Devido às preocupações com a qualidade de energia e ao aumento de complexidade do sistema elétrico de potência, Compensadores Síncronos Estáticos (STATCOM) são amplamente utilizados em sistemas de potência para compensação de potência reativa e suporte de tensão. Para aplicações de média e alta tensão, o conversor multinível é a opção mais comum para sistemas STATCOM. Além disso, a topologia "Delta-connected Cascaded H-bridge" (Delta-CHB) é amplamente adotada para sistemas STATCOM multiníveis. Este trabalho investiga a estratégia de controle do Delta-CHB STATCOM, propondo uma modelagem das dinâmicas e provendo uma metodologia de ajuste dos diversos controladores presentes nesta topologia. O presente trabalho também explora a estratégia de normalização e seus efeitos na corrente circulante. Além disso, o estudo aborda a ondulação de segundo harmônico na tensão do capacitor do conversor, e descreve sua relação com a corrente circulante de terceiro harmônico inerente a operação do conversor. Essa relação é modelada, resultando em expressões matemáticas para a ondulação da tensão do capacitor e para a corrente circulante de terceiro harmônico inerente. As validações são realizadas por meio de simulações e experimentos em um protótipo com três submódulos por fase. O modelo apresentado do mecanismo de geração dos harmônicos exibe erros inferiores a 4.5% em comparação com os resultados de simulação. Por fim, a metodologia de ajuste de controle foi testada através de simulações em dois sistemas STATCOMs em diferentes níveis de potência, e em um protótipo experimental com três submódulos por fase.

Este trabalho propõe um método de análise de sistemas Magnetic Coupled Wireless Power Transfer (MCWPT) impressos operando em poucos MHz baseado em Modelo de Circuito (CM). Inicialmente discute-se o efeito das superfícies ressonantes na transmissão de energia sem fio e as vantagens de seu uso. Logo, o consequente aumento de eficiência é discutido com base na teoria de Magneto-Inductive Waves (MIW). Além disso, é analisada a viabilidade do uso de metasuperfícies em sistemas Wireless Power Transfer (WPT) onde o transmissor e o receptor estão desalinhados ou são coplanares. São apresentadas, também, possibilidades de otimização da impedância dos sistemas WPT para aumentar a eficiência da transmissão.

Um modelo analítico é proposto para calcular a auto-indutância de indutores impressos, sua resistência característica e a indutância mútua entre bobinas. A formulação apresentada para o cálculo da indutância mútua entre indutores é baseada na fórmula de Neumann. Devido à generalidade desta abordagem, ela também pode ser aplicada a estruturas mais complexas, como metasuperfícies. Na análise do CM do MCWPT, considera-se que a corrente desconhecida ao longo da microfita é considerada como um único valor distribuído em cada bobina modelada. Primeiramente, são discutidos aspectos computacionais relacionados à implementação do modelo. Em seguida, os resultados calculados são comparados passo a passo com software comercial baseado em métodos eletromagnéticos no domínio da frequência. Em seguida, o modelo de microstrip é validado experimentalmente com medições de coeficientes de transmissão de um MCWPT impresso em FR4, operando em 24 MHz. Além disso, é proposto um novo design baseado em bobinas quadradas impressas, mas agora com tamanho reduzido e operando a 13,56 MHz. Com este sistema realiza-se uma análise no domínio da frequência sobre como a frequência e a posição do receptor sobre a metasuperfície afetam a eficiência. Em seguida, analisa-se a variação da impedância de entrada e a distribuição de corrente na superfície do metamaterial em relação às variações na posição do receptor e na taxa de carga na superfície ressonante. Para isso, a teoria de MIW é utilizada em aplicação específica: Rastreamento de Posição Passiva em Sistemas MCWPT Dinâmicos. Finalmente, discute a importância de conhecer a distribuição de corrente e os parâmetros de otimização de impedância para um sistema MCWPT.

