Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE/ITEC

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O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA) foi o primeiro e é considerado o melhor programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da Região Amazônica. As atividades acadêmicas regulares dos cursos de mestrado e doutorado são desenvolvidas principalmente nas Faculdades de Engenharia Elétrica e Engenharia de Computação, supervisionadas pela Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (CPPGEE).

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Acesso aberto (Open Access)
Aplicação de uma metodologia de lógica fuzzy à gestão de estoques: um estudo de caso em uma instituição pública
(Universidade Federal do Pará, 2011-03-01) SANTOS, Gilbert Queiroz dos; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Este trabalho apresenta uma proposta de aplicação de uma metodologia de lógica fuzzy à gestão de estoques de uma instituição pública da administração federal, localizada em Manaus-AM. Inicialmente, é realizada uma revisão da literatura sobre logística e gestão de suprimentos. Em seguida, são abordados assuntos relativos à gestão de estoques. Após isto, são discutidos tópicos referentes à Lógica Fuzzy. A metodologia proposta possibilitará um melhor controle do estoque, uma vez que serão substituídos os tradicionais métodos quantitativos de gerenciamento de estoques. Os dados utilizados foram coletados diretamente do almoxarifado da instituição em estudo, e referem-se à movimentação de estoque de um determinado item, durante o ano de 2009. A utilização da lógica fuzzy tem despertado, cada vez mais, a atenção de pesquisadores de diversas áreas do conhecimento, sendo, porém, que o grande desafio que se coloca aos mesmos é a modelagem dos dados coletados, em virtude do apoio computacional necessário a sua aplicação. A interação com os valores observados, operados pelas regras da lógica fuzzy permite um melhor controle das ações de um almoxarifado, tais como atendimento, reposição e licitação, uma vez que lida com situações de incerteza e subjetividade. A metodologia desenvolvida mostra-se apta a indicar de uma forma melhor a realização das citadas ações, sendo capaz de operacionalizar de forma automatizada o controle e o gerenciamento do estoque.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de framework para análise e simulação dinâmica de sistemas elétricos de potência
(Universidade Federal do Pará, 2013-01-18) SENA, José Adolfo da Silva; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Esta tese apresenta uma metodologia flexível orientada a objetos (OO) para a aplicação no projeto e implementação de sistemas de software utilizados na realização de estudos dinâmicos de sistemas elétricos de grande porte. A metodologia OO proposta objetiva tornar mais simples o desenvolvimento, a atualização e a manutenção de complexos sistemas de software para estudos de transitórios eletromecânicos em sistemas elétricos de potência. Os requisitos de usuário são mapeados para um conjunto de classes básicas, as quais são usadas para efetuar a modelagem de dispositivos dinâmicos tais como geradores elétricos. Para avaliação da metodologia foram realizados dois estudos de casos. No primeiro estudo caso o Framework foi aplicado na simulação das unidades geradoras da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. Os resultados da simulação foram comparados com medições obtidos em ensaios no campo e mostrou a boa performance do Framework na reprodução dos fenômenos eletromecânicos desta usina de grande porte. No segundo estudo de caso, por outro lado, o Framework foi aplicado na modelagem de um sistema de geração fotovoltaico (PV) com seu sistema de Rastreamento da Potência Máxima (MPPT). O controle MPPT foi implementado usando técnicas digitais. Os resultados das simulações demonstram a performance do Framework na modelagem do sistema de controle de corrente, assim como no controle MPPT, dos sistemas de geração PV.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de um sistema multiconversor para a realização de estudos experimentais em microrredes de corrente contínua
(Universidade Federal do Pará, 2015-08-10) COSTA JUNIOR, Fernando José da; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho, é apresentado o projeto e desenvolvimento de um Sistema Multiconversor, baseado em uma Microrrede com barramento em corrente contínua e conversores estáticos CC-CC e CC-CA. Este sistema está localizado no Laboratório de Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT) na Universidade Federal do Pará (UFPA). O Sistema Multiconversor consiste de três conversores estáticos, sendo dois na topologia abaixador Buck e o terceiro um inversor trifásico. O primeiro conversor alimenta um barramento de corrente contínua com tensão controlada, o qual fornece tensão para um segundo conversor Buck. No segundo conversor, é aplicada uma estratégia de controle de tensão de forma a manter a potência