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)
Adequação do laboratório de alta tensão da UFPA - LEAT aos requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração da norma ABNT NBR ISO/IEC 17025
(Universidade Federal do Pará, 2022-02-24) BRASIL, Alexandre de Souza; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Fenômenos que provocam desequilíbrios elétricos nos sistemas de potência ocorrem constantemente, o que gera a necessidade de estudá-los com o objetivo de permitir o desenvolvimento de redes e equipamentos elétricos que se comportem de forma mais confiável e robusta diante de tais distúrbios. Estes estudos são, em geral, realizados em laboratórios especializados de Alta Tensão e Alta Potência. No decorrer dos anos, o mercado passou a demandar que estes estudos também fornecessem resultados que cumprissem padrões de qualidade certificados por órgãos oficiais. Nesse sentido, esta dissertação objetiva propor a adequação necessária do Laboratório de Alta e Extra Alta Tensão da Universidade Federal do Pará (LEAT) aos requisitos para a competência de laboratórios de ensaio e calibração definidos pela norma ABNT NBR ISO/IEC 17025, com foco no desenvolvimento e implantação de um Sistema de Gestão da Qualidade; criação de procedimentos operacionais e diretrizes de segurança; estabelecimento de um programa de calibração para os equipamentos do laboratório; e identificação das motivações, vantagens e impactos relacionados a implementação dos requisitos da referida norma, bem como as dificuldades e soluções encontradas. Para isso, primeiramente foi realizado um levantamento literário que buscou conhecer o panorama nacional de instituições de ensino superior com laboratórios acreditados sob a referida norma. Em seguida, iniciou-se o processo de implementação dos requisitos da norma, o qual se baseou na metodologia adaptada de Grochau (2011). Por fim, a experiência vivenciada permitiu observar que a adequação aos requisitos da norma em laboratórios vinculados as instituições públicas, apesar de complexa em um primeiro momento, é plenamente capaz de proporcionar diversos benefícios e vantagens, desde que sejam respeitadas as peculiaridades deste tipo de instituição como: burocracia; limitação de recursos; capacitação do pessoal envolvido e; conciliação das atividades de pesquisa e ensino com a prestação de serviços.
Acesso aberto (Open Access)
Alocação ótima de geração distribuída em redes de distribuição utilizando algoritmo híbrido baseado em cuckoo search e algoritmo genético
(Universidade Federal do Pará, 2018-09-02) OLIVEIRA, Victoria Yukie Matsunaga de; AFFONSO, Carolina de Mattos; http://lattes.cnpq.br/2228901515752720
Esta tese de doutorado propõe um novo algoritmo Cuckoo Search (CS) chamado Cuckoo-GRN (Cuckoo Search with Genetically Replaced Nests), que incorpora benefícios do algoritmo genético (GA) no algoritmo CS. O método proposto trata os ninhos abandonados do CS de maneira mais eficiente, substituindo-os geneticamente. Isto melhora significativamente o desempenho do algoritmo, estabelecendo o equilíbrio ideal entre a diversificação e a intensificação de busca. O novo algoritmo é utilizado para otimizar a localização e o dimensionamento de unidades de geração distribuída em um sistema de distribuição, a fim de minimizar as perdas de energia ativa, melhorando a estabilidade da tensão do sistema e o perfil de tensão. Alocações de uma ou mais unidades de geração distribuída são consideradas. O algoritmo proposto é extensivamente testado em funções matemáticas de benchmark, bem como nos sistemas de distribuição de 33 e 119 barras. Os resultados da simulação mostram que o Cuckoo-GRN pode levar a uma melhora substancial de desempenho em relação ao algoritmo CS original e a outras técnicas atualmente conhecidas na literatura, não apenas em termos de convergência, mas também de precisão da solução.
Acesso aberto (Open Access)
Análise da metodologia para definição dos limites de continuidade dos conjuntos elétricos das distribuidoras de energia elétrica no Brasil
(Universidade Federal do Pará, 2024-10-10) OLIVEIRA, Loreddana Monteiro Bandeira de; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
A definição dos limites dos indicadores de continuidade dos conjuntos elétricos nas distribuidoras de energia elétrica representa o principal aspecto regulatório da qualidade do fornecimento de energia elétrica, influenciando diretamente as tarifas aplicadas aos consumidores e os investimentos realizados pelas empresas concessionárias de distribuição elétrica. No contexto da regulação do setor elétrico, manter os índices de continuidade do fornecimento de energia em níveis adequados é crucial para garantir a melhoria do fornecimento aos consumidores, bem como a acessibilidade da tarifa elétrica. Neste trabalho, será apresentada a regulamentação brasileira sobre indicadores coletivos de continuidade do fornecimento de energia, elaborada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), desde sua implementação até os dias atuais, analisando como cada mudança regulatória influenciou o desempenho e a evolução do setor elétrico brasileiro, especialmente no Estado do Pará, que possui indicadores coletivos de continuidade diferenciados em comparação aos demais estados, devido a peculiaridades da área de concessão, como dificuldades de acesso, longas distâncias, baixa densidade populacional. A ANEEL utiliza a comparação entre os conjuntos elétricos das distribuidoras como base para estabelecer um benchmarking, que define as metas de desempenho a serem alcançadas ao fim de cada ciclo tarifário, no entanto, o método atual de estabelecimento dos limites regulatórios não considera características que impactam diretamente a gestão operacional, nem as particularidades desses conjuntos e regiões. Esta dissertação propõe-se a analisar a metodologia vigente para a definição dos limites de continuidade dos conjuntos elétricos das distribuidoras de energia elétrica no Brasil.