Os resultados mostram que o método proposto é válido para modelar indutores impressos. Além disso, o modelo se mostrou computacionalmente mais eficiente para análise de grandes sistemas quando comparado a softwares comerciais de simulação de onda completa, e os resultados práticos apontam para a conformidade.

O presente trabalho aborda aplicação do método de Monte Carlo como ferramenta para planejamento e controle da manutenção em sirenes de barragens de rejeitos na mineração. As estratégias que permitam a melhoria constante do planejamento e execução da manutenção, sobretudo na questão das sirenes de barragens, são fundamentais, visto o potencial letal de um sinistro dentro das mineradoras. Assim, neste trabalho foi investigada a aplicação do Método Monte Carlo para análise de previsibilidade de manutenção em postes de sirenes em barragens de rejeitos de mineração. Especificamente, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre processos de mineração, barragens de rejeitos e processos de controle e gerenciamento manutenção; foi investigada a abrangência de aplicação do método Monte Carlo na indústria considerando sua aplicação para o planejamento e controle da manutenção; e, o método foi aplicado para estimativa de recursos dedicados a manutenção de postes de sirenes em barragens de rejeitos de mineração considerando o cenário de manutenções de maior criticidade. Por meio de uma abordagem quantitativa e qualitativa com foco em descrever, interpretar e compreender a percepção da gestão da segurança em barragens de contenção de rejeitos de mineração foi realizado um levantamento bibliográfico, buscando atender uma demanda de informações sobre a gestão da manutenção das barragens no ramo industrial minerador a partir do cenário nacional que fundamentou principalmente na comparação dos critérios de classificação de barragens no Brasil e as perspectivas de manutenção considerando as legislações e medidas adotadas para promoção da segurança em barragens. O estudo de caso se deu por meio de dados de barragens de contenção de rejeitos de uma empresa de mineração atuante no estado de Minas Gerais como fonte real para a aplicação do Método Monte Carlo. O principal resultado encontrado foi a comprovação da eficácia do Método Monte Carlo para a análise de previsibilidade de manutenção em postes de sirenes em barragens de rejeitos. Verificou-se eficácia ao traçar a tendência de cenários de falhas futuras, baseado no histórico, com oscilações estatisticamente previstas através da geração de números aleatórios. Foi possível concluir que a metodologia proposta e aplicada ao conjunto de falhas dos postes de sirene em barragens de rejeitos de mineração com intuito de previsibilidade de falhas, para cenários pessimista e otimista foi validada e permite o direcionamento da manutenção de forma assertiva. E ainda permitiu compreender que a elevação do número de falhas críticas após a realização dos simulados práticos de emergência, podem vir a caracterizar uma especificação de projeto tecnicamente inadequada para a condição de aplicabilidade dos componentes eletrônicos das sirenes.

Monitorar o consumo de energia de motores de indução é uma tarefa importante na indústria para garantir uma operação econômica. O rendimento do motor é convenientemente obtido a partir do conjugado eletromagnético e da velocidade de rotação. O conjugado é facilmente calculado a partir das tensões e correntes do estator e depende apenas de um parâmetro da máquina, a resistência do enrolamento do estator, Rs. Para estimar com precisão o conjugado eletromagnético, Rs geralmente é estimada online. Entre os vários métodos de estimação de Rs disponíveis na literatura, o método de injeção c.c é um dos mais bem sucedidos. Ele possui uma alta precisão e baixo nível de intrusão em relação a outros métodos. No entanto, o método causa oscilações de conjugado eletromagnético e de velocidade na máquina que são altamente indesejáveis para diversos processos industriais. É bem conhecido o fato de que as componentes de sequência zero da corrente do estator não contribuem para o conjugado eletromagnético e não causam oscilações no conjugado eletromagnético. Sendo calculada a partir de um modelo simples de primeira ordem, a corrente de estator de sequência zero pode ser utilizada para estimar Rs. A proposta central desse trabalho consiste em utilizar componentes de sequência zero da tensão e da corrente de estator tanto em Máquinas com Terminais Centrais Abertos, MITCA, quanto na Máquina de Indução conectada diretamente à rede para estimar Rs. Na configuração MITCA com barramento único e sob determinadas condições, ocorre a circulação de correntes de sequência zero. Essas correntes são utilizadas aqui para estimação de Rs. Na configuração com a máquina ligada à rede, o terminal central da máquina é conectado ao terminal neutro da fonte, para promover a circulação de corrente de sequência zero comumente existente na rede. Outra estratégia aqui adotada é a implementação de um circuito gerador de pulsos para sintetizar essa componente sem depender da existência de tensão de sequência zero na rede. Dentre as propostas de injeção de sequência zero, a injeção com o pulso teve um desempenho mais satisfatório, com a estimativa de Rs com um erro praticamente nulo. Observou-se através dos experimentos o impacto de se utilizar sensores de medição com a escala muito maior que a tensão e o impacto da taxa de amostragem na estimação.

