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)
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.
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)
Balanço energético de um laboratório de pesquisa em cenários pré, durante e pós pandemia, visando certificação NZEB
(Universidade Federal do Pará, 2022-06-27) LAVÔR, Matias Ribeiro Máximo de; LEAL, Adônis Ferreira Raiol; http://lattes.cnpq.br/4099411616990036
Sistemas de geração solar fotovoltaica desempenham um papel essencial para a melhoria da eficiência energética de uma edificação, de forma que ao ser integrado, atua diretamente no balanço energético, definindo um percentual de consumo de cargas a ser compensado pela fonte de energia renovável, parâmetro importante para os mais recentes requisitos de classificação de eficiência. A etiquetagem nacional de edificações já é obrigatória para prédios públicos federais, exigindo-se para sua obtenção, dentre outros requisitos, o efetivo atendimento da nova Instrução Normativa Inmetro para a Classificação de Eficiência Energética de Edificações Comerciais, de Serviços e Públicas (INI-C), que substituiu o anterior Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Comerciais, de Serviços e Públicas (RTQ-C). No novo procedimento foram especificados critérios e métodos para classificação de edificações comerciais, de serviços e públicas quanto à sua eficiência energética, visando à etiquetagem de edificações. A nova instrução também inclui a geração distribuída no balanço energético da edificação, bem como a caracterização de edificações NZEB e avaliação de emissões de Dióxido de Carbono. A partir do ano de 2020, toda a sociedade global viveu um período excepcional de pandemia de Covid-19, que ao alterar conjunturalmente a dinâmica social, induziu transições temporárias ou permanentes nos balanços energéticos e padrões de consumo de energia elétrica nas edificações de todo o planeta, haja vista a extensão geográfica dos efeitos pandêmicos. Nesse sentido, o presente estudo busca apresentar uma análise de balanço energético em diferentes cenários cronológicos para o prédio do Centro de Excelência em Eficiência Energética da Amazônia (CEAMAZON), entidade pública de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação, vinculada à UFPA, localizado no Parque de Ciência e Tecnologia Guamá. Além disso, é realizada uma breve análise em relação ao novo INI-C relacionada à metodologia de avaliação NZEB e emissões de dióxido de carbono, considerando a recente implantação de sistema de geração distribuída na edificação, bem como da estação de abastecimento de veículos elétricos nas proximidades, destacando o conjunto de características que possam classificar sua eficiência energética e demonstrando parâmetros essenciais para certificação.
Acesso aberto (Open Access)
Comparação entre métodos de fluxo de carga para redes de distribuição ativas
(Universidade Federal do Pará, 2018-12-04) AMARAL, Lucas Felipe; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
Essa dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo de métodos de fluxo de carga para redes de distribuição ativa. O estudo proposto leva em conta as mudanças já enfrentadas pelos sistemas de distribuição, como a alta penetração da geração distribuída (GD), considerando as características típicas de redes de distribuição com a alta relação R/X. Essas características impõem dificuldades sobre o desempenho de tradicionais algoritmos de fluxo de carga, como o método desacoplado e o método da varredura (backward-forward sweep). Por outro lado, algoritmos modificados baseados no método desacoplado, como o desacoplado com rotação de eixos e desacoplado com normalização complexa podem ser eficientemente aplicados para análise de sistemas de distribuição. Nesse sentido, uma comparação de desempenho, em termos de número de iterações e custo computacional, é realizada entre os seguintes métodos: Newton-Raphson, somatório de correntes, desacoplado rápido com normalização complexa e desacoplado com rotação de eixos. O desempenho dos métodos é analisado para diferentes graus de penetração da GD, tipos de barras PQ e PV em barras com a presença da GD, e diferentes valores R/X dos cabos. Além disso, verificou-se a influência do ângulo base dos métodos desacoplados modificados sobre o número de iterações. Os métodos foram testados em quatro sistemas: sistema de 2 barras, sistema de 69 barras, sistema de 476 barras e sistema de 1080 barras.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo comparativo de métodos de filtragem para medições não-invasivas de descargas parciais em sistemas de alta tensão: abordagens com diferentes filtros clássicos, adaptativo e transformada wavelet.
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-06) SILVA, Adriel Brito da; NUNES, Marcus Vinícius Alves; http://lattes.cnpq.br/9533143193581447; https://orcid.org/0000-0001-5079-4126
O fenômeno das descargas parciais (DP) ocorre de maneira segmentada no isolamento elétrico. Com o tempo, essas ocorrências podem evoluir para um estado crítico, resultando em curtos-circuitos e danos significativos aos equipamentos elétricos. A detecção e análise de DP são essenciais no contexto da manutenção preventiva, contribuindo para índices de alta disponibilidade dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP). No entanto, a interferência de várias fontes de ruído, como outros equipamentos elétricos e fenômenos eletromagnéticos, torna a detecção dos sinais de DP desafiadora. Este trabalho apresenta um estudo comparativo de métodos de filtragem e análise de sinais em medições não-invasivas de descargas parciais em sistemas reais de alta tensão, utilizando diferentes filtros clássicos e a Transformada Wavelet (TW). A pesquisa avaliou a eficácia de diversos métodos de filtragem na redução de ruídos, proporcionando uma melhor identificação e caracterização dos sinais de DP. Foram implementados e comparados filtros clássicos como Média Móvel (MA), Butterworth (BW), Chebsyshev (Tipo I), Savitzky-Golay (SG), e filtragem adaptativa como Mínimos Quadrados Médios (LSM), além das técnicas baseadas em decomposição de multirresoluções wavelets, para verificar métricas como a Razão Sinal-Ruído (SNR), Correlação-Cruzada (CC), Erro Quadrático Médio (RMSE), Curtose (K), e outras, considerando a preservação das características essenciais dos sinais de DP. Os resultados obtidos demonstraram que as técnicas de filtragem são cruciais para a redução dos efeitos de ruídos, embora métodos mais clássicos apresentem eficiência limitada quando comparados àquelas com capacidade de adaptação. A análise comparativa revelou pontos críticos que, embora tenham demonstrado uma eficiência restrita, contribuem significativamente para o aprimoramento dos métodos de monitoramento dos equipamentos elétricos.
