Mestrado em Engenharia Elétrica
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Navegando Mestrado em Engenharia Elétrica por Autor "Afonso, Márcio Matias"
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Item Abordagem multicritério na otimização de linhas aéreas de transmissão(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2019-04-26) Resende, Paula Carvalho; Afonso, Márcio Matias; Schroeder, Marco Aurélio de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/0007332204631197; http://lattes.cnpq.br/2927636393829724; http://lattes.cnpq.br/4425879041210715; Afonso, Márcio Matias ; Schroeder, Marco Aurélio de Oliveira ; Alípio, Rafael Silva ; Lisboa, Adriano ChavesA otimização de problemas reais envolve cada vez mais variáveis, objetivos conflitantes a serem alcançados e restrições. Com o aumento desses parâmetros há um aumento nos conjuntos de soluções eficientes para a solução do problema. Nos problemas de linhas de transmissão não seria diferente. Com o aumento da demanda de energia elétrica, os estudos das técnicas que melhorem o desempenho da linha e a capacidade de transmissão estão em evidência. Dentro desse contexto, as técnicas de recapacitação não convencionais tem como objetivo maximizar a potência natural das linhas por meio da adequação dos seus parâmetros elétricos. Essa adequação é obtida pela otimização da configuração geométrica dos condutores da linha de transmissão. Contudo, devido ao número de variáveis e objetivos a serem alcançados, o resultado final dessa otimização se dá por um conjunto de soluções não-dominadas. Assim, introduz-se o problema da decisão, ou seja, escolher entre várias soluções ótimas aquela que for mais satisfatória considerando as preferências do decisor. Dessa forma, esse trabalho propõe uma metodologia e ferramenta computacional que busca maximizar a potência natural e minimizar os campos elétrico e magnético ao nível do solo, sem violar as restrições geométricas e elétricas impostas pelo problema. Para isso, utiliza-se a estratégia populacional do algoritmo de Evolução Diferencial para obter o conjunto de soluções ótimas pertencentes à fronteira Pareto-ótima. Para auxiliar o decisor na escolha de uma única solução final, que satisfaça suas preferências, aplica-se os métodos de tomada de decisão, um pertencente à Escola Americana, SMARTS; e outro da Escola Francesa, PROMETHEE II. Todos os resultados obtidos por ambos métodos de decisão na escolha da solução final da otimização multiobjetivo de LTs foram eficientes, contudo, o PROMETHEE II representa melhor as preferências do decisor, mas necessita de um custo computacional maior.Item Avaliação de buchas de transformadores utilizando métodos sem malha(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-01-25) Silva, Paulo Roberto Costa da; Coppoli, Eduardo Henrique da Rocha; http://lattes.cnpq.br/0672703814158202; Coppoli, Eduardo Henrique da Rocha; Afonso, Márcio Matias; Poubel, Rafael Paulo Braga; Pinto, Alfred Gimpel MoreiraA aplicação de Métodos sem Malha (meshless methods) é extremamente promissora no campo da engenharia. A utilização deste método numérico para estudo e análise da integridade de buchas isolantes de alta tensão permite obter resultados mais precisos das condições elétricas e físicas, auxiliando no desenvolvimento de projetos, bem como na avaliação operacional. Neste contexto, este trabalho visa apresentar uma modelagem numérica e computacional baseada no Método de Galerkin Sem Elementos (EFGM) aplicada ao cômputo de campos elétricos sobre a parte isolante das buchas de alta tensão e seu entorno. Esta classe de método tem como principal característica a não necessidade de uma malha de elementos, diferindo assim, do Método de Elementos Finitos tradicional, o que o permite facilmente trabalhar com geometrias variadas, possibilitando o deslocamento dos nós de avaliação para regiões de interesse. Este método é normalmente utilizado para solução de equações diferenciais parciais, tendo aplicações crescentes para cálculos de campos eletromagnéticos, e para o desenvolvimento de equipamentos elétricos. Neste trabalho foi utilizada uma bucha hipotética, com desenvolvimento computacional da sua geometria com inclusões de falhas para análise do comportamento do campo elétrico sobre a parte isolante da bucha de alta tensão, seguindo as especificações normalizadas e em suas condições operacionais críticas, a fim de obter informações quanto a integridade da referida bucha de alta tensão. O método (EFGM) apresenta boa convergência, e em diversos casos tendo melhores respostas que os métodos consolidados como o Método de Elementos Finitos (FEM).Item Avaliação do desempenho do relé de distância em linhas de transmissão com compensação série controlada por tiristor(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018) Ferreira, Mateus Andrade; Alípio, Rafael