constante. O inversor também é alimentado através do barramento CC e pode ser conectado à rede elétrica de forma a permitir a realização de estudos com sistemas interligados e geração distribuída. Para a validação dos conversores Buck estudados neste trabalho, foram desenvolvidos controladores digitais, através do método indireto de projeto de controladores digitais. Ambos os controladores foram desenvolvidos a partir da leitura das tensões na saída dos dois conversores, com o intuito de manter a tensão e a potência constantes nos conversores primário e secundário, respectivamente. Além da dificuldade inerente de sistemas com incertezas no modelo matemático e não linearidades presentes em conversores estáticos, o conversor com controle de tensão alimenta o segundo conversor. Isto introduz características não lineares que podem, inclusive, provocar instabilidade na tensão do barramento. Por esse motivo, faz-se necessário desenvolver uma estratégia de controle com o intuito de se manter a tensão no barramento o mais próximo possível da tensão de referência. Por fim, uma série de testes é realizada tanto em simulação computacional, quanto no sistema real, com o intuito de verificar a eficácia das técnicas de controle estudadas e aplicadas. Os resultados obtidos mostram o bom desempenho da estratégia de controle para o Sistema Multiconversor.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento e implementação de estratégias de controle digital para regulação de tensão e amortecimento de oscilações eletromecânicas em um gerador síncrono de 10kVA
(Universidade Federal do Pará, 2012-04-29) MORAES, Anderson Roberto Barbosa de; BARREIROS, José Augusto Lima; http://lattes.cnpq.br/1246564618922453; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle digital para regulação automática de tensão e para o amortecimento de oscilações eletromecânicas em um sistema de potência em escala reduzida de 10kVA, localizado no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT), da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto dos dois controladores é baseado na técnica de alocação polinomial de polos. Para o projeto do Regulador Automático de Tensão (RAT) foi adotado um modelo simplificado, de primeira ordem, da máquina síncrona, cujos parâmetros foram levantados experimentalmente. Para o controlador amortecedor, por sua vez, também chamado de Estabilizador de Sistemas de Potência (ESP), foi utilizado um modelo discreto, do tipo auto regressivo com entrada exógena (ARX). Este modelo foi estimado por meio de técnicas de identificação paramétrica, considerando para tal, o conjunto motor-gerador interligado a um sistema de maior porte (concessionária de energia elétrica). As leis de controle foram embarcadas em um microcontrolador de alto desempenho e, para a medição dos sinais utilizados nos controladores, foi desenvolvida uma instrumentação eletrônica baseada em amplificadores operacionais para o condicionamento dos sinais dos sensores. O sinal de controle é baseado na técnica de modulação por largura de pulso (PWM) e comanda o valor médio da tensão de um conversor CC-CC, o qual é utilizado como circuito de excitação que energiza o enrolamento de campo do gerador. Além disso, o acionamento elétrico das máquinas que compõem o grupo gerador de 10kVA foi projetado e automatizado somando segurança aos operadores e ao componentes deste sistema de geração. Os resultados experimentais demonstraram o bom desempenho obtido pela estratégia proposta.
Acesso aberto (Open Access)
Uma estratégia ativa para detecção de ilhamento em geradores fotovoltaicos por meio de injeção de sinais de teste
(Universidade Federal do Pará, 2016-10-27) CARVALHO, Fransérgio Martins; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho realiza-se o estudo de uma técnica ativa para detecção de ilhamento adequada para aplicação em Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede (SFCR). A técnica é baseada na injeção de sinais de testes afetando a sequência negativa de tensão após a situação de ilhamento. São apresentadas definições e explicações sobre o sistema de distribuição de potência e sobre os elementos que pertencem a Geração Distribuída (GD). Regulamentos sobre o funcionamento de inversores e o modelo de célula fotovoltaica são apresentados. Detalha-se o conceito de ilhamento e sua Zona de Não Detecção (ZND) bem como as principais técnicas atuais para sua detecção. É apresentada a técnica de sequência negativa. São desenvolvidas algumas aplicações de instrumentação relacionadas a medição de sequência negativa, inversor senoidal e PLL. São projetados modelos que efetuam a injeção e medição de sequência negativa por meio de um VSI: controlador e filtro. São realizadas simulações para detecção de ilhamento sob condições comuns a SFCR: variação de irradiância e sombreamento de célula; e sob condições comuns em um sistema de potência de distribuição: variação e desbalanceamento de carga. Por fim, o desempenho do método aplicado é validado e comparado.
