Uso de árvore de decisão para avaliação da segurança estática em tempo real de sistemas elétricos de potência

As técnicas utilizadas para avaliação da segurança estática em sistemas elétricos de potência dependem da execução de grande número de casos de fluxo de carga para diversas topologias e condições operacionais do sistema. Em ambientes de operação de tempo real, esta prática é de difícil realização, principalmente em sistemas de grande porte onde a execução de todos os casos de fluxo de carga que são necessários, exige elevado tempo e esforço computacional mesmo para os recursos atuais disponíveis. Técnicas de mineração de dados como árvore de decisão estão sendo utilizadas nos últimos anos e tem alcançado bons resultados nas aplicações de avaliação da segurança estática e dinâmica de sistemas elétricos de potência. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da segurança estática em tempo real de sistemas elétricos de potência utilizando árvore de decisão, onde a partir de simulações off-line de fluxo de carga, executadas via software Anarede (CEPEL), foi gerada uma extensa base de dados rotulada relacionada ao estado do sistema, para diversas condições operacionais. Esta base de dados foi utilizada para indução das árvores de decisão, fornecendo um modelo de predição rápida e precisa que classifica o estado do sistema (seguro ou inseguro) para aplicação em tempo real. Esta metodologia reduz o uso de computadores no ambiente on-line, uma vez que o processamento das árvores de decisão exigem apenas a verificação de algumas instruções lógicas do tipo if-then, de um número reduzido de testes numéricos nos nós binários para definição do valor do atributo que satisfaz as regras, pois estes testes são realizados em quantidade igual ao número de níveis hierárquicos da árvore de decisão, o que normalmente é reduzido. Com este processamento computacional simples, a tarefa de avaliação da segurança estática poderá ser executada em uma fração do tempo necessário para a realização pelos métodos tradicionais mais rápidos. Para validação da metodologia, foi realizado um estudo de caso baseado em um sistema elétrico real, onde para cada contingência classificada como inseguro, uma ação de controle corretivo é executada, a partir da informação da árvore de decisão sobre o atributo crítico que mais afeta a segurança. Os resultados mostraram ser a metodologia uma importante ferramenta para avaliação da segurança estática em tempo real para uso em um centro de operação do sistema.

Estudo dos efeitos das descargas atmosféricas nos índices de desempenho da subestação de Vila do Conde

Este trabalho tem como objetivo apresentar os efeitos de descargas atmosféricas nos índices de desempenho na SE VDC (subestação de Vila do Conde), situada na região norte, no estado do Pará, no período de 2005 a 2013, estabelecendo a relação entre as informações meteorológicas cedidas pelo SIPAM e dados fornecidos pelo centro de operações da Eletronorte de forma a realizar e determinar os efeitos nocivos das descargas atmosféricas, os quais são responsáveis pela intensificação de interrupções no fornecimento de energia elétrica. A análise é restrita à área de atuação da Eletronorte (subestação de Vila do Conde) que tem grande parte de suas Linhas de Transmissão de energia instaladas no Norte do Brasil. O estudo desenvolvido evidência os desligamentos por descargas atmosféricas na linha de transmissão VDC/CASTANHAL de 230 KV e no disjuntor de 500 KV VCDJ7-08.Os resultados demonstram que a incidência de um raio pode causar surtos diretos e indiretos em linhas de transmissão e subestações de alta potência. Neste contexto justifica o estudo de formas eficientes de prevenção, sendo uma das finalidades desta obra, que tem como objetivo geral apresentar informações relativas aos efeitos produzidos pela ação de descargas atmosféricas em subestações do setor elétrico quanto à qualidade de energia, em especial na SE VDC – Sistema Eletrobrás-Eletronorte.

Sistema de gerenciamentode energia como ferramenta de eficiência energética na indústria

Este trabalho propõe uma metodologia para o gerenciamento de energia como uma ferramenta de Gestão de Eficiência Energética na Indústria pelo lado do consumo de energia no processo produtivo de uma indústria. Uma ação importante neste processo é a criação da interatividade entre os usuários e a energia elétrica. É proposto a implementação de dispositivos de medição, controle e diagnostico, a fim de obter um melhor aproveitamento do uso da energia elétrica, e com a aquisição dos dados oriundos destes dispositivos permitirem o gerenciamento para redução do consumo de energia e fazer a gestão visando a eficiência energética. São apresentados resultados do sistema proposto nas áreas com centrais de refrigeração de uma indústria de produtos plásticos para atendimento à indústria alimentícia. No presente estudo, aplicou-se também uma metodologia chamada de medição e verificação (M&V) para avaliar o percentual efetivo de economia obtido após a implantação das ações de eficiência energética.

