Mestrado em Engenharia Elétrica

URI Permanente para esta coleção

https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/627

Navegar

Agora exibindo 1 - 20 de 71

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; Márcio Matias Afonso; Marco Aurélio de Oliveira Schroeder; Rafael Silva Alípio; Adriano Chaves Lisboa
A 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.
Acoplamento circuito-campo em sistemas elétricos utilizando o método de Galerkin sem elementos – EFGM
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020-11-30) Monteiro, Gleyde Simone de Caires; Coppoli, Eduardo Henrique da Rocha; http://lattes.cnpq.br/0672703814158202; Eduardo Henrique da Rocha Coppoli; Úrsula do Carmo Resende; Alfred Gimpel Moreira Pinto; Raphael Paulo Braga Poubel
A utilização de métodos numéricos para estudo e análise de sistemas de transmissão de energia mais complexos, torna-se cada vez mais efetivo, obtendo-se resultados mais próximo às condições físicas reais, devido ao desenvolvimento tecnológico. Neste contexto, este trabalho visa apresentar uma modelagem numérica e computacional baseada no Método de Galerkin Sem Elementos (EFGM) aplicada ao cômputo de campos magnéticos, bem como das tensões e correntes induzidas nas proximidades de circuitos elétricos e de Linhas de Transmissão de alta tensão (LTs). A principal característica deste método, como bem diz seu nome, é a não necessidade de uma malha de elementos, como acontece no Método de Elementos Finitos, o que o permite trabalhar com geometrias variadas com certa facilidade, uma vez que o deslocamento dos nós do método para regiões de interesse é realizado com grande facilidade. No EFGM há apenas uma distribuição de nós dentro da região do domínio do problema. Este método é normalmente utilizado para solução de equações diferenciais parciais, sendo que seu uso está crescendo acentuadamente para cálculos de campos eletromagnéticos e para o desenvolvimento de equipamentos elétricos. No trabalho atual foi utilizado o domínio do tempo (TD) que permite alguns benefícios para problemas eletromagnéticos, como por exemplo analisar o efeito sobre o campo devido a uma excitação arbitrária. O método (EFGM) tem apresentado boa convergência, e em alguns casos melhor que métodos consolidados como o Método de Elementos Finitos (FEM).
Análise da segmentação da rede elétrica através de elos HVDC para redução de desligamentos em cascata e apagões
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-03-01) Santos, Grazielle Jacinta Cardoso; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota
As modernas redes de transmissão de energia são extensos e complexos sistemas que têm experimentado grandes apagões nas últimas duas décadas. Esses raros, mas significantes eventos, aumentam as preocupações sobre a estabilidade e segurança da operação do sistema elétrico. A segmentação de grandes redes CA através de elos CC introduz um novo conceito que utiliza as vantagens da transmissão em corrente contínua para melhorar a confiabilidade da rede e aumentar a capacidade de transferência de energia. A literatura técnica defende que a segmentação da rede CA e a introdução de elos CC nesses pontos de conexão da rede seccionada traz benefícios à operação do sistema, uma vez que contingências geradas em um lado do ponto de conexão CC não seriam refletidos no outro lado do ponto, diminuindo assim a probabilidade de desligamentos em cascata e apagões devido à restrição de carga em linhas de transmissão e transformadores. Apesar da literatura técnica defender as vantagens da inserção dos elos CC para segmentação da rede, este tema ainda está em constante debate pela comunidade técnica e científica, uma vez que a quantidade de elos CC existentes em funcionamento é significativamente pequena gerando dúvidas a respeito da sua real eficácia para controle de fluxo de potência em casos de contingência. Em meio a este cenário, esta dissertação apresenta um estudo sobre os principais tópicos referentes à utilização dessa nova filosofia de segmentação da rede, trazendo um ponto de vista prático para a utilização desse conceito no planejamento do sistema elétrico de potência. O efeito da segmentação CC perante uma contingência que iniciaria grandes interrupções em um modelo de sistema elétrico adaptado do modelo internacional IEEE-14 barras é estudado e simulações foram realizadas com os sistemas teste HVAC e HVAC segmentado por elo HVDC. Os resultados foram comparados, principalmente em relação à tensão das barras, geração de potência reativa, perdas do sistema e fluxo de potência nas linhas, e demonstraram que esse novo conceito aumenta a confiabilidade da rede.