Acesso aberto (Open Access)
Estratégia de identificação paramétrica aplicada à modelagem fenomenológica de um sistema do tipo correia transportadora industrial para fins de detecção de faltas
(Universidade Federal do Pará, 2014-07) MEDEIROS, Renan Landau Paiva de; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Os sistemas do tipo correia transportadora, são sistemas essenciais para grandes empresas, embora este equipamento apresente um elevado grau de criticidade, de modo que uma parada não planejada do mesmo, pode gerar perdas imensas ou até mesmo a parada de todo o processo produtivo. Tendo em vista a criticidade do equipamento, torna-se necessário realizar a monitoração adequada do mesmo e detectar com maior antecedência possível a ocorrência de alguma falta ocorrida no sistema. Objetivando reduzir as paradas não planejadas, investiga-se nesta dissertação a modelagem de um sistema do tipo correia transportadora com a finalidade de uso no monitoramento e diagnóstico de faltas neste tipo de sistema. Primeiramente é discutido um modelo fenomenológico do processo, o qual é baseado na aplicação das leis da mecânica e considerando-se os diversos tipos de força de oposição ao movimento de uma correia transportadora. Os principais parâmetros do transportador foram estimados utilizando-se técnicas de identificação baseadas em Mínimos Quadrados Não Recursivos. Em seguida, foi desenvolvido e implementado um algoritmo de detecção de faltas utilizando a teoria de análise intervalar, de modo que possibilite detectar condições inadequadas de funcionamento. Com o intuito de avaliar o desempenho do algoritmo proposto foi projetado e construído um protótipo que emula as condições operacionais típicas de um sistema real do tipo correia transportadora. Os resultados obtidos experimentalmente, confirmam o bom desempenho da metodologia proposta.
Acesso aberto (Open Access)
Estratégias de controle de ordem fracionária aplicadas ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas elétricos de potência
(Universidade Federal do Pará, 2014-08-11) AYRES JÚNIOR, Florindo Antonio de Carvalho; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho é proposta uma nova metodologia de projeto de estabilizadores de sistemas de potência baseada em teoria de sistemas de ordem fracionária (ESP-OF). A estratégia é baseada em uma generalização do projeto de compensadores do tipo rede avançoatraso (lead-lag) para o domínio de funções de transferência de ordem fracionária. Uma nova variável de projeto, a qual define a ordem da dinâmica fracionária do controlador, é sintonizada para se obter um compromisso entre um bom desempenho no amortecimento do modo eletromecânico dominante e uma robustez ampliada do ESP-OF. O desempenho do ESP-OF foi avaliado experimentalmente, em um sistema de potência em escala reduzida, localizado no Laboratório de Sistemas de Potência da Universidade Federal do Pará. A referida planta de teste apresenta uma estrutura típica do tipo gerador síncrono conectado a um barramento infinito e exibe um modo dominante de oscilação eletromecânica, de amortecimento extremamente reduzido, cujo valor da frequência natural é em torno de 1,2 Hz. O ESP-OF foi então projetado para ampliar o amortecimento relativo desse modo alvo, para toda a faixa de operação admissível. Para fins de implementação prática, primeiramente foram realizados testes experimentais para a identificação de um modelo nominal da planta, sob a forma de uma função de transferência pulsada, para uso na fase de projeto. O modelo obtido experimentalmente foi então validado e posteriormente utilizado tanto para o projeto do ESP-OF quanto para o projeto de um ESP convencional (utilizado para fins de comparação de desempenho). As leis de controle amortecedor do ESP-OF foram calculadas, convertidas para a forma de equações a diferenças e, subsequentemente, embarcadas em sistema digital baseado em microcontrolador DSPIC. Diversos testes de resposta ao impulso foram realizadas sob diferentes condições operacionais. As respectivas respostas dinâmicas dos sinais de saída da planta (desvio de potencia ativa) e do esforço de controle foram registradas para fins de análise. Os resultados experimentais mostraram que o ESP fracionário apresentou um desemprenho dinâmico e robustez similar em comparação com o desempenho obtido por um ESP convencional, para toda a faixa de operação investigada.
