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

URI Permanente desta comunidadehttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2314

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)
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.
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 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.
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Análise de rede de distribuição real utilizando microrredes e tecnologias v2g: uma abordagem baseada na resposta à demanda
(Universidade Federal do Pará, 2025-05-30) ALVES, João Victor dos Reis; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; ******; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; ******; SOARES, Thiago Mota; TABORA, Jonathan Munoz; RODRIGUES, Carlos Eduardo Moreira; http://lattes.cnpq.br/0156338796116154; http://lattes.cnpq.br/8521717077335761; http://lattes.cnpq.br/0412741071063952; *******; ******; ******
A transição para um sistema energético mais sustentável requer soluções inovadoras para a integração de fontes renováveis e tecnologias de armazenamento distribuído. O presente trabalho de mestrado busca explorar os avanços nas redes inteligentes por meio da implementação de microgrids e tecnologias de Veículo-para- Rede (V2G), utilizando como base os resultados de estudos de artigos acadêmicos internacionais publicados pelo autor. Embora haja significativa produção científica sobre essas soluções, observa-se que grande parte da literatura está centrada em contextos estrangeiros, cuja infraestrutura e realidade socioeconômica diferem da brasileira, evidenciando uma lacuna quanto à adaptação e aplicabilidade regional dessas tecnologias. Assim, o primeiro estudo aborda a integração de microgrids na rede de distribuição de energia da Universidade Federal do Pará (UFPA), demonstrando os benefícios do gerenciamento de demanda, redução de perdas e operação em modo isolado com recursos híbridos como sistemas fotovoltaicos e baterias. A metodologia incluiu simulações no software OpenDSS para avaliar diferentes cenários de carga, destacando reduções significativas no consumo contratado e melhorias na eficiência energética. O segundo estudo, também baseado na rede elétrica da UFPA, foca na aplicação de V2G para otimização da resposta à demanda, com veículos elétricos funcionando como unidades móveis de armazenamento energético. Dois cenários foram analisados: a descarga de veículos durante horários de pico para redução de custos de energia e a gestão da demanda contratada com estratégias inteligentes de carregamento e descarga. Os resultados indicaram reduções consideráveis nos custos operacionais e maior estabilidade na tensão da rede. Ambos os estudos convergem para a importância da integração de recursos energéticos distribuídos e tecnologias emergentes no avanço de redes inteligentes. Portanto, este trabalho propõe consolidar e expandir essas análises, oferecendo uma visão abrangente sobre o impacto técnico e econômico dessas soluções no contexto das redes de distribuição brasileiras, com o objetivo de apresentar modelos que conciliem sustentabilidade, resiliência e viabilidade econômica no setor energético.
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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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Análise probabilística da capacidade de hospedagem de geração fotovoltaica em uma rede de distribuição residencial utilizando inversores inteligentes
(Universidade Federal do Pará, 2025-03-11) FERREIRA, Vivian Lohanne do Nascimento; ANGELIM, Jorge Henrique Costa; http://lattes.cnpq.br/2905822334421418; https://orcid.org/0000-0001-5361-3060; AFFONSO, Carolina de Mattos; http://lattes.cnpq.br/2228901515752720; https://orcid.org/0000-0002-7284-7679; VIEIRA , João Paulo Abreu; VIEIRA JÚNIOR, José Carlos de melo; SILVA, Maria da Guia da; CARDOSO, Diego Lisboa; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913; http://lattes.cnpq.br/1047893003118791; http://lattes.cnpq.br/5175196133230969; http://lattes.cnpq.br/0507944343674734; xxx; https://orcid.org/0000-0002-0732-9453; https://orcid.org/0000-0002-3492-1209; https://orcid.org/0000-0002-5971-3668
A elevada penetração de geração fotovoltaica na rede pode causar sobretensão no ponto de conexão. Neste contexto, surgiram as funções de controle presentes nos inversores inteligentes, como os controles Volt-var e Volt-Watt, a possibilidade de usar as duas funções combinadas no modo Volt-var-Watt. Esta dissertação avalia o potencial do controle Volt-var e do controle combinado Volt-var-Watt em regular a tensão e, assim, aumentar a capacidade de hospedagem de geração fotovoltaica em uma rede de distribuição residencial de Belém-PA, considerando diversos níveis de penetração. Para o estudo, é realizado o fluxo de potência probabilístico, utilizando a simulação Monte Carlo, por meio da interface COM do OpenDSS com o MATLAB. A irradiância solar e o perfil de consumo das cargas são modelados utilizando funções de densidade de probabilidade, a partir de dados reais. A localização dos geradores fotovoltaicos também é considerada como uma variável aleatória. Os resultados mostram que, sem controle, violações de tensão ocorrem a partir de 50% de penetração de geração FV. O controle Volt-var expandiu a capacidade de hospedagem para 70%. O controle combinado Volt-var-Watt eliminou a probabilidade de sobretensão em altos níveis de penetração e reduziu levemente as perdas de energia, melhorando significativamente a qualidade da tensão em regime permanente.