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Análise de desempenho de algoritmos para classificação de sequências representando faltas do tipo curto-circuito em linhas de transmissão de energia elétrica
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-05) FREIRE, Jean Carlos Arouche; MORAIS, Jefferson Magalhães de; http://lattes.cnpq.br/5219735119295290; CASTRO, Adriana Rosa Garcez; http://lattes.cnpq.br/5273686389382860
A manutenção da qualidade de energia em sistemas elétricos de potência depende do tratamento dos principais distúrbios que possam surgir em sua geração, transmissão e distribuição. Dentro deste contexto, muitos estudos vêm sendo desenvolvidos com o objetivo de realizar a detecção e classificação de faltas do tipo curto-circuito em sistemas elétricos através da análise do comportamento do sinal elétrico. Os sistemas de classificação de faltas em linha de transmissão podem ser divididos em dois tipos: sistemas de classificação on-line e pós-falta. No cenário pósfalta as sequências do sinal a serem avaliadas para a classificação possuem comprimento (duração) variável. Na classificação de sequências é possível utilizar classificadores convencionais tais como Redes Neurais Artificiais, Máquinas de Vetores de Suporte, K-vizinhos mais próximos e Árvore de Decisão (Floresta aleatória). Nestes casos, o processo de classificação geralmente requer um pré-processamento das sequências ou um estágio de front end que converta os dados bruto em parâmetros sensíveis para alimentar o classificador, o que pode aumentar o custo computacional do sistema de classificação. Uma alternativa para este problema é a arquitetura de classificação de sequências baseada em quadros (FBSC - Frame Based Sequence Classification). O problema da arquitetura FBSC é que esta possui muitos graus de liberdade na concepção do modelo (front end mais classificador) devendo este ser avaliado usando um conjunto de dados completo e uma metodologia rigorosa para evitar conclusões tendenciosas. Considerando a importância do uso de metodologias para classificação de faltas do tipo curto-circuito eficientes e principalmente com baixo custo computacional, este trabalho apresenta os resultados do estudo desenvolvido de análise do algoritmo KNN (K-vizinhos mais próximo) associado a medida de similaridade de Alinhamento Temporal Dinâmico (DTW) e do algoritmo HMM (Modelo Oculto de Markov) para a tarefa de classificação de faltas. Estas duas técnicas permitem o uso direto dos dados sem a necessidade de utilização de front ends, além de possuírem a capacidade de poder tratar séries temporais multivariadas e de tamanho variável, que é o caso das sequências de sinais para o caso pós-falta. Para desenvolvimento dos dois sistemas propostos para classificação foram utilizados dados simulados de faltas do tipo curto-circuito oriundos da base de dados pública UFPAFaults. Para comparação de resultados com metodologias já apresentadas na literatura para o problema, foi também avaliada, para o mesmo banco de dados, a arquitetura FBSC. No caso da arquitetura FBSC, diferentes front ends e classificadores foram utilizados. A avaliação comparativa foi realizada a partir da medida de taxa de erro, custo computacional e testes estatísticos. Os resultados obtidos mostraram que o classificador baseado no HMM se mostrou mais adequado para o problema de classificação de faltas do tipo curto-circuito em linhas de transmissão.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de Desempenho de Meta-heurísticas Aplicadas ao Problema de Restauração de Redes de Distribuição.
(Universidade Federal do Pará, 2020-02-20) BATISTA, Vítor dos Santos; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813
Nos últimos anos diversas meta-heurísticas foram utilizadas para solucionar o problema de restauração de Sistemas de Distribuição de Energia (SDE) de forma eficiente. Dentre elas destaca-se o AEMT - Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo por Tabela, que juntamente com a utilização da RNP - Representação Nó-Profundidade, trouxeram um grande avanço na área pois a RNP sendo utilizada como estrutura de dados é possível realizar modificações na topologia do SDE sem perder a radialidade e restabelecer o fornecimento de energia para todas as cargas desligadas após a falta. Devido a falta de exploração de outras meta-heurísticas que utilizam a RNP como estrutura de dados, este trabalho visa realizar uma análise de desempenho comparando o AEMT com outras três meta-heurísticas, a Busca Tabu, Colônia de Abelhas e Estratégias evolutivas. A análise foi realizada em 3 SDEs com 84, 119 e 135 barras e foram simuladas 3 faltas em cada sistema.
