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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma plataforma de instrumentação virtual que permitisse o acionamento de um MRV 8/6, tanto quanto, permitisse o monitoramento de grandezas fundamentais para seu estudo durante os experimentos, agrupando todas as funcionalidades em uma única interface. Portanto, esse trabalho buscou contribuir com o desenvolvimento de plataformas de acionamento de MRVs com o auxílio de técnicas oriundas da instrumentação virtual, possibilitando a implementação de estudos futuros sobre a máquina. Foi utilizado um sistema de acionamento robusto, com capacidade de aplicar o controle implementado através do DSP/FPGA do myRIO-1900, comunicando com uma interface gráfica programada em LabVIEW. O sistema de aquisição de dados aplicado foi composto por sensores de corrente, de tensão, de posição e de conjugado, fornecendo informações para o controle do acionamento e para inspeção em tempo real das grandezas. Para demonstração da capacidade da plataforma criada realizou-se diversos ensaios, englobando o acionamento com regulador de corrente por histerese, controle de velocidade e aplicação de um estimador de conjugado. Os resultados experimentais demonstraram que a plataforma desenvolvida apresentou resultados confiáveis, com baixos erros de medição, e evidenciou a flexibilidade na inserção de novas funcionalidades. The objective of this work is to develop a virtual instrumentation platform that would allow the drive of an 8/6 SRM, and allow the monitoring of fundamental magnitudes for their study during the experiments, grouping all the functionalities in a single interface. Therefore, this work aimed to contribute to the development of platforms for driving SRM with the aid of techniques from virtual instrumentation, enabling the implementation of future studies on the machine. A robust drive system was used, with capacity to apply the control was embedded in DSP/FPGA of myRIO-1900, communicating with a graphic interface programmed in LabVIEW. The applied data acquisition system was composed by current, voltage, position and torque sensors, providing information for the drive control and for real time inspection of the quantities. To demonstrate the capacity of the platform created, several tests were performed, including the drive with a hysteresis current regulator, speed control and application of an torque estimator. The experimental results showed that the developed platform presented reliable operation, with low measurement errors, and evidenced its flexibility in the insertion of new features. Dissertação (Mestrado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nos últimos anos vários índices de estabilidade de tensão têm sido desenvolvidos e implementados em programas de simulação de sistemas elétricos de potência com o intuito de auxiliar a análise do problema de instabilidade de tensão, resultando na criação de novas ferramentas computacionais capazes de aprimorar o planejamento e a operação do sistema. Seguindo esta proposta, o presente trabalho tem por objetivo implementar três índices de estabilidade de tensão dentro do programa PSP-UFU (um software livre e de código aberto que realiza estudo de estabilidade dinâmica e transitória, fluxo de potência, curto-circuito e harmônicos) e verificar o desempenho destes quando submetidos a análise dinâmica. O estudo é aplicado a dois casos, sendo o primeiro um sistema radial reduzido de três barras e o segundo o sistema IEEE 14 barras. Os testes são realizados através de incrementos sucessivos de carga em um determinado barramento até que a tensão deste se torne instável. Foram feitos testes considerando diferente tipos de cargas: potência constante, impedância constante e composição mista (40% impedância constante e 60% potência constante). No segundo caso ainda foi estudado o comportamento dos indicadores com e sem a atuação de AVRs. Todos os indicadores mostraram-se promissores, pois seus valores sensitivos diminuíram à medida que o sistema tendia a instabilidade. No segundo caso os indicadores foram capazes de mostrar que o colapso de tensão é postergado quando se utiliza AVRs. Evidencia-se, que o primeiro indicador, 1=Δ/Δ, apresentou a maior sensibilidade, detectando pequenos incrementos de carga, entretanto, o terceiro indicador, 3=Δ/Δ, apresenta a vantagem de contemplar duas situações extremas, incrementos de carga cujas potências sejam puramente ativa ou puramente reativa, contrastando com fato de que os indicadores 1 (1=Δ/Δ) e 2 (2=Δ/ΔP) tem sua aplicação limitada a somente uma dessas situações. In recent years, several voltage stability indices have been developed and implemented in simulation programs with the aim of helping the analysis of the voltage instability problem of electrical power systems, resulting in the creation of new computational tools capable of improving the system planning and operation. Following this proposal, the present work aims to implement three voltage stability indices within the PSP-UFU software (a free and open-source software that performs studies of transient and dynamic stability, power flow, short-circuit calculation and harmonic) and verify their performance, when submitted to dynamic analysis. The study is applied to two cases, the first is a reduced 3-bus radial system and the second the 14-bus IEEE system. The tests are carried out through successive increments of load on a given bus until its voltage becomes unstable. Tests were performed considering different types of loads: constant power, constant impedance and mixed composition (40% constant impedance and 60% constant power). In the second case, the behavior of the indices with and without the action of AVRs was studied. All indices proved to be promising, because their sensitive values decreased as the system tended to instability. In the second case, the indicators were also able to show that voltage collapse is delayed when using AVRs. It is noteworthy that the first indicator, 1=Δ/Δ, presented greater sensitivity, detecting small increments of load, however, the third indicator, 3=Δ/Δ, has the advantage of contemplating two extreme situations: load increments whose powers are purely active or purely reactive. In contrast, indicators 1 (1=Δ/Δ) and 2 (2=Δ/ΔP) can be applied to only one of these two situations. Dissertação (Mestrado)

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento Sistemas de automação industrial cada vez mais integrados e usando padrões e protocolos comuns às redes de computadores, fazem com que as redes industriais estejam cada vez mais sujeitas a ataques e invasões. O Modbus é um exemplo de protocolo industrial amplamente utilizado que, como outros, não possui ferramentas nativas para comunicação segura. A segurança para Modbus geralmente é obtida pelo uso de técnicas de segurança presentes nas camadas inferiores da pilha de protocolos. Esta tese apresenta as vulnerabilidades associadas ao Modbus, com foco no Modbus TCP, e oferece uma proposta de proteção através da autenticação dos Mestres e Escravos, na camada de aplicação. A técnica foi implementada por meio do protocolo HB-MP*, e focou na proteção contra a invasão de Mestres ou Escravos. A principal contribuição desta tese está no fornecimento de comunicações Modbus de maior segurança no nível da camada de aplicação, sendo possível como implementação única de segurança na rede, ou aumentando a segurança em conjunto com outras técnicas presentes em camadas inferiores. Para validar a proposta, foi configurada uma rede Modbus TCP com nós Mestre e Escravos realizando comunicação Modbus com autenticação HB-MP*, sujeita à diferentes cenários de invasão. Os resultados mostraram que foi possível detectar os nós invasores e evitar alguns ataques. A implementação apresentou um pequeno custo associado a atrasos de processamento e transmissão. The growth in the integration and use of standards and protocols common to computer networks has seen industrial networks increasingly subject to attacks and invasions. Modbus is an example of a widely used industrial protocol, and like others, does not possess native tools for secure communication. Security for Modbus is achieved generally by use of security techniques on the lower layers of the communication stack. This study highlights vulnerabilities associated with Modbus, with its focus on Modbus TCP, while offering a protection proposal through use of Master and Slave authentication at the application layer level. The technique was implemented with the HB-MP* protocol, which focused on protection against invading Masters or Slaves. The main contribution of this paper is found through providing Modbus communications greater security at the application layer level, as a single security implementation or increasing security in conjunction with other lower layer security techniques. A Modbus TCP network was set up with Master and Slave nodes performing Modbus communication with HB-MP* authentication, subject to different intrusion scenarios. Results showed it was possible to detect invading nodes and prevent some attacks, whereas suffering only a small cost associated with processing and transmission delays. Tese (Doutorado)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O monitoramento de descargas parciais (DPs) é uma das principais técnicas aplicadas mundialmente para avaliar as condições do isolamento de equipamentos elétricos alimentados por média e alta tensão. A ocorrência de DPs está normalmente relacionada ao aparecimento de defeitos no sistema de isolação que, com o passar do tempo, podem comprometer a integridade do material dielétrico empregado, aumentando a probabilidade de ruptura completa. Os testes de laboratório para medição e avaliação de DPs são geralmente realizados com a aplicação de tensões alternadas puramente senoidais. No entanto, devido às adversidades da rede elétrica, é muito comum que os equipamentos elétricos em algum momento sejam operados com tensões distorcidas por componentes harmônicas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo analisar os impactos das distorções harmônicas de tensão sobre a ocorrência de DPs. Para isso, foi implementado um modelo dinâmico para simulação de DPs com base na aplicação do método dos elementos finitos (MEF). Com este modelo, diversas simulações foram realizadas aplicando-se tensões distorcidas compostas por diferentes frequências harmônicas, vários níveis de distorção, ângulos de fase distintos, entre outras combinações. Os resultados extraídos das simulações revelaram que as distorções harmônicas podem causar variações no número de DPs geradas, bem como nos valores médios de suas cargas. Também foram observadas deformações nos padrões de DPs associadas à fase da tensão de alimentação (PRPD – do inglês). Além disso, a evolução temporal das DPs se mostrou altamente dependente das características de cada forma de onda analisada, tais como pontos de inflexão e valores de pico. Em geral, para níveis de distorção harmônica mais elevados, os efeitos sobre as atividades das DPs foram mais significativos. Na prática, alguns destes efeitos podem contribuir com a degradação do material dielétrico e prejudicar a interpretação de padrões PRPD, dificultando o diagnóstico da condição do sistema de isolação. The monitoring of partial discharges (PDs) is one of the main techniques applied worldwide to assess the insulation condition of electrical equipment powered by medium and high voltage. The occurrence of PDs is normally related to the appearance of defects in the insulation system that, over time, can compromise the integrity of the dielectric material used, increasing the probability of complete failure. Laboratory tests for measuring and evaluating PDs are generally performed with the application of purely sinusoidal alternating voltages. However, due to the adversities of the electrical grid, it is very common for electrical equipment to be operated with voltages distorted by harmonic components at some point. In this context, this work aims to analyze the impacts of harmonic voltage distortions on the occurrence of PDs. For this, a dynamic model was implemented to simulate PDs based on the application of the finite element method (FEM). With this model, several simulations were performed applying distorted voltages composed of different harmonic frequencies, various levels of distortion, different phase angles, among other combinations. The results extracted from the simulations revealed that the harmonic distortions can cause variations in the number of PDs generated, as well as in the mean values of their charges. Deformations in the Phase-Resolved Partial Discharge (PRPD) patterns were also observed. Furthermore, the temporal evolution of the PDs was highly dependent on the characteristics of each analyzed waveform, such as inflection points and peak values. In general, for higher harmonic distortion levels, the effects on PD activities were more significant. In practice, some of these effects may contribute to the degradation of the dielectric material and impair the interpretation of PRPD patterns, making it difficult to diagnose the condition of the insulation system. Dissertação (Mestrado)

Esta tese apresenta uma investigação destinada a detectar falhas prematuras em transformadores de potência. Para atingir tal objetivo foi necessário desenvolver um sistema de detecção de descargas parciais por meio de análise de sinais coletados diretamente dos terminais da bucha capacitiva e da corrente de fuga de aterramento. Desta forma, propos-se um sistema de aquisição, tratamento de dados e monitoramento de descargas parciais inovador ao mitigar pontos frágeis a partir da análise do estado da arte de sistemas de medição de descargas parciais utilizados pelos principais fabricantes existentes no mundo. Em seguida abordou-se os desafios e principais barreiras tecnológicas para a concepção e fabricação de sensores de campo destinados à essa atividade. Descreve-se ao longo do texto as escolhas técnicas adotadas visando o desenvolvimento de um sistema de monitoramento em campo e os desafios computacionais encontrados ao longo do processo de desenvolvimento de um programa para computador de análise, ágil e robusto a falhas. Em seguida são apresentados os métodos de filtragem digital utilizados para a tarefa de permuta entre o domínio do tempo e o domínio da frequência. Portanto o sistema proposto visa detectar a formação de descargas parciais em situações iniciais com técnicas de análise de dados e captura pelo acoplador capacitivo, processar tais informações e definir a correlação com técnicas consagradas de análise de formação de gases combustíveis detectados no óleo isolante. Também são descritas as dificuldades encontradas durante a investigação e os custos computacionais que essa ação de análise exige. Por fim apresenta-se, por meio de estudos de casos, alguns exemplos de detecção de falhas de transformadores instalados em campo, transformadores de corrente e para-raios, as vantagens do sistema de detecção de falhas proposto nessa pesquisa e a sua aplicação a diferentes dispositivos que compartilham da degradação através da formação de descargas parciais.

Os transformadores são equipamentos diretamente relacionados à confiabilidade do Sistema Interligado Nacional (SIN), sendo também, as concessionárias pressionadas pela melhoria na qualidade do serviço prestado. Nesse cenário o monitoramento em tempo real apresenta uma vantagem estratégica ao fornecer alarmes e informações para algoritmos de diagnóstico e condição do ativo. Porém o custo associado ainda é um fator limitante na disseminação do monitoramento, especialmente para transformadores de menor valor como aqueles presentes nas subestações de distribuição. Esse trabalho contribui com o monitoramento em tempo real de transformadores sobre dois aspectos. O primeiro sendo o desenvolvimento de um sensor de descargas parciais baseado no método elétrico de acordo com a IEC 60270, motivado pelo fato da vida útil do transformador estar diretamente associada à condição do seu sistema de isolação e de acordo com a literatura, aproximadamente 36% das falhas em transformadores são de origens dielétricas, sendo a medição de descarga parcial um dos métodos de avaliação da integridade desse sistema, uma vez que são indicativos de defeitos incipientes e apresentam comportamento acumulativo. O sensor desenvolvido foi submetido a testes laboratoriais de forma a garantir a segurança operacional da sua aplicação em 06 transformadores na classe 145 kV para monitoramento contínuo e, também, foi utilizado para medição de descargas parciais em um transformador com formação de gases combustíveis. A segunda contribuição é o desenvolvimento de uma metodologia para priorização de investimento em sensoriamento no âmbito de distribuidoras inseridas no mercado de energia regulado brasileiro, considerando que para o monitoramento de todos os subsistemas de um transformador são necessários outros sensores em conjunto com o de descargas parciais desenvolvido nesse trabalho. Essa metodologia considera as dimensões técnica, tecnológica e regulatória e foi implementada para uma população de 848 transformadores de diferentes distribuidoras em todas as regiões do país. Power transformers are directly related to the electrical system reliability and power companies are pressured to improve the quality of service provided. In this scenario, real-time monitoring presents a strategic advantage by providing alarms and information for diagnostic algorithms and asset condition. However, the associated cost still is a limiting factor in the dissemination of monitoring systems, especially for lower value transformers such as those in distribution substations. This work contributes to the real-time monitoring of transformers on two aspects. The first being the development of a partial discharge sensor based on the IEC 60270 electrical method, motivated by the fact that the transformer life is directly associated with the condition of its insulation system and, according to the literature, approximately 36% of transformer failures are of dielectric origin, and the partial discharge measurement presents as one method for evaluating the condition of this system, since they are indicative of incipient defects and present an accumulative behavior. The developed sensor was submitted to laboratory tests to guarantee the operational safety of its application in 06 transformers of 145 kV for online monitoring and, also, it was used to measure partial discharges in a transformer with formation of combustible gases. The second contribution is a methodology for prioritizing investment in monitoring systems for distribution power transformers in the Brazilian regulated energy market, considering that for the monitoring of all subsystems of a transformer, other sensors are needed together with the partial discharge sensor developed in this work. This methodology considers the technical, technological, and regulatory dimensions and was implemented for a population of 848 transformers.