Nas grandes indústrias, como siderurgia e mineração, por exemplo, os inversores de frequência devem ser capazes de operar na faixa de média tensão e alta potência. Desse modo, os inversores multiníveis têm uma importância significativa em acionamentos nessa faixa de operação. Suas vantagens incluem um melhor espectro de frequência das tensões e correntes de saída, redução das perdas por comutação e redução do estresse sofrido pelos interruptores eletrônicos. Neste sentido, o conversor Neutral Point Clamped (NPC) cumpre bem esse papel. Essa topologia está consolidada no mercado, e é muito importante em acionamentos de alta potência. Ela possui algumas variações, como por exemplo o NPC Tipo G, que fornece cinco níveis de tensão de fase na saída do conversor. As técnicas de controle e comutação aplicadas a esses inversores são um fator determinante no comportamento da tensão sintetizada. Este trabalho propõe o desenvolvimento, implementação e avaliação experimental de uma estratégia de comutação que utiliza a histerese de corrente. O acionamento é realizado de forma digital, ou seja, os sinais medidos e utilizados no controle são amostrados. Assim, é comum utilizar-se da frequência de amostragem para limitar a frequência de comutação dos interruptores eletrônicos, já que a frequência máxima de atuação é metade da frequência de amostragem. Baixas taxas de amostragem, por outro lado, diminuem a eficácia do controle, além de causar problemas no comportamento da histerese de corrente operando em conversores multiníveis. Dessa forma, esta pesquisa propõe uma forma de utilizar a histerese de corrente com altas taxas de amostragem, utilizando-se um circuito limitador de frequência nos sinais de comando dos interruptores eletrônicos. Essa técnica dissocia a frequência de amostragem da frequência de atuação, melhorando o funcionamento do modulador e diminuindo a distorção harmônica total da tensão e da corrente do inversor. Essas características são comprovadas através de resultados coletados na implementação do acionamento através de simulação computacional e experimentação em laboratório.