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Análise de desempenho de pará-raios de ZnO sob diversos cenários de poluição utilizando método de elementos finitos
(Universidade Federal do Pará, 2022-08-16) LISBOA, Mellina Modesto; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
O para-raios de Óxido de Zinco é um dos dispositivos de proteção de vital importância para os Sistemas Elétricos de Potência e os equipamentos que os compõe, uma vez que ele assegura a confiabilidade e a continuidade de operação desses sistemas a partir da sua capacidade de atenuar as sobretensões transitórias resultantes de descargas atmosféricas ou surtos de manobra. Esse equipamento é formado por blocos de resistores variáveis de ZnO, associados em série ou em paralelo, cuja curva de tensão-corrente apresenta alta não-linearidade. Tendo em vista a relevância da utilização do para-raios, faz-se necessária a investigação das condições de operação deste. Na literatura, são encontrados diversos procedimentos e técnicas destinadas a tal finalidade, entre as quais destaca-se o monitoramento por meio da medição e análise da corrente de fuga, dado que esta representa um dos fatores principais que contribuem para a degradação deste equipamento. Diante deste contexto, a presente dissertação de mestrado implementa um modelo bidimensional de um para-raios de Óxido de Zinco de 30 kV, utilizando o Método de Elementos Finitos, para obter-se as curvas da corrente de fuga, distribuições do potencial elétrico, da densidade de corrente e a das linhas de campo elétrico, quando este dispositivo se encontra sujeito às condições de variações de tensão e poluições. Os resultados mostram um aumento significativo dessas grandezas medidas conforme o nível de poluição se intensifica, bem como, com o aumento dos níveis de tensão.
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Análise de estabilidade transitória em geradores distribuídos: considerações sobre a proteção 78PS.
(Universidade Federal do Pará, 2024-09-09) HERINGER, Wesley Rodrigues; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Esta dissertação tem por objetivo apresentar uma análise da estabilidade transitória em geradores distribuídos, considerando a atuação da proteção 78PS, contra perda de sincronismo. Neste contexto, os estudos desenvolvidos neste trabalho serão considerados para dois casos reais distintos de duas usinas de cogeração com geradores síncronos de potências diferentes, sendo uma usina sucroalcooleira, a qual será conectada em breve a um alimentador rural extenso da subestação de Paragominas 34,5 kV da Equatorial Energia – PA, sendo no segundo caso analisado uma indústria de polpas de frutas que utiliza a biomassa resultante dos processos como combustível para a caldeira a vapor, a qual se conecta à uma turbina, para acionamento de um gerador. Por sua vez, este sistema será interligado em um alimentador predominantemente urbano, em uma subestação de distribuição de 13,8 kV em Castanhal no interior do Pará. As análises são realizada por meio de simulação completa no domínio do tempo via software Anatem©, considerando dois modos de controle de tensão das máquinas síncronas: sem controle de tensão; e com controle de tensão. Os estudos fornecem as margens de estabilidade transitória das máquinas e considerações sobre a proteção contra a perda de sincronismo dos geradores síncronos. Os resultados indicam que o uso do modo de controle de tensão do regulador automático de tensão e a coordenação entre a proteção dos alimentadores internos do consumidor industrial e a proteção da usina são fundamentais para garantir a manutenção do sincronismo da geração distribuída.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de modelos, simulações e ensaios de impulso em um transformador de distribuição.