Com o advento da tecnologia eletroeletrônica, as indústrias têm investido em sistemas e em equipamentos visando o aumento de produtividade e da qualidade de seus produtos. Ao mesmo tempo, pesquisadores indicam que, atrelado ao seu uso os equipamentos e sistemas trazem grande sensibilidade em sua operação na qual impacta na continuidade produtiva gerando perdas econômicas significativas às empresas como principalmente às do ramo industrial. As variações de tensão de curta duração (VTCDs), principalmente quando da ocorrência de afundamentos momentâneos de tensão (AMTs), trazem consequências muito graves para as unidades consumidoras (UCs), sobretudo, para aquelas unidades industriais com cargas sensíveis. Torna-se, portanto, imprescindível que os estudos sobre custos de interrupção em processos industriais devido às VTCDs comecem a ser priorizados pelas concessionárias de energia elétrica e por pesquisadores, de maneira que os resultados venham a contribuir para a melhoria da imagem e da relação entre concessionária e seus clientes, bem como para a sociedade acadêmica, técnicos e agentes do setor elétrico. O objetivo deste trabalho é apresentar os resultados de uma metodologia para obter os custos de paradas industriais devido aos AMTs. Trata-se de uma pesquisa direta, através de um questionário junto às UCs, composta por diversas indústrias supridas por redes de média tensão de concessão da EDP – Energias de Portugal. Inicialmente foram selecionadas 70 indústrias, das quais 60 delas foram escolhidas pela própria EDP. Deste total, 33 aceitaram participar da pesquisa. Elas estão classificadas em 12 tipos diferentes de atividades, permitindo assim uma avaliação de custos por evento e por demanda instalada. A pesquisa foi fomentada por um projeto de P&D ANEEL pela EDP, abrangendo indústrias da região sudeste (São Paulo e Espírito Santo) e seus resultados são muito coerentes em relação às poucas estimativas que podem ser encontradas na literatura, embora estas estejam relacionadas a desligamentos em maneira geral. Para coroar o trabalho, os custos encontrados foram utilizados para se ter uma avaliação mais ampla a partir de medições existentes na EDP, considerando desligamentos que aconteceram em 61 barras de subestações nos estados do ES e de SP. Por fim, cabe comentar que esta pesquisa trouxe uma contribuição técnica relevante para o setor elétrico brasileiro, ajudando a preencher lacunas existentes na literatura nacional quando o assunto tenta ser abordado. With the advent of electro-electronic technology, the industries have invested in systems and equipment in order to increase productivity and quality of their products. At the same time, researchers indicate that, linked to their use the equipment and systems bring great sensitivity in their operation which impacts on production continuity, generating significant economic losses for companies, especially those in the industrial sector. Short-term voltage variations, mainly when there are momentary voltage sags bring very serious consequences for consumer units, especially for those industrial units with sensitive loads. It is, therefore, essential that studies on costs of interruption in industrial processes due to voltage sags begin to be prioritized by electric energy concessionaires and researchers, so that the results start contributing to the improvement of the image and relationship between the concessionaire and its customers, as well as for the academic society, technicians and agents of the electric sector. The objective of this work is to present the results of a methodology to obtain the costs of industrial stoppages due to momentary voltage sags. This is a direct survey, through a questionnaire with the consumer units, composed of several industries supplied by medium voltage networks granted by EDP – Energias de Portugal. Initially, 70 industries were selected, of which 60 were chosen by EDP itself. Of this total, 33 agreed to participate in the research. They are classified into 12 different types of activities, thus allowing an assessment of costs per event and per installed demand. The research was supported by an ANEEL R&D project by EDP, covering industries from the southeast region (São Paulo and Espírito Santo) and its results were very coherent compared to the few estimations that may be found in the literature, although these are related to shutdowns in general. Crowning the work, the costs found were used in order to have a broader evaluation (annual costs) from existing measurements at EDP, considering shutdowns that happened in 61 substations’ busbars in the states of ES and SP. Finally, it is worth mentioning that this research brought a relevant technical contribution to the Brazilian electricity sector, helping to fill gaps in the national literature when this subject tries to be addressed.

Em janeiro de 2020, o Operador Nacional do Sistema Elétrico deu início a utilização do programa DESSEM. Ele é um modelo desenvolvido pelo CEPEL e tem como objetivo determinar a programação diária da operação de sistemas hidrotérmicos, incluindo fontes intermitentes, com discretização de até meia-hora. Esse modelo atua de forma coordenada com os modelos DECOMP e NEWAVE que são modelos de médio e longo prazo para determinação do despacho e do preço de energia horário para o dia seguinte. Este trabalho apresenta um breve histórico do setor elétrico brasileiro, a forma em que é gerida a operação eletroenergética do país e são explanados o antigo e o atual modelo de programação diária energética, além da metodologia de funcionamento da etapa pós-DESSEM e suas repercussões. O objetivo é compreender e avaliar as interações entre os agentes e o ONS com o uso do DESSEM como modelo de curtíssimo prazo e os desvios observados entre as propostas de geração do modelo e as que são finalizadas na etapa da programação. O trabalho foca nas usinas mais importantes do sistema Furnas, utilizadas como estudo de caso. Além disto, a fim de se destacar a diferença entre as políticas de operação adotadas pelo modelo e as pelo ONS, foi proposta neste trabalho uma análise quantitativa, com o propósito de identificar uma possível variação sazonal de forma a aumentar a sensibilidade sobre os resultados da operação energética. In January 2020, the National Power System Operator started using the DESSEM program. It is a model developed by CEPEL and aims to determine the daily energy dispatch for the operation of hydrothermal systems, including intermittent sources, with discretization of up to half an hour. This model works in coordination with the DECOMP and NEWAVE models, which are medium and long-term models for determining the dispatch and the hourly energy price for the following day. This work presents a brief history of the Brazilian electricity sector, the way in which the country's electro-energy operation is managed and the old and current model of daily energy dispatch are explained, in addition to the methodology of operation of the post-DESSEM and its repercussions. The objective is to understand and evaluate the interactions between the agents and the ONS with the use of DESSEM as a very short-term model and the deviations observed between the model generation proposals and those that are finalized in the programming stage. The work focuses on the most important plants of the Furnas system, used as a case study. In addition, in order to highlight the difference between the operating policies adopted by the model and those by the ONS, a quantitative analysis was proposed in this work, with the purpose of identifying a possible seasonal variation in order to gain greater sensitivity on the results of the energy operation.

Nos últimos anos, as fontes de energia renováveis e sustentáveis atraíram a atenção de vários investidores e partes interessadas, como agentes do setor de energia e consumidores. Os sistemas de energia elétrica têm experimentado a rápida inserção de fontes geradoras renováveis distribuídas e, como resultado, enfrentam desafios de planejamento e operação à medida que novas conexões são feitas à rede. É de grande dificuldade observar e antecipar os níveis exigidos de geração fotovoltaica, que são tarefas consideradas inerentes a uma rápida inserção na rede elétrica. Essa geração distribuída/renovável deve ser integrada de forma coordenada, de modo que não haja impacto negativo no desempenho elétrico da rede, aumentando a complexidade do gerenciamento de energia. Neste trabalho, uma estratégia multivariada, baseada em planejamento de experimentos (DOE), é endereçada para a previsão de geração fotovoltaica usando uma nova abordagem para parametrização e combinação de um conjunto de redes neurais artificiais (RNA). Duas questões principais serão exploradas: como selecionar as RNAs e como combiná-las no ensemble. Como complemento dessa metodologia, também é apresentada a redução de dimensionalidade dos dados climáticos através de Análise de Componentes Principais (PCA). A abordagem de planejamento de experimentos (DOE) é aplicada aos fatores da série temporal de geração fotovoltaica e aos fatores da RNA. Em seguida, é realizada uma análise de cluster para selecionar as redes que obtiveram os melhores resultados. A partir deste ponto, uma análise de mistura (MDE) é empregada para determinar os pesos ideais para a formação da previsão por conjunto ensemble. A metodologia é detalhada ao longo do trabalho e, com base na combinação de previsões, foi estimada a geração fotovoltaica para um conjunto de painéis específicos, localizado no sul do Estado de Minas Gerais. Por conseguinte, um estudo mais abrangente, que considerou um conjunto de dados de dezessete plantas de geração, com características sazonais, também foi examinado. A versatilidade do método proposto permitiu a alteração do número de fatores a serem utilizados no arranjo experimental, no modelo de previsão e no horizonte de previsão desejado e, consequentemente, aprimorou a determinação da previsão para os cenários estudados. In recent years, renewable and sustainable energy sources have attracted the attention of various investors and stakeholders, such as energy sector players and consumers. Electric power systems have experienced the rapid insertion of distributed renewable generating sources and, as a result, face planning and operational challenges as new connections are made to the grid. It is very difficult to observe and anticipate the required levels of photovoltaic generation, which are tasks considered inherent to a quick insertion into the electrical grid. This distributed/renewable generation must be integrated in a coordinated way, so that there is no negative impact on the electrical performance of the grid, increas ing the complexity of energy management. In this work, a multivariate strategy, based on design of experiments (DOE), is addressed for the prediction of photovoltaic generation using a new approach for parameterization and combination of a set of artificial neural networks (ANN). Two main questions will be explored: how to select the ANNs and how to combine them in the forecast by sets (ensemble). As a complement to this methodology, the reduction of dimensionality of climate data through Principal Component Analysis (PCA) is also presented. The design of experiments (DOE) approach is applied to the PV generation time series factors and to the ANN factors. Then, a cluster analysis is performed to select the networks that obtained the best results. From this point, a mixture analysis (MDE) is used to determine the ideal weights for the formation of the ensemble. The methodology is detailed throughout the work and, based on the combination of fore casts, the photovoltaic generation was estimated for a set of specific panels, located in the south of the State of Minas Gerais. Therefore, a more comprehensive study, which con sidered a dataset of seventeen generation plants, with seasonal characteristics, was also examined. The versatility of the proposed method allowed changing the number of factors to be used in the experimental arrangement, in the forecasting model and in the desired forecasting horizon and, consequently, improving the determination of the forecast for the studied scenarios.

Shore Power é um dos nomes dados ao processo de utilizar a energia elétrica disponível nas instalações marítimas para suprir a demanda de energia elétrica necessária de uma embarcação durante o período em que ela se encontra atracada, que pode durar desde algumas horas até vários dias, substituindo o uso do gerador (principal ou auxiliar) da embarcação pela energia elétrica fornecida pela instalação portuária. Dessa forma, ao deixar de utilizar o combustível marítimo nesse processo, evita-se a queima de toneladas desse combustível fóssil, rico em concentrações de enxofre, diminuindo a emissão de CO2, NOx, SOx e outras partículas poluentes na atmosfera. Além das emissões, a substituição do gerador a bordo, ainda traz consigo a vantagem da redução de vibração e ruídos na região portuária. Esse trabalho faz uma abordagem de baixo pra cima (bottom-up approach) utilizando os dados históricos dos últimos onze anos de movimentação portuária no Brasil para verificar qual teria sido o impacto caso o uso da tecnologia Shore Power tivesse sido aplicado naquele período além de indicar o potencial de ganho financeiro com seu uso no futuro nas principais instalações portuárias do país. As questões ambientais, regulatórias e a disponibilidade de recursos também são abordadas nesse contexto. Além disso, foi desenvolvido, através de ferramenta computacional, intitulada “Calculadora de Viabilidade de Instalação do sistema Shore Power usando simulação de Monte Carlo”, com registro no Instituto Nacional de Propriedade Industrial – INPI (Diretoria de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados), visando reduzir, ou ao menos perceber antecipadamente, o impacto da instabilidade dos mercados financeiros, possibilitando o planejamento do negócio ou projeto utilizando o conceito do Shore Power. A expectativa com esse trabalho é fomentar o uso da tecnologia Shore Power, buscando indicar potenciais ganhos com seu uso, mesmo que sua utilização não seja mandatória no país, mas que se mostra como uma alternativa verde na busca das melhores e mais conscientes práticas ambientais, além da criação de investimento e tecnologia no país, tanto para o setor elétrico quanto para o portuário. Shore Power is one of the names given to the process of using the electrical energy available in maritime installations to supply the demand for electrical energy needed by a vessel during the period in which it is berthed, which can last from a few hours to several days, replacing the use of the vessel's generator (main or auxiliary) for the electrical energy supplied by the port facility. In this way, by not using marine fuel in this process, tons of this fossil fuel, which is rich in sulfur concentrations, is avoided, reducing the emission of CO2, NOx, SOx and other polluting particles into the atmosphere. In addition to emissions, replacing the onboard generator also brings with it the advantage of reducing vibration and noise in the port region. This work takes a bottom-up approach using historical data from the last eleven years of port movement in Brazil to verify what the impact would have been if the use of Shore Power technology had been applied in that period, in addition to indicating the potential for financial gain with its use in the future in the main port facilities in the country. Environmental, regulatory and resource availability issues are also addressed in this context. In addition, it was developed, through a computer tool, entitled "Shore Power System Installation Feasibility Calculator through Monte Carlo Simulation", registered with the National Institute of Industrial Property - INPI (Patents, Computer Programs and Topographies Directorate). of Integrated Circuits), with the aim of reducing, or at least realizing in advance, the impact of the instability of the financial markets, making it possible to plan the business or project using the Shore Power concept. seeking to indicate potential gains from its use, even if its use is not mandatory in the country, but which is shown as a green alternative in the search for the best and most conscious environmental practices, in addition to the creation of investment and technology in the country, both for the sector electricity and for the port.

A proposta desta dissertação é a apresentação e aplicação de um método para realização de estimações de indicadores de confiabilidade de sistemas de subtransmissão de energia, denominados também por sistemas de distribuição em alta tensão. A metodologia deve associar a topologia das linhas de distribuição aos arranjos das subestações, podendo assim determinar o reflexo desse conjunto sobre os indicadores de continuidade dos consumidores finais. A motivação para esse estudo dar-se-á pela peculiaridade do sistema de subtransmissão, pois são pouco redundantes, havendo grande quantidade de casos cujo sistema é radial. Essa parcela do sistema elétrico é o início, de fato, da distribuição de energia à maioria dos clientes e possui forte interação com as redes de distribuição e subestações. Como são os pontos de suprimento dos sistemas de distribuição, possuem impacto direto nos indicadores de continuidade de seus clientes e por consequência, de sua própria concessão. Esse trabalho propõe o uso de algumas ferramentas de cálculo e desenvolvimento de modelos de componentes, que simulam a operação de sistemas de distribuição de energia e por consequência estimam sua performance através de seus principais índices de continuidade. São apresentados modelos de grafos em 4 circunstâncias operacionais: Sistema completo e suas conexões, Sistema em operação; pós-defeito e pós-manobra. A metodologia propõe o uso de programação linear para identificar a transição entre esses estados, sendo o grande diferencial apresentado neste trabalho, pois permite que um algoritmo inteligente, associado aos modelos de componentes aqui apresentados, determine quais equipamentos devem ser efetivamente manobrados para isolar o defeito, direcionando a solução para o menor corte de carga possível. The purpose of this dissertation is the presentation and application of a method for estimating reliability indicators for energy subtransmission systems, also known as high voltage distribution systems. The methodology must associate the topology of the distribution lines with the substation arrangements, thus being able to determine the reflection of this set on the continuity indicators of the final consumers. The motivation for this study will be given by the peculiarity of the subtransmission system, as they are few redundant, with many cases whose system is radial. This portion of the electrical system is the beginning, in fact, of energy distribution to most customers and has strong interaction with the distribution networks and substations. As are the points of supply of the distribution systems, they have a direct impact on the indicators of continuity of their customers and, consequently, of their own concession. This work proposes the use of some statistical and physical tools that simulate the operation of energy distribution systems and, consequently, estimate their performance through their regulated indicators. Graph models are presented in 4 operational circumstances: Normal operation; post-maintenance; post-defect and post-maneuver. The methodology proposes the use of linear programming to identify the transition between these states, being the great differential presented in this work, as it allows an intelligent algorithm, associated with the component models presented here, to determine which equipment must be effectively maneuvered to isolate the defect, directing the solution to the lowest possible load shedding.