Análise de elevação de potencial resultante em parques eólicos devido à incidência direta de descargas atmosféricas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020-12) Passos, Lucas Silva; Alípio, Rafael Silva; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio
Esta dissertação é dedicada ao estudo da elevação de potencial resultante em parques eólicos decorrente da incidência direta de descargas atmosféricas. O estudo é realizado por meio de simulações computacionais empregando-se uma abordagem híbrida com a representação dos elementos aéreos utilizando a teoria de linhas de transmissão a parâmetros distribuídos e do sistema de aterramento do parque empregando um método baseado diretamente na teoria de campo. Consideram-se condições típicas do Brasil em termos de valores de resistividade elétrica e ondas de corrente de descargas atmosféricas. De acordo com os resultados, para correntes representativas de descargas subsequentes descendentes negativas e de descargas ascendentes negativas, os sistemas de aterramento das turbinas adjacentes à atingida pela descarga atmosféricas não contribuem para redução do valor do pico do GPR desenvolvido, considerando distâncias práticas entre turbinas em um parque eólico. Nesse caso, apenas os eletrodos de interligação, além do aterramento da própria turbina atingida, contribuem para redução do GPR, sendo que a parcela desse eletrodo que efetivamente contribui para redução aumenta com o crescimento da resistividade. No caso de primeiras descargas de retorno descendentes negativas, que são ondas mais lentas, os aterramentos das turbinas adjacentes podem contribuir para redução do pico do GPR, dependendo do valor da resistividade do solo e da distância entre as turbinas: quanto maior a resistividade e menor a distância, mais provável que os aterramentos adjacentes contribuírem para redução do GPR. De modo geral, a interligação entre os diversos aterramentos do parque eólico leva a uma redução significativa da resistência de aterramento de baixa frequência vista por cada turbina individualmente, mas não da impedância impulsiva. Ainda, mostra-se que a representação dos elementos aéreos leva a um aumento do valor de pico do GPR, especialmente para ondas de corrente com frente mais rápida, sendo observados aumentos de até 30%.
Análise de estabilidade e desempenho robusto e síntese de controladores robustos através do método evolução diferencial para sistemas discretos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018) Sousa, Mateus Clemente de; Gonçalves, Eduardo Nunes; http://lattes.cnpq.br/4167566933927576; Eduardo Nunes Gonçalves; Erivelton Geraldo Nepomuceno; Fernando de Oliveira Souza
A presente dissertação expõe metodologias de análise e síntese para sistemas de controle robusto, sendo estes sistemas, discretos, incertos, lineares e invariantes no tempo. São considerados modelos politópicos para representar os sistemas incertos. Formulações baseadas em desigualdades matriciais lineares com propósito de análise e síntese de sistemas controle robusto são populares, porém, podem gerar resultados conservadores ou fracassar na obtenção dos resultados, principalmente para sistemas de ordem mais elevada e/ou com maior número de vértices do politopo. Em trabalho passado foi demonstrado que a combinação de uma formulação de análise baseada em desigualdades matriciais lineares com uma técnica de divisão de politopos, consegue-se definir se um sistema politópico é robustamente estável ou não. Também, é possível calcular os custos garantidos H∞ e H2 com precisão desejada na análise de desempenho robusto. No entanto, esta metodologia apresenta a desvantagem de um crescimento elevado do custo computacional com a complexidade do sistema. Trabalhos recentes apresentaram metodologias de análise e síntese de sistemas de controle robusto baseado no método evolução diferencial para sistemas em tempo contínuo. Nesta dissertação foi utilizado tal procedimento para sistemas discretos. Um importante aprimoramento proposto está relacionado com a forma de criação da população inicial na metodologia de análise que aumenta a confiabilidade da mesma. São apresentados os resultados de teste exaustivos para averiguar a confiabilidade das metodologias de análise robusta. Os principais objetivos dessa dissertação são adaptar, aprimorar e avaliar o procedimento iterativo de síntese robusta baseado no método evolução diferencial para sistemas discretos. São apresentados três exemplos ilustrativos para comprovação da eficiência de procedimento de síntese.
