Nome: FABRICIO NUNES PAIVA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 12/03/2025
Co-orientador: HELIO MARCOS ANDRE ANTUNES
Projeto e Simulação Hardware-in-the-Loop de um Gerador Síncrono Virtual Associado a Métodos de Supressão Harmônica para o Controle de um Transformador de Estado Sólido
Nome: VINICIUS DA LUZ
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 07/11/2023
Co-orientador: LUCAS FRIZERA ENCARNACAO
Resumo: A rápida taxa de crescimento da geração distribuída (GD), particularmente as que utilizam a energia fotovoltaica, reduz a participação de potência ativa dos geradores síncronos (GS) em usinas de geração centralizada. As unidades de GD fotovoltaicas não possuem inércia rotacional, o que representa riscos para a estabilidade do sistema elétrico em cenários de alta penetração de GD. Para contornar esse problema, uma solução proposta na literatura e denominada virtual synchronous generator (VSG) tem como objetivo introduzir inércia virtual por meio do controle do conversor da GD associado a um sistema de armazenamento
de energia. Diante deste contexto, este trabalho teve como objetivo projetar e realizar simulações em tempo real hardware-in-the-loop (HIL) de um VSG para controlar um transformador de estado sólido (TES), proporcionando inércia virtual à rede. Além disso,
dois métodos de supressão harmônica foram implementados para manter a qualidade de energia quando cargas não lineares estão conectadas ao TES: o primeiro é denominado de impedance reshaping (IR) e o segundo linear active disturbance rejection control (LADRC). O controle dos conversores é incorporado a um processador digital de sinais (DSP, do inglês digital signal processor) da Texas Instruments, e simulações HIL são realizadas com o hardware Typhoon HIL 404 para emular o sistema composto pela rede elétrica, filtros, conversores, GD e cargas. Os sinais de tensão e corrente de entrada e saída do TES são
transmitidos do Typhoon HIL 404 para o DSP, que os processa e gera os sinais PWM que são transmitidos de volta ao Typhoon HIL 404 para acionar as chaves dos conversores. Os cenários transitórios contemplam o afundamento de tensão e queda de frequência da tensão da rede, variações de carga e da injeção de potência da DG. Os resultados mostraram que o controle do VSG com métodos de supressão harmônica proporciona inércia virtual para a rede e também reduz a distorção harmônica total (DHT) da tensão de saída. O método IR superou o LADRC na redução do DHT em comparação com o cenário sem o uso de supressão harmônica, alcançando uma redução de 50, 79% ao considerar todas as cargas conectadas ao TES e 72, 89% ao considerar apenas a carga não linear. O LADRC obteve reduções de DHT de 42, 07% e 56, 13%, respectivamente. No entanto, o LADRC proporcionou maior estabilidade na tensão de saída do TES durante o afundamento de tensão, com variações menores (0, 31% a 0, 39%) em comparação com o método IR (variações de 3, 15% a 2, 36%), resultando também em menores variações de potência. O mesmo resultado foi observado para a queda na frequência da tensão de alimentação do TES, em que a tensão de saída teve variações desprezíveis com o método LADRC, enquanto apresentou variações de 3, 94% a 5, 51% com o método IR. Nesses cenários, o
método LADRC também demonstrou variações menores na frequência da tensão.