Acesso aberto (Open Access)
Otimização da detecção de formas de onda de campos eletromagnéticos emitidos por descargas atmosféricas
(Universidade Federal do Pará, 2018-01-23) LEAL, Adônis Ferreira Raiol; RAKOV, Vladimir; ROCHA, Brigida Ramati Pereira da; http://lattes.cnpq.br/9943372249006341
Este trabalho propõe maneiras de otimizar a detecção e o registro de formas de onda de campos elétricos radiados por descargas atmosféricas. Como resultado das técnicas de otimização desenvolvidas nesta Tese, é apresentado o “Sistema de detecção e armazenamento de formas de onda de raios” ou “Lightning Detection and Waveform Storage System - (LDWSS) ”, como um dispositivo otimizado para o registro de campos eletromagnéticos gerados por raios. Os principais pontos aprimorados foram: custo do dispositivo; ampliação do alcance dinâmico de detecção; desenvolvimento de um sistema móvel; possibilidade de detecção multi-banda e; calibração para inferir, de forma remota, a corrente de pico dos raios detectados. O sistema desenvolvido foi validado, a partir de comparações com dados de raio induzido, no Centro Internacional para Pesquisa e Teste com Raios (International Center for Lightning Research and Testing - ICLRT), dados da Rede Nacional Norte Americana de Detecção de Raios (National Lightning Detection Network - NLDN) e dados do Observatório de Raios em Gainesville (Lightning Observatory in Gainesville - LOG). A principal aplicação do sistema é na investigação da física e dos efeitos das descargas atmosféricas, principalmente na região Amazônica. Como resultado da utilização do sistema obteve-se: melhor entendimento sobre as descargas intra-nuvem do tipo Compact Intracloud Discharge - CID; as características da altura da refletividade da ionosfera calculada utilizando formas de onda de raios intra-nuvem e nuvem-solo; a criação de um banco de dados contendo mais de oito mil formas de onda do campo elétrico de diferentes tipos de raios e; a primeira estação de registro contínuo de formas de onda de campo elétrico devido a raios na Amazônia, localizada no CENSIPAM regional Belém. Palavras-chave: Descargas atmosféricas. Otimização. Formas de onda. Amazônia. LDWSS.
Acesso aberto (Open Access)
Utilização de satélite geoestacionário para avaliar a incidência de raios em linhas de transmissão do sistema interligado nacional brasileiro
(Universidade Federal do Pará, 2024-07-24) MATOS, Wendler Luis Nogueira; LEAL, Adônis Ferreira Raiol; http://lattes.cnpq.br/4099411616990036; https://orcid.org/0000-0003-0606-2950
Descargas atmosféricas são responsáveis pela morte de pessoas e animais, além de danos ao sistema elétrico, no âmbito de redes de distribuição e de transmissão. Um dos principais parâmetros para se avaliar a ocorrência de raios é a densidade de descargas em uma determinada região de interesse. O sensor GLM, a bordo do satélite geoestacionário GOES-16, permite um monitoramento contínuo das Américas. Por meio do processamento dos dados, é possível realizar a plotagem da densidade de descargas para qualquer região dentro do campo de visão. A utilização desses dados permite um acompanhamento da ocorrência de raios, auxiliando na identificação de regiões de maior risco de danos associados aos raios. Em se tratando de um país extenso como o Brasil, que possui muitas linhas de transmissão com centenas de quilômetros, formando o Sistema Interligado Nacional (SIN), é imprescindível ter dados atualizados e regionalizados. Dados do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) foram processados, e informações importantes acerca das linhas do SIN foram apresentadas, como a quantidade de linhas por nível de tensão e suas extensões em quilômetros, quantidade de falhas nas linhas por ano, por mês e por nível de tensão, bem como a porcentagem de cada tipo de falha, observando-se que a principal causa de falhas é devido a descargas atmosféricas, com 25%, sendo um dos pontos que fundamentaram a importância do presente trabalho. O objetivo da dissertação é prover dados atualizados de densidade de descargas atmosféricas no período 2019-2023, para todas as linhas de transmissão pertencentes a rede base de transmissão de energia do Brasil, nos seguintes níveis de tensão: 230, 345, 440, 500, 525, 600, 765 e 800 kV. Mapas foram gerados para cada nível de tensão, e também um mapa geral para todo o SIN e para todo o território brasileiro. A quantidade de raios mensal foi comparada com o número de falhas mensal, observando-se que os períodos do ano mais críticos são o primeiro e o último trimestre. Considerando todas as linhas de transmissão, a média de densidade de raios foi de 11,74 raios/ km2/ ano, e para o Brasil foi de 13,17 raios/ km2/ ano, com valor máximo de 57,62 raios/ km2/ ano. Além disso, a quantidade média de raios, durante os 5 anos, foi de 46 milhões para as linhas do SIN e 98 milhões para o Brasil. Por fim, foi observado uma correlação muito forte, de coeficiente 0,91 entre a quantidade mensal de raios e a quantidade mensal de falhas causadas por raios, durante o período de observação.

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