Análise do desempenho de aterramentos de turbinas eólicas frente a descargas atmosféricas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018-04-25) Rafael, Daiane Conceição; Alípio, Rafael Silva; Dias, Rosilene Nietzsch; http://lattes.cnpq.br/0531184725525392; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio; Rosilene Nietzsch Dias
Esta dissertação é dedicada ao estudo da resposta transitória de aterramentos elétricos de turbinas eólicas frente a descargas atmosféricas e do impacto do fenômeno de dependência da frequência dos parâmetros elétricos do solo nessa resposta. Tal resposta é avaliada por meio de simulações computacionais empregando-se um rigoroso modelo eletromagnético, validado com resultados experimentais, e considerando condições típicas do Brasil em termos de valores de resistividade elétrica e ondas de corrente de descargas atmosféricas. De acordo com os resultados, dada a natureza concentrada de arranjos de aterramento típicos de aerogeradores, eles apresentam comportamento predominantemente capacitivo, considerando-se resistividades iguais ou superiores a 300 m. Mostra-se que as elevações de potencial nas terminações de terra podem ser bastante severas, particularmente no caso de solos de resistividade elevada e incidência de primeiras descargas de retorno; nesses casos, medidas complementares podem ser necessárias no sistema de aterramento. Ainda de acordo com os resultados, o fenômeno da dependência da frequência dos parâmetros do solo é responsável pela redução dos níveis de elevação de potencial no aterramento, da impedância impulsiva e do coeficiente de impulso, sendo que tais reduções são mais significativas para solos de maior resistividade e para correntes de descargas subsequentes. Finalmente, mostra-se que, para dimensões típicas de sistemas de aterramentos de turbinas eólicas, considerando resistividades iguais ou superiores a 300 m e parâmetros do solo dependentes da frequência, o desempenho impulsivo do aterramento de um aerogerador individual é melhor do que o seu desempenho em baixa frequência (impedância impulsiva menor do que a resistência de aterramento).
Análise do espalhamento eletromagnético bidimensional utilizando o método IEFG e PML uniaxial
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018-12-17) Lopes, Leonardo Bruno; Resende, Úrsula do Carmo; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; http://lattes.cnpq.br/2792357895049279; Úrsula do Carmo Resende; Sandro Trindade Mordente Gonçalves; Marco Aurélio de Oliveira Schroeder; Alfred Gimpel Moreira Pinto
A modelagem matemática de problemas de engenharia geralmente envolve o emprego de uma ou mais equações algébricas, diferenciais ou integrais. Determinar uma solução analítica é possível apenas para uma pequena parte desses problemas; na maior parte dos casos, é um processo extremamente complexo ou até impossível. Nestes casos é necessário utilizar técnicas numéricas computacionais que calculem soluções aproximadas. Uma importante classe dessas técnicas é a classe dos métodos sem malha ou meshless, cujo funcionamento, diferentemente de métodos como o de elementos finitos ou de diferenças finitas, não dependem da criação de malhas. Para a representação discreta do problema utilizam um conjunto de nós distribuídos ao longo domínio e das suas fronteiras sem requerer, no entanto, que qualquer relação entre estes nós seja estabelecida. Métodos sem malha já foram aplicados com sucesso na solução de problemas de eletromagnetismo, tanto em baixas quanto em altas frequências, inclusive problemas de propagação de ondas. Os problemas de propagação como o do espalhamento eletromagnético são, em geral, problemas abertos ou ilimitados e a sua solução numérica exige a aplicação de alguma técnica de limitação do domínio computacional. As condições de contorno absorventes (ABCs), tradicionalmente utilizadas para esta finalidade, tem sido recentemente substituídas por técnicas baseadas no conceito de camadas perfeitamente casadas, ou PML. Dentre as diversas variações de PML existentes, destaca-se a PML uniaxial (UPML), desenvolvida a partir da interpretação física do conceito de PML originalmente proposto. Nessa abordagem, o domínio é envolvido em camadas de um material anisotrópico fictício cujas caraterísticas são projetadas para que as camadas se comportem como um absorvedor eficiente perfeitamente casado com o material do domínio. A UPML limita o domínio simulando, contudo, o comportamento de uma onda que se propaga num meio ilimitado. Este trabalho analisa o problema do espalhamento eletromagnético em duas dimensões, suas definições e seu equacionamento matemático. Analisa também o método sem malha IEFG (ou método de Galerkin interpolante livre de elemento), suas características, fundamentação matemática e formulação. O problema do espalhamento de uma onda plana por um cilindro condutor infinito na direção z é então solucionado pela técnica numérica combinada IEFG-UPML. A análise da técnica proposta é realizada, primeiramente, na forma de análises paramétricas do método IEFG e da UPML. Em seguida, avalia-se o desempenho do método e a precisão das soluções geradas aplicando-se os parâmetros determinados na solução do espalhamento por cilindros de diferentes dimensões. Utilizam-se nessas análises comparativas a solução analítica e a solução numérica obtida pelo método IEFG-ABC em que o domínio é limitado pela condição absorvente de Bayliss-Turkel de primeira ordem.