Estudo da Conexão de um Filtro Híbrido Back-to-Back Aplicado em Laminador de Tiras a Quente com Cicloconversores
Nome: RAFAEL CABRAL KNAIP KRAUSE
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 23/08/2023
Orientador: HÉLIO MARCOS ANDRÉ ANTUNES
Análise Comparativa Teórica e Experimental das Estratégias de Controle Preditivo Baseado em Modelo do Tipo FCS Aplicadas a Conversores Estáticos
Nome: BRENO VENTORIM COMARELLA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 21/07/2023
Orientador: LUCAS FRIZERA ENCARNAÇÃO
Resumo: Com o aumento do uso de conversores de potência para as diversas finalidades modernas, por exemplo geração distribuída e eletrificação dos veículos, a importância de se estudar conversores de potência se torna cada vez mais relevante. Um dos tópicos de grande importância, e que vem sendo alvo de grande pesquisa, é o controle dos conversores de potência. Tal controle vem evoluindo ao longo dos anos passando do tradicional controle analógico Proporcional Integral (PI) para estratégias modernas como o Controle Preditivo
Baseado em Modelo (MPC). Este trabalho propõe o estudo comparativo teórico e experimental de algumas das principais estratégias de MPC. Dentro do controle MPC, a subdivisão que atua com um Conjunto de Controle Finito (FCS) é considerada uma opção melhor para o controle de conversores de potência e é a que será alvo de estudo. Três das principais estratégias de controle FCS serão comparadas. A primeira, denominada Vetor de Chaveamento Ótimo (OSV
– MPC), é a mais simples e intuitiva se implementar mas possui produz uma frequência de chaveamento variável na saída. A segunda, Controle Preditivo
Baseado em Modelo Modulado (M2PC), e a terceira, Sequência de Chaveamento Ótima (OSS-MPC), são estratégias mais modernas que produzem uma frequência de chaveamento fixa mantendo a maior parte das vantagens do OSV – MPC. As três estratégias citadas serão descritas detalhadamente e comparações em regime permanente e transitório serão feitas para produzir um benchmark das estratégias. Os testes experimentais serão realizados em plataforma hardware – in – the – loop através da implementação das estratégias de controle no Processador Digital de Sinais (DSP) F28379D da Texas Instruments com o Simulador de Tempo Real (RTS) Typhoon HIL 402 emulando um inversor trifásico fonte de tensão (VSI) de dois níveis conectado à rede através de um filtro indutivo.
Aplicação dos Controles MPC com Gradiente Descendente e PI em um Conversor TAB Utilizado em Powertrains de Veículos Elétricos
Nome: ATÍLIO CALIARI DE LIMA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 11/07/2023
Orientador: WALBERMARK MARQUES DOS SANTOS
Análise e Projeto de um Microinversor Trifásico Isolado com Armazenamento de Energia Integrado
Nome: FELIPE DA CUNHA BRANDÃO
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 12/05/2023
Orientador: WALBERMARK MARQUES DOS SANTOS
Resumo: Para atingir as metas de descarbonização e combater as mudanças climáticas,
é necessário reduzir o uso de combustíveis fósseis e aumentar a produção de
energia a partir de fontes renováveis. Por serem silenciosos, fáceis de instalar
e manter, os sistemas fotovoltaicos (PV) tiveram um grande crescimento nos
últimos anos. O microinversor, como interface entre o painel fotovoltaico e
a rede elétrica, tornou-se cada vez mais popular devido ao seu potencial de
alcançar alta confiabilidade, otimização individual de energia e flexibilidade
considerável do sistema. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta um microinversor de dois estágios e três portas para aplicações fotovoltaicas operando conectado à rede elétrica trifásica (três fios). Uma porta acomoda o painel fotovoltáico, a outra porta acomoda um sistema de armazenamento e a terceira porta é conectada à rede elétrica convencional. O sistema de armazenamento de energia (que pode ser uma bateria ou supercapacitor) funciona como uma fonte de backup para compensar as oscilações de energia e armazenar o excesso de energia gerada pelo painel fotovoltaico. Um conversor DAB é usado para fornecer isolamento galvânico e rastreamento do ponto de potência máxima do painel fotovoltaico. O inversor conectado à rede elétrica é um VSI. Os testes são realizados no sistema que controla o inversor com diferentes estratégias que vão desde a abordagem linear clássica até o
Controle Preditivo por Modelo – MPC. O objetivo é avaliar a influência das
estratégias no THD da corrente de saída. Também é realizada uma análise
da influência da variação paramétrica do circuito no THD. Os estudos foram
realizados por simulações computacionais considerando um microinversor
de 400W.