Nos dias atuais o interesse da comunidade científica pela transmissão de energia sem fio por meio de rectennas apresenta um aumento significativo devido ao desenvolvimento de novas tecnologias, inclusive as novas demandas de energia para dispositivos empregados na internet das coisas. Entretanto, os limites seguros de potência da fonte de RF e a baixa densidade de energia a medida que se afasta da fonte disponível limita a aplicação das rectennas. A sensibilidade da rectenna para uma dada densidade de potência pode ser melhorada através da adoção de várias estratégias técnicas, entre essas destaca-se a elevação do ganho, a otimização da eficiência de radiação e total da antena. A contribuição deste trabalho é o desenvolvimento de um sistema rectenna, para alimentação de um sensor sem fio, com antenas impressas de alto ganho e eficiência total elevada. São utilizados os substratos FR-4 e RT/Duroid 5880 em geometrias diversas na construção de antenas e retificadores a fim de obter o melhor desempenho. Utiliza-se o CST® para simular e otimizar os parâmetros das antenas, e o ADS® para desenvolver os retificadores. A topologia dobrador de tensão é adotada para o retificador a fim de obter níveis de tensão adequados à necessidade da carga. As amostras projetadas são otimizadas para obter valores de S11 abaixo de -10dB nas frequências de interesse. As antenas e retificadores construídos apresentaram resultados próximos aos obtidos nas simulações. O sistema rectenna foi validado através da medição de corrente e tensão entregue para a carga com a rectenna em distâncias variadas da antena transmissora conectada a fonte de RF. Ocorreram pequenas variações na saída da rectenna para cargas com impedância maior que 1 kΩ, mas para cargas com impedâncias entre 10 Ω e 240 Ω os níveis de tensão foram reduzidos a valores muito baixos comprometendo tanto o desempenho da rectenna quanto o funcionamento adequado da carga. Então, foi desenvolvido um estágio buffer na saída CC da rectenna para melhorar a capacidade de alimentar cargas com impedâncias menores. A eficiência da conversão da rectenna projetada em uma carga de 820 Ω foi medida e encontra-se compatível com outros resultados disponíveis na literatura. Além disso, experimentos realizados com conversores boost mostram uma melhora da capacidade de fornecimento de energia em corrente contínua para o módulo sensor sem fio proposto.

A busca por métodos mais eficientes de se armazenar energia elétrica é impulsionada pela alta demanda de dispositivos portáteis, veículos elétricos e de fontes de geração de energia elétrica não despacháveis, como solar e eólica. Dentre as formas de se armazenar energia elétrica, o uso de baterias torna-se uma das melhores opções, devido a maior facilidade de projetar e aplicar esta tecnologia. Diversas são as químicas que podem ser utilizadas em baterias, mas, a tecnologia de lítio íon vem se destacando pela maior eficiência e vida útil. O aumento da vida útil de uma bateria é um dos principais temas atuais, visto que em aplicações como veículos elétricos, a bateria corresponde a grande parte do investimento inicial e geralmente é substituída após perder cerca de 20% de sua capacidade nominal. Com o objetivo de utilizar as baterias de veículos elétricos por mais tempo, e contribuir para aumentar a vida útil das baterias, surgem técnicas que utilizam a tecnologia de baterias inteligentes. O termo bateria inteligente se designa a métodos distribuídos de se gerenciar uma bateria, reduzindo o impacto de uma topologia centralizada, em que o gerenciamento individual é mais complexo. Este trabalho tem como objetivo estudar técnicas de balanceamento de estado de carga (SOC) e estado de saúde (SOH) em baterias inteligentes. Para alcançar esse objetivo tornou-se necessário o desenvolvimento de um modelo de uma bateria com representação da sua degradação no software PLECS. Além disso foi implementado um modelo médio do conversor c.c./c.c. boost com o intuito de reduzir a complexidade do modelo e permitir simulações de longo período. Uma técnica de balanceamento de SOC, com ganho proporcional fixo, encontrada na literatura, é implementada. Logo após, a técnica encontrada na literatura tem seu ganho fixo alterado para um ganho variável, que dependerá dos dados atuai da bateria. Uma técnica de balanceamento de SOH, em cascata, é apresentada e sua ação de controle é aplicada como um offset na técnica de balanceamento de SOC. É realizado um estudo de caso em dez baterias, com capacidades e estados de carga diferentes. O balanceamento de SOC da técnica de balanceamento com ganho fixo apresenta bons resultados, porém na técnica de balanceamento com ganho variável o balanceamento ocorre mais rápido e garante um erro em regime permanente menor. O balanceamento de SOC é uma técnica de balanceamento dinamicamente mais rápida que o balanceamento de SOH, porém o uso de técnicas de balanceamento de SOH podem postergar a substituição de uma bateria.