Análise do tempo morto em acionamentos com terminais centrais abertos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-01-14) Ribeiro, Brunno Monteiro Guimarães; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Heverton Augusto Pereira; Clodualdo Venicio de Sousa
Máquinas elétricas com terminais centrais abertos (OEW – do inglês Open-end Windings) e alimentadas por dois conversores distintos, conectados em cada uma das suas extremidades, estão sendo considerados por pesquisadores para diversas aplicações, incluindo em acionamentos elétricos de grande porte em corrente alternada. Devido à ausência de neutro na carga trifásica, esta topologia permite que haja a circulação de correntes de sequência zero, que podem afetar negativamente a operação da máquina. Apesar de diversas estratégias de modulação terem sido propostas para evitar comutações que geram tensões de modo comum nos enrolamentos, as mesmas são também causadas por não-idealidades, como o tempo morto, utilizado para evitar a ocorrência de curtos-circuitos no barramento. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma modelagem baseada na dupla integral de fourier para extrair analiticamente os coeficientes dos espectros harmônicos de tensão em cargas OEW alimentadas por dois conversores com efeito de tempo morto. Essa abordagem é utilizada para avaliar a qualidade das tensões sintetizadas por diferentes técnicas de modulação em malha aberta e os impactos na operação de motores de indução de alta potência.
Análises de precisão, estabilidade e dispersão numérica nos métodos implícitos de diferenças finitas no domínio do tempo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Guimarães, Michelle Barbosa; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404
O método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) tem sido amplamente utilizado para análises de propagação de ondas e de dispositivos eletromagnéticos como antenas, guias de ondas e cavidades eletromagnéticas por ter como característica a simplicidade de implementação, robustez e eficiência em sistemas de banda larga. Contudo, o método FDTD apresenta como desvantagem a limitação da condição de estabilidade de Courant-Friedrich-Levy (CFL) que relaciona um valor máximo a ser utilizando no passo de tempo. Diante dessa limitação, esse trabalho apresenta um estudo dos métodos de diferenças finitas no domínio do tempo implícitos e que são incondicionalmente estáveis. É realizado um estudo em relação à precisão, estabilidade e custo computacional dos métodos implícitos FDTD-ADI (Alternating Direction Implicit) e FDTD-LOD (Locally One Dimension) envolvendo problemas tridimensionais. A análise dos métodos incondicionalmente estáveis envolve a solução de um sistema matricial e essa solução pode interferir na estabilidade e precisão dos valores dos campos elétricos. Nesse trabalho é realizado um comparativo de diversos métodos numéricos utilizados para solucionar o sistema matricial dos métodos incondicionalmente estáveis. Esse comparativo é realizado em aplicações envolvendo cavidades eletromagnéticas com paredes condutoras elétricas perfeitas (PEC). A aplicação da condição de contorno PEC é estudada e abordada de forma a manter a solução estável, eficiente e com maior precisão. O trabalho também apresenta à aplicação do método FDTDADI na análise dos campos elétricos em uma esfera dielétrica e metálica em que a condição absorvente Mur é utilizada na fronteira do domínio computacional e o problema simulado é investigado em três dimensões.