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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.
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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.
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Avaliação da segurança de sistemas de potência para múltiplas contingências usando árvore de decisão multicaminhos
(Universidade Federal do Pará, 2017-09-15) OLIVEIRA, Werbeston Douglas de; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
A busca de formas eficazes para promover a operação segura de sistemas de potência e aumentar a compreensão dos operadores tem encorajado a pesquisa contínua de novas técnicas e métodos que possam ajudar nessa tarefa. Nesta tese, propõe-se uma abordagem para avaliar a segurança da operação de sistemas de potência para múltiplas contingências usando a técnica árvore de decisão multi-caminhos ou (MDT, do inglês “Multiway Decision Tree”). A MDT difere de outras técnicas de árvore de decisão por estabelecer, na etapa de treinamento, um valor de atributo categórico por ramo. Essa abordagem propõe o uso de topologias (contingências) como atributos categóricos. Desta forma, a MDT melhora a interpretabilidade em relação ao estado operacional do sistema de potência, pois o operador pode ver claramente as variáveis críticas para cada topologia, de modo que as regras da MDT possam ser usadas no auxílio à tomada de decisão. Essa abordagem proposta foi utilizada para avaliação da segurança em dois sistemas testes, o sistema IEEE 39 barras e o sistema da parte do Norte do Sistema Interligado Nacional (SIN), sendo que este último foi testado com dados reais de um dia de operação. A técnica proposta baseada em MDT demonstrou bom desempenho, utiliando um conjunto de regras simples e claras. Também foi realizada uma comparação dos resultados obtidos com outras técnicas baseadas em árvores de decisão e verificou-se que o MDT resultou em um procedimento mais simples para a classificação de segurança dos sistemas com boa precisão.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de algoritmos evolucionários multiobjetivo para o problema de alocação de bancos de capacitores na presença de harmônicos
(Universidade Federal do Pará, 2017-08-10) KATAOKA, Vitor da Silva; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
O crescimento dos grandes centros urbanos traz como consequência imediata o aumento das cargas nos sistemas de distribuição. Além disso, a crescente demanda implica em igual crescimento no consumo de reativos, que, como já se sabe, são sinônimos de perdas nos sistemas de potência, bem como de comprometimento de alguns de seus componentes. Dessa forma, é grande o desafio das concessionárias de distribuição de energia elétrica, uma vez que a dinâmica da carga imprime um maior esforço no que diz respeito ao planejamento da expansão e de melhorias no sistema. Como forma de mitigar os problemas gerados, a instalação de bancos de capacitores surge como solução prática, econômica e consolidada tecnicamente. Entretanto, há de se pensar no dimensionamento e posição de instalação dos bancos, de modo que alcancem o melhor desempenho possível. Paralelamente, o crescimento de cargas nos sistemas de distribuição introduz um novo paradigma, a presença de harmônicos provenientes de cargas não lineares. Uma das peculiaridades da presença simultânea de harmônicos e capacitores dentro de uma mesma rede elétrica é a possibilidade de ocorrência do fenômeno da ressonância, em que o valor das amplitudes de alguns componentes harmônicos ultrapassam os limites aceitáveis, produzindo diversos efeitos indesejados. Nesse contexto, este trabalho propõe a comparação entre duas técnicas evolucionárias de otimização multiobjetivo, o NSGA-II e o SPEA2, para a solução do Problema de Alocação e Dimensionamento de Bancos de Capacitores (PADBC) em redes de distribuição radiais, considerando os efeitos dos harmônicos na presença de cargas não lineares.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação do fator de simultaneidade de veículos elétricos residenciais de curto e longo alcance para indicação de cenários críticos na rede elétrica