As Redes de Distribuição Compactas (RDCs) proporcionam maior confiabilidade ao sistema elétrico de média tensão devido à proteção de polietileno presente nos cabos, a qual evita desligamentos indevidos por meio de contatos momentâneos entre os cabos e objetos aterrados. Além disto, o ganho de confiabilidade também está relacionado ao aumento da suportabilidade dielétrica do sistema, resultante da maior rigidez dielétrica do polietileno em comparação com o ar. No entanto, o polietileno apresenta envelhecimento acelerado se comparado com a isolação de porcelana e vidro, comumente utilizados nas redes convencionais (sem proteção nos cabos). A degradação do polietileno é ainda maior em áreas de elevada temperatura, umidade e poluição. Desta maneira, o envelhecimento do polietileno pode acarretar ao sistema elétrico diversos transtornos, como o aumento na quantidade de serviços de manutenção na rede, troca de equipamentos, curtos-circuitos, entre outros. Por outro lado, há na literatura uma escassez de métodos laboratoriais capazes de promover o envelhecimento acelerado dos cabos cobertos utilizados na RDC. A maioria dos métodos leva em consideração a avaliação de outros componentes poliméricos e muita das vezes, os métodos mais eficazes, são de difícil implementação laboratorial e apresentam custos elevados. Desta maneira, este trabalho propõe dois métodos próprios para a realização do envelhecimento dos cabos cobertos em conjunto com os isoladores poliméricos. O primeiro método de envelhecimento consistiu na utilização de dois fatores: aplicação de tensão nos cabos igual ao dobro da tensão fase-terra da rede e poluição causada por névoa salina. O segundo método adicionou o efeito térmico, devido a indução de corrente no cabo coberto a fim de obter 60°C em sua superfície. Para caracterizar o envelhecimento e avaliar a qualidade das amostras, foram utilizados nesse trabalho ensaios de acompanhamento, divididos em ensaios físico-químicos e elétricos. O objetivo dos ensaios físico-químicos é de determinar a influência do envelhecimento na estrutura do XLPE, analisando o índice de oxidação (IO), a energia de ativação do processo de degradação (E), o calor de fusão (CF) e a hidrofobicidade superficial do XLPE. Por outro lado, com base em ensaios elétricos, este trabalho avalia o impacto do envelhecimento do polietileno reticulado (XLPE) presente na cobertura dos cabos, na coordenação de isolamento da RDC de classe 15 kV. Os ensaios elétricos realizados foram: medição de descargas parciais (DP), medição de corrente de fuga (CF) e suportabilidade ao impulso atmosférico. Por meio dos resultados, conclui-se que o segundo método de envelhecimento causou a degradação no material, aumentando os índices de oxidação das amostras e reduzindo a suportabilidade dielétrica da rede frente a surtos causados por descargas atmosféricas de polaridade positiva. Considerando o primeiro método, embora as amostras ensaiadas apresentaram falhas pontuais ao longo do ensaio, não foram observadas mudanças estruturais capazes de provocarem reduções na suportabilidade dielétrica da rede. Com bases nos resultados, foi possível equacionar a tendência dos parâmetros IO, CF e Tensão de Disrupção ao impulso atmosférico com relação ao tempo de exposição ao envelhecimento, através de regressão linear. Além disso, verificou-se que, mesmo envelhecido, a suportabilidade do conjunto ensaiado frente a impulso atmosférico é maior do que o Nível Básico de Impulso (NBI) da rede. O problema mais crítico para a rede é a ocorrência de falhas devido às descargas superficiais no material, em forma de erosões e trilhamentos. Portanto, este trabalho sugere uma metodologia de ensaio capaz de envelhecer os cabos cobertos da RDC e avaliar a qualidade do produto. Compact Distribution Network (CDN) provides a great reliability for the medium voltage electric system due to the polyethylene protection present in the cables, avoiding system interruptions caused by non-permanent contact between the cables and ground objects. Besides this, the reliability increase is also associated with the dielectric supportability increase of the system, considering the greater dielectric strength of the polyethylene in comparison with dielectric strength of the air. However, the polyethylene presents accelerated ageing in comparison with the glass and porcelain insulators, which are widely used in the conventional distribution network (without protection on the cables). The polyethylene degradation is even more accentuated in high temperature, humidity and pollution areas. Therefore, the polyethylene ageing may cause problems in the electric system, such as the increase of the maintenance, equipment replacement and short-circuits. On the other hand, there is a scarcity in the literature of laboratory methods capable of promoting the accelerated aging of the covered cables used in CDN. Most methods take into account the evaluation of other polymeric components and, often, the most effective methods are difficult to implement in the laboratory and have high costs. In this way, this work proposes two own methods to evaluate the aging of the covered cables, installed on polymeric insulators during the tests. The first ageing method consisted in the utilization of two factors: voltage application equal to the double of the system phase-ground voltage and pollution caused by salt fog. The second method added the thermic effect, due to the current induction in the cable, with the purpose to obtain 60ºC on its surface. To characterize the aging and evaluate the quality of the samples, were used in this work monitoring tests, divided into physicochemical tests and electrical test. The goal of the physicochemical tests is to determinate the ageing influence in the XLPE structure, analyzing the oxidation factor (IO), the activation energy (E) of the degradation process, the fusion heat (C) and the XLPE surface hydrophobicity. On the other hand, considering the electrical tests, this work evaluates the impact of the polyethylene (XLPE) ageing, present in the covered cables, in the CDN insulation coordination of 15 kV voltage class. The electric tests used were: partial discharge measurement, leakage current (CF) measurement and lightning withstand. Considering the results, the second ageing method caused material degradation, increasing the oxidation factors and reducing the system lightning withstand considering positive voltage impulses. On the other hand, regarding the first method, although the samples tested presented punctual damages during the test, it was not observed structural changes capable of causing reductions in the lightning withstand of the system. Analyzing the results, it was possible to equate the trend of the parameters IO, CF and Disruptive Voltage, in relation to the aging exposure time, using linear regression. Besides this, it was verified that, even aged, the lightning withstand of the system is higher than the Basic Impulse Level (BIL) of the system. The critic problem for the CDN is the failures events caused by superficial discharge on the material, in the form of erosion and tracking. Therefore, this work presents an accelerated ageing test method and evaluates the quality of covered cables.

O sistema elétrico brasileiro possui características particulares que demandam requisitos operacionais e aplicações de redes elétricas inteligentes bastante específicas. Pode-se citar, por exemplo, o fato de o sistema ser majoritariamente interligado, com grande extensão territorial e com a maior parte da geração elétrica sendo de origem hidráulica, situação que permite a inclusão de monitoramento de recurso hídrico como uma aplicação de redes elétricas inteligentes. Além disso, outras aplicações estão presentes, tais como medição remota, gerenciamento de energia, automação, resposta de demanda, eletrificação veicular, geração distribuída e controle de sistemas de proteção. Um fator que viabiliza estas aplicações é o uso de tecnologias de comunicação, as quais devem atender requisitos específicos para cada uma delas. Sendo assim, uma vasta gama de tecnologias precisam ser analisadas criteriosamente e tecnicamente para cada caso, como por exemplo WiMAX, NB-IoT, LoRa, Sigfox, Bluetooth, Zigbee, GOES, Wi-Fi, Ingenu, 6LoWPAN, DASH7 e as diversas tecnologias celulares. Neste cenário, o sistema de telecomunicações no Brasil está em constante atualização e se prepara para a chegada da rede móvel 5G, o qual foi analisado em todas as aplicações citadas e se mostra viável na maioria delas. Além disso, o 5G vem sendo amplamente estudado, sendo uma das tecnologias de comunicação sem fio mais citadas em publicações científicas relacionadas às redes elétricas inteligentes. The Brazilian electrical system has particular characteristics that demand very specific operational requirements and Smart Grids applications. One example is the fact of the system is mostly interconnected, with a large territorial extension and with most of the electric generation being of hydraulic origin, what is a situation that allows the inclusion of water resource monitoring as an Smart Grids application. In addition, other applications are present, such as remote metering, energy management, automation, demand response, vehicular electrification, distributed generation and control of protection systems. One factor that makes these applications viable is the use of communication technologies, which must meet specific requirements for each kind of application. Therefore, a wide range of technologies need to be analyzed carefully and technically for each case, such as WiMAX, NB-IoT, LoRa, Sigfox, Bluetooth, Zigbee, GOES, Wi-Fi, Ingenu, 6LoWPAN, DASH7 and cellular technologies. In this scenario, the telecommunications system in Brazil is constantly being updated and is being prepared to receive the 5G cellular network, which has been analyzed in all the aforementioned applications and is shown to be viable in most of them. In addi tion, 5G has been widely studied, being one of the most cited wireless communication technologies in scientific publications related to Smart Grids. This scenario shows a great interest of the scientific community of 5G in Smart Grids context.

Este trabalho trata de uma proposta de um equipamento série composto por um conversor tipo fonte de tensão (VSC – Voltage Source Converter) baseado em Pontes H com IGBTs para controle de fluxo de potência entre ramais de distribuição. VSCs série, popularmente conhecidos em aplicações de FACTS (Flexible AC Transmission Systems) e no uso de filtros ativos série, possuem dificuldades na implementação e difusão comercial, mas recentemente este assunto vem proporcionando um novo interesse entre os pesquisadores aplicado na conversão de redes de distribuição radial em redes em anel ou malhadas. Similar a aplicação em redes de transmissão, os conversores série proporcionam uma função importante quando aplicados em redes de distribuição de média tensão. Dentre os principais benefícios do uso destes conversores série destacam-se seu uso para o controle e gerenciamento de carregamento/contingências de ramais interligados no qual proporciona melhorias importantes como redução de perdas técnicas, controle de fluxo de potência ativo a fim de permitir a operação desses sistemas em anel de forma permanente, que tradicionalmente são radiais. Além do mais, por causa do grande número de Geração Distribuída sendo instaladas no sistema elétrico de distribuição, a solução se torna vital para o aumento da capacidade e da confiabilidade das redes de distribuição. Assim uma aplicação prática de um VSC série interligando dois ramais de distribuição será descrito com foco em testes em um laboratório em 13,8kV durante distúrbios causados por variações de cargas. Demonstrando uma solução quando este conversor é instalado no final de dois ramais de distribuição, com o intuito de apresentar os desafios operacionais envolvidos na distribuição de energia e o aumento da capacidade dos ramais sem a necessidade de reconfigurações das redes de distribuição radiais. Enfim trata-se de uma validação experimental que inclui desde a modelagem, simulação, testes em campo, proposta de estratégias de controle e projeto físico do equipamento envolvido. This study presents an application for a series VSC (Voltage Source Converter) in distribution grids for power flow management. Series devices have been widely studied for FACTS (Flexible AC Transmission Systems), however, more recently these devices have gained increased interest in applications for loading balance in medium voltage distribution grids. As the number of distributed generation (DG) units increases, increasing the capacity and reliability of distribution grids, while maximizing the benefits of installed DGs and loading behavior, is an ever more important task. In this work we describe a test system and control proposals for a practical application of series converters interconnecting two distribution feeders at 13.8kV under load variation disturbances. This approach provides solutions when installed at the end of distribution lines by interconnecting two feeders, resulting in capacity increases in the feeders without needing grid reconfigurations using a small-rated series VSC.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho vem contribuir para o estudo da máquina de indução trifásica de rotor bobinado acionada como gerador, tanto de forma experimental quanto por meio de simulações computacionais, em condições normais de operação e quando submetida a distúrbios elétricos, tais como: desequilíbrio, distorções harmônicas e variações de tensão. O objetivo principal é verificar a resposta da modelagem matemática da máquina de indução trifásica empregada, denominada por modelo no domínio da fase que, além de não empregar transformações de coordenadas ou de sistemas de referências, contempla os efeitos da saturação magnética. A fim de se atingir o objetivo principal, uma plataforma experimental de ensaios foi desenvolvida para fornecer dados como tensões, correntes e velocidade mecânica, para serem confrontados com aqueles obtidos de forma teórica. Ao final do estudo foi observado uma adequada compatibilidade dos resultados provenientes das simulações computacionais, com aqueles obtidos experimentalmente, para todos os estudos de caso realizados. This work contributes to the study of the three-phase wound-rotor induction machine driven as a generator, both experimentally and through computer simulations, under normal operating conditions and when subjected to electrical disturbances, such as: unbalance, harmonic distortions and voltage variations. The main objective is to verify the response of the mathematical modeling of the three-phase induction machine used, called a model in the phase domain, which, in addition to not employing transformations of coordinates or reference systems, includes the effects of magnetic saturation. In order to reach the main objective, an experimental test platform was developed to provide data such as voltages, currents and mechanical speed, to be confronted with those obtained theoretically. At the end of the study, it was observed an adequate compatibility of the results from the computer simulations, with those obtained experimentally, for all the case studies carried out. Dissertação (Mestrado)

A regulamentação da geração distribuída (GD) lançou dúvidas sobre a sustentabilidade dos modelos de negócios das concessionárias. O impacto das tarifas net-metering e descontos de encargos de rede para GD foram questionados devido aos subsídios cruzados que resultam entre consumidores passivos e investidores de GD. Além dos investidores da GD, outros novos participantes, como proprietários de recursos de armazenamento de energia e veículos elétricos, têm criado desafios para a regulamentação dos preços dos serviços de distribuição. Esta tese aborda o debate comparando vários modelos diferentes de precificação de redes de distribuição da literatura. São sugeridas modificações nessas metodologias para adaptá-las à medida que fazemos a transição de um setor de distribuição que compreende usuários passivos para um em que os usuários são agentes ativos. São considerados os princípios de design de tarifa: simplicidade, sinalização econômica e reconciliação de receita. Os resultados apresentados são simulações realizadas com diferentes arranjos de geradores de energia alternativa e armazenadores de energia, usando um alimentador real de uma distribuidora no Brasil. Uma análise desses resultados é fornecida, a qual sugere que uma combinação de tarifas de localização e tempo de uso pode fornecer sinais econômicos eficazes para esses novos tipos de usuários do sistema. The regulation of Distributed Energy Resources (DERs) has cast doubt on the sustainability of utility business models. The impact of net-metering, and network charge rebates for distributed generation (DG) have been questioned because of the cross-subsidies that result between passive consumers and DG investors. Besides DG investors, other new entrants such as owners of energy storage resources and electrical vehicles are creating challenges for the regulation of distribution service pricing. This work addresses the debate by comparing several different distribution network pricing models from the literature. It suggests modifications to these methodologies to adapt them as we transition from a distribution sector comprising passive users to one in which users are active agents. It considers the design principles governing each tariff, from the perspective of simplicity, economic signalling, and revenue reconciliation. Results are presented of simulations performed with different arrangements of alternative energy generators and energy stores, using an actual feeder from a distribution company in Brazil. An analysis of these results is provided that suggests a combination of locational and time-of-use rates can provide effective economic signals to these new types of system user.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Dentre os diversos fenômenos relacionados com a qualidade da energia elétrica, as variações de tensão de longa e curta duração representam os fenômenos mais comuns nos sistemas elétricos de uma maneira geral. Nesse contexto, particularmente, as variações de tensão de curta duração (VTCDs) representam o fenômeno que mais causa prejuízos à sociedade, protagonizando paradas de processos produtivos em diversos tipos de instalações industriais e comerciais. Não obstante, existem atualmente várias formas de atenuação dos efeitos decorrentes desses eventos e uma delas é o emprego de reguladores estáticos de tensão, os quais são equipamentos magnéticos, transformadores ou autotransformadores, que realizam o controle da tensão através do chaveamento estático dos taps em suas bobinas primária ou secundária. O tema em questão tem sido explorado pela comunidade científica desde o início da década de 1990, porém, várias das metodologias propostas apresentam limitações difíceis de serem transpostas em algumas situações, como, por exemplo, a necessidade do conhecimento da passagem por zero da corrente instantânea para efetivação dos acionamento das chaves estáticas, assim como a falta do detalhamento técnico necessário para a replicação de algumas dessas metodologias e dos custos exorbitantes de implementação, inviabilizando seu uso para a maioria das aplicações práticas. Diante disso, o presente trabalho tem o objetivo de apresentar uma proposta de concepção de um novo regulador estático de tensão capaz de realizar chaveamentos de taps com intervalos de tempo menores do que aqueles apresentados na literatura disponível. Essa nova concepção de regulador estático de tensão contempla ainda uma fácil implementação, com poucas variáveis de controle e, principalmente, sem a necessidade de medição do sinal de corrente instantânea para identificação de sua passagem por zero. Para apresentação da metodologia proposta, foram implementados modelos matemáticos, consubstanciados por diversas simulações computacionais, visando a análise de desempenho dos principais aspectos da metodologia proposta. Finalmente, a metodologia de chaveamento apresentada foi implementada em um protótipo laboratorial de escala reduzida. Os resultados obtidos demonstraram a viabilidade técnica do método proposto, assim como a possibilidade de sua aplicação em redes reais de forma bastante promissora. Among the several phenomena related to power quality issues, long and short-term voltage variations represent the most common phenomena in electrical systems in general. In this context, in particular, voltage dips and swells represent the most harmful disturbances to electric power utility customers, leading to stoppages in production processes in a large number of commercial and industrial facilities. Fortunately, there are currently some technical solutions commercially available to mitigate the effects of these voltage events. One of these solutions is the use of static voltage regulators, which are basically composed of magnetic devices (transformers or autotransformers) that perform voltage control through static switching of taps in their primary or secondary coils. The subject has been explored by the scientific community since the early 1990s. However, several of the proposed methodologies have limitations that are difficult to overcome in some situations, such as, for example, the need for knowledge of the instantaneous current zero crossing to perform the switching of static switches, as well as the lack of technical detail necessary for the replication of some of these methodologies and the exorbitant costs of implementation, making its use unfeasible for most practical applications. In this sense, the present work has the goal of presenting a proposal for the design of a new static voltage regulator capable of performing tap changes faster than those presented in the available literature. This new concept of static voltage regulator also includes an easy implementation, with few input variables and, mainly, without the need to measure the instantaneous current signal to identify zero crossing. To present the proposed methodology, resulting in a new concept of static voltage regulator, mathematical models were implemented based on computer simulations, aiming the analysis of the performance of the main aspects of the proposed methodology. Finally, the presented switching methodology was implemented in a small-scale laboratory prototype. The results demonstrated the technical feasibility of the proposed method, as well as the possibility of its application in real networks in a very promising way. Tese (Doutorado) 2024-06-10

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho tem como finalidade apresentar uma nova topologia de conversor multiporta CC-CC. Intitulado de flyback multidirecional multi-enrolamentos de n portas (entradas/saídas); operando como uma interface de ligação entre sistema fotovoltaico, carga CC, sistema de armazenamento/fornecimento em baterias, sistema de energia eólica, veículo elétrico (Electric vehicle - EV) e rede de distribuição. Portanto, há várias possibilidades de combinações, uma vez que pode-se agrupar até n sistemas, distintos ou não, para conectar na estrutura proposta. Essa interface é conhecida como conversor interlink multiporta (Interlink Multiport Converter - IMPC) com a capacidade de fluxo de potência multidirecional e controle centralizado do fluxo entre as portas do conversor. Além disso, é possível conectar os sistemas diretamente ao IMPC, assim, assegura-se que as fontes não estejam conectadas no mesmo barramento, além do mais, reduz-se a necessidade de conversores CC-CC adicionais e podem operar em tensões e correntes nominais diferentes. Em decorrência do seu funcionamento multidirecional, uma porta pode ser responsável pelo fornecimento ou recebimento de energia, exige-se, entretanto, a observância do controle da razão cíclica na hora de fornecê-la ou do controle por phase-shift, defasagem dos pulsos dos interruptores, na coleta de energia. Assim, elaboram-se estratégias de controle utilizando de técnicas, como o controle seletivo, desacoplando os modos de operação do conversor IMPC (fornecimento/recebimento de energia) por meio de um controlador preditivo de corrente híbrido. Por fim, as simulações são implementadas no software PSIM® com a finalidade de avaliar a robustez do controle e validar o desempenho do IMPC em gerenciar o fluxo de potência entre as portas. This work aims to present a new topology of a multiport converter DC-DC. Entitled as multi-winding multidirectional Flyback converter of n port (inputs/outputs) operating as an interface between photovoltaic system, DC load, battery energy storage system, wind system, electric vehicle (EV) and utility grid. Therefore, there are several possibilities to connect, once it can group up to n systems, different or not, in the proposed topology. This interface is known as an Interlink Multi-Port Converter (IMPC), which supply power in any direction and centralized control of the flow between the converter ports. Furthermore, it is possible to connect the systems directly to the IMPC, as a consequence, ensuring that the sources are not connected to the same bus, as well as, reducing the need for additional DC-DC converters and the systems can operate at different rated voltages and current. Due to its multidirectional functioning, a port can be responsible for supplying or receiving energy, demanding, however, the observance of the duty-cycle control when providing it or the phase-shift control when collecting energy. Thus, control strategies are elaborated using techniques, such as selective control, uncoupling the operation modes of the IMPC converter (supplying/receiving energy) through the hybrid predictive current controller. At last, the simulations are implemented in the PSIM® software, in order to evaluate the robustness of the control and validate the performance of the IMPC in managing the power flow between the ports. Dissertação (Mestrado)

