Um método de otimização da relação desempenho/consumo de energia para arquiteturas multi-cores heterogêneas em FPGA

Devido às tendências de crescimento da quantidade de dados processados e a crescente necessidade por computação de alto desempenho, mudanças significativas estão acontecendo no projeto de arquiteturas de computadores. Com isso, tem-se migrado do paradigma sequencial para o paralelo, com centenas ou milhares de núcleos de processamento em um mesmo chip. Dentro desse contexto, o gerenciamento de energia torna-se cada vez mais importante, principalmente em sistemas embarcados, que geralmente são alimentados por baterias. De acordo com a Lei de Moore, o desempenho de um processador dobra a cada 18 meses, porém a capacidade das baterias dobra somente a cada 10 anos. Esta situação provoca uma enorme lacuna, que pode ser amenizada com a utilização de arquiteturas multi-cores heterogêneas. Um desafio fundamental que permanece em aberto para estas arquiteturas é realizar a integração entre desenvolvimento de código embarcado, escalonamento e hardware para gerenciamento de energia. O objetivo geral deste trabalho de doutorado é investigar técnicas para otimização da relação desempenho/consumo de energia em arquiteturas multi-cores heterogêneas single-ISA implementadas em FPGA. Nesse sentido, buscou-se por soluções que obtivessem o melhor desempenho possível a um consumo de energia ótimo. Isto foi feito por meio da combinação de mineração de dados para a análise de softwares baseados em threads aliadas às técnicas tradicionais para gerenciamento de energia, como way-shutdown dinâmico, e uma nova política de escalonamento heterogeneity-aware. Como principais contribuições pode-se citar a combinação de técnicas de gerenciamento de energia em diversos níveis como o nível do hardware, do escalonamento e da compilação; e uma política de escalonamento integrada com uma arquitetura multi-core heterogênea em relação ao tamanho da memória cache L1.

Modelagem e análise de desempenho de sistema para geração de energia elétrica através de ondas marítimas.

Mediante a crescente necessidade de aumento na oferta de energia elétrica devido à constante elevação na demanda mundial, esta dissertação avalia o desempenho de um sistema conversor de energia de ondas marítimas em energia elétrica. O sistema em análise é o de coluna de água oscilante com turbina de dupla ação instalado na costa. Utiliza-se um modelo regular de ondas como perturbação à dinâmica de uma câmara semi-submersa gerando fluxo de ar através de uma turbina à ar de dupla ação. O sistema final é não linear e com parâmetros variantes no tempo. A dissertação investiga possibilidades para o aumento do rendimento da turbina em diferentes condições de mar através do método de simulação numérica. Após a modelagem física e matemática do sistema escolhido, inicia-se a síntese de um controlador proporcional derivativo para controle da pressão de ar na turbina em torno da pressão ideal de trabalho da mesma. A análise inclui o comparativo entre os resultados do sistema com e sem controlador e a avaliação de robustez utilizando ondas com amplitude variável. O trabalho apresenta ainda propostas de otimização do sistema para trabalhar em condições similares a região de Pecém no Brasil. Pelos resultados obtidos nas simulações, conclui-se que o rendimento e a robustez do sistema podem melhorar utilizando um sistema controlado. O rendimento do sistema poderá ainda ser otimizado para a região de instalação.

Aceleración de corrientes eólicas de reducida velocidad para la generación eléctrica doméstica

