTO CÉSAR RUEDA MEDINA

Resumo: Neste trabalho, foi analisado o uso de Geração Distribuída (GD) em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEEs) para prover os Serviços Ancilares (SAs) de reserva de potência ativa para controle de frequência e suporte de potência reativa para controle da tensão, e auxiliar a subestação no fornecimento de potência para atender às demandas das cargas e às perdas dos SDEEs. Nesse contexto, elaborou-se uma modelagem de remuneração das unidades de GD, alicerçada em ofertas de preços destes para suprir os SAs citados acima e as demandas das cargas, sendo que a remuneração do SA de suporte de potência reativa foi incrementada com os custos por perdas e custos por perda de oportunidade. Ademais, a Concessionária de Distribuição de Energia Elétrica (CDEE) é a única compradora da potência ativa e reativa
fornecidas pelas unidades de GD. Vale ressaltar que a modelagem elaborada neste trabalho difere-se das estratégias adotadas no Sistema Elétrico Brasileiro, no qual os SAs são prestados através dos sistemas de transmissão de energia elétrica e têm sua remuneração fundamentada em encargos determinados pela Agência Nacional de Energia Elétrica. As simulações foram
realizadas no software A Mathematical Programming Language, através do solver Knitro. O SDEE empregado nessas simulações foi o sistema teste de distribuição radial de 37 nós, modificado, do Institute of Electrical and Electronic Engineers. A partir dos resultados obtidos, a redução dos custos totais entre o sistema sem unidades de GD e com estes geradores foi de
38,92%. Além disso, a potência ativa e reativa total fornecida ao SDEE diminuíram em 38,38% e 30,56%, respectivamente. Outrossim, as perdas de potência ativa e reativa decaíram em 88,73% e 88,49%, de modo respectivo. Portanto, esses valores sugerem os possíveis benefícios que a GD e a sua remuneração baseada em um mercado competitivo podem promover aos
SDEEs, às CDEE e, consequentemente, aos consumidores finais de energia elétrica.
Palavras-chave: Geração distribuída; sistemas de distribuição de energia elétrica; serviços ancilares; reserva de potência ativa para controle de frequência; suporte de potência reativa; mercado de energia elétrica.

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Nome: ANDRÉ LUIZ SILVA CRIVELLARI
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 05/08/2022
Orientador: WALBERMARK MARQUES DOS SANTOS
Co-orientador: MARCIA HELENA MOREIRA PAIVA

Resumo: Na busca por conversores cc-cc mais eficientes, projetistas buscam o uso de métodos matemáticos para projetos otimizados com intuito de minimizar perdas e volume. Varredura e algoritmos genéticos são os métodos utilizados para determinar os melhores pontos de operação no design de indutores, escolhas de semicondutores e diodos, por exemplo. Entretanto, a escolha da topologia baseada em algum critério é tão importante quanto o projeto otimizado desta. Assim, esta dissertação tem como foco principal: desenvolver um procedimento de síntese de conversores e aplicar uma métrica de avaliação nas topologias sintetizadas. O trabalho focou inicialmente em desenvolver um algoritmo baseado em metodologias disponíveis na literatura, que utilizam a teoria de grafos para a síntese de conversores cc-cc. A entrada deste
algoritmo é somente o número de interruptores, ativos e passivos, da topologia. Esta síntese será efetuada com a aplicação da teoria de grafos, que também fornece um método simples para obter os valores de operação dos elementos dos conversores em cada intervalo de operação. Após, aplicam-se as métricas de MSEF e potência processada nas topologias sintetizadas de modo a classificá-las em eficiência. Por fim, sumariza-se todos esses passos em um exemplo de procura de um conversor elevador de até quatro chaves para uma tensão de entrada de 100 V, tensão de saída de 120 V e potência de saída de 100 W. Para corroborar os resultados encontrados pelo algoritmo desenvolvido, as topologias foram simuladas no software PSIM 2021 da Powersim utilizando o módulo de perdas presente no programa.
Palavras-chave: conversores cc-cc; síntese; eletrônica de potência, teoria de grafos, modelagem de conversores cc-cc PWM, Método de Fryze, MSEF.