Silva; Silveira, Eduardo Gonzaga da; http://lattes.cnpq.br/2888501805559990; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; http://lattes.cnpq.br/8427145295817052; Alípio, Rafael Silva; Silveira, Eduardo Gonzaga da; Luiz, Alex-Sander Amável; Afonso, Márcio Matias; Pereira Filho, Clever SebastiãoEste trabalho tem como propósito apresentar a avaliação do desempenho da função de distância do relé de proteção quando aplicado em linhas de transmissão com compensação série fixa e controlada por TCSC (Thyristor-Controlled Series Capacitor). Este tipo de proteção tem seu funcionamento baseado na impedância da linha, portanto é afetada por problemas relacionados a compensação série. São apresentadas as principais características de funcionamento deste tipo de compensação com maior ênfase no sistema controlado. Também são apontados os efeitos mais comuns da compensação série no funcionamento da proteção de distância. A maioria destes efeitos estão relacionados com a mudança na impedância da linha protegida, no entanto também tem relação com outros fenômenos, como transitórios e pela atuação de sistemas de proteção dos capacitores. Para a avaliação proposta foi desenvolvida uma montagem prática de linha de transmissão com tensão reduzida, assim como um módulo de TCSC trifásico que permite compensar a linha em até 40%. Estão descritos ensaios em que foram simulados diferentes tipos de faltas com diversas características de compensação em um ponto específico do sistema proposto. Durante os testes as tensões e correntes do sistema são amostrados por meio de uma placa de aquisição de dados e posteriormente processados em um algoritmo, desenvolvido no software Matlab, que simula a função de proteção de distância de característica MHO de um relé. Uma simulação computacional com características semelhantes à da abordagem prática foi desenvolvida no software Simulink para validação dos resultados. Por fim, são apresentadas as conclusões da análise.Item Controle de frequência em redes de energia elétrica com alta penetração de fontes renováveis variáveis por meio de cortes de carga e geração e uso de baterias(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2023-07-12) Guerra, Raquel de Caux; Resende, Úrsula do Carmo; Poubel, Raphael Paulo Braga; http://lattes.cnpq.br/0269668020265123; http://lattes.cnpq.br/2792357895049279; Resende, Úrsula do Carmo; Poubel, Raphael Paulo Braga; Ledesma, Jorge Javier Gimenez; Peres, Wesley; Afonso, Márcio MatiasTradicionalmente, visando sobretudo o aproveitamento da economia de escala, no cenário mundial, os sistemas elétricos de potência (SEP) são marcados por geração centralizada, em que se verificam plantas de geração de elevadas capacidades, situadas longe dos centros de consumo. Contudo, em função de questões técnicas, ambientais, sociais e econômicas, nos últimos anos vem se observando mudanças de paradigma na arquitetura do setor elétrico caracterizada pela expansão do uso de fontes de energia eólica e fotovoltaica, consideradas fontes energéticas renováveis variáveis (FERV). A incorporação de FERV pode ocasionar muitos desafios técnicos, já que, devido à natureza flutuante dos recursos, o desbalanço entre geração e demanda se torna mais frequente e intenso, ensejando em problemas de estabilidade de frequência na rede de energia elétrica. Assim, tendo em vista a necessidade de operar um sistema elétrico de forma robusta e confiável e a crescente expansão de FERVs, este trabalho propõe uma metodologia para controle de frequência em sistemas elétricos com alta injeção de FERVs, utilizando-se de cortes ótimos de carga e geração e a integração de bateria na rede. Para tal, foi formulado um problema de otimização que contempla as particularidades dos geradores eólicos, as características de droop dos geradores despacháveis, bem como o acionamento de carregamento /descarregamento de uma bateria. Para a identificação ótima dos cortes optou-se por utilizar o algoritmo meta-heurístico Enxame de Partículas.Item Estudo de diferentes tipos de excitação de antenas de microfita utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Soares, Wagner Cardoso; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; http://lattes.cnpq.br/2937627019684039; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; Afonso, Márcio Matias; Carvalho Júnior, Dalmy Freitas deAntenas de microfita, no geral, são usadas em aplicações automotivas, aeronáuticas, aeroespaciais, em que se é exigido tamanho, peso e custo reduzidos, alto desempenho, facilidade de instalação e perfil aerodinâmico. Para o projeto destas antenas, programas computacionais são necessários para se verificar o funcionamento das mesmas em determinadas bandas de frequências. Estes programas permitem a simulação de diferentes geometrias da antena, com variações de material sem a necessidade de