Aperfeiçoamento do modelo de fios finos curvos na malha FDTD através da correção das cargas nas bordas da geometria em escada
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Fonseca, Tarcísio Carlos; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves
Com a evolução tecnológica, dispositivos eletromagnéticos ou algumas de suas partes tais como gap de antenas, cabo coaxial, sondas para alimentar antenas impressas, antenas com ressonadores dielétricos, dentre outros, estão cada vez menores. Modelar computacionalmente estruturas muito pequenas é um desafio devido a limitação dos recursos computacionais. Um método numérico que possibilita a modelagem de estruturas com grande complexidade do ponto de vista eletromagnético ou geométrico é o PDTD (Finite Diference in Time Domain). Este possui características interessantes tais como a facilidade de obter respostas impulsivas permitindo a análise em uma grande faixa de frequências por meio de uma única simulação em que o espaço computacional é descrito por meio de uma malha formada por células que discretizam a geometria em estudo. Entretanto, em regiões com dimensões reduzidas, a malha requerida pode impossibilitar a modelagem devido à quantidade excessiva de memória e tempo de simulação requerido. Os modelos sub-celulares podem ser utilizados para tratar estruturas pequenas no FDTD. Porém, estes não apresentam uma resposta satisfatória para modelar fios curvos, visto que são descritos na malha retangular por meio de uma "escada" que alinha a curva à malha. Portanto, modelos sub-celulares não preveem cargas que se acumulam nas quinas geradas pela transformação do fio curvo em escada equivalente, causando erros na determinação dos parametros e fenômenos eletromagnéticos associados às estruturas. Assim, este trabalho apresenta um modelo que adiciona o acúmulo de carga nas bordas dos fios inclinados na malha do FDTD. Este modelo apresenta outras contribuições como as projeções dos campos eletromagnéticos na célula do referido método. O campo magnético que envolve o fio filamentar varia com o inverso do raio efetivo especificado e essa variação faz com que o campo se localize na posição incorreta na célula. Assim, esses são projetados nas bordas da célula para uma melhor representação do modelo do fio fino. Ontra contribuição adicional é a modelagem da carga que acumula no fim do fio na qual não é prevista nos modelos sub-celulares. Para excitação das antenas de fio, realizada no gap da mesma, foi utilizada uma fonte RVS (Resistive Voltagem Source) que tem por característica absorver os campos eletromagnéticos que retornam para o gap. Essa particularidade não é encontrada em outras fontes que tem como carcterística uma distorção no cálculo da impedância. A última etapa do trabalho foi a análise de algumas antenas de fios curvos na malha do FDTD com o modelo proposto e com o modelo sub-celular convencional em comparação com o MoM (Métodos dos Momentos). Assim, foi possível validar do modelo proposto.
Aplicação de módulos semicondutores híbridos em acionamentos elétricos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-02-26) Pongelupe, Fábio de Almeida; Pereira, Heverton Augusto; Cupertino, Allan Fagner; http://lattes.cnpq.br/3035620499629987; http://lattes.cnpq.br/4298795970350194; Heverton Augusto Pereira; Allan Fagner Cupertino; Fernando Lessa Tofoli; Tomás Perpetuo Corrêa
Módulos semicondutores híbridos consistem em soluções que reúnem interruptores de silício e de algum material de larga banda proibida (do inglês, wide band gap (WBG)), proporcionando a obtenção de soluções de melhor custo benefício. Estes módulos apresentam-se como uma alternativa de aumento de eficiência em relação às tecnologias de silício, porém com custo total agregado inferior aos módulos puros de WBG. Por se tratar de uma tecnologia recente, o desenvolvimento de módulos híbridos compostos por Si-IGBT e SiC-MOSFET ou GaN-HEMT ainda é restrito a laboratórios de pesquisa, os quais têm feito progresso acerca dos principais desafios para viabilização da tecnologia. Entre os temas de pesquisa, é possível destacar a dificuldade em construir modelos comportamentais para ambientes de simulação de eletrônica de potência. Diante disso, este trabalho propõe uma estratégia para modelar a conexão paralela de interruptores e diodos que, por meio de tabelas look-up extraídas de folhas de dados, permite um acoplamento entre os domínios elétrico e térmico dos componentes em questão. A partir desta modelagem, este trabalho propõe uma metodologia de seleção de interruptores para compor um par híbrido formado por um Si-IGBT e um SiC-MOSFET, os quais são utilizados para acionar um motor de indução de 440 V e 300 HP. Dentre as combinações analisadas, foram escolhidas duas soluções híbridas com potencial de redução de perdas, as quais são comparadas com as soluções puras de silício e SiC de mesma corrente disponíveis no mercado. As comparações são feitas a partir de um perfil de operação diário real para o acionamento elétrico de um exaustor. Os resultados demonstraram uma potencial redução de perdas energéticas diárias de 45% em relação aos módulos originais de silício, além de apresentar uma redução de área de chips SiC entre os demais módulos, indicando potenciais reduções de custo. Portanto, os pares híbridos selecionados foram avaliados como soluções de melhor relação custo-benefício considerando o perfil de operação da aplicação.