En los últimos años, los sistemas que utilizan como fuente recursos renovables se han posicionado como una interesante alternativa para la producción de energía. Entre las fuentes disponibles, la energía eólica viene configurándose como una de las fuentes de energía renovable con mayor crecimiento en los últimos años. En este trabajo se propone el aprovechamiento de las corrientes eólicas circulantes sobre la superficie terrestre para la producción de electricidad con el fin de abastecer buena parte de la demanda en viviendas aisladas, pequeñas instalaciones agropecuarias, equipamiento de servicio ubicado en lugares remotos, etc. Por lo general estas brisas tienen una baja densidad energética, por ello proponemos una interfaz mecánica que concentre las masas de aire, acelerando su circulación y alcanzando importantes incrementos en la velocidad de impulsión. La primera parte se centra en la elaboración de un procedimiento de caracterización a partir de la metodología científica con el cual modelar una estructura concentradora de flujo eólico válida para un aerogenerador de eje vertical. Este método trata el diseño de un elemento acelerador capaz de optimizar el aprovechamiento de estas brisas con independencia de la dirección de éstas. Su diseño viene dado por la resolución de un conjunto de objetivos fundamentales, dotando al sistema de unas prestaciones particulares en relación a su arquitectura y operatividad. Estos objetivos son los siguientes: - Operatividad ante cualquier dirección eólica adoptada - Incremento del rendimiento potencial de la turbina de eje vertical - Minimizar el desarrollo de efectos turbulentos alrededor del sistema integrado - Capacidad resolutiva ante la presencia de fuertes vientos - Estabilidad estructural - Compatibilidad ante instalaciones propias del volumen arquitectónico - Control global del rendimiento del sistema. La segunda parte aborda el modelado del prototipo y el análisis de su comportamiento mediante simulaciones en el ámbito de la fluidodinámica computacional. El resultado es un prototipo caracterizado por una arquitectura capaz de sectorizar la entrada de viento en diferentes tramos inyectando el flujo eólico estratégicamente. La incorporación de la interfaz sobre el rotor aumenta la superficie de captación eólica, facilitando su entrada a través de las diferentes aberturas y llevando a cabo su concentración según avanza por los tramo de circulación. Una vez finalizado dicho avance, el flujo es inyectado en un rango angular de nido por la elevada fuerza de sustentación capaz de generarse gracias a la incidencia del flujo eólico, aprovechando las particularidades que ofrece la rotación de este tipo de rotores. El resultado de la inyección sectorizada es el desarrollo de una circulación interior vorticial que incide permanentemente en el rango de sustentación característico del perfil aerodinámico que define la geometría de la pala de rotación. Ello provoca que se alcance un funcionamiento nominal a velocidades reducidas. En este proceso se incluyen las acciones necesarias para dar una respuesta eficiente a cualquier tipo e solicitación eólica. En presencia de velocidades de relativa importancia, la interfaz concentradora adapta su arquitectura con el fin de regular la entrada de flujo, retrasando la activación de los dispositivos reguladores propios de la turbina eólica. En presencia de vientos importantes, la interfaz dispone de los mecanismos necesarios para proceder al cierre de las aberturas procediendo a la parada del rotor. La validación de los prototipos elaborados se ha llevado a cabo mediante simulación computacional CFD. Los resultados confirman la consecución de un funcionamiento nominal a velocidades más reducidas, una mayor superficie de captación y periodo de tiempo de funcionamiento efectivo en comparación a las turbinas convencionales. Para el caso práctico modelado los resultados mejoran en más de 2.5 veces la potencia generada y multiplican por cuatro la fuerza ejercida sobre las palas de la turbina. La elaboración de un método preciso para el diseño de este tipo de estructuras concentradoras posibilita que se pueda alcanzar un diseño en función a las necesidades del usuario, o las condiciones eólicas de un emplazamiento dado. A ello hay que unir su compatibilidad de uso y montaje con sistemas de captación solar, conformando un sistema híbrido capaz de aprovechar tanto la energía solar como eólica para el abastecimiento autónomo. Esta característica incrementa el ratio de zonas geográficas donde se puede llevar a cabo su implantación. Las últimas páginas están reservadas a esbozar las líneas futuras de desarrollo y evolución, tanto en términos de e ciencia productiva como en su incorporación a nuevos volúmenes arquitectónicos y estructuras civiles en general.