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-20) SILVA, Maryanni Cardoso; ANGELIM, Jorge Henrique Costa; http://lattes.cnpq.br/290582233442141; https://orcid.org/0000-0001-5361-3060; AFFONSO, Carolina de Mattos; http://lattes.cnpq.br/2228901515752720; https://orcid.org/0000-0002-7284-7679; VIEIRA, João Paulo Abreu; OLIVEIRA, Janaína Gonçalves de; CARDOSO, Diego Lisboa; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913; http://lattes.cnpq.br/7072017865332999; http://lattes.cnpq.br/0507944343674734; xxx; https://orcid.org/0000-0002-4377-6445; https://orcid.org/0000-0002-5971-3668
A eletrificação do setor de transporte é uma tendência atual nas medidas de redução da emissão do gás carbônico. Porém a inserção massiva de veículos elétricos na rede com altos níveis de simultaneidade de recarga pode causar sobrecarga de transformadores, linhas e alimentadores, além de gerar desequilíbrios e distorções harmônicas na rede, especialmente quando carregadores monofásicos são utilizados. Para garantir que a rede possa atender às novas demandas de veículos elétricos, o estudo do fator de simultaneidade se torna essencial para estimar a demanda das cargas na rede. Este trabalho avalia probabilisticamente o fator de simultaneidade de veículos elétricos com bateria de curto e longo alcance. A Simulação Monte Carlo para considerar as incertezas presentes na demanda de recarga dos veículos elétricos e na demanda residencial. Utiliza-se uma rede de baixa tensão real e dados reais de demandas residenciais e de hábitos de recargas. O fator de simultaneidade é calculado considerando dois padrões de recarga: recarga semanal, na qual a recarga ocorre em dias alternados, e recarga diária, além de diversos cenários que variam a capacidade da bateria do veículo elétrico e a potência de recarga. Os resultados mostram que a adoção da recarga diária nos estudos e análises estatísticas pode levar a um fator de simultaneidade mais elevado, criando um cenário mais pessimista de sobrecarga nos transformadores e linhas. No estudo da rede, comprovamos esses resultados, onde a adoção do padrão de recarga diário, com um FS mais elevado, resulta em maior carregamento no transformador e maiores violações de tensão.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação do impacto da produção eólica na reserva operativa de curto e longo prazo utilizando séries temporais
(Universidade Federal do Pará, 2019-05-30) SANTOS, Fernando Manuel Carvalho da Silva; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; BRANCO, Tadeu da Mata Medeiros; http://lattes.cnpq.br/8911039344594817
Uma das principais preocupações de um planejador do sistema de energia elétrica é dimensionar os equipamentos de geração, principalmente para atender as demandas de crescimento de carga e para alcançar certos requisitos de reserva girante. Em geral, sistemas de geração devem ser dimensionados com capacidade, flexibilidade e robustez suficientes para responder aos diversos desafios operacionais. No entanto, a volatilidade e a variabilidade/intermitência acrescida pela geração eólica acarretam novas preocupações aos planejadores do sistema. Esta tese avalia o efeito da diversidade do comportamento do recurso eólico na suavização/equilíbrio das variações na potência de saída dos parques eólicos utilizando o conceito de avaliação da reserva operativa. Para isso, são utilizados modelos de avaliação da reserva operativa para representar sistemas de geração de grande porte sob várias condições de dispersão geográfica da produção de energia eólica. São testados diferentes padrões de comportamento do vento e níveis de penetração de potência eólica utilizando uma configuração modificada do sistema IEEE RTS-96 e uma configuração de planejamento do Sistema de Geração Português (SGP). Os resultados destacam que em um país de grande extensão territorial, com diferentes características do vento, a forte diversificação do comportamento do vento pode levar a uma compensação das flutuações/variações da potência eólica, o que pode diminuir significativamente as necessidades de reserva operativa do sistema. Este efeito do impacto da dispersão geográfica de parques eólicos nos requisitos de reserva é avaliado utilizando funções de distribuição de probabilidade das necessidades de reserva, estimadas por meio de simulações sequenciais de Monte Carlo (SMCS), de tal forma que sejam extraídas dessas avaliações as informações úteis sobre a flexibilidade da capacidade de geração.