Sistema de apoio à tomada de decisão para atribuição de responsabilidade por perda de qualidade devido à variação de tensão de curta duração

O ambiente eletromagnético que envolve o planeta Terra tem papel fundamental na preservação e desenvolvimento de todos os seres vivos, e talvez seja uma das últimas fronteiras do conhecimento humano a ser dominada completamente antes de nos aventurarmos ao espaço exterior na busca de novas oportunidades. Esse ambiente, apesar de vir sendo estudado a um longo tempo, só agora esta sendo desbravado e melhor conhecido, tendo como ponto fundamental de apoio o uso de sensores apropriados, que possam detectar e quantificar esses efeitos elétricos, e que sirvam de base para a geração de teorias para explicação dos fenômenos subjacentes, entre os quais os sensores de eletricidade atmosférica. Este trabalho faz uma analise ampla dos sistemas sensores de eletricidade atmosférica em uso nos dias atuais, avaliando seus modelos de funcionamentos, suas limitações e sua inteligência, concluindo por sintetizar especificações básicas para desenvolvimento de melhores sensores e definição de padrões métricos de tipos de variáveis a serem medidas para atendimentos das atuais e futuras demandas nesse campo do conhecimento. Adicionalmente, os processos envolvidos na calibração desses sensores serão abordados, com a revisão de modelos computacionais utilizados, baseado no método dos momentos (MoM) e outros, para avaliação de campos eletromagnéticos emitidos remotamente por padrões de cargas e correntes elétricas, que sirvam de apoio e base para essas calibrações.

Laboratório remoto para ensino de eficiência energética em um sistema de bombeamento de água

A utilização racional da energia elétrica é um tema bastante discutido na atualidade. Uma das principais preocupações é com o setor industrial brasileiro, o qual é responsável pela maior parte do consumo desse tipo de energia, devido à utilização de sistemas motrizes. Aliado a esse fato, a falta de uma abordagem adequada ao ensino de eficiência energética e conservação de energia, em muitos cursos de Engenharia das universidades brasileiras, contribui para o aumento do desperdício de energia elétrica. Neste sentido, este trabalho apresenta um laboratório remoto voltado a realização de ensaios de eficiência energética em um sistema motriz de bombeamento d’água. Para isto, foi desenvolvido um software que permite acionar e monitorar o protótipo de bombeamento d’água pertencente ao LAMOTRIZ da Universidade Federal do Pará. Ainda, foi elaborado um ensaio piloto para testar a experimentação remota com alunos de graduação e pós-graduação da referida universidade e foi realizada uma avaliação desta experimentação pelos referidos alunos.

Otimização de controladores utilizando algoritmos genéticos para melhoria da capacidade de sobrevivência a afundamentos de tensão de aerogeradores de indução duplamente excitados

Na presente tese propõe-se uma metodologia de ajuste ótimo dos controladores do conversor interligado ao rotor de aerogeradores de indução duplamente excitados (DFIG), utilizando algoritmos genéticos (AG), com o objetivo de melhorar a segurança e a robustez do sistema elétrico de potência, permitindo que os aerogeradores DFIG participem da gestão técnica do sistema. Para garantir este objetivo, é utilizada uma estratégia de proteção do tipo “crow-bar” durante a falta, mantendo o conversor interligado ao rotor conectado à máquina. Imediatamente após a eliminação da falta, o “crow-bar” é desativado, e simultaneamente os controladores ótimos do conversor interligado ao rotor são acionados, previamente ajustados pelo AG, a fim de melhorar a capacidade de sobrevivência a afundamentos de tensão “ridethrough capability” e a margem de estabilidade global do sistema elétrico. Para validação da metodologia ótima desenvolvida foram realizadas simulações computacionais utilizando uma rede elétrica real, em três condições operacionais distintas.

Projeto e implementação de um sistema de autoria para animações, simulações e treinamentos em realidade virtual

Esta dissertação apresenta o projeto, desenvolvimento e implementação de um software para criação de animações, simulações e treinamentos de processos e instruções técnicas industriais, destacando também a arquitetura utilizada para sua implementação. O software apresentado permite a geração de animações, textos, sons e interações, fornecendo ferramentas de criação, visualização e supervisão da simulação com o uso de Realidade Virtual em três dimensões. A dissertação trata ainda do uso prático do software através de um estudo de caso com simulações 3D de processos industriais reais de uma usina de geração de energia elétrica. Este estudo também contribui para as áreas de treinamento em realidade virtual e sistemas de autoria 3D ao apresentar conceitos inovadores na área de supervisão automática, mostrando também uma possível estrutura de componentes de software para uso nas áreas citadas. Pode-se destacar ainda a revisão de tecnologias semelhantes à proposta neste trabalho, visando à identificação de influências, melhorias e inovações nas áreas de autoria 3D e treinamento.