Sistema de gestão de energia e ativação de uma espoleta eletrónica

Os incêndios florestais constituem uma realidade que pode ser minimizada com o auxílio Forças Armadas, através de homens e de meios. O Projeto FIREND®, no qual este trabalho está inserido, tem como objetivo projetar uma munição que ao libertar uma substância química sobre o fogo, o impeça de se expandir e se possível, o extinga. O projétil tem 155mm de calibre e o seu compartimento de carga terá cerca de 7,5

Sistema de conversão de energia eólica baseado no gerador de indução duplamente alimentado: análise e contribuição ao controle da máquina

The humanity reached a time of unprecedented technological development. Science has achieved and continues to achieve technologies that allowed increasingly to understand the universe and the laws which govern it, and also try to coexist without destroying the planet we live on. One of the main challenges of the XXI century is to seek and increase new sources of clean energy, renewable and able to sustain our growth and lifestyle. It is the duty of every researcher engage and contribute in this race of energy. In this context, wind power presents itself as one of the great promises for the future of electricity generation . Despite being a bit older than other sources of renewable energy, wind power still presents a wide field for improvement. The development of new techniques for control of the generator along with the development of research laboratories specializing in wind generation are one of the key points to improve the performance, efficiency and reliability of the system. Appropriate control of back-to-back converter scheme allows wind turbines based on the doubly-fed induction generator to operate in the variable-speed mode, whose benefits include maximum power extraction, reactive power injection and mechanical stress reduction. The generator-side converter provides control of active and reactive power injected into the grid, whereas the grid-side converter provides control of the DC link voltage and bi-directional power flow. The conventional control structure uses PI controllers with feed-forward compensation of cross-coupling dq terms. This control technique is sensitive to model uncertainties and the compensation of dynamic dq terms results on a competing control strategy. Therefore, to overcome these problems, it is proposed in this thesis a robust internal model based state-feedback control structure in order to eliminate the cross-coupling terms and thereby improve the generator drive as well as its dynamic behavior during sudden changes in wind speed. It is compared the conventional control approach with the proposed control technique for DFIG wind turbine control under both steady and gust wind conditions. Moreover, it is also proposed in this thesis an wind turbine emulator, which was developed to recreate in laboratory a realistic condition and to submit the generator to several wind speed conditions.

Controle em modo dual adaptativo robusto aplicado a um sistema de geração de energia elétrica

Synchronous machines, widely used in energy generation systems, require constant voltage and frequency to obtain good quality of energy. However, for large load variati- ons, it is difficult to maintain outputs on nominal values due to parametric uncertainties, nonlinearities and coupling among variables. Then, we propose to apply the Dual Mode Adaptive Robust Controller (DMARC) in the field flux control loop, replacing the tradi- tional PI controller. The DMARC links a Model Reference Adaptive Controller (MRAC) and a Variable Structure Model Reference Adaptive Controller (VS-MRAC), incorpora- ting transient performance advantages from VS-MRAC and steady state properties from MRAC. Moreover, simulation results are included to corroborate the theoretical studies.

Modelagem e análise dinâmica de um sistema de conversão de energia eólica dotado de gerador síncrono de imã permanente utilizando a plataforma ATP

Human development requires a broad balance between ecological, social and economic factors in order to ensure its own sustainability. In this sense, the search for new sources of energy generation, with low deployment and operation costs, which cause the least possible impact to the environment, has been the focus of attention of all society segments. To do so, the reduction in exploration of fossil fuels and the encouragement of using renewable energy resources for distributed generation have proved interesting alternatives to the expansion of the energy matrix of various countries in the world. In this sense, the wind energy has acquired an increasingly significant role, presenting increasing rates of power grid penetration and highlighting technological innovations such as the use of permanent magnet synchronous generators (PMSG). In Brazil, this fact has also been noted and, as a result, the impact of the inclusion of this source in the distribution and sub-transmission power grid has been a major concern of utilities and agents connected to Brazilian electrical sector. Thus, it is relevant the development of appropriate computational tools that allow detailed predictive studies about the dynamic behavior of wind farms, either operating with isolated load, either connected to the main grid, taking also into account the implementation of control strategies for active/reactive power generation and the keeping of adequate levels of voltage and frequency. This work fits in this context since it comprises mathematical and computational developments of a complete wind energy conversion system (WECS) endowed with PMSG using time domain techniques of Alternative Transients Program (ATP), which prides itself a recognized reputation by scientific and academic communities as well as by electricity professionals in Brazil and elsewhere. The modeling procedures performed allowed the elaboration of blocks representing each of the elements of a real WECS, comprising the primary source (the wind), the wind turbine, the PMSG, the frequency converter, the step up transformer, the load composition and the power grid equivalent. Special attention is also given to the implementation of wind turbine control techniques, mainly the pitch control responsible for keeping the generator under the maximum power operation point, and the vector theory that aims at adjusting the active/reactive power flow between the wind turbine and the power grid. Several simulations are performed to investigate the dynamic behavior of the wind farm when subjected to different operating conditions and/or on the occurrence of wind intensity variations. The results have shown the effectiveness of both mathematical and computational modeling developed for the wind turbine and the associated controls.