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação dos impactos da recarga de veículos elétricos na vida útil de transformadores de distribuição
(Universidade Federal do Pará, 2023-10-30) BARROS, Amanda Monteiro Pinto; AFFONSO, Carolina de Mattos; http://lattes.cnpq.br/2580696185627481
O objetivo desta dissertação é apresentar uma avaliação comparativa dos impactos decorrentes das práticas da recarga de veículos elétricos (VEs) com baterias de curto e longo alcance sob diferentes níveis de potência sobre a vida útil de transformadores de distribuição. Esta pesquisa se baseia na combinação de informações reais de consumo de energia elétrica coletadas em East Midlands, no Reino Unido, bem como de dados de recarga de veículos elétricos coletados por meio de um projeto experimental também realizado no Reino Unido. Este estudo examina de maneira detalhada a temperatura do ponto mais quente do transformador, e calcula o fator de envelhecimento desse equipamento utilizando o modelo térmico apresentado no IEEE Standard C57.91. Como resultado, este estudo revela que os efeitos causados pelos veículos elétricos de longo alcance são mais intensos, por utilizar uma potência de recarga mais alta e sua recarga ter maior duração. Conforme o nível de penetração dos veículos aumentam, constatou-se um aumento considerável na carga do transformador e na temperatura do ponto mais quente, especialmente no inverno, quando a demanda residencial é maior. Em veículos com baterias de 75 kWh, mesmo em níveis de penetração relativamente baixos, a partir de um nível de penetração de 30% já se notam violações severas da temperatura do ponto mais quente, contribuindo para a redução da vida útil do equipamento.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação probabilística do impacto da recarga rápida de veículos elétricos nos sistemas de distribuição de energia elétrica
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-13) HERNÁNDEZ GÓMEZ, Oscar Maurício; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
A adoção em massa de veículos elétricos (VEs) está transformando o setor automotivo, impulsionada por preocupações ambientais e avanços tecnológicos. Governos e empresas estão investindo na expansão das redes de recarga, com foco na recarga rápida para atender à crescente demanda. O desenvolvimento de uma infraestrutura sólida de estações de recarga é essencial para eliminar a "ansiedade de autonomia" e incentivar a transição para os VEs. A recarga rápida é fundamental para o sucesso da eletrificação veicular. Com ela, as baterias podem ser carregadas muito mais rapidamente do que com a recarga convencional, o que aumenta a conveniência para os usuários e melhora a experiência geral de uso. À medida que mais estações de recarga rápida são instaladas, a confiança dos consumidores nos VEs cresce, desenvolvendo o caminho para um futuro mais sustentável. Com uma rede de recarga rápida bem distribuída, os VEs se tornam uma alternativa prática aos veículos movidos a combustíveis fósseis, acelerando a transição para uma mobilidade mais verde. Entretanto, a recarga rápida de VEs pode causar impactos técnicos nas redes de média tensão. A alta demanda de corrente pode resultar em quedas de tensão, especialmente em áreas com infraestrutura de distribuição mais frágil. Transformadores podem ser sobrecarregados, o que diminui sua vida útil e aumenta o risco de falhas. O aquecimento excessivo dos condutores devido à corrente elevada também pode causar perdas e danificar os cabos. Esses desafios