Avaliação da influência dos modelos de aterramento e linhas de transmissão na análise de sobretensões em linhas aéreas submetidas a descargas atmosféricas diretas utilizando plataformas do tipo ATP/EMTP
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2019-02) Miranda, Audine Sena de; Alípio, Rafael Silva; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio
As descargas atmosféricas são a principal causa de desligamentos não programados em linhas de transmissão, em especial o fenômeno do backflashover. Com o intuito de mitigar os riscos associados a este fenômeno, é importante modelar os elementos do sistema de maneira consistente, em especial o aterramento de pé de torre e a linha de transmissão. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência do sistema de aterramento de pé de torre e da linha de transmissão nas sobretensões atmosféricas resultantes da incidência direta de descargas em linhas aéreas, utilizando plataformas do tipo ATP/ EMTP. Essas avaliações são conduzidas a partir de simulações no domínio do tempo e o impacto de cada representação é analisado em termos de sobretensões resultantes na cadeia de isoladores. São considerados os resultados associados às representações simplificadas do aterramento- resistência em baixas frequências e impedância impulsiva e os resultados decorrentes da representação rigorosa do comportamento dependente da frequência do aterramento. Adicionalmente, são avaliadas duas representações de linhas de transmissão: o consagrado J. Marti e o modelo nomeado neste trabalho como J. Marti modificado, que diferentemente do modelo J. Marti, contempla a variação dos parâmetros do solo com a frequência. De acordo com os resultados, a representação do aterramento impacta sensivelmente as sobretensões resultantes e a definição do valor crítico de corrente de descarga que irá provocar a ruptura do isolamento. Considerando a representação via impedância harmônica como referência, a impedância impulsiva conduz a valores de corrente crítica muito próximos à essa representação rigorosa e pode ser vista como uma boa opção para a modelagem do aterramento em linhas de transmissão para estudo de desempenho frente a descargas atmosféricas em plataforma do tipo ATP ⁄ EMTP. Ainda de acordo com os resultados, os modelos de linha apresentam menor influência nas sobretensões resultantes na cadeia de isoladores. Apenas em solos de alta resistividade o efeito da inclusão da dependência dos parâmetros elétricos do solo com a frequência no modelo J. Marti modificado acarreta em diferenças perceptíveis nas sobretensões desenvolvidas, especialmente quando se considera a incidência a meio vão.
Avaliação da proteção diferencial de transformadores de potência a partir da transformada wavelet
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2019-02-28) Silva, Novack Henrique Garcia; Alípio, Rafael Silva; Silveira, Eduardo Gonzaga da; http://lattes.cnpq.br/2888501805559990; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio; Eduardo Gonzaga da Silveira; Úrsula do Carmo Resende; Luís Henrique Lopes Lima
Os transformadores de potência são equipamentos imprescindíveis ao suprimento de energia elétrica, cujo reparo ou substituição implica maior tempo de interrupção, custos diretos e indiretos. O alto custo deste equipamento, aliado à sua importância para o sistema elétrico, requer uma atenção especial quanto à sua operação, proteção e manutenção. É essencial que as concessionárias de energia elétrica invistam em sistemas de proteção que garantam ao sistema elétrico segurança, confiabilidade e maior qualidade de serviço. A principal metodologia adotada para proteção dos transformadores de potência corresponde à proteção diferencial, utilizando tradicionalmente a estimação de fasores de frequência fundamental, por meio dos quais se calculam as correntes de operação e restrição. A partir de um plano operacional, com regiões de atuação e bloqueio, tem-se a atuação ou não do relé. Para discriminar faltas e condições de energização, normalmente utiliza-se a análise harmônica pela transformada de Fourier. Apesar da grande aplicabilidade da proteção diferencial utilizando a ferramenta proposta por Fourier, o relé diferencial pode ser sensibilizado por eventos transitórios em que não se deseja que a proteção isole o sistema. A principal limitação do método de Fourier consiste no fato de não apresentar a capacidade de analisar as correntes diferenciais de operação e restrição em tempo-frequência. O presente trabalho, portanto, propõe a utilização da transformada wavelet cuja característica principal consiste em analisar sinais tanto no domínio do tempo como no domínio da frequência. A metodologia para aprimorar o desempenho da proteção diferencial em transformadores de potência corresponde em decompor o sinal de análise em coeficientes de aproximação e de detalhe a partir da técnica de análise de multiresolução (AMR) da transformada wavelet e, por meio da variação de energia espectral dos coeficientes, propor uma lógica operacional para discriminar faltas internas de outros eventos. A eficácia do algoritmo é atestada a partir da submissão do algoritmo a um conjunto de simulações obtidas de sistema elétrico modelado no software ATPDraw com elementos suficientes para reproduzir os efeitos dos transitórios eletromagnéticos no transformador de potência.
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; Eduardo Henrique da Rocha Coppoli; Márcio Matias Afonso; Rafael Paulo Braga Poubel; Alfred Gimpel Moreira Pinto
A 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).
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; Rafael Silva Alípio; Eduardo Gonzaga da Silveira; Alex Sander Amável Luiz; Márcio Matias Afonso; Clever Sebastião Pereira Filho
Este 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.