Instrumento de avaliação de processos cognitivos para a aprendizagem de subestações de energia em ambientes 2D e realidade virtual

This study describes the development of a prototype to evaluate the potential of environments based on two-dimensional modeling and virtual reality as power substations learning objects into training environments from a central operation and control of power utility Cemig. Initially, there was an identification modeling features and cognitive processes in 2D and RV, from which it was possible to create frames that serve to guide the preparation of a checklist with assigning a metric weight for measuring cognitive potential learning in the study sites. From these contents twenty-four questions were prepared and each was assigned a weight that was used in the calculation of the metric; the questions were grouped into skill sets and similar cognitive processes called categories. Were then developed two distinct environments: the first, the prototype features an interactive checklist and your individual results. And, second, a system of data management environment for the configuration and editing of the prototype, and the observation and analysis of the survey results. For prototype validation, were invited to access the virtual checklist and answer it, five professionals linked to Cemig's training area. The results confirmed the validity of this instrument application to assess the possible potential of modeling in 2D and RV as learning objects in power substations, as well as provide feedback to developers of virtual environments to improve the system.

Uma estratégia para otimizar a geração de arranjos em subestações virtuais de energia elétrica

The Virtual Reality techniques applied in Electricity Environments provide a new supervisory control paradigm. The fact of existing a virtual environment (VE), geometrically similar to a real substation, reduces the difference of mental models built by field operators compared with those built by system center operation improving the communication. Beside this, those systems can be used as visualization interfaces for electricity system simulators, training systems for professors and undergraduate students, field operators and maintenance professionals. However, the development process of these systems is quite complex, combining several activities such as implementation, 3D modeling, virtual sceneries construction, usability assessment and management project techniques. In this context, this work present a GUI strategy to build field arrangements based on scene graphs, to reduce time in Virtual Electricity Substations Arrangement development. Through this, mistakes during the VE building can be avoided making this process more reliable. As an concept proof, all toolkits developed in this work were applied in the virtualization of the substations from a Brazilian power concessionary named CEMIG.

Diagnóstico de consumos anómalos de energia: abordagem por classificação

Durante o período de funcionamento de uma instalação eléctrica podem ocorrer várias anomalias. Enquanto muitas delas apenas são identificadas tardiamente, outras acabam por nunca serem identificadas como um potencial problema. A identificação atempada dessas anomalias permite a realização de um diagnóstico que leve à correcção das suas causas evitando assim os desperdícios e prejuízos inerentes. A identificação de um consumo anómalo pode ser realizada, de forma automática ou semi automática através de sistemas de apoio que permitam sinalizar falhas ou comportamentos anormais. O trabalho apresentado nesta dissertação pretende possibilitar esta sinalização apenas através da análise dos dados de consumo medidos em tempo real e comparados com dados históricos através de uma abordagem baseada em classificação, recorrendo a métodos de clustering. Foram testadas diferentes abordagens em três casos distintos, dois relativos a consumidores residenciais para os quais existiam registos de consumo durante um período alargado, e um relativo a uma instalação desportiva, para a qual é possível aceder em tempo real ao sistema de gestão de consumos via web. O sistema implementado proporciona vários tipos de informação ao utilizador, permitindo visualizar graficamente a existência de uma potencial anomalia quando a disparidade entre a classificação do consumo no instante e a classe do consumo de referência for significativa.