(Universidade Federal do Pará, 2019-03-12) CARDOSO, Antonio Fernando Martins; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Na presente dissertação de mestrado foram estudados os fenômenos transitórios, presentes no sistema de energia elétrica, analisando especificamente surtos de tensão derivados da incidência de descargas atmosféricas em linhas de transmissão e distribuição e como essas afetam um dos componentes mais importantes da rede elétrica, o transformador. Um ensaio de alta tensão foi realizado em um transformador de distribuição trifásico com potência de 30kVA, primário interligado em triângulo 13.8kV, secundário em estrela 220 / 127V aplicando-se impulsos de tensão plenos de 100kV e impulsos de tensão reduzidos de 50kV no primário do transformador. Foi adotada a forma de onda fornecida em normas internacionais como padrão para a caracterização de uma descarga atmosférica. Comparando os resultados obtidos com a realização dos ensaios, com modelos apresentados pelo mesmo transformador de distribuição, no software Alternative Transients Program (ATP), observa-se a consistência e precisão destes modelos adotados na representação de transformadores para estudos de alta tensão e frequência, validando assim os mesmos.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de sistemas não-lineares e síntese de operadores inversos por séries de volterra diagonais
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-22) TEIXEIRA, Raphael Barros; BAYMA, Rafael Suzuki; http://lattes.cnpq.br/6240525080111166; COSTA JÚNIOR, Carlos Tavares da; http://lattes.cnpq.br/6328549183075122
Este trabalho propõe estratégias inovadoras de análise de sistemas não-lineares e de síntese de operadores inversos por meio das séries de Volterra diagonais. Ao expressar a saída explicitamente a partir da entrada as séries de Volterra possibilitam a análise não-linear no domínio da frequência. Contudo, a natureza multidimensional do modelo confere diversas dificuldades ao seu uso sistemático. Este trabalho lança um novo olhar sobre as chamadas séries de Volterra em coordenadas diagonais, com as quais operadores Volterra são expressos como um conjunto de filtros lineares e unidimensionais que processam termos polinomiais não lineares da entrada. A proposição da forma racional para estes filtros conduz a modelos Volterra exatos e compactos, que exibem uma conexão direta com formalismos não-lineares modernos, notadamente os modelos estruturados em blocos, de Wiener e de Hammerstein, e os modelos polinomiais não-lineares auto-regressivos com entrada (NARX). Em particular, propõe-se uma estratégia para a obtenção de modelos Volterra diagonais a partir dos NARX polinomiais. A estratégia é denominada de método derivativo, em razão de depender apenas de resultados consagrados do cálculo diferencial. Isso é importante porque um modelo NARX pode se ajustar relativamente bem a dados experimentais para descrever uma ampla variedade de sistemas. O estudo subsequente da série de Volterra surge como um passo adicional natural de análise. Este resultado abre possibilidades também para a síntese não-linear. Um problema que tem recebido atenção crescente na engenharia de sistemas é o da síntese de operadores não-lineares inversos, pelos quais se busca reverter distorções geradas pelo sistema, preservando a integridade da informação de interesse. Neste caso propõe-se uma estratégia de síntese de operadores Volterra diagonais inversos, na topologia de pós-inversão, para classes particulares de modelos polinomiais não-lineares. Trata-se de uma abordagem numérica onde a síntese é conduzida por um problema de otimização que se inspira no clássico operador inverso de ordem p. Palavras Chave: Sistemas não-lineares, série Volterra diagonais, identificação de sistemas, análise não-linear, inversão dinâmica.
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Análise de supraharmônicos em equipamentos eletrônicos e caracterização utilizando a transformada wavelet
(Universidade Federal do Pará, 2018-09-10) RODRIGUES, Carlos Eduardo Moreira; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
Esta dissertação objetiva analisar a emissão, a propagação e a interação entre equipamentos envolvendo componentes harmônicas que possuem frequência na faixa entre 2 kHz e 150 kHz, denominadas supraharmônicos. A literatura especializada já reportou a emissão de supraharmônicos por equipamentos eletrônicos como lâmpadas fluorescentes, lâmpadas LED, inversores de frequência e nobreaks, além de impactos relacionados ao aquecimento de cabos e terminações, ruído acústico e interferência em sistemas PLC (Power Line Communication). No presente trabalho, foram realizadas campanhas de medição, em ambiente laboratorial, em inversores de frequência e um conjunto de lâmpadas LED. As medições se dividiram em dois grupos distintos: com os equipamentos conectados à rede elétrica e a uma fonte eletrônica trifásica, com o objetivo de verificar as ordens e os níveis, tanto das emissões provenientes dos equipamentos, quanto da distorção emitida pela própria fonte eletrônica, além da interação entre a fonte e os equipamentos alimentados. Foram empregadas a Transformada de Fourier e a Transformada Wavelet Packet para efetuar a análise e caracterização das distorções observadas. As medições mostraram uma contribuição significativa dos equipamentos observados e da fonte eletrônica para a emissão de supraharmônicos, além da amplificação da distorção quando os equipamentos são por ela alimentados.
Acesso aberto (Open Access)
Análise do impacto de geradores fotovoltaicos na estabilidade transitória de geradores síncronos distribuídos
(Universidade Federal do Pará, 2018-02-19) PINHEIRO, Wanessa Tâmiris de Souza; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Esta Dissertação de Mestrado tem por objetivo apresentar uma análise comparativa entre dois modelos de controles de inversores para o estudo da análise da estabilidade transitória e estabilidade de tensão, com a inserção da geração fotovoltaica nas redes elétricas de distribuição. É proposto também uma análise da influência, tanto negativa quanto positiva, causada pelos modos de controle desses inversores na estabilidade da máquina síncrona interconectada ao sistema elétrico. Uma outra solução a ser investigada neste trabalho será o uso do modo de controle de potência reativa dos geradores fotovoltaicos via inversor, que possa contribuir para o alivio da demanda de reativo dos geradores síncronos distribuídos interligados no mesmo sistema elétrico, com o objetivo de reduzir a possibilidade de gerar uma condição de instabilidade de tensão, após uma grande perturbação, ou quando da ocorrência de contingências no sistema elétrico de potência que possam afetar redes elétricas fracas ou sobrecarregadas e com grande inserção de geradores fotovoltaicos. As análises dos modelos de controle serão realizadas por meio de simulações no domínio do tempo, através da ferramenta computacional ANATEM e ANAREDE.