ressaltam a necessidade de um planejamento adequado e investimentos na infraestrutura elétrica para suportar o aumento da recarga rápida. Uma análise probabilística do impacto da recarga rápida nas redes de média tensão é crucial. A demanda por energia varia ao longo do ano devido a fatores sazonais, como o uso de ar-condicionado no verão e aquecedores no inverno. A recarga rápida adiciona uma carga considerável à rede, que pode coincidir com esses picos de demanda, agravando os desafios de gestão. A instalação de vários pontos de recarga pode causar flutuações de tensão e sobrecargas. A análise probabilística ajuda a prever esses impactos e desenvolver estratégias de mitigação, simulando cenários de recarga e comportamentos de usuários. Isso permite um planejamento mais preciso da infraestrutura, incluindo reforços na rede e melhorias para garantir a confiabilidade do fornecimento. Esta tese propõe uma metodologia probabilística para avaliar o impacto da recarga rápida de veículos elétricos em redes de distribuição de média tensão, considerando quedas de tensão, carregamento de elementos da rede e comutações do tape do regulador de tensão. Utilizando o software Power Factory da DIgSILENT©, simula-se um alimentador real no Brasil, analisando diferentes casos de estudo. São conectados três eletropostos (EP), cada um com seis pontos de recarga de 100 kVA, totalizando 600KVA por cada EP. O perfil de recarga dos EP é programado com variáveis estocásticas. Por fim, apresenta-se uma estratégia de controle Volt/Var para mitigar o impacto na queda de tensão e nas comutações do tape do regulador, permitindo a injeção de potência reativa sem necessidade de comunicação entre os pontos de recarga.
Acesso aberto (Open Access)
Contribuição da geração solar fotovoltaica na certificação de edificações públicas pelo RTQ-C e em edifícios de energia zero: laboratório de ensino da Universidade Federal do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2020) SILVA, Hosaías Alves dos Prazeres; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148
Esse trabalho apresenta a contribuição da geração solar fotovoltaica como fonte renovável na metodologia para obtenção de Etiqueta Nível A em certificação de Eficiência Energética e para a transformação em Edifício de Energia Zero, sendo aplicável a edificações e laboratórios de ensino públicos. O passo-a-passo da metodologia consiste essencialmente em duas etapas: a primeira, através de um diagnóstico energético da edificação analisada seguindo as diretrizes estabelecidas no Regulamento Técnico da Qualidade em Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos – RTQ-C, resultando numa proposta de melhoria energética, financeira e ambiental processada com o auxílio do software RETScreen®; e a segunda, dimensionando um sistema de geração solar fotovoltaica, a partir de dados de medição local e do software Meteonorm®, como bonificação para obtenção da Etiqueta Nível A dos níveis do RTQ-C e com capacidade de produção de energia que torne o balanço energético da edificação positivo, tornando-a um Edifício de Energia Zero. A fim de contextualizar a relevância do trabalho e atualizar o leitor no estado da arte aplicável à metodologia, é apresentada uma revisão bibliográfica direcionada aos benefícios da Eficiência Energética nas edificações públicas e ao RTQ-C; ao cenário atual, aplicação e contribuição da Energia Solar Fotovoltaica no desenvolvimento sustentável, na obtenção de classificações reconhecidas nacional e internacionalmente para edifícios públicos; e aos conceitos atualmente utilizados pela comunidade acadêmica para caracterização de Edifícios de Energia Zero. A revisão bibliográfica e a metodologia foram aplicadas em estudo de caso do Laboratório de Engenharia Elétrica e Computação – LEEC, situado no Campus Guamá da Universidade Federal do Pará, com apresentação dos resultados energético, financeiro e ambiental, mostrando ser uma solução a ser aplicada em instituições e edificações públicas que possuam espaço disponível e infraestrutura semelhante à do LEEC.