Análise de um regulador de velocidade digital para a Usina Hidroelétrica de Curuá-Una

Analisa uma proposta de um controlador digital para o regulador de velocidade da Usina Hidroelétrica de Curuá-Una, utilizando duas estratégias de projeto, a estratégia indireta com o projeto do controlador sendo feito no plano contínuo e depois discretizado e a estratégia direta, em que o controlador é projetado inteiramente no plano discreto. O conhecimento gerado no simulador é de grande importância, pois é uma das grandes ferramentas para avaliar o comportamento dos controladores digitais propostos, em ambiente seguro. O estudo dos controladores também permite uma substituição de equipamentos antigos, com produção descontinuada, por equipamentos novos que permitem a confecção de controladores modernos, digitais e inteligentes, que proporcionam uma substituição de técnicas antigas de controle por estratégias avançadas de controle, maximizando o rendimento do sistema em condições adversas de operação. O trabalho levanta as diferenças, vantagens e desvantagens de cada controlador, com o objetivo de auxiliar na escolha do controlador mais adequado para projetos de controladores avançados: tipo um controle adaptativo, controle fuzzy ou controle neural. As dificuldades de projeto e os resultados das simulações foram os principais indicadores na avaliações dos dois RV digitais projetados. De uma forma geral o RV digital direto apresentou melhor desempenho, estabilidade e menor esforço computacional, entretanto, o RV digital indireto mostrou desempenho similar, menor degradação devido às não linearidades e ao menor esforço de projeto.

Desenvolvimento e implantação de um sistema para monitoração do desempenho energético de edificações

Este trabalho apresenta as estratégias e convenções adotadas, assim como os módulos em funcionamento, do sistema de monitoração desenvolvido e que está sendo implantado na edificação do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE), denominada de Laboratório de Energias Renováveis e Eficiência Energética, com o objetivo de monitorar principalmente as variáveis climáticas e aquelas referentes à geração e ao consumo da edificação. Com esse sistema, objetiva-se a criação de uma base de dados unificada, sincronizada e de fácil acesso aos usuários da edificação, bem como a criação de ferramentas personalizáveis pelos usuários para a análise dos dados coletados e com possibilidade de expansão para a inserção de novas grandezas de interesse, facilitando, desta forma, estudos a respeito do desempenho da edificação quanto ao seu consumo de energia elétrica, seus sistemas de produção de eletricidade e condições de conforto ambiental no interior da edificação, além de permitir a análise das estratégias adotadas na edificação. Espera-se que os dados coletados possam também exercer a função de divulgação de estratégias de eficiência energética em edificações por meio da publicação de alguns resultados na internet em uma página dinâmica para tal fim.

Espacialização de informações na gestão de sistemas de abastecimento de água utilizando sistema de informação geográfica

Avaliar a espacialização de informações na gestão de Sistema de Abastecimento de Água (SAA). Para isso, foram definidos e adotados os dados da pesquisa (Fase 1), sendo dividido em dados de perdas reais, comerciais e Despesas de exploração. Na Fase 2, a base cartográfica da área de estudo e os dados adotados foram armazenados e organizados em Sistema de Informação Geográfica (SIG), utilizando o software ArcGis 9.3, onde foi construído o modelo de dados para a pesquisa, e definida a topologia a ser utilizada para identificação dos dados espacializados, a construção do banco de dados georreferenciado e a criação dos layers. Na fase 3 foi realizado o cálculo do balanço hídrico nas principais unidades dos SAAs estudados sendo determinadas as perdas na adução de água bruta, no tratamento, na reservação, e na distribuição. Na fase 4 foram calculados indicadores para avaliar o desempenho dos SAAs, como: índice de cobertura, índice total de perda real, índice de perda na arrecadação, índice de perda de faturamento, índice de consumo de energia em SAA, índice de despesas com energia elétrica, entre outros. Na fase 5 foi proposta a espacialização e apresentação em SIG dos resultados obtidos nas fases anteriores. Com isso, considerando os dados adotados, foi possível identificar os valores das perdas reais e dos indicadores de desempenho em cada setor do SAA estudado, sendo, por exemplo, o setor 9, o que apresentou maior índice de perda total, chegando a 59,10%, seguido dos setores 4, 8 e 5. A perda mais significante para o sistema foi a perda na distribuição, com o setor 9 apresentando perda de 57%; a perda no tratamento foi de 3,4%, no setor 3; e os setores com maior índice de perda na adução, foram os setores 6 e 8, com 3,5%. Os percentuais de água não faturada, foram maiores nos setores 1 e 5. Os setores 1, 3, 4 e 6 são os que apresentaram maior consumo de energia elétrica por volume de água produzido. Portanto, a espacialização dos dados em SIG facilitou a visualização e análise dos dados adotados na pesquisa.