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Análise dos impactos harmônicos na qualidade da energia elétrica utilizando kdd – estudo de caso na Universidade Federal do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2019-03-18) SILVA, Waterloo Ferreira da; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
O presente trabalho apresenta uma análise de dados relacionados a Qualidade da Energia Elétrica (QEE), a crescente utilização de cargas não lineares, equipamentos baseados na eletrônica de potência nas instalações residenciais, comerciais e industriais estão contribuindo para o aumento significativo dos níveis de distorção harmônica de corrente e, consequentemente de tensão, conforme observado no sistema brasileiro de distribuição de energia elétrica. Foi desenvolvido no Brasil, os procedimentos de distribuição no sistema elétrico nacional (PRODIST), criado e desenvolvido pela Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). O PRODIST tem o objetivo de normatizar e padronizar as atividades relacionadas à distribuição de energia, incluindo os padrões de qualidade do produto. Com objetivo de monitorar a qualidade do produto “energia elétrica” através do conteúdo harmônico gerado pela rede elétrica da instituição, propõe-se uma metodologia para as analise utilizando técnicas de inteligência computacional (IC) e mineração de dados para análise dos dados coletados por medidores de qualidade de energia instalados nos principais setores desta instituição, e no ponto de acoplamento comum do consumidor e consequentemente estabelecer a relação entre as correntes harmônicas das cargas não lineares com a distorção harmônica no ponto de acoplamento comum. Aplicou-se o processo do KDD, incluindo coleta, seleção, limpeza, integração, transformação e redução, mineração, interpretação e avaliação dos dados, com objetivo de monitorar a qualidade do produto “energia elétrica” através do conteúdo harmônico gerado pela rede elétrica da instituição de ensino. Na fase de mineração de dados “Data Mining”, utilizou-se o classificador Naive Bayes. Os resultados obtidos evidenciaram que o processo KDD possui aplicabilidade na análise da Distorção Harmônica Total de Tensão no Ponto de Acoplamento Comum podendo ser aplicado em qualquer área comercial, residencial e industrial.
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Análise magnética e mecânica em transformadores sob correntes de energização e energização solidária
(Universidade Federal do Pará, 2019-10-01) LIMA, Diorge de Souza; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813
O transformador de potência é um dos equipamentos mais importantes no sistema elétrico de potência, permitindo a viabilidade da conexão dos centros geradores aos centros consumidores, mesmo estando a longas distâncias. O seu funcionamento de forma confiável e contínuo é de fundamental importância para a manutenção do serviço estando sujeitos a vários tipos de perturbações que podem acarretar em falhas. Nesta perspectiva, a realização de estudos do comportamento dinâmico dos enrolamentos de transformadores por meio de simulações computacionais, tem sido amplamente utilizada para avaliar de forma segura e precisa o seu funcionamento. Portanto, neste documento é apresentada a metodologia para investigação em um transformador de potência de 50 MVA por meio do método de elementos finitos para análise estática e no domínio do tempo. Com isso, o estudo foi realizado por meio de acoplamentos magneto-mecânico. Na primeira análise (estudo do circuito), utilizou-se do software ATPDraw para obter o comportamento da corrente de inrush e energização solidária durante a energização do banco de transformadores. Por conseguinte, no software ANSYS MAXWELL foram realizados os estudos magnéticos. Para isso, um modelo em 3D próximo ao real foi utilizado (levando em consideração as características da laminação do núcleo e dos enrolamentos, sendo alguns destes em formato de discos). Com isso, são apresentados como resultados o comportamento da indução magnética e das forças magnéticas nos enrolamentos do equipamento. Por fim, no software ANSYS STRUCTURAL foram realizados os estudos estruturais (mecânicos). Ainda, da mesma forma como anteriormente, foi utilizado um modelo em 3D próximo ao real, apresentando como resultados o comportamento da deformação total no enrolamento, o estresse mecânico sofrido e o grau de segurança durante a ocorrência da energização. Nas análises estáticas foram considerados três condições de operação: condição nominal, energização solidária e corrente de inrush. Para a condição nominal, utilizou-se dos dados de placa do equipamento, para a condição de energização (energização solidária e corrente de inrush) foi utilizado a maior amplitude obtida durante a simulação. Ressalta-se que para a análise no domínio do tempo, somente a condição da corrente de inrush foi analisada, tanto pelo elevado custo computacional exigido quanto por ser a pior condição constada na análise estática.
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Análises multifísica via método de elementos finitos para o auxílio à manutenção preditiva em transformadores de potência.