Acesso aberto (Open Access)
Estudos de geradores distribuídos de grande porte conectados ao sistema elétrico via conversores cc-ca aplicados ao projeto de estabilizadores de sistemas de potência
(Universidade Federal do Pará, 2015-12-16) FONSECA, Maria da Conceição Pereira; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Nesta tese apresenta-se um estudo que objetiva desenvolver modelos lineares adequados ao estudo de estabilidade em sistemas de potência interligados que incorporem grandes geradores distribuídos conectados à rede via inversor. Para esse fim, um modelo do tipo Heffron-Phillips estendido foi desenvolvido para um sistema de teste que é constituído por um gerador distribuído de grande porte, e de um gerador síncrono, ambos de potências similares e interligados a um sistema de porte muito maior (barra infinita). Devido à presença do gerador distribuído e de seu subsistema de controle de corrente, o modelo estendido apresenta um conjunto de canais que se originam no subsistema de regulação de corrente do gerador distribuído e chegam até o ponto de soma dos torques atuando no eixo do loop eletromecânico do gerador síncrono. Através de considerável número de testes computacionais, e para uma ampla gama de condições de operação, foram avaliadas as importâncias relativas dos novos ganhos de canal. Verificou-se, então, que os ganhos associados aos caminhos diretos são aqueles que possuem influência predominante na contribuição do gerador distribuído para os torques de sincronismo e de amortecimento que atuam no eixo do gerador síncrono. Além disso, os valores dos novos ganhos mostraram-se desprezíveis quando o nível de geração do gerador distribuído torna-se bastante reduzido. Esta observação permitiu efetuar simplificações adicionais ao modelo proposto, a fim de se obter um modelo mais adequado ao projeto de Estabilizadores de Sistema de Potência (ESP) para tal classe de sistemas de potência. Além disso, novas fórmulas são propostas na tese para estimar os valores dos coeficientes dos torques de sincronismo e de amortecimento, em função do nível de geração de potência ativa do gerador distribuído. Para o sistema teste, um ESP foi projetado utilizando-se o modelo simplificado e, subsequentemente, sua degradação de desempenho foi investigada para um grande conjunto de condições de operação do sistema. Os resultados mostraram uma considerável dessintonia no desempenho do ESP para elevado nível de potência ativa pelo gerador distribuído, em comparação com o nível de geração do gerador síncrono. Testes complementares foram realizados com o objetivo de avaliar possíveis efeitos adversos de uma interação entre o ESP e o controle Proporcional e Integral (PI) de um dispositivo FACTS – TCSC (Flexible AC Transmission Systems - Thyristor Controlled Series Compensator). Verificou-se que é necessário evitar operar o controlador PI (Proporcional e Integral) com ganhos muito elevados, de forma a não reduzir substancialmente a estabilidade do sistema.