Desenvolvimento de sistema para verificação metrológica de transformadores de corrente IN SITU em sistemas de alta tensão utilizando transdutor óptico

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a aplicação em campo de um sistema para verificação metrológica de transformadores de corrente em alta tensão. O sistema foi desenvolvido utilizando como premissas básicas a portabilidade e a confiabilidade metrológica, de tal forma que pudesse ser facilmente transportado e instalado, sem interrupção do fornecimento de energia elétrica nem o uso de infraestrutura complexa de transporte e montagem. O sistema utiliza como padrão de referência um transdutor ótico, cujo sensor mede a corrente elétrica do primário do transformador de corrente a ser verificado através do efeito magneto-ótico de Faraday. Ele também é composto por outros instrumentos padrão que medem a corrente elétrica do secundário do transformador de corrente sob verificação, e realizam a comparação entre esta e o sinal da saída do transdutor ótico padrão. Foram realizados ensaios em laboratório e em campo. Os ensaios em campo foram realizados em duas subestações em Belém/PA, visando avaliar a correta operação do sistema em condições de alta tensão e alta corrente. Os ensaios foram realizados em seis transformadores de corrente conectados em 230 kV, em condições médias de carga, e obtiveram resultados satisfatórios.

Localização de falhas em linhas de transmissão utilizando decomposição harmônica e redes neurais artificiais

Este trabalho propõe a utilização de uma nova metodologia para a localização de falhas em linhas de transmissão (LT). Esta metodologia consiste na utilização da decomposição harmônica da corrente de fuga de uma linha e na aplicação de uma Rede Neural Artificial (RNA) capaz de distinguir padrões da condição normal de funcionamento e padrões de situações de falhas de uma LT. Foi utilizado um modelo Pi capaz de absorver dados reais de tensão e corrente de três fases e de alterar valores de R, L e C segundo modificações ambientais. Neste modelo foram geradas falhas em todas as torres com diferentes valores de capacitância. A saída fornecida pelo modelo é a decomposição da corrente de fuga do trecho considerado. Os dados de entrada e saída do modelo foram utilizados no treinamento da RNA desenvolvida. A aquisição de dados reais de tensão e corrente foi feita através de analisadores de parâmetros de qualidade de energia elétrica instalados nas extremidades de um trecho de LT, Guamá-Utinga, pertencente à Centrais Elétricas do Norte do Brasil ELETRONORTE. O cálculo dos parâmetros construtivos foi feito através do método matricial e melhorado através da utilização do Método de Elementos Finitos (MEF). A RNA foi desenvolvida com o auxílio do software Matlab. Para treinamento da RNA foi utilizado o algoritmo de Retropropagação Resiliente que apresentou um bom desempenho. A RNA foi treinada com dois conjuntos de dados de treinamento para analisar possíveis diferenças entre as saídas fornecidas pelos dois grupos. Nos dois casos apresentou resultados satisfatórios, possibilitando a localização de falhas no trecho considerado.

Controle de vibração em reatores elétricos através de absorvedores dinâmicos viscoelásticos