O contínuo aumento das unidades consumidoras implica a necessidade de maior transmissão de energia elétrica. Dentre as alternativas, a compensação série em linhas de transmissão da rede básica tem como vantagem o aumento da capacidade de transmissão, a melhoria da estabilidade do sistema, a diminuição da necessidade de equipamentos de controle de tensão, além de ser mais econômica que as demais opções de aumento da transmissão de energia. Entretanto, tal alternativa pode gerar alguns problemas no sistema, principalmente relacionados à proteção de distância. O relé de distância é um dos principais equipamentos empregados na proteção do sistema elétrico, sendo muito utilizado na proteção principal em linhas de transmissão mais longas e na proteção de retaguarda nas mais curtas. A filosofia dessa proteção fundamenta-se na medição e na avaliação da impedância e, no caso de ocorrência de um curto-circuito, é proporcional à distância ao ponto de defeito, considerando-se a resistência de falta igual a zero. No entanto, a compensação série da linha e a proteção do banco de capacitores alteram os parâmetros de acionamento do relé. Este trabalho tem por objetivo utilizar redes neurais artificiais para a melhoria da exatidão na identificação do tipo de falta e determinação da zona de atuação do relé de distância em linhas de transmissão compensadas. Para isso, simulou-se uma batelada de casos de falta em linhas do tronco Norte-Sul I do Sistema Elétrico Brasileiro, com capacitores série nas duas extremidades. Para geração dos dez tipos de curto-circuito, utilizou-se a variação do ângulo de incidência, da resistência de falta e da distância de ocorrência. Com os resultados, foi possível comparar o desempenho das redes neurais em diferentes cenários e entre o relé convencional e o modelo proposto baseado em rede neural.

Este trabalho apresenta uma abordagem numérica para o cálculo e a otimização dos campos eletromagnéticos gerados por linhas de transmissão aéreas, através do Método de Momentos e do Algoritmo Elipsoidal. O Método de Momentos é baseado em uma formulação integral, e permite que o problema aberto ilimitado seja inteiramente definido na sua fronteira, o que diminui a quantidade de variáveis em comparação com outros métodos. A metodologia proposta foca em uma perspectiva dual para o cálculo de ambos os campos elétricos e magnéticos, e pode ser utilizada para encontrar os gradientes de potencial tanto na superfície dos condutores, quanto em qualquer ponto de interesse no espaço. O trabalho propõe também a análise da influência dos cabos de guarda, de diferentes funções de interpolação e quantidades de elementos de contorno nas distribuições de campo resultantes. Por fim, o método de momentos é acoplado ao método elipsoidal de otimização, com objetivo de minimizar a intensidade dos campos eletromagnéticos avaliados ao nível do solo. Múltiplas restrições de projeto e segurança relacionadas ao projeto original são consideradas no processo de otimização, e as novas posições dos feixes incorrem em perfis reduzidos de campos elétricos e magnéticos ao nível do solo, sem ultrapassar os limites de campo superficial crítico impostos. Os resultados obtidos no trabalho indicam que a metodologia apresentada é robusta e pode ser utilizada no projeto e na otimização de linhas aéreas de transmissão.

Esse trabalho apresenta um estudo para a redução das perdas em sistemas elétricos de potência. Tendo em vista esse objetivo e considerando a inserção cada vez maior de geração distribuída, é considerado o problema de alocação ótima dessas fontes. Dado um número especificado de gerações distribuídas com capacidade fixa, deseja-se definir em quais barras elas devem ser posicionadas de modo a minimizar as perdas do sistema. Trata-se de um problema de otimização inteira binária, onde as variáveis podem assumir apenas dois valores diferentes: 0 não instala na barra associada à variável, ou 1, instala. Para os estudos de caso, são considerados dois sistemas de subtransmissão: IEEE 14 barras e 30 barras, além da alocação de gerações distribuídas com capacidade de 1 MW. No sistema IEEE 30 barras, considerando a alocação em vinte e nove das trinta barras, existem mais de quinhentos milhões de combinações possíveis. Problemas de otimização combinatórios, com um número muito elevado de soluções, são difíceis de serem solucionados. Utilizou-se o programa computacional Matpower para possibilitar os cálculos e análises do fluxo de potência. A partir dos resultados obtidos, com as perdas de potência ativa das linhas de transmissão, foram avaliados métodos computacionais de otimização inteira binária para a melhor alocação possível da geração distribuída, a fim de se minimizar essas perdas. Foram comparados métodos de otimização não linear inteira binária, baseados nos algoritmos de enxame de partículas e no algoritmo evolução diferencial, para a determinação do método mais adequado para tratar o problema. Como resultado, obteve-se uma redução otimizada das perdas de potência ativa dos sistemas, para valores que dependem do limite de fontes de 1 MW, com baixo tempo computacional, mostrando a viabilidade da metodologia apresentada. Além disso, os resultados obtidos dos sistemas analisados foram comparados com resultados presentes na literatura especializada.