O setor de distribuição de energia elétrica no Brasil apresenta características de monopólio natural e, portanto, necessita de regulamentação econômica. O mecanismo adotado para regulamentação tarifária é a Revisão Tarifária Periódica (RTP), realizada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Atualmente a metodologia de análise de eficiência aplicada na RTP é o Data Envelopment Analysis (DEA) que busca comparar as práticas das concessionárias de distribuição de energia elétrica. As distribuidoras consideradas ineficientes, pelo DEA, devem direcionar seus esforços de ganho de eficiência sob as práticas gerenciais das distribuidoras eficientes. Este estudo sugere melhorias na metodologia vigente para análise de eficiência e sugere ferramentas que venham a ser úteis na definição de uma estratégia de ganho de eficiência. As análises apresentadas podem ser divididas em duas vertentes: setorial e corporativa. A vertente setorial sugere uma análise entre as distribuidoras reguladas pela ANEEL, nomeado de análise interdistribuidoras, na qual cada distribuidora é considerada como uma Decision Making Unit (DMU) no DEA. A análise interdistribuidoras realiza estudos considerando a base de dados definida pela ANEEL. O estudo também aplica o conceito de ‘clusterização’ do conjunto de DMUs pelo método k-means, para mostrar o efeito que a redução do conjunto de DMUs causa na análise de eficiência. Por fim, o impacto da eficiência do DEA é medido quantitativamente nos custos operacionais regulatórios (COR) das distribuidoras. A vertente corporativa sugere de forma inovadora um benchmarking interno, nomeado de análise intradistribuidora. Nesta análise a distribuidora é dividida em partes menores (regionais) e estas regionais são consideradas como as DMUs no DEA. A ideia de repartir a área de concessão em áreas menores é incorporar o efeito das características ambientais, como incidência de raios e altura de vegetação, na análise de eficiência. A tese apresenta um estudo de caso para uma distribuidora de São Paulo. A análise intradistribuidora também tem objetivo de auxiliar na estratégica de ganho de eficiência ao apontar as regiões mais ineficientes da distribuidora. O estudo, também, aplica outras duas técnicas de benchmarking, a Cross-efficiency Analysis (CEA) e a Ratio-based Efficiency Analysis (REA). O estudo do CEA e REA traz novos indicadores de eficiência tanto para análise interdistribuidoras como a análise intradistribuidora. The electricity distribution sector in Brazil has the characteristic of a natural monopoly and needs economic regulation. The mechanism adopted for tariff regulation is the Periodic Tariff Review (RTP), carried out by the National Regulatory Agency. Currently, the efficiency analysis method applied at RTP is the Data Envelopment Analysis (DEA), already used by other countries in the evaluation of efficiency in energy utilities. Utilities classified as inefficient by the DEA must direct their efforts to win efficiency by looking at practices from the utilities classified by efficient by the DEA. This study proposes an efficiency analysis focused on improving the current methodology at RTP and suggests tools that may be useful in providing strategies to improve efficiency. The analyzes presented here focus on two levels: sectorial and corporate. At the sectorial level, an efficiency analysis is proposed, in which each utility is considered as a Decision-Making Unit (DMU) in the DEA and compared with each other. This efficiency analysis between utilities delimited the database defined by the regulator. The study also applies the concept of 'clustering' the set of DMUs by the k-means method, showing the effect that a reduction of DMUs` set causes in the efficiency analysis. Finally, the impact of DEA efficiency is measured quantitatively on the utilities' regulatory operating costs (COR). At the corporate level, an innovative internal benchmarking is proposed, named here self-efficiency analysis. This analysis splits the utility into smaller parts (regional), and these parts are considered the DMUs in the DEA. The idea of splitting the concession area into smaller areas is to incorporate the effect of environmental characteristics (such as lightning incidence and vegetation height) in the efficiency analysis. The thesis presents a case study for a utility in São Paulo. The self-efficiency analysis, therefore, defines efficiency gain strategy by indicating the most inefficient areas inside the utility. The study also applies two other benchmarking techniques, the Cross-efficiency Analysis and the Ratio-based Efficiency Analysis. The CEA and REA studies bring new efficiency indicators for efficiency analysis between utilities and self-efficiency analysis.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho tem o objetivo de solucionar problemas que são frequentes no sistema elétrico, como baixo fator de potência e variações momentâneas de tensão, fazendo uso de inversores conectados à rede. Aqui é proposto um algoritmo que utiliza os valores de tensão e corrente no ponto de conexão para definir um valor de potência reativa que realiza a correção do fator de potência e a compensação da tensão. Resultados práticos evidenciam os bons resultados desta estratégia, visto que eleva o fator de potência local para próximo da unidade e reduz as variações momentâneas de tensão em aproximadamente 3%. This work aims to solve problems that are frequent in the electrical system, such as low power and momentary voltage variations, using grid connection inverters. Here, a factor is proposed that uses the voltage and voltage values at the connection point to define a reactive power value that performs power correction and voltage measurement. Practical results show the good results of this strategy, since it raises the local power factor to close to unity and reduces momentary voltage variations by approximately 3%. Dissertação (Mestrado)

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Há um forte crescimento na demanda por instalação de sistemas fotovoltaicos para a geração distribuída. Este aumento exponencial na última década, se concretiza pela necessidade das relações da energia com o conceito de sustentabilidade, escassez hídrica a qual eleva o preço da produção da energia elétrica, aumento dos esforços governamentais que facilitam e melhoram as condições de financiamento para aquisição de estruturas fotovoltaicas. Este trabalho tem como finalidade apresentar a aplicação distribuída do conversor CC-CC Buck-Boost síncrono de quatro interruptores (four switch Buck-Boost — FSBB) para maximizar a extração de potência em módulos fotovoltaicos e minimizando o efeito de sombreamento. Os módulos fotovoltaicos sofreram variações de irradiância solar e temperatura, alterando seus parâmetros de corrente e tensão causando uma perda expressiva em seu potencial energético fornecido. Os conversores são conectados as saídas dos módulos fotovoltaicos e as saídas dos conversores estão conectadas em arranjos fotovoltaicos mistos que alimentam cargas distintas. Elaboram-se estratégias de controle utilizando de técnicas, como o controle seletivo, desacoplando os modos de operação do conversor FSBB. Implementando-as estratégias de controle junto há algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) ao conversor FSBB para que o mesmo atue como fonte de potência entre módulo fotovoltaico e a carga, captando toda e qualquer potência produzida. There is a strong growth in the demand for installation of photovoltaic systems for distributed generation. This exponential increase in the last decade is realized by the need for energy relations with the concept of sustainability, water scarcity that raises the price of electricity production, increased government efforts that facilitate and improve financing conditions for the acquisition of photovoltaic structures. This work aims to present the distributed application of the four-switch Buck-Boost (FSBB) synchronous CC-CC converter, to maximize power extraction in photovoltaic modules and minimizing the shading effect. The photovoltaic modules suffered variations in solar irradiance and temperature, changing their current and voltage parameters, causing a significant loss in their supplied energy potential. The converters are connected to the outputs of the photovoltaic modules and the outputs of the converters are connected to mixed photovoltaic array, for different loads. This work elaborates control strategies using techniques, such as selective control, uncoupling your two modes of operation. Implementing the control strategies together there is maximum power point tracking algorithm (MPPT) to the FSBB converter so that it acts as a power source between photovoltaic module and load, capturing any and all produced power. Dissertação (Mestrado)

A expansão do segmento de transmissão e a qualidade da prestação do serviço público de energia elétrica do Sistema Elétrico Brasileiro (SEB) têm papel fundamental no desenvolvimento e sustentabilidade do mercado de energia. Tal serviço é realizado pelas concessionárias de transmissão mediante estabelecimento de uma Receita Anual Permitida (RAP) que está vinculada diretamente à disponibilidade plena dos seus ativos de transmissão para operação e coordenação do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), conforme estabelecido nos Contratos de Prestação do Serviço Público de Transmissão (CPST). A primeira intervenção regulatória do segmento de transmissão ocorreu através da publicação da Resolução Normativa nº 270/2007, que estabeleceu as disposições relativas à qualidade do serviço público de transmissão de energia elétrica, associada à disponibilidade das instalações integrantes da Rede Básica. Com a crescente entrada em operação comercial dos ativos de transmissão no Sistema Interligado Nacional (SIN), visto que este ramo tornou-se atrativo para as empresas nacionais e internacionais do setor de energia, gerou, em 2016, através da Resolução Normativa nº 729/2016, alterações na regulamentação que trata da apuração das indisponibilidades dos equipamentos de transmissão. Resolução esta que seria retificada através da Resolução Normativa nº 782, de 2017, com a finalidade de adequar pontualmente algumas regras e conceitos. Devido a quantidade de resoluções em vigência que regem o tema da transmissão de energia elétrica no Brasil, foi publicada a Resolução Normativa nº 906, de 2020, que consolidou, em um único documento, todas as normas regulatórias. A Parcela Variável consiste em um incentivo econômico para a manutenção da plena disponibilidade das instalações de transmissão. A sua aplicação não se caracteriza como penalidade por descumprimento normativo, mas como mecanismo de incentivo regulatório para redução dos tempos de atraso para a entrada em operação, indisponibilidade, ou de restrição operativa. Assim, a aplicação da Parcela Variável independe de avaliação de culpa ou dolo, sendo seu cômputo diretamente relacionado ao tempo de indisponibilidade ou de restrição operativa da Função Transmissão. v Portanto, o presente trabalho abordará um histórico do segmento de transmissão, o processo de apuração das indisponibilidades realizadas mensalmente pelo ONS e, através de indicadores e levantamentos estatísticos das perturbações e desligamentos da Rede Básica, que ocorreram entre os anos de 2013 a 2020, aferir o desempenho das Funções Transmissão que estão em operação comercial desde 2013, sob a perspectiva financeira, o impacto da Parcela Variável por Indisponibilidade nas receitas das transmissoras. Assim, foram analisados os dados e as causas relativas às ocorrências da Rede Básica, a quantidade média de desligamentos, e os valores contabilizados e descontados das transmissoras, considerando o incentivo econômico trazido pela regulamentação, bem como os impactos da evolução dessa regulação na disponibilidade das Funções Transmissão. The expansion of the transmission segment and the quality of the public electric energy service rendering of the Brazilian Electric System (SEB) have a fundamental role in the development and sustainability of the energy market. Such service is performed by the transmission concessionaires through the establishment of an Annual Allowable Revenue (RAP) that is directly linked to the full availability of its transmission assets for operation and coordination of the National Electric System Operator - ONS, as established in the Contracts for the Provision of Public Transmission Service (CPST). The first regulatory intervention in the transmission segment occurred through the publication of Normative Resolution 270/2007, which established the provisions for the quality of the public electric power transmission service, associated with the availability of the installations that are part of the Basic Grid. With the growing commercial operation of transmission assets in the National Interconnected System (SIN), since this branch has become attractive to national and international companies in the energy sector, it generated in 2016, through Normative Resolution no. 729/2016, changes in the regulation that deals with the calculation of unavailability of transmission equipment; this resolution would be rectified through Normative Resolution no. 782 of 2017 with the purpose of adjusting some rules and concepts. Due to the number of resolutions in force that govern the theme of electric energy transmission in Brazil, Normative Resolution no. 906 of 2020 was published, consolidating all the regulatory norms in a single document. The Variable Portion consists of an economic incentive for the maintenance of full availability of the transmission facilities. Its application is not characterized as a penalty for non-compliance with regulations, but as a regulatory incentive mechanism for the reduction of delay times for start-up, unavailability or operating restrictions. Thus, the application of the Variable Part does not depend on the assessment of fault or malice, and its calculation is directly related to the time of unavailability or operational restriction of the Transmission Function. vii Therefore, this work will address a history of the transmission segment, the calculation process of the unavailabilities performed monthly by ONS and, through indicators and statistical surveys of the disturbances and disconnections of the Basic Grid that occurred between the years 2013 and 2020, assess the performance of the Transmission Functions that have been in commercial operation since 2013 from a financial perspective, the impact of the Variable Installment for Unavailability on the revenues of the transmitters. Thus, the data and causes related to the occurrences in the Basic Grid, the average quantity of disconnections and the values accounted and discounted from the transmitters were analyzed, considering the economic incentive brought by the regulation, as well as the impacts of the evolution of this regulation on the availability of the Transmission Functions.

Este trabalho apresenta a caracterização elétrica de camadas de ZnSnxGe1-xN2 (ZTGN) (10% < x < 90%) depositadas em substrato de vidro por sputtering combinatório e avalia o desempenho de células solares de heterojunção de silício (SHJ) que apresentam essas camadas como contatos elétron-seletivos. Bandgap, condutividade e energia de ati vação variaram significantemente entre amostras ricas em Sn e Ge. Quando tais camadas foram aplicadas como contatos elétron-seletivos em células solares, os dispositivos apre sentaram baixo desempenho, com resultados surpreendentemente semelhantes apesar de mudanças nas propriedades do material. A partir de análises e modelagem das caracterís ticas corrente-tensão de várias estruturas de células solares, com auxílio de um algoritmo de Evolução Diferencial auto adaptativo, mostramos que a função trabalho do contato elétron-seletivo está em torno de 4.35 eV para todas as composições investigadas de Sn e Ge, o que é muito alto para formar um excelente contato. Através da comparação de diferentes arquiteturas de células solares, identificamos ainda que camadas ricas em Ge impõem uma barreira adicional à extração de elétrons, independentemente de sua baixa seletividade, devido a baixos valores de condutividade. Após a identificação desses mecan ismos de perdas, MgSnN2 (MTN) foi considerado como um bom candidato, já que apre senta bandgap adequado e alta concentração de elétrons para uma composição de 50% Mg/(Mg+Sn) (at.%). Desse modo, fabricamos camadas de MTN através de sputtering combinatório, sem aquecimento do substrato e à 200 °C, obtendo amostras de MgxSn1-xN2 (43% < x < 55%), com bandgap em torno de 2 eV, exibindo condutividade e energia de ativação que decrescem em amostras ricas em Mg. Características JV similares àque las observadas para ZTGN foram obtidas quando MTN foi empregado como camada elétron-seletiva, mas com desempenho ligeiramente superior. As propriedades limitantes foram as mesmas, com função trabalho estimada em 4.16 eV, aumentando para 4.3 eV para amostras fabricadas à 200 °C. Amostras ricas em Sn exibiram ainda alta afinidade eletrônica e aquelas ricas em Mg resultaram em curvas com severo perfil em “s” devido à baixa dopagem, como foi o caso de amostras de ZTGN ricas em Ge. Portanto, a dopagem desses materiais com elementos extrínsecos aparenta ser a abordagem mais relevante para a construção de dispositivos eficientes com contatos formados com camadas de ZTGN ou MTN. This work initially reports the electrical characterization of ZnSnxGe1-xN2 (ZTGN) layers (10% < < 90%) deposited on glass by combinatorial sputtering and further assesses the performance of silicon heterojunction (SHJ) solar cells featuring them as electron-selective contacts. Bandgap, dark conductivity, and the activation energy of the latter were found to significantly change between Sn and Ge-rich samples. When applying ZTGN layers as electron-selective contacts for SHJ solar cells, poor solar-cell performance was observed, with surprisingly similar results despite changes in material properties. From analysis and modelling of the current-voltage characteristics of several device structures, through a self-adaptive Differential Evolution algorithm, we show that the work function of the electron-selective contact lies around 4.35 eV for all investigated Sn and Ge contents, which is too high to form an excellent electron-selective contact. By comparing differ ent solar-cell architectures, we could further identify that the Ge-rich layer imposes an additional barrier to electron extraction, independently of its poor selectivity, due to its low conductivity. After having identified these loss mechanisms, MgSnN2 (MTN) was envisioned as a good candidate, due to its high electron concentration and bandgap at 50% Mg/(Mg+Sn) (at.%). Thus, we fabricated MTN layers also through a combinatorial sputtering approach, with no substrate heating and at 200 °C, resulting in MgxSn1-xN2 (43% < < 55%) samples, with bandgap around 2 eV, showing dark conductivity and activation energy that decreased towards Mg-rich samples. When applied to SHJ solar cells, JV characteristics similar to that when ZTGN was studied were obtained, and per formance was slightly better. The limiting properties were also of the same kind, with an estimated work function around 4.16 eV, shifting to 4.3 eV for samples grown at 200 °C, and Sn-rich samples showing a too high electron affinity. Mg-rich samples, as Ge-rich ones, resulted in strong s-shapes due to poor doping. Thus, doping these compounds with extrinsic elements appears as the most relevant approach to build efficient devices with a ZTGN or MTN contact layer.