construção de protótipos, o que possibilita redução de tempo e custo de projeto. Há diversos métodos numéricos para simulação de antenas de microfita, destacando-se MoM, FEM e FDTD. Neste trabalho foi escolhido o FDTD dentre estes, uma vez que a antena projetada possui geometria complexa para operar em banda ultra larga e dielétrico de fibra de vidro FR-4, o qual é um material com perdas e este método obtém bom desempenho para a simulação de antenas com esta configuração. Para validar o código FDTD, primeiramente foi simulada uma antena de geometria mais simples. Uma vez que o código foi validado, o mesmo foi submetido a testes para verificação das influências de configurações gerais do programa no resultado da antena, como passo de tempo, geometria da antena, definição de pontos de excitação e medição e passo de tempo para liberação do pulso de excitação. Como a antena escolhida no projeto possui geometria complexa e material dielétrico com perdas, foi necessária a investigação da fonte de excitação mais apropriada para o problema, dentre estas: fonte resistiva de tensão, parede magnética e subtração da onda incidente da onda total. Para comparação dos resultados simulados, foi feita a simulação da mesma geometria de antena em software comercial. Os resultados das simulações de cada uma das fontes de excitação investigadas demonstram que todas geraram boa correspondência quando comparadas com a curva gerada pelo software comercial, sendo destacado o resultado da parede magnética. A antena desenvolvida foi construída após a validação da simulação. Foi usada uma placa de fibra de vidro de dupla face com dielétrico em FR-4 para construção da antena com as dimensões utilizadas para a simulação. Para evitar ruídos na medição da perda de retorno, a antena foi inserida em uma câmara anecoica. Houve uma boa correspondência entre as simulações realizadas no software FDTD desenvolvido no trabalho, a simulação no programa comercial e a medição da antena construída.Item Magneto-inductive waves in metamaterial-based wireless power transfer systems(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2023-05-26) Freitas, Felipe Machado de; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; Vollaire, Christian; Afonso, Márcio MatiasThis work proposes a method of analysis of printed Magnetic Coupled Wireless Power Transfer (MCWPT) systems operating in a few MHz based on Circuit Model (CM). Initially, the effect of resonant surfaces on wireless energy transmission and the advantages of their use are discussed. Therefore, the resulting increase in efficiency is discussed based on the Magneto-Inductive Waves (MIW) theory. Furthermore, the feasibility of using metasurfaces in Wireless Power Transfer (WPT) systems where the transmitter and receiver are misaligned or are coplanar is analyzed. Finally, possibilities for optimizing the impedance of WPT systems to increase transmission efficiency are also presented. An analytical model is proposed to calculate the self-inductance of printed inductors, their characteristic resistance, and the mutual inductance between coils. The presented formulation for calculating the mutual inductance between inductors is based on Neumann’s formula. Due to the generality of this approach, it can also be applied to more complex structures, such as metasurfaces. In the analysis of the MCWPT CM, it is considered that the unknown current along the microstrip is considered as a single value distributed in each modeled coil. First, computational aspects related to model implementation are discussed. Then, the calculated results are compared step by step with commercial software based on electromagnetic methods in the frequency domain. Then, the microstrip model is experimentally validated with measurements of transmission coefficients from an MCWPT printed in FR4, operating at 24𝑀𝐻𝑧. A new design based on printed square coils is also proposed, but now with reduced size and working at 13.56 𝑀𝐻𝑧. A frequency domain analysis on how the frequency and receiver position on the metasurface affect efficiency is done. Then, the variation of the input impedance and the current distribution on the surface of the metamaterial are analyzed in relation to the variations in the position of the receiver and in the charge rate on the resonant surface. For this, the MIW theory is used in a specific application: Passive Position Tracking in Dynamic MCWPT Systems. Finally, it discusses the importance of knowing the current distribution and impedance optimization parameters for an MCWPT system. The results show that the proposed method is valid for modeling printed inductors. In addition, the model proved to be computationally more efficient for the analysis of large systems when compared to commercial full-wave simulation software, and the practical results point to conformity.