O controle baseado no observador de distúrbio é uma ferramenta de controle aplicado
em diversos setores industriais, com a finalidade de rejeitar distúrbios não medidos
no processo. Desde sua concepção, diversas implementações têm se mostrado eficientes,
tanto para sistemas representados no domínio do tempo quanto para sistemas
representados no domínio da frequência. Este trabalho apresenta um estudo sobre
esta técnica bem como sua aplicação. A aplicação do controle baseado no observador
de distúrbio para sistemas de uma entrada e uma saída, de fase mínima e não mínima,
consiste em uma técnica já bem consolidada. Já para os sistemas com múltiplas entradas
e múltiplas saídas com atraso existem dois desafios que devem ser analisados
com atenção. O primeiro desafio é o cálculo da inversa do modelo nominal da planta.
O segundo desafio é a síntese ideal do filtro do observador de distúrbios para se obter
um compromisso entre a rejeição das perturbações e a atenuação dos ruídos de
medição. A proposta aqui apresentada é uma estratégia que utiliza funções de transferências
equivalentes para tratar do desafio do cálculo da inversa do modelo nominal
da planta que é comparada com outras estratégias encontradas na literatura. A função
de transferência equivalente aproxima a inversa de um modelo multivariável por uma
matriz cujos elementos são o inverso de funções de transferência de primeira ordem
mais atraso de tempo, que são mais simples de serem tratadas. Para tratar a síntese
ideal do filtro do observador de distúrbios é proposta uma formulação baseada em um
problema de otimização multiobjetivo. Por meio de um algoritmo de otimização evolutiva
multiobjetivo, é possível obter um conjunto de soluções eficientes com diferentes
compromissos entre os dois objetivos. Essa mesma formulação de síntese foi utilizada
para o problema de sistema de uma entrada e uma saída no domínio da frequência
e para tratar os sistemas multivariáveis no domínio do tempo. A técnica é aplicada
inicialmente a um problema de fase mínima representado no domínio da frequência
juntamente com a síntese do controlador PI. Posteriormente são tratados dois exemplos
de sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas com atrasos de tempo representados
no domínio da frequência. E, por fim, a técnica é utilizada em um sistema
no domínio do tempo. Os resultados encontrados mostram que as estratégias propostas
para síntese de controladores baseados em observadores de distúrbios são eficazes.
No caso de sistemas multivariáveis no domínio da frequência, a proposta de uso da
função de transferência equivalente, tanto para síntese como para implementação, se
mostrou eficiente apresentando melhores resultados que outras técnicas existentes na
literatura.