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Nome: FRANCIS ARAUJO DOS SANTOS
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 15/12/2021
Orientador: DOMINGOS SÁVIO LYRIO SIMONETTI

Resumo: Neste trabalho foi implementado um sistema indutivo de transferência de energia (IPT), utilizando uma fonte de 5V que supre potência a uma carga resistiva de 22Ω. A transmissão de energia sem fio, apesar de proposta na segunda metade do século XIX, só em anos recentes tem alcançado ampla utilização. Na montagem realizada, um microcontrolador foi utilizado para acionar e controlar o inversor que alimenta a bobina primária enquanto outro microcontrolador é alocado no lado secundário do circuito. Os microcontroladores se comunicam via wifi realizando o controle de potência na carga. No primeiro momento, o protótipo foi submetido a testes para geração de curvas de potência e rendimento, em função da frequência do inversor e
da distância entre as bobinas. Com essas curvas foi possível identificar se o fenômeno de separação ocorre no protótipo bem como determinar os resultados práticos esperados de MPPT. No segundo momento, as técnicas de Perturba & Observa (P&O) e Controle de Correlação de Ripple (RCC) foram testadas no protótipo em busca do MPP e comparadas com os resultados anteriormente obtidos. A implementação da técnica P&O se mostrou mais simples que a RCC do ponto de vista da adaptação matemática necessária para implementação em IPT, levando em consideração que foram utilizadas como base a implementação de ambas em outras aplicações consultadas na literatura. Quanto aos resultados práticos, o controle com P&O teve melhor desempenho pois apresentou menor oscilação da potência durantes os testes quando comparados com RCC. Mesmo assim, verifica-se na literatura que há oportunidade de implementar em trabalhos futuros adequações no algoritmo do RCC para melhorar seu desempenho.

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Nome: FELIPE ZAMBORLINI DA SILVA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 18/10/2021
Orientador: AUGUSTO CÉSAR RUEDA MEDINA

Resumo: A maior demanda por fontes de energia menos poluentes e sustentáveis fomentou a busca por veículos elétricos como forma de mitigar a poluição intrínseca ao sistema de transporte atual, alto consumidor de combustíveis fósseis. Não obstante, o aumento do número de veículos elétricos resultará em uma elevação na demanda do sistema de distribuição de mesma proporção. Assim, faz-se necessário investimentos em sistemas de geração renováveis, implementados através de geração distribuída, para lidar com estas cargas, pois caso contrário se estaria somente alterando a fonte poluidora. A inserção de geradores distribuídos somada às cargas de veículos elétricos, de caráter extremamente estocástico, impacta a dinâmica da rede e exige a aplicação de técnicas de otimização para garantir o melhor emprego desses ativos. Dessa forma, o presente trabalho propõe dois métodos híbridos de otimização, o
método de Algoritmos Genéticos – Pontos Interiores e o método de Lobos Cinzentos – Pontos Interiores, duas técnicas que combinam métodos metaheurísticos, responsáveis por realizar a alocação de estações de carregamento de veículos elétricos e geradores distribuídos na rede, com um método clássico, responsável por definir o despacho econômico dos geradores, visando a minimização das perdas operacionais do sistema. Ambos os métodos se mostraram eficazes com resultados semelhantes, reduzindo o custo operacional em 13,107% e 13,113%, respectivamente.
Palavras-chave: Programação Não Linear; Algoritmo Genético; Despacho
Econômico; Lobos Cinzentos; Geração Distribuída; Veículos Elétricos.