Avaliação e implementação de um retificador trifásico de três níveis de baixo custo com controle digital por histerese
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-02-25) Ramos, Gabriel Vilkn; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Allan Fagner Cupertino; Ademir Nied
Implementa-se neste trabalho um retificador ativo de três níveis de baixo custo com controle digital por histerese de corrente, voltado para aplicações industriais de alta potência. O retificador consiste em um arranjo em ponte com dois interruptores eletrônicos e quatro diodos de potência por fase. A estratégia de comutação proposta é baseada na implementação digital de um controlador de corrente por histerese, trabalhando com baixas taxas de amostragem. A frequência de amostragem reduzida limita intencionalmente a frequência de comutação do conversor e reduz o estresse sobre os semicondutores diminuindo os riscos de falhas do conversor, sem deterioração da qualidade das formas de onda de tensão e corrente. A técnica também possui menor propagação e espalhamento do espectro harmônico que a implementação analógica do controlador. O sistema de controle é concebido para limitar a ondulação de corrente, esforços e perdas nos interruptores. Resultados obtidos por meio de simulação e experimentação em laboratório referentes a um protótipo de baixa potência do conversor mostraram que a qualidade das formas de onda de tensão e corrente podem ser melhoradas a partir da escolha criteriosa da indutância de entrada e da taxa de amostragem do controlador por histerese.
Cálculo de sobretensões causadas por descargas atmosféricas diretas em linhas de transmissão de SIL elevado
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020-07) Pechir, Daniel Guedes; Alípio, Rafael Silva; Guimarães Neto, Miguel de Brito; http://lattes.cnpq.br/4733912088994272; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio; Miguel de Brito Guimarães Neto
O projeto de torres de Linhas de Transmissão (LTs) de Potência Natural Elevada (LPNE ou HSIL, do inglês High Surge Impedance Loading) possui relevância no contexto atual dos Sistemas Elétricos de Potência, tendo em vista a capacidade desse tipo de linha de transportar grandes blocos de potência. O cálculo do desempenho esperado de tais LTs frente à incidência de descargas atmosféricas compreende um importante estágio da fase de projeto. Os softwares utilizados para a realização desse cálculo fazem uso de abordagens muito simplificadas, que podem resultar em estimativas de desligamentos por 100 km por ano não realísticas. Nesse contexto, esta dissertação de mestrado apresenta uma metodologia presumidamente mais apurada para a realização do cálculo de desempenho de uma LPNE de 500 kV que vem sendo bastante utilizada nas linhas de transmissão brasileiras, cujas torres são do tipo estaiada Cross-Rope. A metodologia proposta, até então inédita na literatura, compreende a modelagem da estrutura da torre estaiada, considerando adequadamente as impedâncias de surto associadas aos mastros, estais e cabos de sustentação. Ademais, o aterramento também é modelado de maneira rigorosa, a partir da aplicação do já consolidado modelo multiportas de banda larga. As simulações dos transitórios eletromagnéticos envolvidos na incidência de descargas na linha foram realizadas diretamente em plataformas do tipo ATP/EMTP, considerando, inclusive, a tensão de operação em 60 Hz. Os resultados encontrados demonstraram que a LT considerada apresenta desempenho frente a descargas atmosféricas satisfatório, dentro das restrições impostas pelo ONS – Operador Nacional do Sistema, desde que o sistema de aterramento seja adequadamente modelado. A perspectiva de aplicação prática mais imediata dos resultados encontrados está na definição mais adequada, do ponto de vista de engenharia, da fase do aterramento a ser utilizada, sem envolver super dimensionamento dos cabos contrapesos a serem utilizados.
Cálculo de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão aéreas trifásicas: uma modelagem no domínio das fases considerando a dependência da frequência dos parâmetros elétricos do solo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2019-02-15) Dias, Gabriel Alves Ferreira; Alípio, Rafael Silva; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio; Marco Aurélio de Oliveira Schroeder; Alberto Resende De Conti; Rodolfo Antônio Ribeiro de Moura
Este trabalho de dissertação analisa a influência da dependência da frequência da resistividade e permissividade elétricas do solo no cálculo de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão aéreas trifásicas. Uma modelagem da linha de transmissão diretamente no domínio das fases é proposta, a partir da representação da linha através de sua matriz de admitância nodal. Um modelo causal, desenvolvido a partir das Equações de Maxwell e medições realizadas em condições de campo, é utilizado no cálculo da resistividade e permissividade elétricas do solo em função da frequência. Simulações de transitórios eletromagnéticos em linhas de transmissão com configurações de circuito simples e de circuito duplo são realizadas, considerando a injeção de correntes com formas de onda com conteúdo de frequências típico de descargas atmosféricas. Os resultados gerados mostram que a consideração da dependência da frequência dos parâmetros elétricos do solo no cálculo de transitórios eletromagnéticos em linhas aéreas trifásicas é relevante, mesmo considerando solos de resistividade moderada.