Análise da coordenação e seletividade das proteções em redes com elevada integração de geração distribuída baseada em inversores
Nome: AMAURI CESAR CRISTOFANO JUNIOR
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 13/04/2023
Orientador: OURESTE ELIAS BATISTA
Resumo: Os sistemas elétricos de potência (SEP) tem como premissa o fornecimento de energia elétrica de forma confiável, sem interrupções, com qualidade, e de maneira segura para os consumidores. Fazer com que este SEP opere de maneira correta sob eventos anormais, em curtos circuitos por exemplo, é uma das formas de se obter estas características. Este trabalho visa estudar os impactos que a massiva integração de geração distribuída baseada em inversores causa em um SEP, estudar as características deste tipo de geração, seu comportamento em curto-circuitos, avaliar os impactos no projeto de proteção, coordenação e seletividade. O sistema elétrico utilizado para o estudo foi o modelo exemplo do IEEE de 123 nós, foram realizadas simulações utilizando o software OpenDSS, o qual foi controlado pelo software Pycharm, em linguagem python, realizando a integração dos geradores fotovoltaicos
baseados em inversores no sistema elétrico estudado, e acionando o software OpenDSS para realização do cálculo de fluxo de potência e das correntes de curto-circuito. Foi desenvolvido um projeto de proteção utilizando dispositivos inteligentes IEDs e fusíveis, este projeto contemplou a proteção de sobrecorrente, 50 na norma ANSI, e com isso foi realizado uma análise, elemento a elemento, se após a inserção massiva de geradores baseados em inversores, GBI, a contribuição destes nas correntes de curto-circuito tornaria
o sistema elétrico descoordenado e não seletividade. Os cálculos das correntes de curto-circuito foram realizados sem a integração de GBI, e com 20%, 40%, 60%, 80% e 100% da potência nominal das cargas, e verificado a variação
máxima da corrente de curto-circuito, as quais ficaram em trono de 7.58% para as correntes de curto-circuito trifásicas e 6.73% para as monofásicas.
Apesar da inserção massiva de GBI, com soma da potência nominal de todas as cargas, mudar a característica do fluxo de potência do SEP estudado, as contribuições destas na correntes de curto-circuito ICC não impactam muito nas proteções de sobrecorrente, na coordenação e seletividade, visto que esta variação máxima fica em torno de 7.58% .sistema elétrico estudado, acionamento do software OpenDSS para realização do cálculo de fluxo de potência e das correntes de curto-circuito. Foi desenvolvido um projeto de proteção utilizando dispositivos inteligentes IEDs e fusíveis, a proteção especificada foi a de sobrecorrente, 50 na norma ANSI, e com isso foi realizado uma análise, elemento por elemento, se após a inserção massiva de GDBI o sistema elétrico perderia a coordenação e seletividade. Foram realizados os cálculos das correntes de curto-circuito sem a integração de GDFV, e com 20%, 40%, 60%, 80% e 100% da potência nominal das cargas, e verificado a variação máxima da corrente de curto-circuito, ficou em trono de 7.58% para as correntes de curto-circuito trifásicas e 6.73% para as monofásicas.
Análise dos Impactos na Energia Incidente em Redes de Distribuição com Elevada Integração de Geração Distribuída Fotovoltaica
Nome: MATHEUS DOS REIS BRAVIM
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 08/02/2023
Orientador: OURESTE ELIAS BATISTA
Resumo: A geração de energia elétrica a partir de fontes próximas ao consumidor cresce de formaacelerada devido, entre outros fatores, a preocupação global em reduzir a emissão depoluentes, aos benefícios econômicos ao usuário e ao barateamento do acesso às tecnologiasde de geração (como a fotovoltaica). Apesar dessas vantagens, a inserção de outras fontesem alimentadores de distribuição pode causar alterações nos parâmetros originais dasredes, como fluxo de potência, níveis de tensão e níveis de curto-circuito, dentre outros. Nesse sentido, a energia incidente é um dos riscos mais relevantes associados ao arcoelétrico em uma instalação elétrica e está diretamente ligada a corrente de curto-circuito etempo de eliminação de falta. Utilizando o software sOpenDSS e MATLAB®, este trabalhosimulou os alimentadores IEEE de 13 nós e 34 nós em regime permanente para análisedos impactos da alta penetração de geração distribuída fotovoltaica (GDFV) nos níveisde energia incidente (EI) originais da rede. Para o alimentador de 13 nós, concluiu-seque, para um mesmo tempo de eliminação de arco, o nível da EI apresentou elevações,indicando um aumento do risco associado a queimaduras em virtude de arcos elétricos. Para o alimentador de 34 nós, para um mesmo tempo de eliminação de arco, os resultadosindicaram reduções significativas nos níveis de EI e na distância limite de arco (AFB). Isso indica que a integração de GDFV pode contribuir para a redução dos riscos associados aoarco elétrico. Em ambos os casos, as variações de EI este não foi suficiente para demandara redução da categoria do EPI antichama para EPI originais da rede. Ainda, observou-seque o tempo de eliminação de arco é um fator de determinante nos níveis de energia incide,sendo responsável por grandes aumentos da EI e AFB a medida que o mesmo aumenta.Esses resultados ressaltam a importância de estudos com simulações para mapeamentoprévio dos cenários de variação da energia incidente em um alimentador devido a integraçãode GDFV, afim de evitá os cenários de máxima elevação da EI, por representarem umaumento nos riscos da rede, e buscar os cenários de mínima EI, afim usufruir do benefíciodessa redução dos riscos.