A verificação contínua dos indicadores de desempenho e dos requisitos técnicos mínimos exigidos pela regulamentação do setor elétrico vislumbram elencar condições que possam afetar a operação do sistema elétrico de potência e o desempenho dos seus equipamentos. A resultante desta verificação baliza a atuação dos agentes no referido sistema e define as suas responsabilidades quando do acesso ou permanência neste. As normativas técnicas associadas ao acesso de sistemas estabelecem os critérios, as premissas e os valores limites associados aos indicadores de desempenho. O fator de potência, apesar de ser um indicador monitorado em regime permanente, propicia o aumento de transitórios eletromagnéticos no alusivo sistema devido ao chaveamento de bancos de capacitores para fins de adequabilidade da sua faixa de valores. Neste aspecto, a regulamentação vigente estabelece que os transitórios de energização de bancos de capacitores em derivação instalados para a correção de fator de potência não devem afetar o desempenho das instalações de transmissão ou de agentes conectados na rede básica, e não devem ocasionar a superação de disjuntores preexistentes. Neste sentido, o trabalho em título propõe-se a determinar uma faixa de valores de potência reativa capacitiva tradicional que admite a não superação dos valores de referência atribuídos à tensão em regime permanente do sistema de potência, aos transitórios de energização dos bancos de capacitores em derivação e às tensões de restabelecimento transitórias nos disjuntores adjacentes aos referidos barramentos na tensão operativa de 138 kV pertencentes ao secundário de 2 transformadores de fronteira pertencentes a rede básica nas tensões primárias de 440kV e 500 kV. As análises contemplaram dois cenários de patamares de carga. Concluiu-se que os bancos de capacitores e os filtros com potência reativa de 20 MVAr, 40 MVAr e 60 MVAr não promovem uma transgressão dos valores limites atribuídos à tensão em regime permanente nos barramentos de fronteira. Adjunto, diante das condições simuladas neste trabalho, os referidos bancos e filtros não promoveram uma superação nos disjuntores supracitados quanto às correntes de energização destes e às tensões de restabelecimento transitórias nos cenários propostos para análise. The continuous verification of performance indicators and the minimum technical requirements required by the regulation of the electricity sector aim to list conditions that may affect the operation of the electric power system and the performance of its equipment. The result of this verification defines the actions of agents in that system and defines their responsibilities when accessing or remaining in this system. The regulation standard associated with access to systems establish the criteria, assumptions and limit values associated with performance indicators. The power factor, although monitored in steady state, provides an increase in electromagnetic transients in that system due to the switching of capacitor banks with the objective of providing adequacy of its value range. In this regard, the current regulation establishes that the transients of energization of shunt capacitor banks installed for power factor correction must not affect the performance of transmission installations or agents connected to the basic network and must not cause the overcoming of preexisting circuit breakers. In this way, it is proposed to determine a range of capacitive reactive power values that allow not exceeding the reference values assigned to the steady state voltage of the power system, to the energizing transients of the shunt capacitor banks and the transient recovery voltage in the circuit breakers adjacent to the busbar at 138 kV from the secondary of 2 basic network transformers at voltages of 440kV and 500 kV. The analyzes involved 2 load level scenarios. It concluded the 20 MVAr, 40 MVAr and 60 MVAr capacitor banks and filters do not promote a transgression of the limit values attributed to the steady state voltage in the border buses. In addition, under the conditions simulated in this work, the capacitor banks and filters do not support the overcoming of circuit breakers due to their energization currents and the transient recovery voltage for the proposed scenarios.

Consta no arquivo em PDF In industrial plants, engines are subject to failures that can cause production downtime causing economic losses. Predictive monitoring identifies these failures and reduces maintenance and operating costs. In this work, systems for monitoring and diagnosing faults in three-phase induction motors were developed based on the IEC 60034 and ISO 20816 standards. Through a pattern recognition neural network, the Operating Regions Diagnostic System classifies the region of operation of the motor. The Rotor Broken Bar Diagnostic System monitors the machine’s state through a recurring neural network of short-term long memory, identifying the number of broken bars on the rotor and the operating zone according to ISO 20816. Finally, the Diagnosis Fuzzy uses a neuro- fuzzy system to predict the motor reduction factor, predicting possible failures that occur due to voltage imbalance.

O monitoramento e manutenção dos transformadores de potência é de fundamental importância para o bom funcionamento do sistema elétrico e uma das variáveis importantes a ser monitorada é a temperatura. Neste trabalho foi feito uma estimativa da temperatura do topo do óleo e ponto quente do enrolamento utilizando lógica Fuzzy e comparada com o modelo IEEE C5791 para confirmar sua precisão. Monitoring and maintenance of power transformers are of crucial importance, ensuring stability and performance to the whole electric system, being it's temperature one of the relevant variables to be monitored. In this paper we've estimated the maximum oil temperature and the coil hotspot applying fuzzy logic and verified it's precision comparing to the IEE-C5791 model.

As macrófitas desempenham funções importantes no funcionamento dos ecossistemas em que ocorrem, tanto em reservatórios como em lagos e rios naturais, sendo responsáveis por manter o equilíbrio natural através de diversas funções, como oxigenação, filtragem e remoção de nutrientes da água, proteção contra ação erosiva da água nas margens, além de servir como fonte de alimento e refúgio para peixes, aves e outros organismos. Estas plantas estão tão intimamente relacionadas ao funcionamento dos ambientes aquáticos que a preocupação com sua preservação é fundamental para a manutenção da biodiversidade desses ambientes. Entretanto, em represas hidrelétricas, a presença excessiva de macrófitas no reservatório interfere no aproveitamento múltiplo da água e principalmente no processo de geração de energia elétrica. A proposta técnica estabelecida nesta dissertação consiste em uma solução inovadora para as técnicas tradicionais de remoção e destinação das macrófitas presentes nos reservatórios de usinas hidrelétricas. Uma das inovações relevantes, além do método de retirada e transporte, consiste na utilização da biomassa destas plantas para geração de biogás, que por sua vez será convertido em energia elétrica, promovendo com isso uma destinação mais eficiente para estas plantas aquáticas, uma vez que atualmente são tratadas como lixo pela maioria das empresas que operam usinas hidrelétricas. A presente proposta também engloba um sistema fotovoltaico flutuante, que será responsável pela alimentação do sistema de manejo das macrófitas durante a maior parte do tempo e que trabalhará em paralelo com a geração a biogás, criando assim um sistema híbrido de geração de energia renovável. Como será demonstrado, este sistema híbrido será superavitário, ou seja, será projetado para gerar mais energia elétrica do que a demanda do sistema de manejo, gerando com isso a necessidade de armazenamento ou destinação para a geração excedente. Após a análise das opções disponíveis, chegou-se à conclusão que a conexão deste sistema híbrido ao autotransformador da subestação da usina hidrelétrica seria melhor opção para o problema. Esta solução, entretanto, traz uma série de cuidados e especificidades para a sua implementação, que serão demonstrados ao longo deste trabalho. Os resultados apresentados nesta dissertação são conclusivos, com base nos parâmetros de projetos apresentados, sobre os ganhos alcançados com a implantação do sistema de manejo de macrófitas e da geração híbrida propostos neste trabalho. Macrophytes play an important role in the ecosystems in which they occur, such as reservoirs and natural lakes and river. They are responsible for maintaining the natural balance, such as oxygenation, filtration, and removal of nutrients from the water, protection against erosive action of water on the banks, and acting as a food source and refuge for fish, birds and other organisms. Those plants are so relevant to the aquatic environments that their preservation is fundamental for the maintenance of biodiversity in these environments. However, in hydroelectric dams, the excessive presence of macrophytes in the reservoirs interferes to the multiple use of water and especially in the process of generating electricity. The proposal presented in this work consists of an innovative solution to the traditional techniques of removal and disposal of macrophytes present in hydroelectric reservoirs. One of the relevant innovations, in addition to the removal and transport method, is the use the biomass to generate biogas, which in turn will be converted into electricity, then promoting a more efficient destination for the aquatic plants, since they are currently treated as waste by most companies that operate hydroelectric plants. The proposal also includes a floating photovoltaic system, which will supply electricity to the macrophytes management system, and provide additional electricity to the energy generated from biogas, thus creating a hybrid system of renewable electricity generation. The hybrid system will have a surplus, meaning that it will be designed to generate more electricity than the system demand, which raises the need for storage or allocation of excess generation. After analyzing the available options, it was concluded that the connection of this hybrid system to the autotransformer of the hydroelectric plant's substation would be the best solution for the problem. This solution, however, requires a series of cautions and specificities for its implementation, which will be demonstrated throughout this work. The results of this work are conclusive. They are based on the results achieved from the project of implementation of macrophyte management system and the hybrid generation proposed.

Neste trabalho será apresentado um estudo sobre o arco elétrico em sistemas elétricos indústrias abordando os métodos de cálculo de acordo com os guias IEEE Std 1584 – 2002 e sua revisão IEEE Std 1584 – 2018. Foram apresentadas as modificações introduzidas pela nova versão do guia, identificando as diferenças na avaliação do arco elétrico. Uma abordagem sobre as medidas de mitigação de arco elétrico também será realizada. O desenvolvimento do trabalho teve por base a análise comparativa dos métodos de cálculo de arco elétrico das versões 2002 e 2018, as quais foram aplicadas em um estudo de caso teste. Primeiramente, o caso teste será avaliado aplicando-se os métodos de cálculos de acordo com os guias 2002 e 2018, sendo executados em software dedicado “PTW”. Posteriormente, o caso teste será novamente avaliado considerando o decaimento AC das correntes de curtocircuito de geradores e motores, sendo executados em scripts desenvolvidos em “Matlab” e aplicando as equações dos guias 2002 e 2018. Os resultados das abordagens são comparados, e então avaliados a necessidade e urgência de revisão dos estudos de arco elétrico existentes, e também qual a influência ao considerar o decaimento AC das correntes de curto-circuito nos cálculos da energia incidente e na definição das vestimentas. In this work a study on the electric arc in industrial electrical systems will be presented, approaching the calculation methods according to the IEEE Std 1584 – 2002 and its revision IEEE Std 1584 – 2018 guides. The modifications introduced by the new version of the guide were presented, identifying the differences in the evaluation of the electric arc. An approach to arc flash mitigation measures will also be carried out. The development of the work was based on the comparative analysis of the electric arc calculation methods of the 2002 and 2018 versions, which were applied in a test case study. First, the test case will be evaluated by applying the calculation methods according to the 2002 and 2018 guides, being executed in dedicated “PTW” software. Subsequently, the test case will be evaluated again considering the AC decay of the short-circuit currents of generators and motors, being executed in scripts developed in "Matlab" and applying the equations from the 2002 and 2018 guides. The results of the approaches are compared, and The need and urgency of reviewing existing arc flash studies were then evaluated, as well as the influence when considering the AC decay of shortcircuit currents in the incident energy calculations and in the definition of the garments.

No atual cenário de sistemas elétricos de potência, a Qualidade da Energia Elétrica (QEE) recebe cada vez mais notoriedade. Dentre os problemas de QEE, os Afundamentos Momentâneos de Tensão (AMTs) causam prejuízos financeiros consideráveis e localizar as fontes de AMTs são um dos maiores desafios das concessionárias de energia elétrica. Nesse contexto, a tese que aborda um localizador o qual identifica o lado da origem da fonte do AMT é abordado. Contudo, como os sistemas elétricos de grande porte, além de malhados, são mais complexos, esse trabalho tem o encargo de avaliar o desempenho de tal localizador, através da modelagem de um sistema elétrico real considerando a inserção de compensadores estáticos de reativos. No estudo, a plataforma RTDS® (Real Time Digital Simulator) será utilizada tanto na modelagem do sistema, como na implementação do localizador e na avaliação do seu desempenho. The current scenario of electrical power systems, the Electrical Power System Quality (EPSQ) earns more notoriety. Among the EPSQ problems, Voltage Sags cause considerable financial losses and locating Voltage Sags sources is one of the biggest challenges for electric power utilities. In this context, the thesis that addresses a locator which identifies the source side of the Voltage Sag font is approached. However, as large electrical systems, in addition to meshed ones, are more complex, this work is responsible for evaluating the performance of such a locator, through the modeling of a real electrical system considering the insertion of Static Var Compensators. In the study, an RTDS® (Real Time Digital Simulator) platform will be used both in the modeling of the system, as in the implementation of the locator and in the evaluation of its performance.

Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) Apesar de diversos métodos para análise de maturidade existirem na literatura, abrangendo as mais diversas áreas do conhecimento, poucas aplicações referem-se ao setor elétrico. Em especial com relação a manutenção de usinas hidrelétricas (UHEs) este método de análise ainda é pouco explorado, e, portanto, a metodologia proposta neste trabalho pode contribuir com a melhoria destes sistemas de gestão da manutenção. Neste contexto, o foco do trabalho é construir um sistema que permita a análise da maturidade do sistema de gestão da manutenção em uma usina hidrelétrica tendo por base indicadores de desempenho. Para o desenvolvimento do modelo, na etapa de planejamento, realizou-se um estudo de diversos métodos disponíveis na literatura para análise da maturidade da gestão da manutenção e sua comparação com os itens avaliados pelo DARDO (Declaração de Autoavaliação Regulatória e de Desempenho Operacional). Com base neste comparativo, foi proposto um questionário, com foco em usinas hidrelétricas, e que visa analisar uma série de critérios, a saber: Metas e Gestão de Indicadores; Organização Funcional e da Equipe de Manutenção; Planejamento da Manutenção; Rotinas de PCM e Execução da Manutenção; Avaliação e Tratamento de Falhas, Oficinas e Ferramentas e Política de Manutenção. A utilização do DARDO como parâmetro para levantamento dos dados a serem utilizados no método de análise se justifica por este já monitorar os dados necessários para fiscalização do desempenho da usina pela Agência Nacional de Energia Elétrica. Desta forma facilita-se a coleta dos dados para análise da maturidade da usina selecionada para o estudo. A aplicação do método de análise de maturidade criado foi realizada em uma usina hidrelétrica previamente selecionada para o projeto de pesquisa e desenvolvimento ao qual este trabalho está vinculado. Como resultado da análise da maturidade o conceito geral da usina foi “Competente” com uma nota de 86%. Os melhores resultados foram observados nos critérios Avaliação e tratamento de falhas (nota 100%), Política de Manutenção (nota 100%) e Rotinas de PCM (Planejamento e Controle de Manutenção) e Execução da Manutenção (nota 95%). Finalmente, a aplicação foi validada a partir da comparação entre os resultados da avaliação da ANEEL e o método proposto, onde verificou-se um alinhamento entre estas avaliações. Vale destacar que, como evolução do DARDO, este poderá futuramente incluir a análise de novos quesitos, em especial aqueles correlacionados com a indústria 4.0 tendo em vista estas aplicações serem uma tendência dentro do setor industrial. Com a aplicação da metodologia criada é possível visualizar pelo nível de maturidade alcançado as possibilidades de melhoria do sistema de gestão da manutenção da usina, permitindo traçar ações assertivas para um aprimoramento deste sistema. Saliente-se ainda que este modelo deve ser reaplicado periodicamente, de tal forma que possa ser verificada a evolução do sistema em função dos investimentos realizados no período. Finalmente, é importante destacar que o DARDO pretende avaliar e fiscalizar a prestação do serviço de geração de energia pela usina, por outro lado o método proposto pretende colaborar no desenvolvimento de um sistema de manutenção que chegue à excelência conforme os critérios propostos nesta dissertação. Although several methods for maturity analysis exist in the literature, covering the most diverse areas of knowledge, few applications refer to the electricity sector. Regarding the maintenance of hydroelectric plants (UHEs), this method of analysis is still little explored, and, therefore, the methodology proposed in this work can contribute to the improvement of these maintenance management systems. In this context, the focus of the work is to build a system that allows the analysis of the maturity of the maintenance management system in a hydroelectric plant based on performance indicators. For the development of the model, in the planning stage, a study was carried out of several methods available in the literature to analyze the maturity of maintenance management and its comparison with the items evaluated by DARDO (Declaration of Regulatory Self-Assessment and Operational Performance). Based on this comparison, a questionnaire was proposed, focusing on hydroelectric plants, and which aims to analyze a series of criteria, namely: Goals and Indicator Management; Functional and Maintenance Team Organization; Maintenance Planning; PCM Routines and Maintenance Execution; Evaluation and Treatment of Faults, Workshops and Tools and Maintenance Policy. The use of DARDO as a parameter for collecting the data to be used in the analysis method is justified by the fact that it already monitors the data necessary for inspection of the plant’s performance by the National Electric Energy Agency. This facilitates the collection of data to analyze the maturity of the plant selected for the study. The application of the maturity analysis method created was carried out in a hydroelectric plant previously selected for the research and development project to which this work is linked. As a result of the maturity analysis, the plant’s general concept was “Competent” with a grade of 86%. The best results were observed in the criteria Evaluation and treatment of failures (100% grade), Maintenance Policy (100% grade) and PCM Routines (Maintenance Planning and Control) and Maintenance Execution (95% grade). Finally, the application was validated based on the comparison between the results of the ANEEL assessment and the proposed method, where an alignment between these assessments was verified. It is worth noting that, as an evolution of DARDO, it may in the future include the analysis of new items, especially those related to industry 4.0, considering these applications are a trend within the industrial sector. With the application of the methodology created, it is possible to visualize, by the level of maturity reached, the possibilities for improving the plant’s maintenance management system, allowing for assertive actions to be taken to improve this system. It should also be noted that this model must be periodically reapplied, só that the evolution of the system can be verified because of the investments made in the period. Finally, it is important to highlight that DARDO intends to evaluate and supervise the provision of the power generation service by the plant, on the other hand, the proposed method intends to collaborate in the development of a maintenance system that reaches excellence according to the criteria proposed in this dissertation.