(Universidade Federal do Pará, 2018-09-21) SOUSA, Antonio Roniel Marques de; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema de fundamental importância no panorama brasileiro. Sua função é conectar eletricamente os centros geradores e os centros consumidores, sendo eles empresariais, comercias ou residenciais. Os principais equipamentos responsáveis pela conexão e transmissão de energia elétrica dos centros geradores aos consumidores são os transformadores de potência. Esses equipamentos estão sujeitos a diversos tipos de falhas que podem afetar seus componentes chegando, em alguns casos, a comprometer a operação deste equipamento e, em consequência, o abastecimento de energia elétrica. Desta forma, neste trabalho é realizada uma análise multifisica nos transformadores de potência, acoplando simulações eletromagnéticas, térmicas e estruturais com o objetivo de fornecer ao operador informação sobre o momento ideal para a realização de manutenções preditivas, evitando paradas não planejadas. Para isso, foram utilizadas simulações computacionais por meio do Método de Elementos Finitos (MEF) e, a partir disso, foram analisadas as diversas situações as quais esses equipamentos podem ser submetidos, tanto na condição nominal, quanto em condições extremas de funcionamento, como corrente de inrush e corrente de curto-circuito. Nesta perspectiva, foram realizadas análises dos efeitos que a dilatação térmica e as forças axiais e radiais exercem, contribuindo para possíveis defeitos nesses equipamentos. Como objeto de estudo, as simulações foram realizadas em um transformador monofásico de 50 MVA, equipamento que encontra-se em funcionamento na região norte do país. Para melhor validação da metodologia utilizada neste trabalho, as simulações foram validadas com dados reais de medição e com resultados presentes em literaturas atuais. Desta forma, este trabalho apresenta uma metodologia que pode auxiliar o quadro técnico de uma indústria na decisão do momento adequado de parada em um transformador de potência para a realização de manutenções preditivas.
Acesso aberto (Open Access)
Analysis of classical and advanced control techniques tuned with reinforcement learning
(Universidade Federal do Pará, 2023-09-01) SILVA, Daniel Abreu Macedo da; SILVEIRA, Antonio da Silva; http://lattes.cnpq.br/1828468407562753
A teoria de controle é utilizada para estabilizar sistemas e obter respostas específicas para cada tipo de processo. Controladores clássicos, como o PID utilizado nesta pesquisa, são difundidos globalmente nas indústrias, isto por possuírem topologias bem estudadas pela literatura e serem facilmente aplicados em microcontroladores ou controladores lógico programáveis; já os avançados, como GMV, GPC e LQR também utilizados neste trabalho, possuem certa resistência em aplicações comuns das indústrias de base, mas são muito utilizados em sistemas de energia, aerospaciais e robóticos, pois a complexidade e estrutura desses métodos gera robustez e alcança desempenhos satisfatórios para processos de difícil controle. Neste trabalho, esses métodos são estudados e avaliados com uma abordagem de sintonia que utiliza o aprendizado por reforço. São aplicadas duas formas de sintonia para os controladores, estas são o método da Repetição e Melhora e o método de Jogos Diferenciais. O primeiro utiliza iterações offline, onde o agente do processo é a técnica de controle escolhida, que trabalha com os índices de desempenho e robustez como ambiente (métrica de como o processo está evoluindo), sendo capaz de organizar uma política de ajuste para o controlador, que se baseia em recompensar o fator de ponderação até obter o critério de parada do processo (resposta desejada). O segundo método se baseia em utilizar estratégias de reforço que recompensam o controlador conforme a resposta se modifica, assim o LQR aprende as políticas de controle ideais, adaptando se às mudanças do ambiente, o que permite obter melhor desempenho por recalcular os tradicionais ganhos encontrados com a equação de Ricatti para sintonia do regulador; neste método, os jogos diferenciais são utilizados como uma estrutura para modelar e analisar sistemas dinâmicos com múltiplos agentes. Para validar o que é apresentado, o Motor Tacogerador e o Ar Drone são escolhidos. O Motor Tacogerador é modelado com a estimação dos mínimos quadrados em uma estrutura ARX-SISO para avaliação do primeiro método de sintonia. O Ar Drone é modelado com uma abordagem em espaço de estados para avaliação do segundo método de sintonia.