Acesso aberto (Open Access)
Contribuição do controle secundário de tensão aplicado em um parque eólico composto de aerogeradores dfig à estabilidade de tensão de longo-prazo
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-30) MATOS, Kayt Nazaré do Vale; AFFONSO, Carolina de Mattos; http://lattes.cnpq.br/2228901515752720; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
Esta tese investiga o uso do controle secundário de tensão (CST) em um parque eólico composto de geradores de indução duplamente alimentados (DFIG) e seu efeito na estabilidade de tensão de longo-prazo. O parque eólico composto de várias turbinas eólicas é modelado como uma máquina DFIG equivalente. Primeiramente, o desempenho do CST aplicado ao parque eólico é comparado com o caso em que somente é utilizado o controle primário de tensão. Uma análise detalhada é conduzida através de simulações no domínio do tempo, considerando regimes de velocidade de vento alta e baixa, limites variáveis dos controles dos aerogeradores, cargas estática e dinâmica, bem como o modelo dinâmico do limitador de sobre corrente (OEL) e do comutador de tape sob carga (OLTC). Baseando-se nos resultados, o uso do CST em um parque eólico composto de aerogeradores DFIG pode postergar o colapso de tensão do sistema de potência. Além disso, uma situação adversa foi obtida mostrando que o CST pode levar o conversor do lado da rede (GSC) do DFIG a absorver potência reativa da rede elétrica e perder a capacidade de injetar reativos na rede. Assim, são propostas duas estratégias de controle auxiliares inseridas na malha de controle do GSC para impedir o fluxo inverso de reativos no GSC, bem como forçar o fornecimento de potência reativa para o sistema através do GSC. Os resultados indicam a eficácia das estratégias de controle auxiliares em postergar o colapso de tensão e aumentar a margem de estabilidade de tensão do sistema.
Acesso aberto (Open Access)
Desempenhos térmico e energético de uma edificação na região amazônica brasileira
(Universidade Federal do Pará, 2018-09-06) AGUILAR, Heliana Maria Ceballos; PINHO, João Tavares; http://lattes.cnpq.br/0847897516772421
diminuir o consumo de energia, onde é avaliado o impacto de cada uma delas individualmente, e todas em conjunto, nos comportamentos térmico, energético e econômico de uma edificação localizada na Região Amazônica Brasileira. Esta região é caracterizada climaticamente pelas altas temperaturas e umidade, onde alcançar condições adequadas de conforto implica em um alto consumo de energia com sistemas de condicionamento de ar. Diferentes Medidas de Conservação de Energia são avaliadas, com o objetivo de alcançar um melhor aproveitamento da iluminação natural; diminuir as cargas térmicas para resfriamento, onde se considera a instalação de um material isolante térmico nas paredes leste e oeste, e de um isolante térmico e câmara de ar na cobertura, que são as superfícies externas que recebem maior radiação solar na edificação; e também vários sistemas de geração fotovoltaica, sendo que um dos sistemas está integrado como elemento arquitetônico e outro está adaptado sobre a cobertura da edificação. Na edificação são realizados dois tipos de análise: dinâmica e estática. Para a análise dinâmica utiliza-se o programa EnergyPlus, para conhecer seu comportamento térmico e de consumo de energia analisados para o ano inteiro e para os dias de projeto, e o programa Daysim/Radiance para conhecer a autonomia de iluminação natural alcançada, para tanto usando-se dados medidos por uma estação meteorológica instalada no local. Com relação à análise estática, é avaliado o nível de eficiência energética da edificação pelo método prescritivo segundo a regulamentação nacional vigente. Posteriormente, a mesma edificação é simulada para as nove capitais dos estados da Região Amazônica Legal Brasileira, com o intuito de conhecer o comportamento energético e a viabilidade econômica em resposta às características climáticas e tarifas de energia elétrica de cada cidade. Com as avaliações realizadas determina-se que as Medidas de Conservação de Energia (MCE) têm influência direta e significativa sobre a diminuição da carga