Air core reactors (ACR) have been widely used in power systems in several different applications like harmonic filters, thyristor-controlled reactors (TCR) for static var compensators (SVC), mechanically switched reactors (MSR) for shunt compensation of long transmission lines, smoothing and valve reactors for line commutate converter (LCC) and for voltage sourced converted (VSC), respectively, in HVDC systems, onshore and offshore. As a global trend, the pursuit of environmentally friendly equipment has increased, leveraging the use of ACRs in ultra-high voltage (UHV) systems. Applying that equipment in such voltage levels demands very accurate calculation models to establish the proper design parameters (e.g., inductance values, power losses and audible noise levels) as well as the stresses (dielectric, thermal and mechanical) that the equipment will have to withstand during operation, for their lifecycle. One typical concern related to those calculation models is regarding the prediction of the eddy current winding losses by analytical models. Several models have been proposed for this type of calculation for transformers and electrical machines, but usually with some constraints that make those models more suitable to that equipment than to others. With the crescent demand for ACR with lower power losses levels, it makes sense to look for improvements on those calculation models. One way of supporting the enhancement of those models is using software based on finite element methods (FEM) that allows for very detailed simulation of the physical phenomena related to the air core reactors and their applications. Although the FEM is a powerful tool for complex simulations, it is usually very time consuming and may require sophisticated computational apparatus to run more complex models. Air core reactors are equipment composed by one or several concentric windings made of conductive material (aluminum or copper) and their design may vary significantly, from a few kilograms to some dozens of tons. The simulation, in a reasonable time, of that equipment with several windings and sometimes thousands of turns would require computers that are not easily found in regular industries. In this work an optimized modeling process for simulating ACR using a 2-D equivalent geometry method in a finite element-based software was developed to allow for faster simulations. The validation of the method is performed by running a full factorial design of experiments (DOE), screening four design parameters of windings: winding diameter, winding height, number of strands and strand diameter, as these parameters significantly affect the two main design characteristics of the air core reactors: inductance and winding power losses. The results of the finite element simulations are statistically compared to the results of analytical calculations. With the deployment of this process, an improvement for the calculation of the eddy current winding losses of that equipment is proposed.

As falhas graves em transformadores de potência são normalmente impulsionadas por problemas nos componentes isolantes, sejam eles internos ao tanque ou nas buchas, e constituem uma das ocorrências mais críticas do sistema elétrico. Desse modo, a avaliação da condição de isolamento de um transformador é de grande importância para a eficiência operacional da transmissão e distribuição de energia elétrica. No entanto, como os sistemas de isolamento são complexos, muitos desafios são vistos em termos dos sistemas de medição e modos de análises de parâmetros críticos como as descargas parciais (DPs), que são, reconhecidamente, um fenômeno que carrega informações relevantes sobre a saúde de um equipamento de alta tensão. Neste contexto, esta dissertação aborda o desenvolvimento de um sistema de monitoramento online de descargas parciais para transformadores de potência. O sistema aplica o método elétrico para detectar os pulsos de descargas através de acoplamento capacitivo em buchas condensivas com terminal de teste acessível e é integrado por um software proprietário para processamento de dados e comunicação com sistemas supervisórios através do protocolo DNP 3. A robustez do sistema desenvolvido e a garantia da integridade do equipamento monitorado, bem como a capacidade de correlacionar dados para rastrear as condições do ativo foram verificados por testes laboratoriais e aplicações reais em subestações. Nesse último caso, os resultados foram explorados para mostrar como as informações de uma DP podem ser interpretadas em situações práticas para analisar as condições do ativo e auxiliar na definição diagnósticos Serious failures in power transformers are usually driven by problems in the insulation structures, whether internal to the tank or in the bushings, and constitute one of the most critical occurrences of the power system. Thus, the evaluation of the insulation condition of a transformer is of great importance for the operational efficiency of the transmission and distribution of electrical energy. However, as insulation systems are complex, many challenges are seen in terms of measurement systems and modes of analysis of critical parameters such as partial discharges (PDs), which are recognized as a phenomenon that carries relevant information regarding the health of a high voltage equipment. In this context, this dissertation addresses the development of an online monitoring system for partial discharges for power transformers. The system applies the electrical method to detect the discharge pulses through capacitive coupling in condenser bushings and is integrated by a proprietary software for data processing and communication with supervisory systems through the DNP 3 protocol. The robustness of the developed system and the guarantee of integrity of the monitored equipment, as well as the ability to correlate data to track the condition of the asset, were verified by laboratory tests and real applications in substations. In the latter case, the results were explored to show how information from a PD can be interpreted in practical situations to analyze the conditions of the asset and assist in defining diagnoses.

Reatores em derivação em alta e extra alta tensão, historicamente sempre foram fabricados em tecnologia com núcleo de ferro imersos em óleo, devido prioritariamente a questões relacionadas ao isolamento dos enrolamentos. Contudo, com o avanço dos materiais isolantes e de técnicas de fabricação, tem sido possível a fabricação destes equipamentos utilizando tecnologia com núcleo de ar, a qual tem se demonstrado eficiente, ambientalmente amigável e, em muitos casos, com menores custos de curto, médio e longo prazo. Fazendo-se necessário portanto, o estudo de quais as implicações quando se opta por esta tecnologia, que tem sido cada vez mais aceita no mercado mundial. São abordados os principais aspectos da aplicação destes equipamentos, estabelecendo um paralelo entre ambas tecnologias, no que tange os aspectos construtivos, a viabilidade de substituição (quais os casos em que ela é ou não indicada), comparativo de perdas, aspectos de proteção, todas as precauções e observações em termos de campo magnético, aspectos transitórios (incluindo estudo de caso de dois equipamentos idênticos nas duas tecnologias, com cálculos e simulações das frequências e tensões transitórias, TRT e TCTRT, bem como um comparativo percentual entre os resultados calculados e simulados). Tais comparações visam auxiliar a comunidade técnica, de modo a contribuir com a tendência global em adotar a tecnologia do tipo seco, enfatizando as principais diferenças e particularidades a serem consideradas quando da substituição da tecnologia tradicional. Shunt reactors in high-voltage and extra high-voltage, have historically been manufactured using oil-immersed iron core technology, mainly due to issues related to the insulation of the reactor windings. However, with the improvement of the insulating films as well as on the manufacturing techniques, it has been possible the manufacturing of these equipment using dry-type air core technology, which has demonstrated to be efficient, environmentally friendly and, in many cases, with lower costs in short, medium and long-term basis. It is required therefore, the study of which are the changes when it is adopted this air core technology, which has been the more and more accepted on worldwide market. The main aspects regarding the application of these equipment are disclosed, stablishing a parallel between both technologies, with regards to the construction aspects, the viability of replacement (which are the cases at which they are or not indicated), the losses comparison, all the precautions and remarks in terms of magnetic field, the protection and the transients aspects (including a study case of two identical equipment in both technologies, with calculations and simulations of transient frequency and voltage, TRV and RRRV, as well as a percentage comparative analysis between the calculated and simulated results). These comparisons, aim to contribute with technical community and the global trend in adopting dry-type technology, highlighting the main differences and particularities to be considered when replacing traditional type.

Devido à importância do transformador para o sistema elétrico, diversos ensaios normalizados são prescritos para garantir o seu bom funcionamento quando em operação, sendo um deles o ensaio de impulso atmosférico. A detecção de falhas durante o ensaio de impulso atmosférico pode ser realizada por diferentes métodos, e a análise, muitas vezes, pode ser subjetiva e depender da experiência do avaliador. Desta forma, este trabalho propôs revisitar as principais técnicas de análise falhas em transformadores, testá-las e reavaliá-las para transformadores de distribuição, uma vez que boa parte da literatura existente se refere a transformadores de alta tensão. Foram consideradas para este trabalho os métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência. Para o domínio do tempo, foram analisadas a sensibilidade de diferentes tipos de medições, a relação entre o sentido das correntes medidas com o tipo de falha que ocorre no transformador, bem como a relação entre a ocorrência de sinais de alta frequência no transformador e a presença as descargas parciais. No domínio da frequência, foram analisadas a capacidade da técnica de comparar diferentes formas de onda, inclusive impulsos plenos e cortados, a relação entre a atenuação ou deslocamento do polo ressonante da resposta com o tipo de falha que ocorreu no transformador. Os resultados obtidos permitiram comprovar os pontos avaliados, com a exceção da caracterização das falhas no domínio da frequência, no qual não foi possível encontrar a relação entre a função de transferência com o tipo de falha no transformador. A função coerência foi avaliada como uma ferramenta capaz de determinar a faixa de frequência confiável para análise no domínio da frequência, e como um indicador numérico que pode diminuir a subjetividade da identificação de falhas Due to its importance to the electric power system, transformers are subjected to normalized electric tests in order to guarantee its proper functioning in operation conditions, one of which is the lightning impulse test. Failure detection during the lightning impulse test can be accomplished through different methodologies and the analysis can be subjective and dependent of the evaluator’s experience. Thus, the purpose of this work is to revisit the main failure analysis techniques for transformers, then test and reevaluate them for distribution transformers, since most of the existent literature refers to high voltage transformers. The considered methods for this work were the failure detection in the time and frequency domains. For the time domain, the sensibility of different types of measurements, the relation between the direction of the measured current with the type of failure that occurs in the transformer, as well as the relation between the occurrence of high frequency signals and the presence of partial discharges in the transformer were analyzed. In the frequency domain, the capacity of the technique to compare different waveforms, including full and chopped lightning impulses, the relation between the attenuation or shift of the resonant pole of the response with the type of failure that occurred in the transformer were analyzed. The results verified the evaluated topics, with the exception of the failure characterization in the frequency domain, in which it was not possible to find the relation between the transfer function and the type of failure in the transformer. The coherence function was evaluated as a tool capable of determining the reliable frequency range for analysis in the frequency domain and, as a numerical indicator, reducing the subjectivity of fault identification.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior As Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs) são fenômenos que, embora ocorram durante um curto intervalo de tempo, podem resultar em expressivos impactos sobre redes de transmissão/distribuição ou consumidores. Não obstante o tema se apresente contemplado na legislação nacional através dos denominados Fatores de Impacto (FI) que quantificam as ocorrências, não há, todavia, qualquer menção à questão da responsabilidade do evento. Visando oferecer meios para a identificação da origem dos fenômenos, a presente dissertação de mestrado encontra-se focada na proposição de uma estratégia visando a atribuição de responsabilidade do distúrbio aqui considerado. O método encontra-se embasado no emprego de indicadores relacionados com os fatores de desequilíbrios de tensão e corrente, e seus processos de transferência, através dos arranjos utilizados para as conexões dos enrolamentos primário e secundário dos transformadores. A proposta se apresenta como uma alternativa às proposições encontradas na literatura, as quais, até o momento, não evidenciam processos de análise consolidados para uso em campo. Para atender aos propósitos da pesquisa, o trabalho é iniciado com uma fundamentação teórica, baseada na teoria clássica de sistemas elétricos, a partir da qual são estabelecidos os princípios que regem a correlação entre os fatores de desequilíbrios determinados para, um e outro lado, dos transformadores que estabelecem as conexões entre dois agentes envolvidos no estudo, a saber, uma rede a montante e outra a jusante da unidade de interligação dos sistemas. Estabelecido o princípio metodológico, estudos de cunho matemático e computacional são conduzidos envolvendo técnicas de modelagem no domínio da frequência e do tempo. Através de análises dos resultados de desempenho obtidos, é feita uma avaliação da consistência do processo, sua factibilidade para uso em campo e perspectivas quanto ao atendimento aos propósitos estabelecidos. Short Duration Voltage Variations (VTCDs) are phenomena that, although occurring during a short period of time, can result in significant impacts on transmission/distribution networks or consumers. Notwithstanding the fact that this subject is contemplated in national legislation through the so-called Impact Factors (IF) that quantify the occurrences, there is, however, no mention of the issue of responsibility for the event. Aiming to offer ways to identify the origin of the phenomena, this master's dissertation is focused on the proposition of a strategy aimed at attributing responsibility for the herein considered phenomenon. The method is based on the use of indicators related to the factors of voltage and current imbalances, and their transference processes, through the arrangements used for the connections of the transformers primary and secondary windings. The proposal is presented as an alternative to the propositions found in the literature, which, so far, do not show consolidated analysis processes for use in the field. To meet the purposes of the research, the work begins with a theoretical grounds, based on the classical theory of electrical systems, from which the principles governing the correlation between the imbalance factors determined for both sides of the transformers that establish the connections between two agents involved in the study, namely, an upstream and a downstream network of the systems interconnection unit. Once the methodological principle has been established, mathematical and computational studies are carried out involving modelling techniques in the frequency and time domain. Through analysis of the performance results obtained, an evaluation of the consistency of the process, its feasibility for use in the field and perspectives regarding the fulfilment of the established purposes is carried out. Dissertação (Mestrado)

No caso da operação em paralelo de gerador síncrono com gerador assíncrono de indução, o gerador síncrono pode ser motorizado, quando o fornecimento da potência ativa pelo gerador de indução for maior que a potência absorvida pela carga alimentada pelos dois geradores em paralelo. Neste caso, tem-se como alternativa para se evitar esta ocorrência, a diminuição da velocidade do gerador assíncrono, para o propósito da diminuição de sua potência ativa de fornecimento. Esta dissertação descreve uma proposta de um sistema de controle de velocidade discreto para a máquina de indução que contempla esta solução. Uma placa eletrônica de aquisição de dados e um microcomputador são usados para possibilitar a implementação do referido sistema de controle de velocidade proposto, no qual não ocorre geração de harmônicos, porque não há conversores estáticos usando semicondutores conectados aos terminais das máquinas, um aspecto favorável com relação à qualidade de energia elétrica. In the case of parallel operation of a synchronous generator with an asynchronous induction generator, the synchronous generator can be motorized, when the active power supplied by the induction generator is greater than the power absorbed by the load fed by the two generators in parallel. In this case, there is an alternative in order to avoid this occurrence, which is the decrease of the speed of the asynchronous generator, for the purpose of decreasing its active power supplying. This dissertation describes a proposal of a discrete speed control system for the induction machine that contemplates this solution. A data acquisition electronic board and a microcomputer are used to enable the implementation of the referred proposed speed control system, in which harmonics are not generated, because there are no static converters using semiconductors connected at the terminals of the machines, a favorable aspect related to the quality of the electrical energy.

A geração distribuída tem crescido a cada ano como uma forma de diversificação da matriz energética, sendo a energia fotovoltaica uma das mais promissoras em função de ser uma energia limpa e de fácil aproveitamento. Usinas fotovoltaicas de pequeno e médio porte têm sido construídas tanto nos centros urbanos para aproveitamento direto no local de geração, como em regiões mais afastadas, nas quais a energia produzida é transferida à rede elétrica existente das concessionárias locais. O crescimento deste tipo de central de geração, interligada às redes existentes, requer estudos para avaliar os distúrbios que possam afetar a rede e consequentemente os sistemas fotovoltaicos. Neste aspecto, este trabalho tem por objetivo implementar um modelo de sistema de geração fotovoltaica completo e uma rede elétrica de distribuição no software ATP R , através de sua interface gráfica ATPDRAW, com o objetivo de analisar o comportamento destes sistemas, frente a distúrbios transitórios que afetem a sua operação na rede elétrica. O software utilizado, possui grande vantagem na implementação e simulação de eventos elétricos, através de componentes existentes, ou da criação de novos por meio de equações matemáticas. Com isso, através de modelos matemáticos, foram implementados por meio de equações, componentes que representam as características reais, para o funcionamento do sistema por completo. Foi assim observado e validado a aplicação de determinados elementos para a proteção dos sistemas fotovoltaicos, de distúrbios elétricos ocasionados na rede de distribuição. Distributed generation has grown every year as a way of diversifying the energy matrix, with photovoltaic energy being one of the most promising as it is a clean energy that is easy to use. Small and medium-sized photovoltaic plants have been built both in urban centers for direct use at the generation site, as well as in more distant regions, in which the energy produced is transferred to the existing electricity grid of local concessionaires. The growth of this type of generation plant, interconnected to existing grids, requires studies to assess disturbances that may affect the grid and, consequently, the photovoltaic systems. In this aspect, this work aims to implement a complete photovoltaic generation system model and an electrical distribution network in the ATP R software, through its ATPDRAW graphical interface, in order to analyze the behavior of these systems, against transient disturbances that affect its operation in the electrical network. The software used has great advantage in the implementation and simulation of electrical events, through existing components, or the creation of new ones through mathematical equations. With that, through mathematical models, were implemented through equations, components that represent the real characteristics, for the operation of the system as a whole. The application of certain elements for the protection of photovoltaic systems from electrical disturbances caused in the distribution network was thus observed and validated.

O gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos é atualmente um dos grandes problemas da sociedade, pois quando não recebem uma disposição final adequada provocam grandes problemas de saúde, sociais e ambientais. Diante disso, os aterros sanitários apresentam-se como o meio mais indicado para a disposição dos resíduos. Nos aterros, a digestão anaeróbica de resíduos sólidos urbanos que acontece naturalmente, tem aparecido como uma interessante forma de tratamento destes resíduos, visto que o biogás produzido durante o processo pode ser utilizado para a produção de energia elétrica. Durante o processo de digestão anaeróbica há a produção de metano (CH4) que durante a queima para a produção de energia, transforma esse metano em gás carbono (CO2), apresentando uma vantagem para a redução de gases de efeito estufa. Diante disso, este trabalho apresenta um estudo do potencial técnico e econômico da geração de energia para o aproveitamento do biogás do aterro da cidade de Extrema MG por meio de uma rotina desenvolvida nos programas Scilab, Microsoft Excel e LandGEM. Os resultados indicaram que há grande potencial de geração de energia no aterro além de se mostrar um empreendimento economicamente viável. Foram apresentados dois cenários de venda, para venda em leilão de energia e para venda na geração distribuída, o primeiro cenário se mostrou inviável apresentando um prejuízo de R$ 48,81 por MWh e o segundo cenário mostrou que o empreendimento é bom investimento, apresentando um lucro de R$ 74,29 MWh. The management of urban solid waste is currently one of society's greatest problems, because when they do not receive an adequate final disposal, they cause major health, social and environmental problems. Therefore, sanitary landfills are the most suitable means for the disposal of waste. In landfills, the anaerobic digestion of urban solid waste that occurs naturally, has emerged as an interesting way to treat these wastes, since the biogas produced during the process can be used to produce electricity. During the anaerobic digestion process there is the production of methane (CH4) which, during burning for energy production, transforms this methane into carbon gas (CO2), presenting an advantage for the reduction of greenhouse gases. Therefore, this work presents a study of the technical and economic potential of energy generation for the use of biogas from the landfill in the city of Extrema MG through a routine developed in the Scilab, Microsoft Excel and LandGEM programs. The results indicated that there is great potential for energy generation in the landfill, in addition to being an economically viable enterprise. Two scenarios of sale were presented, for sale in energy auction and for sale in distributed generation, the first scenario proved to be unfeasible with a loss of R$ 48.81 per MWh and the second scenario showed that the project is a good investment, presenting a profit of R$ 74.29 MWh.

Embora as Universidades e Institutos Federais brasileiros tenham sido contemplados com algumas descentralizações do poder público para a instalação de sistemas fotovoltaicos para atenuar os gastos com energia elétrica, ainda se faz necessário um incentivo econômico maior do poder público, de modo que, eles possam utilizar melhor as práticas das ciências e tecnologias que desenvolvem de maneira que se tornem sustentáveis energeticamente. O presente trabalho teve por objetivo geral organizar um modelo de negócio de modo estocástico para fomentar o investimento público em sistemas fotovoltaicos no contexto de Geração Distribuída — GD em uma amostra de Institutos Federais de Ensino Superior — IFES, sendo analisadas 9 universidades e 26 campi. Os seguintes objetivos específicos de pesquisa foram investigados por meio da avaliação da viabilidade de geração na própria carga das universidades federais, avaliação da viabilidade de autoconsumo remoto das universidades federais, análise de risco e incerteza em cada um dos casos e por fim organização de um quadro de tomada de decisão de investimento de acordo com a área de concessão de cada universidade federal, de modo a otimizar a sua questão energética e estabelecer um método de tomada de decisão. A análise foi realizada por meio da simulação de Monte Carlo. Por se tratar de alternativas que competem entre si e possuem o mesmo horizonte de tempo, pode-se dizer então, que são alternativas mutuamente excludentes e, portanto, apenas uma será executada (escolhida). E como indicadores para análise foram usados o Valor Presente Líquido, Valor anualizado, Retorno sobre o Investimento e o payback descontado. Com os resultados obtidos, concluiu-se que a instalação de um sistema fotovoltaico em ambos os cenários é viável, porém, como se deve escolher apenas um projeto, a instalação de sistema fotovoltaico em cada campus das universidades é bem mais atrativa como mostraram os estudos. Although Brazilian Universities and Federal Institutes have been awarded some decentralizations of the public power for the installation of photovoltaic systems to mitigate electricity costs, a greater economic incentive from the government is still needed, so that they can use better the practices of the sciences and technologies that they develop in a way that they become energetically sustainable. The present work had as general objective to organize a business model in a stochastic way to foment public investment in photovoltaic systems in the context of Distributed Generation - GD in a sample of Federal Institutes of Higher Education - IFES, being analyzed 9 universities and 26 campuses. The following specific research objectives were investigated by evaluating the feasibility of generation in the federal universities' own load, assessing the feasibility of remote self-consumption of federal universities, analyzing the risk and uncertainty in each case and finally organizing a framework of investment decision-making according to the concession area of each federal university, in order to optimize its energy issue and establish a decision-making method. The analysis was performed using Monte Carlo simulation. As they are alternatives that compete with each other and have the same time horizon, it can be said that they are mutually exclusive alternatives and, therefore, only one will be executed (chosen). And as indicators for analysis, Net Present Value, Annualized Value, Return on Investment and discounted payback were used. With the results obtained, it was concluded that the installation of a photovoltaic system in both scenarios is feasible, however, as only one project should be chosen, the installation of a photovoltaic system in each university campus is much more attractive, as the studies showed.

Agência 1 Fontes de alimentação para dispositivos eletrônicos são cada vez mais um segmento significativo da carga total em redes de energia, as quais muitas podem impactar na qualidade da energia elétrica, assim como podem sofrer com os distúrbios presentes na mesma. Desta forma, muitos padrões e recomendações foram e estão sendo desenvolvidos para melhorar a compatibilidade entre redes elétricas e dispositivos eletrônicos, incluindo padrões que definem limites para distorção e afundamentos de tensão. Neste viés, este trabalho apresenta algumas normas e recomendações pertinentes a distorções harmônicas, assim como recomendações para testes de imunidade de equipamentos submetidos a afundamentos de tensão. Diante disto, foram realizados testes experimentais em um ambiente controlado de laboratório com fontes de computadores, onde os parâmetros básicos foram registrados para permitir uma análise detalhada da condição de alimentação sob diferentes excitações de tensão. Portanto, em uma primeira etapa foi verificado a compatibilidade e imunidade destes objetos de testes frente a altos níveis de harmônicos de tensão e posteriormente, este fenômeno associado a afundamentos de tensão de até 50% da tensão nominal. Com base na temperatura, tensão de saída (CC), corrente consumida e do funcionamento das fontes de alimentação, este trabalho demonstra que estes dispositivos podem tolerar distorções harmônicas de tensão muito maiores do que os limites típicos recomendados (até 10 vezes mais). Também foi verificado que as fontes de alimentação com controle de fator de potência (PFC) toleram níveis ainda mais altos de distorção de tensão, além de apresentarem melhor desempenho e consumirem menor corrente harmônica do que os designs de fonte de alimentação tradicionais. Os resultados mostram que diferentes formas de onda podem afetar o desempenho da carga, principalmente quando ocorrem concomitantemente a afundamentos de tensão, todavia nenhum dano foi observado para este caso. A partir deste trabalho é factível pensar que as regulamentações, principalmente as que tangem as distorções harmônicas, necessitem de estudos e atualizações mais frequentes, haja vista a existência de diversos modelos de equipamentos, além da melhoria no design dos mesmos. Também fica evidente a necessidade de mais investigação com diferentes tipos e topologias de fontes de alimentação para uma avaliação abrangente de seu desempenho, além de avaliar a compatibilidade junto às normas e recomendações, tendo em vista que os atuais limites para distorções harmônicas podem ser considerados bastante severos quanto aos objetos avaliados. Power supplies for electronic devices are increasingly a significant segment of total load in power systems, many of which can impact on the power quality, as well as can suffer from the disturbances present in it. Thus, many standards and recommendations been and are being developed to improve the compatibility between power systems and electronic devices, including standards that define limits for harmonic distortions and voltage sags. In this bias, this work shows some standards and recommendations pertinent of harmonic distortion, as well standards for immunity tests of devices submitted to voltage sags. In face this, experimental tests were realized with computers power supplies in controlled environment laboratory, where the basic parameters were recorded to permit detailed analysis of the power condition under different voltage excitations. Thus, in first step was checked the compatibility and immunity this equipment under test up high levels of voltage harmonic and posteriorly, this phenomena associated to voltage sag up 50% of the nominal voltage. Based on temperature, output voltage (DC), consumption current and function of power supplies, this work proves that this device can supported harmonic voltage distortion much larger than commons limits recommended (up 10 times more). Beside was certificated that the power supplies with power factor corrector (PFC) supported much more high voltage distortion levels, besides to have better performance and consumption less harmonic current than traditional design of power supplies. The results show that different waveform can affect the performance of load, principally when occur concomitantly the voltage sags, however any failure was observed for this case. From this work is feasible to think that the regulations, principally those concern the harmonic distortion, need more frequently studies and updates, considering the existence of many models of devices, in addition the better design in it. Also stay clear the necessity more investigation with different kinds and topology of power supplies for the comprehensive evaluation their performance, besides to evaluate the compatibility with the standards and recommendations, considering that the present harmonic distortion limits can be considerate much severe as to the evaluated objects.

Agência 1 Os sistemas de distribuição de energia elétrica brasileiros têm vivenciado uma profunda mudança desde que foram normatizadas as condições para inserção de novas fontes de energia elétrica denominadas como mini e micro geração distribuída. Essas fontes, compostas por diferentes tipos de tecnologias tais como Centrais Geradoras Eólicas, Fotovoltaicas, Hidrelétricas e Termelétricas têm crescido a passos largos saindo de 6 conexões no ano de 2012 para mais de 300.000 em 2020. Apesar dos benefícios do emprego da geração distribuída (GD) para o sistema elétrico, com a redução das perdas elétricas na distribuição, e para os consumidores, com a possibilidade de utilização dos créditos com excedentes gerados, a utilização destas diferentes tecnologias de geração trazem à tona discussões sobre seus impactos para o sistema. Dentre os impactos, destacam-se os relacionados aos sistemas de proteção nas linhas de distribuição de média tensão que afetam diretamente a confiabilidade do fornecimento de energia para os consumidores podendo, inclusive, se traduzir em multas para as concessionárias. No que diz respeito às metodologias clássicas de proteção das linhas de distribuição, consistindo nas filosofias de proteção seletivas e coordenadas, que levam em conta a sua configuração predominantemente radial, com a presença de uma única fonte, a presença da geração distribuída altera as dinâmicas dos eventos nestes sistemas e com isso tornam as metodologias atuais de proteção obsoletas, sendo necessária a aplicação de metodologias também dinâmicas e mais adaptáveis. Considerando o supracitado, o presente trabalho propõe um estudo dos impactos da geração distribuída para a proteção clássica dos sistemas de distribuição de energia elétrica e a proposição de uma metodologia visando a otimização e correta atuação do sistema de proteção. A metodologia proposta tem por objetivo obter ajustes de proteção otimizados que atendam aos diferentes cenários de operação do sistema com GD, mantendo a seletividade e coordenação entre equipamentos e permitindo o aumento da confiabilidade do sistema. Tal avaliação se dará através de estudo de caso, via software específico para estudos de proteção da distribuição, onde foram modeladas as características reais de um alimentador de uma importante concessionária brasileira que possui conexão com geração distribuída através de fonte hídrica. O estudo desenvolvido evidencia a grande influência da GD nas proteções dos sistemas de distribuição, com impactos mais significativos para a filosofia de proteção coordenada. AlémUNIFEI – UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ XIV disso, verifica-se que a aplicação de ajustes de proteção determinados através da metodologia proposta reduz em aproximadamente 49% os impactos da entrada da GD no sistema quando comparado ao sistema com metodologia de proteção convencional aplicada, mantendo ainda as filosofias seletiva e coordenada nos seus diferentes cenários de operação. The Brazilian distribution systems have experimented a profound change since the conditions for inserting new sources of electric power in these systems called mini and micro distributed generation were standardized. These sources, composed of different types of technologies such as Wind Power, Photovoltaic, Hydroelectric and Thermoelectric Power Plants have grown at a rapid pace from 6 connections in 2012 to more than 300,000 in 2020. Despite the benefits of using distributed generation (DG) for the electrical system, with the reduction of electrical losses in distribution, and for customers, with the possibility of using credits with surpluses generated, the use of these different generation technologies unleashes discussions about its impacts on the system. Among the impacts, we can emphasize those related to the protection systems in the distribution lines that directly affect the reliability of the energy supply to customers, and can even turn into fines for the utilities. Regarding the classic methodologies for protecting distribution lines, consisting of selective and coordinated protection philosophies, which take into account their predominance of radial configuration, with the presence of a single source, the presence of the distributed generation changes the dynamics events in these systems and thereby make current protection methodologies obsolete, requiring the application of dynamic and more adaptable methodologies. Considering the above, the present work proposes a study of the impacts of distributed generation for the classical protection of electrical power distribution systems and the proposal of a protection methodology aiming at the optimization and correct performance of the protection system. The proposed methodology aims to obtain optimized protection settings that attend to the different operating scenarios of the system with DG, maintaining selectivity and coordination among equipment and allowing the increase of system reliability. This evaluation will be done through a case study, using specific software for distribution protection studies, where the real characteristics of a feeder from an important Brazilian Utility that has a connection with distributed generation through hydroelectric power were modeled. The developed study evidences the significant influence of DG on the distribution systems protection, with more significant impacts in the coordinated protection philosophy.UNIFEI – UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ XVI Furthermore, it is verified that the application of the protection settings determined through the proposed methodology reduces the impacts of the entry of DG in the system by approximately 49% when compared to the system with conventional protection methodology applied, maintaining the selective and coordinated philosophies in the different operating scenarios.

As variações de tensão de curta duração (VTCDs) são eventos que afetam a qualidade da energia elétrica e que podem causar grandes prejuízos financeiros aos consumidores industriais que possuem cargas sensíveis a este distúrbio, além de prejudicar a segurança e a confiabilidade dos processos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), reconhecendo a importância do assunto, estabeleceu por meio dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) o indicador Fator de Impacto para quantificar o desempenho dos barramentos de um sistema de distribuição sob o ponto de vista das VTCDs. Todavia, o fator de impacto base proposto na regulamentação é único, não considerando as diferenças que os sistemas de distribuição possuem com relação aos potenciais causadores do evento. Neste contexto, esta tese apresenta uma metodologia para o estabelecimento de fatores de impacto base distintos para cada sistema de distribuição. O trabalho é focado em determinar quais variáveis melhor descrevem o distúrbio e, a partir destas, estabelecer agrupamentos que permitam uma definição de fatores de impacto base mais adequados, considerando as especificidades dos sistemas de distribuição. Para testar a metodologia proposta, utilizaram-se dados reais de uma concessionária do sistema elétrico brasileiro. Foram monitoradas, por meio de medidores de qualidade da energia elétrica, dezenove barras de média tensão em subestações de distribuição. A metodologia apresentada é genérica e pode ser aplicada em qualquer sistema de distribuição do Brasil, ou até mesmo de outros países que venham a adotar indicador semelhante ao Fator de Impacto. Os resultados obtidos no estudo de caso mostraram que, com as variáveis selecionadas e com os agrupamentos formados, é possível estabelecer fatores de impacto base distintos para cada sistema de distribuição, que levam em consideração o desempenho dos sistemas semelhantes. A aplicação da metodologia traz benefícios para o setor elétrico, principalmente para os consumidores que possuem cargas sensíveis as variações de tensão de curta duração, uma vez que estabelece fatores de impacto base que incentivam a melhora da qualidade da energia elétrica. Short-term voltage variations (STVVs) are events that affect the power quality and can cause great financial losses to industrial consumers who have loads sensitive to this disturbance, in addition to impairing the safety and reliability of processes. ANEEL, recognizing the importance of the matter, established through PRODIST the Impact Factor index to quantify the performance of the buses of a distribution system from the point of view of the STVVs. However, the base impact factor proposed in the regulation is unique, not considering the differences that the distribution systems have in relation to the potential cause of the event. In this context, this thesis presents a methodology for establishing different base impact factors for each distribution system. The work is focused on determining which variables best describe the disturbance and from these, establish clusters that allow a definition of more suitable base impact factors, considering the specificities of the distribution systems. To test the proposed methodology, real data from a concessionaire of the Brazilian electrical system was used. Nineteen substation bars were monitored through power quality meters. The methodology presented is generic and can be applied in any distribution system in Brazil, or even in other countries that may adopt an index similar to the impact factor. The results obtained in the case study showed that with the selected variables and the formed groups, it was possible to establish different base impact factors for each distribution system, which take into account the performance of similar systems. The application of the methodology brings benefits to the electricity sector, especially for consumers who have loads that are sensitive to short-term voltage variations, since it establishes basic impact factors that promote the improvement of the power quality.