Sillas de ruedas eléctricas. Opciones de mandos de control y cambios de postura

En una persona con movilidad reducida, el desplazamiento en una silla de ruedas con motor es equiparable a caminar, porque facilita la igualdad de acceso para: elegir y tomar decisiones, acceder a la información, participar en la educación, el empleo, el ocio y la vida familiar. Hasta hace pocos años, una persona que no podía propulsar una silla de ruedas manual y tampoco podía manejar el joystick de una silla de ruedas eléctrica, se veía obligado a que fuera otra persona quien le "llevara", o le cambiara de postura. Hoy en día las sillas de ruedas eléctricas han evolucionado tanto, que muchas personas pueden desplazarse, ponerse más erguidas, reclinarse o ponerse de pie en la silla, incluso sin el movimiento de las manos. El propósito de este documento es ofrecer asesoramiento sobre los aspectos a tener en cuenta al valorar el acceso más eficaz para controlar la silla de ruedas eléctrica y proporcionar información sobre los diferentes mandos de control y opciones de cambios de postura que hoy día están disponibles en el mercado nacional.

Telemedida y telecorte en medidores de energía a través de la red eléctrica

Tesis (Ingeniero Eléctrico). -- Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2014

Control de potencia empleando FACTS en el sistema de transmisión para el aprovechamiento de las fuentes de generación fotovoltaica

Tesis (Ingeniero Eléctrico). -- Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2014

Estudo de viabilidade para a instalação de uma central piloto para geração de energia elétrica a partir de biomassa na ilha do Príncipe (R.D. de S. Tomé e Príncipe)

O referido projeto tem como objetivo principal a avaliação das capacidades técnicas, económicas e ambientais da ilha do Príncipe (República democrática de S. Tomé e Príncipe) para possibilitar a instalação de uma central piloto (500 kW) de produção de energia elétrica a partir de biomassa captada proveniente de la floresta (resíduos florestais) e campos agrícolas(resíduos agrícolas) com intuito de aumentar a potência total instalada na ilha. S. Tomé e Príncipe é um país subdesenvolvido e partilha de um dos maiores problemas dos países dessa categoria, a precária produção e distribuição da energia elétrica a população. Em S. Tomé e Príncipe estes problemas são derivados a fraca potência instalada e dependência de combustíveis fósseis. Especificamente na ilha do Príncipe, a situação é ainda mais complicada, situação prendesse com o facto de que o transporte de combustível da Ilha de S. Tomé para a ilha do Príncipe não se processar num regime contínuo, devido ao aumento do consumo pela população da Ilha do Príncipe conjugado com a fraca potência instalada e a falta de condições ideais de armazenamento de combustível, o que origina muitas falhas na distribuição de eletricidade ou uma racionalidade na sua distribuição. A racionalidade de distribuição de eletricidade na ilha do Príncipe segue o princípio de fornecimento em momentos de maior necessidade, isto é: horários em que as famílias se encontram juntas em suas casas (18 as 24h), períodos de maior produtividade da ilha (8 as 12h), com interregnos de várias horas na distribuição. Este princípio não respeita instituições como os hospitais onde a necessidade de energia elétrica permanente é uma necessidade. Outra motivação para a elaboração deste projeto é o facto de que a ilha do Príncipe a partir de ano 2012 passou a ser uma reserva da Biosfera da UNESCO. Este facto obrigou obviamente a ilha do Príncipe a ter uma maior preocupação com a sustentabilidade ambiental. Perante essas necessidades, surgiu a necessidade de criação de um projeto que tentasse cobrir as lacunas elétricas da Ilha do Príncipe. O projeto é ambicioso, não só para S. Tomé e Príncipe, mas também para todos os países da região e principalmente aqueles com grande potencialidade em biomassa florestal e agrícola.

Sistema de armazenamento de energia com base em baterias e no ondulador de tensão trifásico

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Eletrotécnica Ramo de Automação e Eletrónica Industrial