Acesso aberto (Open Access)
Aplicação de método de reconstrução de sinais baseado em decomposição variacional de modos no processamento de sinais de descargas parciais
(Universidade Federal do Pará, 2024-09-23) ALMEIDA, Vanilze Vaz Monteiro de; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Os equipamentos de alta tensão do sistema elétrico estão sujeitos a degradação do isolamento elétrico, favorecendo a evolução da atividade de descargas parciais (DP), que por sua vez são fatores determinantes nas falhas de operação destes ativos, gerando grandes prejuízos. Nesse sentido, a análise dos sinais de DP para uma boa representação das condições de operação é essencial, pois auxilia na tomada de decisões assertivas na manutenção preditiva de equipamentos, além de compreender seus impactos. O procedimento de aquisição de DP se dá por meio de medições com dispositivos invasivos ou não, que mostram a ocorrência deste fenômeno sob condições de funcionamento em campo ou em laboratório. Contudo, esta aquisição está sujeita a interferências, implicando em sinais de DP imersos em ruído, os quais podem ser advindos da própria natureza eletromagnética dos equipamentos utilizados ou de forma externa. Verifica-se então a necessidade de implementação de técnicas de redução de ruído e reconstrução de sinais que garantam uma boa representação das DP, permitindo uma análise precisa através da minimização da perda de características do sinal para estudos posteriores. Sendo assim, neste trabalho foi realizado um estudo de quatro técnicas de redução de ruído para sinais de DP: a Decomposição Variacional de Modos (Variational Mode Decomposition - VMD), a Filtragem Adaptativa com algoritmo de Mínimos Quadrados Médios (Least Mean Square -LMS), a Transformada Wavelet com Limiarização Brusca/Rígida (Wavelet Transform with Hard Thresholding - HTWT) e a Transformada Wavelet com Limiarização Suave (Wavelet Transform with Soft Thresholding - STWT), para reconstrução de sinais reais de DP obtidos de medições com Transformador de Corrente de Alta Frequência (HFCT). Os resultados obtidos do processo de filtragem dos sinais foram avaliados a partir de métricas como a Raiz do Erro Quadrático Médio (Root Mean Square Error - RMSE), a Relação Sinal-Ruído (Signal-to-Noise Ratio - SNR) e o Coeficiente de Correlação (CC), que demonstraram a importância da metodologia de filtragem com a incorporação da VMD e da variação dos parâmetros e sequências de filtragem estabelecidas.
Acesso aberto (Open Access)
Aplicações de controle preventivo baseadas em árvore de decisão para aumentar a capacidade de sobrevivência a afundamentos de tensão dos geradores de indução duplamente excitados em sistemas de potência
(Universidade Federal do Pará, 2018-09-21) VIEIRA, Dione Jose Abreu; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447
Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de controle preventivo com o objetivo de aumentar a capacidade de recuperação a afundamentos de tensão (FRTC) dos geradores de indução duplamente excitados (DFIG) integrados à rede elétrica. A metodologia, baseada em árvore de decisão (DT), auxilia na monitoração e no suporte à segurança e ao controle preventivo, garantindo que os sistemas eólicos permaneçam conectados após a ocorrência de perturbações na rede elétrica. Com base em estudos off-line, a DT é utilizada com o intuito de descobrir atributos inerentes ao sistema elétrico relacionado à FRTC, fornecendo um modelo de predição rápido para aplicações em tempo real. A partir dos resultados obtidos, é possível verificar que o DFIG contribui neste contexto para a segurança da operação através da disponibilidade de despacho de potência e participação no controle de tensão. Verifica-se também que o uso da DT, além de classificar com boa precisão o estado operacional do sistema, facilita de maneira significativa a tarefa do operador, uma vez que o mesmo vai estar direcionado ao acompanhamento das variáveis realmente críticas de operação para uma determinada configuração topológica do sistema elétrico.
Acesso aberto (Open Access)
Augmentação estocástica com horizonte de predição estendido baseada no PID para um sistema multivariável
(Universidade Federal do Pará, 2019-10-25) CRUZ, Jahyrahã Leal dos Santos; SILVEIRA, Antonio da Silva; http://lattes.cnpq.br/1828468407562753
Esta pesquisa objetiva investigar e projetar um sistema de controle baseado na Augmentação Estocástica com Horizonte de Predição Estendido com 10-passos à frente, em que a agumentação consiste na junção das características de um controlador linear com um controlador preditivo estocástico, resultando em um sistema de controle com garantias de robustez com características preditiva, linear e estocástica. Para aplicação da Augmentação Estocástica, os controladores escolhidos são, o controlador PID clássico e o controlador GMV incremental, os quais são augmentados, resultando em um controlador com horizonte de predição estendido, o controlador AEHP. De modo que, o controlador PID clássico no domínio de tempo discreto é comparado com o controlador preditivo AEHP. Ambos os controladores são testados em um processo de bancada, por simulação, que representa a dinâmica de um helicóptero, sendo este denominado Helicóptero 2DOF (H2DOF), fabricado pela empresa Quanser. O H2DOF é um sistema multivariável, cujo modelo no espaço de estado é transformado para a forma de função de transferência, gerando dois sistemas SISO, um para o ângulo de arfagem e outro para o ângulo de guinada, em que as influências do acoplamento são consideradas para o sistema. A transformação para função de transferência reduz a complexidade do sistema multivariável, permitindo a utilização de uma lei de controle mais simples. Além disso, é realizado o emparceiramento de entrada e saída, para verificar qual entrada é mais sensível a uma determinada saída, por meio do método da matriz de ganhos relativos. E para a comprovação da eficiência do sistema de controle baseado na Augmentação Estocástica com Horizonte de Predição Estendido, são realizados testes por simulação no ambiente de software da MathWorks®, sendo estes, teste de desempenho dos horizontes de predição, acoplamento do sistema, perturbação de carga na saída e perturbação gaussiana. Em que, os testes são avaliados por meio de índices de desempenho e robustez. De forma que, o controlador preditivo AEHP, obteve os melhores resultados para maioria dos índices de desempenho com garantias de robustez, se comparado com o controlador PID clássico no domínio de tempo discreto.