térmica para resfriamento, pela redução dos efeitos da radiação, com o sombreamento nos beirais e a redução da transmitância das superfícies tratadas. Comprova-se também a possibilidade de maximizar a iluminação natural em espaços internos, para melhorar o conforto dos usuários, possibilitando seu melhor desempenho e economia em energia usada em iluminação artificial. Em termos de consumo de energia e viabilidade econômica, as MCE alcançam uma economia energética anual de até 52 % na edificação tomada como estudo de caso, e as soluções adotadas apresentam retorno do investimento financeiro, mostrando-se também adequadas para a economia de energia e viáveis economicamente em regiões com características climáticas similares.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento a eventos discretos de um controlador de balanceamento de fases para sistemas legados de baixa tensão e microgrids
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-10) VILCHEZ, José Ruben Sicchar; SILVA, José Reinaldo; http://lattes.cnpq.br/9317869378701106; COSTA JÚNIOR, Carlos Tavares da; http://lattes.cnpq.br/6328549183075122
Na modernização do sistema legado de baixa tensão como microgrids urbanas, o desenvolvimento de algoritmos de balanceamento de fases torna-se útil e importante para garantir o equilíbrio robusto e confiável de carga, estabelecer um fluxo de automação eficiente entre os consumidores, a rede legada secundária e o centro de supervisão do sistema de distribuição de energia elétrica. Isso pode se constituir num sistema de controle alternativo de balanceamento de fases (via comutação dinâmica de unidades consumidoras) ao método de injeção de corrente na rede por microgrids. Modelos formais de automação desses algoritmos se tornam um marco interessante para a avaliação do desempenho e de propriedades para a validação da sua inserção na nova arquitetura de microgrids urbanas. Eles podem avaliar o desempenho confiável do sistema, quando da verificação de propriedades dinâmicas que garantam soluções unívocas para transferência de carga e a robustez da estabilidade de carga na rede secundária, sem paradas na operação, nem eventos conflitantes. Este trabalho propõe um novo sistema de controle de balanceamento de fases, baseado em algoritmos combinados resultantes de um modelo em redes de Petri hierárquicas. A través desse modelo, foi obtido um fluxo de operações automatizado, ótimo e confiável de balanceamento de carga nas fases da rede secundária, com seleção eficaz das unidades consumidoras, para o processo de comutação, visando obter um estado de equilíbrio de carga robusto a desbalanceamentos entre as fases, e com corrente de neutro minimizada. A partir do modelo obtido, denominado “Controlador de Balanceamento de Fases do Transformador” (CBF-T) foram desenvolvidos quatro algoritmos combinados: o Algoritmo de Transferência de Carga, que calcula o nível de desbalanceamento e a potência a ser transferida nas fases do transformador; o Algoritmo de Diagnóstico de Consumo, que identifica a margem de concentração de carga no consumidor; o Algoritmo de Previsão de Consumo, que prediz os estados futuros de energia mensais no consumidor; e o Algoritmo de Seleção de Comutação, que seleciona os consumidores para comutação, em função do estado futuro de consumo de energia, margem de concentração de carga e da média dos estados futuros de energia. Baseado nos resultados obtidos, notou-se a diminuição eficiente da corrente de neutro e do desbalanceamento médio de carga nas fases da rede secundária, com robustez de estabilidade de carga para três meses, tornando-se um sistema eficiente para a solução de desbalanceamentos tanto na rede secundária legada, como também em microgrids.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de uma metodologia de despacho de energia elétrica de um sistema de geração fotovoltaica com armazenamento de energia híbrido para sistemas isolados
(Universidade Federal do Pará, 2025-07-16) LIMA, Jaine Feijão de; TOSTES, Maria Emília de Lima; http://lattes.cnpq.br/4197618044519148; ******; SOARES, Thiago Mota; http://lattes.cnpq.br/0156338796116154; ******; BEZERRA, Ubiratan Holanda; MANITO, Allan Rodrigo Arrifano; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813; http://lattes.cnpq.br/2508736747609374; ******; ******