Acesso aberto (Open Access)
Identificação em malha fechada para controle tolerante a falta passivo aplicado a um sistema industrial de bombeamento hidráulico
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-30) ROCHA, Erick Melo; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Sistemas de bombeamento de fluidos fazem parte de uma infinidade de aplicações industriais. Do tradicional abastecimento de água, a sistemas de resfriamento de usinas termonucleares, até o complexo sistema de manobra de aeronaves, que faz uso de atuadores pneumáticos, nos deparamos com exemplos de aplicações destes sistemas. E, assim como qualquer processo industrial, sistemas de bombeamento podem estar sujeitos a comportamentos anômalos ou faltas, que podem levar ao mal funcionamento, ou a perda de estabilidade de um processo, provocando avarias permanentes, devido ao efeito de fenômenos indesejáveis, como a cavitação e o golpe de aríete, por exemplo. Deste modo, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de controle tolerante a falta (FTCS – Fault Tolerante Control System) para mitigar os efeitos indesejáveis de variações de pressão e oscilações de velocidade, que podem acometer este tipo de sistema. Tal investigação parte do princípio de que, por razões econômicas, e de seguranças, sistemas industriais operam, por padrão, em malha fechada, para garantir estabilidade e desempenhos desejados. Em vista disso, é apresentada uma metodologia, para identificação da função de transferência de malha aberta de plantas industriais, a partir de dados obtidos por medição de sinais, do processo operando em malha fechada, conhecido como Método de Dois Estágios. O modelo identificado é utilizado para projetar um controlador que atenda aos critérios de desempenho definidos pelo FTCS, em substituição ao sistema de controle tradicional, supostamente em operação no sistema, e que é projetado para um ponto de operação específico e, portanto, sem levar em consideração a falta atuando no sistema. Para avaliação experimental, utilizou-se uma bancada industrial de bombeamento de fluidos, desenvolvida no Laboratório de Automação e Controle, da Universidade Federal do Pará (UFPA). Foi projetado um FTCS passivo, utilizando-se técnica de controle robusto, baseada em incertezas paramétricas. Para isso, utilizou-se um conjunto de modelos incertos, obtidos por identificação paramétrica, considerando uma faixa de operação desejada para a planta de testes, com o sistema operando tanto em condições normais quanto sob ação de falta. Índices de desempenho foram calculados afim de avaliar quantitativamente o desempenho do sistema monitorado pelo FTCS, com os resultados obtidos para o sistema operando sem o FTCS (usando controlador clássico). Os resultados obtidos demonstram o bom desempenho da metodologia proposta.
Acesso aberto (Open Access)
Implementação e testes de campo de um ESP digital
(Universidade Federal do Pará, 2010-05-18) GOMES, Marcus Ciro Martins; BARREIROS, José Augusto Lima; http://lattes.cnpq.br/1246564618922453; BARRA JUNIOR, Walter; http://lattes.cnpq.br/0492699174212608
Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e os resultados da implementação e testes em campo de um estabilizador de sistema de potência (ESP) projetado com técnica de controle digital para fins de amortecimento de modos de oscilação eletromecânica observáveis em sinais de potência elétrica medido em uma unidade hidro-geradora, de 350 MVA da Usina Hidrelétrica de Tucuruí. É apresentada e aplicada a metodologia de identificação de modelos paramétricos lineares do tipo auto regressivo com entradas exógenas (ARX), para estimação de modelos com capacidade de capturar a informação relevante (amortecimento e freqüência natural) dos modos eletromecânicos dominantes do sistema. De posse do modelo paramétrico ARX, é efetuada então a síntese da lei de controle digital amortecedor para o ESP, através da técnica de deslocamento radial dos pólos da função de transferência de malha fechada. Para a síntese da lei de controle digital, utilizou-se uma estrutura canônica do tipo RST. Para os testes de campo, a lei de controle amortecedor do ESP digital foi codificada em linguagem C e embarcada em um protótipo cujo hardware é baseado em microcontrolador modelo DSPIC 30F3014, o qual incorpora um grande número de periféricos para aquisição e comunicação de dados. Para avaliar o desempenho do ESP digital desenvolvido, testes experimentais foram realizados em uma unidade geradora de 350 MVA da casa de força número 1, da UHE de Tucuruí. O estabilizador desenvolvido atua através da modulação da referência de tensão do regulador automático de tensão da respectiva unidade geradora, de acordo com as oscilações observadas através da medida de potência elétrica no estator do gerador. Os resultados de testes de campo mostraram um excelente desempenho do ESP digital no amortecimento de um modo eletromecânico, de freqüência natural de aproximadamente 1,7 Hz, observado nos teste de campo realizado.

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