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Nome: FELIPE NONATO CARDOSO SOBRAL JÚNIOR
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 15/10/2021
Orientador: AUGUSTO CÉSAR RUEDA MEDINA

Resumo: Segundo dados do boletim de informações energéticas de outubro a dezembro de 2020 [1], o Espírito Santo possui 1683,7 MW de potência instalada. Aproximadamente 63.91% desse valor advêm de fontes termelétricas. A segunda fonte mais utilizada é a hidráulica, correspondendo a 31.31% do total. Nesta, considera-se a presença de Usinas Hidrelétricas, Pequenas Centrais Hidrelétricas e Centrais Geradoras Elétricas. O restante da potência instalada deriva de duas fontes: Solar Fotovoltaica e Eólica, sendo 4.6% através da primeira e 0.003% da segunda. No entanto, os dados referentes a estas duas últimas dizem respeito a apenas as modalidades de micro e minigeração distribuída, que possuem o limite de potência máximo de 5 MW instalados. Além disso, aproximadamente 50% da energia consumida no estado provém de importação através das conexões com os estados vizinhos, ainda que
exista potencial comprovado para exploração de usinas que façam maior uso dessas duas últimas fontes em larga escada por documentos como o atlas eólico e [2] e o atlas solar [3]. Este trabalho tem como objetivo analisar a operação do sistema elétrico do estado do Espírito Santo, quando é sugerida uma expansão para o parque de geração através de fontes solares e eólicas, considerando a intermitência dessas duas fontes, realizando uma previsão da geração máxima de cada uma das usinas sugeridas através da utilização de matrizes de transições de estados definidas através da teoria de Cadeias de Markov. Os pontos de operação dos geradores distribuídos deverão ser encontrados através da solução do problema de otimização, cujas funções objetivo consideram os seguintes índices de desempenho: perdas, custo de
geração ativa, índice de estabilidade estática de tensão e índice de perfil de tensão. Tais índices de desempenho são considerados de forma individual e também através de uma soma ponderada dos mesmos. Ao final, conclui-se que a previsão da geração máxima é realizada de forma satisfatória e diferentes pontos de operação são encontrados de acordo com a variação dada aos pesos de cada índice de desempenho.

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Nome: CARLA JACOBSEN ESPINDULA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 14/10/2021
Orientador: AUGUSTO CÉSAR RUEDA MEDINA

Resumo: A sociedade evoluiu e com ela as novas invenções tecnológicas e digitais
tornaram-se extremamente importantes na vida das pessoas. Com isso, a garantia do fornecimento contínuo de energia elétrica, de forma segura e confiável, tornou-se um serviço essencial para o consumidor. O controle de frequência e de tensão do sistema elétrico, por exemplo, são necessários e se não forem executados de forma correta, podem levar à instabilidade e até colapso total do sistema. Dada a importância desses controles e suas peculiaridades, a remuneração dos serviços ancilares (SA) deve ser feita separada dos custos de operação. A fim de minimizar os custos da operação do
sistema de transmissão e de criar uma análise mais justa de remuneração dos SA, neste trabalho, apresentam-se dois modelos para representar o sistema elétrico e, posteriormente, é realizado a otimização dos modelos dentro do mercado de energia elétrica. Considera-se os custos de operação para satisfazer a demanda de cargas e as perdas de potência ativa do sistema elétrico de potência, junto aos custos dos SA de reserva de potência operativa e compensação síncrona. Os modelos desenvolvidos neste trabalho são baseados nas regras e procedimentos de operação do Operador Nacional do Sistema Elétrico e da Câmara de Comercialização de Energia Elétrica. A diferença entre as modelagens está na proposta do segundo modelo, que estipula uma nova forma de remuneração da geração de potência reativa, na qual os esquemas de remuneração são mais estruturados e atrativos para o mercado de energia elétrica e as recentes mudanças no setor elétrico. Para demonstrar a eficácia do novo esquema proposto, é empregado o sistema de teste IEEE 30 para simulação e análise no software AMPL, utilizando o solver KNITRO. Por fim, pode-se demonstrar que o operador do sistema elétrico é melhor beneficiado com o modelo de mercado proposto na segunda modelagem, devido à redução dos custos de operação e a forma mais atrativa e transparente de precificação dos custos de potência reativa injetados os inseridos no sistema.