A busca por soluções sustentáveis para o fornecimento de energia em regiões isoladas tem se tornado um desafio crescente, especialmente diante da necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis e ampliar o uso de fontes renováveis. Nesse contexto, este trabalho propõe uma metodologia de despacho ótimo de energia elétrica para sistemas isolados, considerando a operação conjunta de geração a diesel, sistema fotovoltaico e armazenamento híbrido composto por baterias de íon-lítio e supercapacitores. A estratégia visa otimizar o uso dos recursos energéticos disponíveis, promovendo uma operação mais eficiente, confiável e ambientalmente responsável, com foco na redução do uso de combustíveis fósseis. A modelagem do sistema foi baseada na rede IEEE 33 barras, adaptada para representar as características de microrredes isoladas. Foram utilizados perfis horários de carga e geração solar, representando o comportamento típico de sistemas residenciais em regiões remotas. A formulação matemática do problema de otimização foi desenvolvida na linguagem Python, com o uso integrado das bibliotecas Pyomo e pandapower, além do apoio da ferramenta OpenDSS para análise e validação elétrica complementar. A metodologia proposta contempla diferentes cenários operacionais, com funções de custo específicas atribuídas a cada recurso, além da verificação das restrições técnicas da rede, como limites de tensão e capacidade de corrente nas linhas. A abordagem foi avaliada por meio de simulações iterativas, integrando o modelo de otimização ao ambiente de simulação elétrica, com vistas a garantir coerência entre o despacho energético e o comportamento físico da rede. Os resultados demonstraram significativa redução no custo de operação e nas emissões de carbono, com maior aproveitamento da energia renovável e atuação estratégica dos sistemas de armazenamento.
Acesso aberto (Open Access)
Detecção de faltas de alta impedância em redes aéreas de distribuição: testes experimentais em laboratório e análises no domínio do tempo e da frequência
(Universidade Federal do Pará, 2023-07-04) SOUSA, Ádrea Lima de; VIEIRA, João Paulo Abreu; http://lattes.cnpq.br/8188999223769913
O presente trabalho trata da análise de faltas de alta impedância (FAI) em redes aéreas de distribuição de energia elétrica. É realizado um estudo aprofundado e abrangente sobre esse tipo de falta, bem como sobre alguns importantes métodos de detecção de FAI. Após isso, é explicado o laboratório desenvolvido para testes experimentais de FAI, que reproduz a rede de média tensão de 13,8 kV presente no Brasil, com três fases e neutro aterrado na subestação. A partir do laboratório, foram realizados 127 testes em 18 cenários diferentes, de FAI dos tipos shunt e shunt série, esta última localizada do lado da fonte. Visando realizar uma análise comparativa em relação à literatura existente sobre detecção de faltas de alta impedância baseada em harmônicos, foi avaliado o espectro harmônico, especialmente os harmônicos pares, ímpares (principalmente de terceira ordem) e o ângulo do terceiro harmônico, os quais são obtidos por meio da Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform, abreviada FFT). A principal contribuição deste trabalho reside na avaliação das peculiaridades do espectro harmônico dos sinais de tensão e corrente obtidos a partir de testes experimentais em laboratório para diferentes topologias de solo e galhos de árvore e sua correlação com o sinal no domínio do tempo. Isso proporciona um importante fundamento para o desenvolvimento de algoritmos de detecção de FAI. Os resultados obtidos na análise revelaram que as faltas de alta impedância do tipo shunt e shunt série apresentam comportamentos distintos no espectro harmônico e no domínio do tempo, e uma grande parte dos testes realizados não se encontra dentro dos limiares estabelecidos pela literatura. Além disso, destaca-se que foi realizada a avaliação do espectro harmônico da tensão, que geralmente não é considerado em algoritmos de detecção de FAIs.