Reatores elétricos utilizados em subestações de energia têm funções específicas na operacionalização e manutenção da funcionalidade destas instalações, sendo equipamentos aplicados ao controle de reativos, de correntes de curto circuito e surtos de manobra em sistemas de transmissão de energia elétrica. Detectou-se que alguns reatores em funcionamento apresentaram elevados níveis de vibração estrutural. Dois destes reatores operam na subestação da cidade de Rurópolis, situada a oeste do estado do Pará. Outro problema decorrente do elevado nível de vibração destas estruturas é a geração de pontos quentes no núcleo eletromagnético do reator, podendo gerar bolhas de gases altamente inflamáveis. A existência destes problemas operacionais pode ocasionar ao Sistema de Transmissão do Norte do Brasil interrupções na transmissão de energia elétrica. Isto geraria na região Norte e em outras interligadas (Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste) elevados prejuízos sociais e financeiros. A aplicação de ferramentas para a minimização do problema vibro-acústico (redução dos níveis vibração e, por conseguinte, ruído) pode evitar danos estruturais e operacionais que resultem na sua indisponibilidade operativa reduzindo, conseqüentemente, perdas e a necessidade do desenvolvimento de equipamentos de custo elevado com baixos índices de vibração. No intuito de se reduzir tais níveis, propõe-se à aplicação de absorvedores dinâmicos na estrutura externa dos reatores. Uma vez dimensionados em quantidade, posição e parâmetros definidores (massa, rigidez e amortecimento) espera-se criar um sistema, que sintonizado com a freqüência da excitação de natureza eletromagnética, absorverá parte da energia vibratória do reator, minimizando-se, os elevados índices detectados e, por conseqüência, todos os problemas subseqüentes. São indicados compostos viscoelásticos nos absorvedores dinâmicos (com propriedades dinâmicas dependentes tanto da temperatura como da freqüência de trabalho), em virtude de estes materiais aumentarem o campo de ação dos absorvedores, adequando-se à elevada densidade modal verificada nas chaparias metálicas do reator.

Estudo da viabilidade econômica para a utilização da semente da euterpe oleracea mart. (açaí) como recurso energético

Este trabalho tem como objetivo o estudo da viabilidade econômica para a utilização da semente da Euterpe oleracea Mart. (açaí) como recurso energético na cidade de Belém-PA. Para isso foi feito um levantamento de campo dos pontos de venda e bairros de maior produção de açaí, realizando em seguida os ensaios das propriedades termogravimétricas das sementes: Teor de umidade, teor de voláteis, teor de cinzas, teor de carbono fixo e o poder calorífico superior. O levantamento dos pontos possibilitou a criação de um banco de dados, utilizando o software Microsoft Acess, o qual fornece relatórios com a identificação do nome do proprietário, assim como número de sacas que ele processa por dia, peso da saca e o potencial energético de cada produtor. Foi utilizado ainda o Microsoft ARC VIEW, de fácil interação com o Acess e que possibilitou a criação de um mapa atualizado dos pontos de venda para a cidade de Belém-PA. De posse desses dados passou-se para o estudo das rotas de transportes, através do Sistema de Informação Geográfica (SIG) GOOGLE EARTH. Foram determinadas rotas, através do método do Centróide, ou seja, o ponto de maior concentração da variável de estudo, neste caso, a semente de açaí, para o transporte da biomassa até seu destino final que é a UFPA, onde se encontra a usina que utiliza a biomassa como combustível para gerar energia. No cálculo da viabilidade econômica, utilizaram-se os parâmetros da usina de geração de energia elétrica do Grupo de Energia, Biomassa e Meio Ambiente EBMA, juntamente com os dados do consumo de energia elétrica da Universidade Federal do Pará - UFPA no período de 06/2006 a 06/2007, fazendo-se comparação nos valores obtidos nos levantamentos e a confirmação do quanto a UFPA economizaria em termos financeiros com a utilização da energia oriunda da queima de biomassa. Concluindo-se assim que a semente de açaí como recurso energético é economicamente viável para suprir toda a energia da UFPA, uma vez que o custo da energia elétrica fornecida pela Concessionária CELPA mostrou ser superior ao custo da geração com o sistema utilizado, ocorrendo assim, uma economia no valor final do consumo de energia elétrica.

Avaliação de estratégias de controle de potência reativa de aerogeradores síncronos em redes elétricas

No presente trabalho é avaliada uma metodologia de injeção de potência reativa em redes elétricas durante afundamentos de tensão provocados por curto-circuito, em parques eólicos interligados, adotada em alguns países com maturidade tecnológica na produção de energia eólica. Nos estudos desenvolvidos, foi utilizado o aerogerador síncrono a imã permanente com conversor pleno em função da grande controlabilidade do conversor interligado à rede e por possuir elevada capacidade de fornecimento de potência reativa, comparada a outras tecnologias de aerogeradores. No Brasil, os requisitos de interligação de parques eólicos as redes elétricas, definido pelo Operador Nacional do Sistema, ainda não estipula a necessidade de adoção de tal metodologia durante defeitos na rede elétrica, apenas especifica a curva de capacidade de afundamentos de tensão que os aerogeradores devem seguir para evitar o desligamento frente a afundamentos de tensão. Os critérios de proteção do aerogerador síncrono são avaliados a partir de simulações de curto-circuito em uma rede de teste adotando-se os requisitos do Brasil, sem injeção de potência reativa, sendo comparados com o de outros países que adotam curvas de injeção de potência reativa.