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação da distorção harmônica total de tensão no ponto de acoplamento comum industrial usando o processo KDD baseado em medição
(Universidade Federal do Pará, 2018-03-27) OLIVEIRA, Edson Farias de; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
Nas últimas décadas, a indústria de transformação, tem proporcionado a introdução de produtos cada vez mais rápidos e energeticamente mais eficientes para utilização residencial, comercial e industrial, no entanto essas cargas devido à sua não linearidade têm contribuído significativamente para o aumento dos níveis de distorção harmônica de tensão em decorrência da corrente conforme indicadores de Qualidade de Energia Elétrica do sistema brasileiro de distribuição de energia elétrico. O constante aumento dos níveis das distorções, principalmente no ponto de acoplamento comum, tem gerado nos dias atuais muita preocupação nas concessionárias e nos consumidores de energia elétrica, devido aos problemas que causam como perdas da qualidade de energia elétrica no fornecimento e nas instalações dos consumidores e isso têm proporcionado diversos estudos sobre o assunto. Com o intuito de contribuir com o assunto, a presente tese propõe um procedimento com base no processo Knowledge Discovery in Database - KDD para identificação das cargas impactantes das distorções harmônicas de tensão no ponto de acoplamento comum. A metodologia proposta utiliza técnicas de Inteligência computacional e mineração de dados para análise dos dados coletados por medidores de qualidade de energia instalados nas cargas principais e no ponto de acoplamento comum do consumidor e consequentemente estabelecer a correlação entre as correntes harmônicas das cargas não lineares com a distorção harmônica no ponto de acoplamento comum. O processo proposto consiste na análise das cargas e do layout do local onde a metodologia será aplicada, na escolha e na instalação dos medidores de QEE e na aplicação do processo KDD completo, incluindo os procedimentos de coleta, seleção, limpeza, integração, transformação e redução, mineração, interpretação, e avaliação dos dados. Com o propósito de contribuição foram aplicadas as técnicas de mineração de dados Árvore de Decisão e Naïve Bayes e foram testados diversos algoritmos em busca do algoritmo com resultados mais significativos para esse tipo de análise conforme apresentado nos resultados. Os resultados obtidos evidenciaram que o processo KDD possui aplicabilidade na análise da Distorção Harmônica Total de Tensão no Ponto de Acoplamento Comum e deixa como contribuição a descrição completa de cada etapa desse processo, e para isso foram comparados com diferentes índices de balanceamento de dados, treinamento e teste e diferentes cenários em diferentes turnos de análise e apresentaram bom desempenho possibilitando sua aplicação em outros tipos de consumidores e empresas de distribuição de energia. Evidencia também, na aplicação escolhida e utilizando diferentes cenários, que a carga mais impactante foi a sétima harmônica de corrente das centrais de ar condicionado para o conjunto de dados coletados.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação da influência da configuração de controladores de carga no desempenho de geradores fotovoltaicos suprindo uma nanorrede de distribuição em corrente contínua
(Universidade Federal do Pará, 2022-09-09) ALBUQUERQUE, Luana Oliveira de; MACÊDO, Wilson Negrão; http://lattes.cnpq.br/3386249951714088
Este trabalho apresenta uma avaliação da produtividade de geradores fotovoltaicos, utilizando se diferentes configurações em controladores de carga empregados em sistemas isolados, estando estes controladores interconectados formando uma nanorrede de distribuição em corrente contínua. Para apoiar o estudo, realiza-se uma contextualização dos usos de microrredes e a apresentação da nanorrede utilizada, que se encontra instalada na área de testes do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE) da Universidade Federal do Pará. Ao longo do trabalho indicam-se os principais equipamentos responsáveis pela formação de rede neste tipo de sistema, sendo eles os controladores de carga, associados a sistemas de armazenamento de energia e geradores fotovoltaicos. Neste sentido, adotam-se configurações diferentes das recomendadas pelos fabricantes, mas dentro dos limites aceitáveis, com o intuito de aumentar a produtividade dos geradores fotovoltaicos e diminuir as perdas por captura. De acordo com os resultados obtidos, quando apenas um sistema de geração e armazenamento estava em operação foi constatado o aumento da produtividade da geração e a diminuição de perdas por captura; quando analisada a nanorrede com todos os sistemas em operação, com configurações distintas, foi constatada a diminuição das perdas por captura, mas o aumento da produtividade não pode ser identificado, por conta, principalmente, do intercâmbio de energia presente na nanorrede.