Command governor supervisor scheme based on region of attraction
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020-12) Sousa, Álan Crístoffer e; Leite, Valter Júnior de Souza; Lucia, Walter; http://lattes.cnpq.br/6555805379309351; Valter Júnior de Souza Leite; Márcio Fantini Miranda
Os sistemas físicos estão sujeitos a restrições, como saturação de entrada ou limites físicos para os estados, que também aparecem em cada modo de sistema comutado. Uma maneira de lidar com eles é aplicar o esquema do Command Governor, que muda a referência do controlador para impor restrições. Quando o sistema é chaveado, surge o problema de estabilidade. Os sistemas chaveados são um tipo comum de sistema usado para descrever sistemas não lineares, dividindo-os em seções lineares ou diferentes modos de operação do mesmo sistema, como as diferentes fases pelas quais um avião passa durante a decolagem ou pouso. No entanto, alternar arbitrariamente os modos de um sistema chaveado pode causar instabilidade, exigindo um projeto de regra de comutação. A regra mais comumente usada é a alternância de tempo de permanência, na qual o sistema espera que um tempo de permanência decorra após as referências mudarem para os modos de alternância. Vendo a possibilidade de acelerar a convergência de tais sistemas, propomos uma nova regra baseada na Região de Atração do controlador, que exige que o estado do sistema esteja dentro da Região de Atração do controlador de modo para alternar, garantindo estabilidade após uma alternância de modo. Com esta técnica, também propomos uma técnica de troca híbrida, que pode acelerar ainda mais a convergência e gerar menor esforço do atuador em alguns casos. Apresentamos algumas simulações para ilustrar o potencial da proposta e compará-la com um esquema que explora uma abordagem de tempo de permanência. Os resultados sugerem que nossa abordagem adiciona novas possibilidades de projeto de CG e supervisor, reduzindo o tempo de transição entre os modos do sistema e melhorando os índices de desempenho de malha fechada.
Comparação de controladores ressonante e repetitivo para compensação de correntes harmônicas em inversores fotovoltaicos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018-09-21) Barros, Victor Clévio de; Pereira, Heverton Augusto; http://lattes.cnpq.br/4298795970350194; Heverton Augusto Pereira; Marcelo Martins Stopa; Giovani Guimarães Rodrigues; Victor Flores Mendes
A partir dos anos 70, o mundo percebeu sua enorme dependência por combustíveis fosseis. Nos anos posteriores, buscou-se tornar viáveis outras fontes de energias, principalmente renováveis. Neste contexto, sistemas fotovoltaicos começaram a ser desenvolvidos, como uma forma alternativa de geração de energia. Os sistemas fotovoltaicos não são totalmente utilizados em boa parte do dia e não são utilizados no período noturno. Assim, esses sistemas podem ser aproveitados nesses momentos para compensar correntes harmônicas indesejadas da rede elétrica, provenientes de cargas não lineares. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo comparativo com o controlador proporcional multi-ressonante e o controlador repetitivo, empregados em sistemas fotovoltaicos monofásicos conectados à rede elétrica durante a compensação de correntes harmônicas. As simulações propostas utilizam uma estrutura adaptativa de detecção de correntes harmônicas presente na rede elétrica. Para a detecção, são utilizadas estruturas SOGI (Second Order Generalized Integrator) e SRF-PLL (Synchronous Reference Frame- Phase Locked Loop) em cascata. O sistema utilizado foi projetado para um inversor de 4 kW, e para à compensação de correntes harmônicas de 3ª e 5ª ordem. O estudo possui três objetivos principais: avaliar o desempenho do Controlador Proporcional Multi-Ressonante na compensação de correntes harmônicas; avaliar o desempenho do Controlador Repetitivo na compensação de correntes harmônicas; e, por fim, comparar a capacidade de compensar correntes harmônicas de cada um desses controladores.

Navegar

Navegando Mestrado em Engenharia Elétrica por Título

Resultados por página

Opções de Ordenação