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Nome: CAROLINE MARIM DE LIMA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 08/10/2021
Orientador: OURESTE ELIAS BATISTA

Resumo: A crescente utilização da geração distribuída (GD), principalmente a fotovoltaica, como forma de suprir a demanda mundial por energia elétrica trouxe desafios no planejamento e na manutenção dos sistemas elétricos de distribuição. A possibilidade de alocação em diferentes pontos da rede, assim como a variabilidade da capacidade de geração trazem diversos impactos,
inclusive nos níveis de estabilidade de tensão. Nesse trabalho será feita uma análise da estabilidade de tensão utilizando os alimentadores padrão IEEE A13N e A34N equilibrados e com inserção de geração distribuída fotovoltaica em diversos níveis de penetração. Foram analisados alguns aspectos técnicos, como a capacidade de geração e a localização da geração distribuída utilizando o índice de estabilidade de tensão denominado V/Vo. Esse método é de
simples cálculo, mas é capaz de identificar os barramentos mais instáveis dos alimentadores analisados enquanto os níveis de penetração da geração distribuída eram aumentados. Com isso, foi possível elaborar um ranking dos barramentos, do mais estável ao menos instável, à medida que os alimentadores eram modificados com a inserção da GD. Também foi possível identificar, através do mesmo índice, se a localização da geração distribuída era capaz de influenciar os níveis de estabilidade de tensão. Para corroborar a utilização do índice V/Vo foram geradas curvas PV para o alimentador A13N, a fim de comparar os resultados obtidos com ambas as análises. Constatou-se que, no geral, há uma melhora da margem de estabilidade de tensão com
a inserção de geração distribuída no sistema, porém, em alguns casos a elevada penetração acarretou em instabilidade de tensão e/ou sobretensões no sistema elétrico. A localização do gerador pode influenciar consideravelmente nos níveis de estabilidade de tensão dos alimentadores. A conexão da GD nas barras originalmente mais instáveis acarreta em benefícios maiores para o sistema, quando comparado a conexão em barras mais estáveis. Além disso,
quando conectada em algumas barras, a GD pode trazer instabilidade de tensão para todo o alimentador.

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Nome: JOÃO CARLOS DE JESUS MONTEIRO
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 17/06/2021
Orientador: JUSSARA FARIAS FARDIN
Co-orientador: HELDER ROBERTO DE OLIVEIRA ROCHA

Resumo: A inserção de fontes distribuídas renováveis de energia em redes de distribuição e transmissão tem gerado análises técnicas do impacto da inserção, sobre os diversos aspectos do funcionamento destas redes. O processo de Black Start (recuperação da rede após parada total sem referência externa) está entre os procedimentos que podem ser alterados conforme as redes são modificadas, devido ao fato de que as novas fontes inseridas podem mudar a dinâmica deste procedimento. Neste trabalho, procura-se obter, por meio de um sistema de previsão de dados atmosféricos baseado em redes
neurais ELM (Extreme Learning Machine) e do otimizador multiobjetivo MOGWO (MultiObjective Grey Wolf Optimizer), as curvas de Pareto com as sequências otimizadas de comutação das cargas e fontes para os alimentadores 13 e 34 nós IEEE modificados para atuarem como microrredes. A rede neural ELM foi empregada para obter os valores de velocidade do vento e de irradiação solar, com antecedência de 24 horas, valores estes que serão utilizados como dados de entrada nos modelos de geradores, eólicos e fotovoltaicos, inseridos nas microrredes. A função objetivo utilizada pelo algoritmo de otimização procura obter a sequência de conexão dos elementos à microrrede com a menor perturbação no sinal de tensão e frequência durante a recuperação. Foram utilizados dois indicadores para análise das perturbações: IAE (Integral Absolute Error) e ITAE (Integral of Time Multiplied by absolute error). Foram simulados os períodos de maior e menor geração para um dia aleatório e analisados seus resultados.

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