Os projetos executivos são necessários para construção de uma Subestação Elétrica (SE) de transmissão, e um destes é o projeto eletromecânico. Dentre as diversas atribuições da disciplina eletromecânica, destacam-se os requisitos para estruturas, constituídos por desenhos, diagramas e memoriais de cálculo dos esforços aplicados por barramentos rígidos ou flexíveis às estruturas suportes. São abordados os barramentos flexíveis, cujos esforços supramencionados, classificados em estáticos ou dinâmicos, ocorrem devido à tração, peso, incidência de vento e/ou curto-circuito. Os métodos para determinação de cada esforço constam principalmente em normas técnicas, mas também em outras referências bibliográficas. Ao analisá-las, nota-se uma carência de orientação sobre a forma de aplicação dessas em um dimensionamento completo. Além disto, verifica-se a inexistência de uma ferramenta computacional, disponível profissionalmente, que seja útil às empresas projetistas. Por isto, o objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia unificada e sua implementação computacional, para dimensionamento eletromecânico completo dos esforços de barramentos flexíveis em Ses. Detalham-se a metodologia proposta e a implementação do programa desenvolvido em MATLAB. Apresentam-se algumas simulações de dimensionamentos, baseadas em arranjos típicos de barramentos de Ses, além de exemplos de análises de sensibilidades de variáveis, utilizando uma funcionalidade implementada que auxilia o engenheiro na tomada de decisões para otimização dos esforços. A validação da metodologia unificada é realizada por meio de comparações com resultados de exemplos constantes nas normas técnicas e outras referências selecionadas. Portanto, o presente trabalho possui como principal contribuição a proposta de uma metodologia unificada, possuindo aplicação prática através de um programa computacional. A ferramenta apresenta potencial comercial e, inclusive, já vem sendo utilizada profissionalmente. Adicionalmente, esta pesquisa ajuda a preencher uma lacuna identificada na bibliografia atual, condensando diversas informações a respeito do dimensionamento dos esforços de barramentos flexíveis. Serve também como um guia profissional para os engenheiros da área. Executive design is necessary to build an electrical transmission substation (SE). One component of such work is the electromechanical design. Among the various attributions of the electromechanical subject, the requirements for structures stand out. They consist of drawings, diagrams, and memorials used to calculate the efforts applied by rigid or flexible busbars on their supporting structures. Flexible busbars, whose efforts mentioned above, are classified as static or dynamic. They occur due to busbar traction and weight, wind incidence and short-circuit situations. Even though, the methods to determine each effort are mainly contained in technical standards, plus are also brought by other bibliographic references. However, this information lacks guidance on how to combine them in a full design. Besides, there is no computational tool, professionally available, that is useful to design companies. This work’s main objective is the development of a unified methodology, and its computational implementation, for the complete electromechanical design of flexible busbars efforts in Ses. The proposed methodology and the software’s implementation are detailed. Some design simulations are presented, based on typical busbar arrangements of Ses, as well as examples of sensitivity analyses of variables, using an implemented functionality that assists the engineer in decisions to optimize the efforts’ values. The unified methodology validation is performed through comparisons with results from examples contained in the technical standards and other selected references. Therefore, the present work has as main contribution the development of the unified methodology, with practical application through a software. The tool has commercial potential and has already been used professionally. In addition, this research helps to fill a gap identified in the current bibliography and cover several information regarding the design of flexible busbar efforts. This can also serve as a professional guide for engineers.

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento O conceito de capacidade de hospedagem (CH) está se tornando mais difundido, já que é uma abordagem abrangente que permite entender os impactos da geração distribuída nas redes. Vários métodos de cálculo da CH foram desenvolvidos nos últimos anos e são classificados basicamente em determinísticos, estocásticos e séries temporais, cada qual com os seus respectivos prós e contras. Dentro desse contexto, neste trabalho é proposta uma metodologia híbrida que combina os métodos determinísticos e de séries temporais, no cálculo da CH de um alimentador real, situado em Poços de Caldas, MG, da concessionária DMED. O referido alimentador foi modelado e analisado levando-se em consideração variações de cargas e de potência injetada por fontes de geração distribuída nas diferentes barras que compõem o sistema. Por fim, os resultados alcançados demonstram a eficácia da metodologia proposta e coerência com os métodos tradicionais. The concept of hosting capacity (HC) is becoming more widespread, as it is an approach of ample scope and brings with it an understanding into the impacts of distributed generation on grids. Various methods for calculating HC have been developed over recent years and are classified as deterministic, stochastic and time series, each with its respective pros and cons. Within this context, the author of the present thesis proposes a hybrid methodology that combines the deterministic and time series methods into the HC calculation of a real feeder, located in Poços de Caldas, MG, from the energy utility DMED. The feeder referred to herein was modelled and analyzed, while taking into consideration variations in loads and power injected by distributed generation (DG) sources on different buses that make up the system. Finally, the results obtained demonstrate the efficiency of the proposed method. Tese (Doutorado)

A energia fotovoltaica tem se consolidado como elemento fundamental nas matrizes energéticas renováveis. O avanço mundial da tecnologia se reflete no desenvolvimento no Brasil, com a ampliação contínua na participação na matriz energética nacional. Diante desse cenário, estudar as condições de implantação e principalmente de eficiência desses sistemas, faz­-se necessário para a garantia de um rendimento ideal. Um dos pontos principais na análise de eficiência de um sistema fotovoltaico é a de conversão dos inversores, na qual ponderando-­se as particularidades da situação brasileira se faz pertinente principalmente no que diz respeito à radiação solar. Tomando-­se por base os sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFVCR), é aprofundado o assunto em equações de eficiência de inversores utilizadas pelo mundo, como a Equação de eficiência Europeia e também a Equação de eficiência Californiana, ambas geradas através da análise de um ponto específico da região. Após a análise das equações existentes, aborda-­se o histórico de 11 anos de radiação no estado do Paraná, situado no Sul do Brasil, considerando essa radiação para levantar o comportamento da irradiância média por hora no estado e propor uma equação de eficiência baseada nas características territoriais. Com essa equação pode-­se entender o comportamento dos inversores de mercado na região, e apresentar quais características são desejáveis para maior geração de energia com essa tecnologia. Diferente das equações Europeia e Californiana, a equação proposta faz uma análise média entre toda a extensão territorial, considerando 25 estações solarimétricas do INMET espalhadas pelo estado, trazendo uma análise com menor probabilidade de erros considerando a região como um todo. Photovoltaic Energy is considered a fundamental element when it comes to sustainable and clean energy. Developed countries already have solar energy as a considerable part of their energy mix. On the other hand, the actions in Brazil towards this topic are at early stage, but with an outstanding upcoming growth perspective in the next years due to proper solar radiation distribution in the country territory. In this scenario, it is relevant to study implementation conditions and photovoltaic inverter conversion efficiency considering solar radiation for Brazilian particularities. Starting from several efficiency equations were studied, including European and California models, this work ion. Considering Inverter Efficiency Equations for Photovoltaic systems throughout the world, mainly Californian and European models which were originated from data captured from a single location, this study gathers the 11­year database of radiation in the state of Paraná in southern Brazil in several locations in order to raise the irradiance behavior in the state and propose an efficiency equation based on territorial characteristics. This method reveals less variation and more assertive results than the other international equations. With this equation, it is possible to understand the behavior of market inverters in the region and show which characteristics are desirable.

Agência 1 The monitoring of generators’ condition is very desirable for a reliable operation of a hydropower plant. Maintenance activities can be scheduled to avoid unexpected failures that can lead to months or years of machines stopped without generation. Studies indicate that stator insulation is the leading cause of generator failure. In this sense, the proposal methodology’s base is the monitorization of the actual health stage of the stator insulation system of hydro generators. Partial discharge tests in stator windings are applied to access the insulation condition. An algorithm to estimate the remaining useful life is the main contribution of this work. This estimation is based on both statistical evaluations of hydro generators and the stator insulation system’s actual condition. Accelerated aging tests in stator specimens with wide variables acquisition are performed to understand the aging process. The proposed algorithm is tested in simulated cases and real data from a thermal cycle test, which observed an insulation breakdown. O monitoramento da condição dos geradores é muito desejável para uma operação confiável de uma usina hidrelétrica. As atividades de manutenção podem ser programadas para evitar falhas inesperadas que podem levar a meses ou anos de máquinas paradas sem geração. Estudos indicam que o isolamento do estator é a principal causa de falha do gerador. Nesse sentido, a base da metodologia proposta é o monitoramento do estado atual do sistema de isolamento do estator de hidrogeradores. Testes de descarga parcial nos enrolamentos do estator são aplicados para acessar a condição de isolamento. Um algoritmo para estimar a vida útil remanescente é a principal contribuição deste trabalho. Esta estimativa é baseada em avaliações estatísticas de hidro-geradores e na condição real do sistema de isolamento do estator. Testes de envelhecimento acelerado em amostras de estator com ampla aquisição de variáveis são realizados para entender o processo de envelhecimento. O algoritmo proposto é testado em casos simulados e em dados reais de um ensaio de ciclo térmico, no qual foi observado a ruptura do isolamento.

Agência 1 A acelerada expansão da micro e mini geração distribuída (MMGD), associada ao sistema de compensação de energia elétrica (SCEE), resulta em impacto negativo às distribuidoras e consumidores que não possuem esse tipo de tecnologia, em especial a geração fotovoltaica. Nos últimos anos, a Agência Nacional de Energia Elétrica tem buscado alterações à Resolução Normativa nº. 482 de 2012 de forma a proporcionar um ambiente mais equilibrado e justo. No entanto, percebe-se certa a dificuldade por parte da Agência em alcançar tal resultado. A partir desse contexto e, objetivando contribuir com os aprimoramentos regulatórios, mas, explorando alternativas ainda não discutidas no ambiente de debate público promovido pelo órgão regulador, esta dissertação propõe, a partir da utilização do modelo econômico de mercado “TAROT – Tarifação Otimizada”, avaliar cenários de negócios sustentáveis de MMGD para o tipo “Geração Compartilhada” – ou seja, este trabalho isola um tipo específico de MMGD e avalia cenários de negócios sustentáveis. A relevância, justificativa e contribuição desta pesquisa residem em buscar alternativas sustentáveis para o desenvolvimento da MMGD e, ao mesmo tempo, do segmento de distribuição de energia elétrica. Para atingir esse o objetivo, foi realizada ampla pesquisa nacional e internacional, optando-se por avaliar modelos de negócios implementados em outros países: optou-se por modelo baseado no conceito de “Comunidade Solar”. Foram realizadas diversas modelagens, a partir de dados reais de uma distribuidora de energia elétrica, explorando diferentes cenários, cujos resultados se mostraram favoráveis à implementação desse tipo de negócio no Brasil The accelerated expansion of micro and mini distributed generation (MMGD), associated with the net metering system (SCEE), have a negative impact on power distribution companies and consumers who do not have this type of technology. In recent years, Brazilian Electricity Agency – ANEEL has been seeking changes to Normative Resolution nº. 482 of 2012 in order to provide a more balanced and fair environment. However, the Agency's difficulty in achieving this result is clear. From this context and, aiming to contribute to regulatory improvements, but, exploring alternatives not yet discussed in the public debate environment promoted by the regulatory agency, this dissertation proposes, using the economic market model “TAROT – Optimized Tariff”, to evaluate business scenarios sustainable MMGD for the “Shared Generation” type - that is, this work isolates a specific type of MMGD and assesses sustainable business scenarios. The relevance, justification and contribution of this research lies in the search for sustainable alternatives for the development of MMGD and, at the same time, the electric energy distribution segment. To achieve this objective, extensive national and international research were carried out, choosing to evaluate business models implemented in other countries: a model based on the concept of “Solar Community” was chosen. Several modeling was carried out, based on real data from a utility, exploring different scenarios, the results of which were favorable to the implementation of this type of business in Brazil.

Agência 1 A Teoria Fasorial Clássica remonta ao trabalho pioneiro de Charles Proteus Steinmetz no estudo de circuitos elétricos de corrente alternada. Segundo Steinmetz, um fasor clássico ou estático é um número complexo que representa uma função senoidal cuja amplitude, fase e frequência angular são constantes e transforma equações diferenciais ordinárias com coeficientes constantes, que por sua vez são modelos para circuitos elétricos de corrente alternada, em sistemas lineares com coeficientes complexos. Quando a amplitude, a fase ou a frequência angular não é mais constante, a teoria sobre os fasores deve ser adaptada de modo a preservar os resultados clássicos. Nesta nova teoria, que lida com uma grande classe de funções, e não apenas as funções senoidais, o fasor é denominado dinâmico ou fasor variável no tempo. Seguindo esta linha, o principal objetivo deste trabalho é apresentar três novas teorias sobre fasores dinâmicos construídas a partir de transformadas integrais, a saber, a transformada de Fourier de curto termo, a transformada generalizada de Laplace e a transformada de Hilbert. Mais precisamente, os fasores dinâmicos surgem através de operadores lineares injetores entre espaços vetoriais adequados e têm propriedades semelhantes às dos fasores dinâmicos usualmente encontrados na literatura. The Classical Phasor Theory goes back to the pioneer work of Charles Proteus Steinmetz in the study of alternating current electrical circuits. According to Steinmetz, a classical or static phasor is a complex number that represents a sinusoidal function whose amplitude, phase and angular frequency are constants and it transforms ordinary differential equations with constant coefficients, which are models for alternating current electrical circuits, in linear systems with complex coefficients. When either amplitude, phase or angular frequency is no longer constant, the phasor theory must be adapted in such a way to preserve the classical results. In this new theory, which deals with a large class of functions rather than only sinusoidal functions, the phasor is called dynamic or timevariable phasor. Following this line, the main objective of this work is to present three new theories about dynamic phasors built from integral transforms, namely, the short-term Fourier transform, the generalized Laplace transform and the Hilbert transform. More precisely, the dynamic phasors arise through injective linear operators between suitable vector spaces and they have similar properties to those of the dynamic phasors usually found in the literature.

Agência 1 O presente trabalho apresenta os resultados de uma investigação do impacto dos distúrbios da qualidade da energia elétrica nas tecnologia LED de iluminação. Tais distúrbios quando presentes no sistema elétrico, podem causar danos aos equipamentos mais sensíveis. Ao mesmo tempo, a não-linearidade das novas tecnologias de iluminação pode gerar poluições no sistema de distribuição e consequentemente causarem problemas de qualidade da energia elétrica no sistema de distribuição. Neste cenário, a disseminação do uso das lâmpadas e refletores LED nos últimos anos se tornou uma preocupação de diversos pesquisadores no mundo. A fim de determinar essa relação causa-efeito entre a iluminação LED e o sistema de distribuição, este trabalho utilizou lâmpadas de baixa potência, normalmente utilizadas na iluminação residencial e lâmpadas de mais alta potência, utilizadas na indústria e para iluminação pública. Essas lâmpadas foram testadas em ambiente laboratorial, onde é possível controlar as variáveis a fim de determinar o comportamento singular de cada tecnologia estudada. Adicionalmente, o impacto desta nova tecnologia de iluminação sobre os indicadores de qualidade de energia nos sistemas de distribuição pôde ser verificado através de medições em instalações que apresentam grandes quantidades de lâmpadas LED. This work presents the results of an investigation of the impact of power quality disturbances in LED lighting technology. When existing such disturbances in the electrical system, they can cause damage to the most sensitive equipments. At the same time, the non-linearity feature of new lighting technologies may generate disturbances in the distribution system and consequently, cause power quality problems in the distribution system. In this scene, the widespread use of LED lamps and flooglights, in recent years, has become a concern for several worldwide’s researchers. In order to determine this cause-effect relationship between LED lighting and the distribution system, this work tested low power lamps, normally used in residential illumination and higher power lamps, used in industry and for public lighting. These lamps were tested in a laboratory setting, where it was possible to control the variables in order to determine the unique behavior of each technology studied. In addition, the new lighting technology’s impact on the power quality indicators in the distribution systems could be verified through measurements in establishment that have large quantities of LED lamps.

Agência 1 São várias as razões para se escrever um trabalho relacionado aos sistema de transmissão em corrente contínua, se destacam a rápida e precisa controlabilidade do elos de corrente contínua e as possibilidades de suas aplicações de forma a contribuir com o amortecimento de oscilações eletromecânicas no sistema elétrico de potência. O presente documento aborda os principais aspectos sobre o sistemas de controle das interconexões em CCAT. Após vários anos de utilização em diversos sistemas elétricos pelo mundo, é notório o sucesso relacionado a essas conexões em corrente contínua, o texto tem o objetivo de apresentar o comportamento em regime permanente e o comportamento dinâmico desses sistemas, de forma que possamos entender as exigências mínimas para um controle preciso e robusto em sistemas de transmissão baseado no princípio dos conversores fonte de corrente (CSC), denominados comercialmente de classic converters. There are several reasons for writing a document related to the high voltage direct current transmission system, highlighting the fast and precise controllability of the HVDC and the possibilities of their applications in order to contribute to the damping of electromechanical oscillations in the electric power system. This document addresses the main aspects of the HVDC control systems. After several years in various electrical systems in use around the world, is notorious the success related to these HVDC connections, the text aims to present the behavior in steady state and dynamic behavior of these systems, so that we can understand the minimum requirements for robust and precise control for a transmission systems based on the principle of current source converters (CSC), known commercially for classic converters.