Conversor MPPT de Estágio Único Conectado à Rede Elétrica Baseado no Conversor de Capacitor Flutuante
Nome: GUILHERME DAVID MULLER
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 08/02/2023
Orientador: DOMINGOS SÁVIO LYRIO SIMONETTI
Resumo: Considerando a tendência atual de crescimento dos sistemas baseados em fontes renováveis de energia, principalmente a geração distribuída fotovoltaica (GDs), novas topologias de conversores CC-CA estão sendo desenvolvidas para os sistemas de conversão com foco nas estruturas de conversores multiníveis, com a finalidade de aumentar a eficiência a um menor custo possível. Neste trabalho é descrito uma revisão bibliográfica sobre o processamento da energia fotovoltaica, incluindo o funcionamento do sistema solar, métodos MPPT, tipos de conversores utilizados e estratégias de modulação. Após a revisão, é apresentada uma nova topologia de inversor CC-CA de estágio único conectada à rede, inspirado na célula do conversor multinível de capacitor flutuante. Todos os componentes do conversor proposto foram dimensionados e, para a validação, uma estrutura de simulação foi elaborada utilizando o controle MPPT através do algoritmo de condutância incremental atuando apenas no ângulo do sinal modulante, com índice de modulação unitário. Como estratégia de modulação, foi utilizada a modulação PWM com duas portadoras deslocadas
em fase (PS-PWM). O sistema foi simulado no ambiente MATLAB®/Simulink para um sistema fotovoltaico de 6,4 kW a 25 ◦C e submetido a alterações da irradiância para a análise do comportamento e desempenho do conversor.
Modelagem e Simulação de Operação de Turbinas a Gás em Ciclo Combinado em Usina Siderúrgica Visando Maximização de Receita
Nome: GEISA MOURA COSTA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 07/02/2023
Co-orientador: DOMINGOS SAVIO LYRIO SIMONETTI
Resumo: Usinas termelétricas operando em ciclo combinado possuem maior eficiência térmica (mais de 60%) e maior potência de geração quando comparadas às de ciclos simples tradicionais, como turbinas a gás (TG) ou a vapor operando com um único tipo de gás. As turbinas a gás têm características únicas no processo siderúrgico, podendo operar com gases de baixo poder calorífico proveniente de usinas de aço, como gases do alto forno (BFG) e com os combustíveis convencionais, como o gás natural e ainda com uma mistura destes gases enriquecida com o gás de aciaria, o BOF. Desta maneira, nesta dissertação têm-se por objetivo modelar e simular dinamicamente e otimizar a mistura de combustíveis em turbinas a gás operando em ciclo combinado gás/vapor com o foco na redução do custo de operação e maximização da receita líquida. A usina estudada possui uma etapa de ciclo combinado formado por duas turbinas a gás de 90 MW cada uma e uma turbina a vapor de 310 MW, totalizando 490 MW. O modelo foi simulado com a TG operando em paralelo com a rede elétrica sendo o ciclo combinado com controle de palheta guia de entrada (VIGV – Variable Inlet Guide Vane) do compressor. O modelo foi desenvolvido em Simulink do MatLab®.