Este trabalho apresenta um novo conceito de controle digital otimizado por histerese para retificadores ativos trifásicos de três níveis, voltado para aplicações na indústria de alta potência. A estratégia de chaveamento proposta é baseada na implementação digital de um controle por histerese trabalhando com baixas taxas de amostragem. A frequência de amostragem reduzida limita intencionalmente a frequência de chaveamento do conversor e reduz o stress sobre os semicondutores diminuindo os riscos de falhas do conversor, sem deterioração da qualidade da tensão e da corrente. A técnica também reduz a propagação e espalhamento do espectro harmônico do clássico controle de histerese de corrente. O sistema de controle é concebido para limitar a ondulação de corrente, tensões e perdas nas chaves através da escolha adequada da taxa de amostragem e um projeto apropriado dos indutores de entrada. Isso leva a um tamanho, peso e custos otimizados dos indutores de entrada. Além disso, o controle proposto é aplicado a um protótipo de retificador de três níveis de alta potência e baixo custo, que consiste em duas chaves semicondutoras ativas e quatro diodos de potência por fase. O conversor apresenta boa qualidade das formas de onda de tensão e corrente e junto com seu sistema de controle apresenta menores custos de manutenção e aquisição em aplicações de missão crítica. Simulações e experimentos mostram e confirmam as ideias propostas.

Módulos semicondutores híbridos consistem em soluções que reúnem chaves de silício e de algum material de larga banda proibida (do inglês, wide band gap (WBG)), proporcionando a obtenção de soluções com um melhor custo benefício. Estes módulos apresentam-se como uma alternativa de aumento de eficiência em relação ` as tecnologias de silício, por em com custo total agregado inferior aos módulos puros de WBG. Este artigo propõe uma metodologia de seleção de chaves para compor um par híbrido formado por um Si-IGBT e um SiC-MOSFET, os quais s ˜ ao utilizados para acionar um motor de indução de 440 V e 300 HP. Dentre as combinações analisadas, foram escolhidas duas soluções híbridas com potencial de redução de perdas, as quais são comparadas com as soluções puras de silício e SiC de mesma corrente disponíveis no mercado. As comparações são feitas a partir de um perfil de operação diário real para o acionamento elétrico de um exaustor. Os resultados demonstraram uma potencial redução de perdas energéticas diárias de 45% em relação aos módulos originais de silício, além de apresentar um custo inicial intermediário entre os demais módulos. Portanto, os pares híbridos selecionados foram avaliados como soluções de melhor relação custo-benefício considerando o perfil de operação da aplicação.

O cenário atual dos sistemas elétricos de potência é caracterizado por estruturas complexas, presença de cargas não lineares e alta inserção de energias renováveis, como energia solar e eólica. Desta forma, o compensador síncrono estático (do inglês, Static synchronous Compensator | STATCOM) surge para regulação de tensão, controle de potência reativa e regulação de frequência nesses sistemas. Como os STATCOMs são dispositivos que operam em hot standby, ou seja, estão sempre conectados à rede, a eficiência do conversor é muito importante. Nesse cenário, as topologias de conversores modulares multiníveis em cascata (do inglês, Modular Multilevel Cascade Converter | MMCC) tem sido usadas para a realização do STATCOM devido à sua alta eficiência. Para melhorar ainda mais a eficiência do STATCOM, diferentes estratégias foram propostas na literatura. No entanto, a maioria das estratégias exigem modificações no hardware. Além disso, a maioria das propostas que não exigem modificação no hardware tem o potencial apenas de reduzir as perdas de comutação. No entanto, como o MMCC geralmente trabalha com frequências de comutação na faixa de 100 - 200 Hz, as perdas de condução predominam. De fato, poucas estratégias para reduzir as perdas de condução foram propostas na literatura. Esta dissertação de mestrado visa preencher esse vazio. Este trabalho propõe um controle de operação com número mínimo de células para reduzir as perdas de energia no STATCOM com base no MMCC. O princípio da técnica é desconectar células do MMCC, de acordo com a referência de potência reativa. Para isso, são derivadas expressões analíticas para a tensão mínima do barramento cc para manter a operação do conversor na região linear do modulador. Essas expressões são usadas para calcular o número de células que podem ser retiradas do conversor para determinadas condições de operação. Além disso, o potencial da estratégia proposta para redução de perdas de energia e as limitações da abordagem são investigadas. O desempenho dinâmico do esquema proposto é avaliado com base em simulações no PLECS de um STATCOM de 17 MVA e 13,8 kV. Por fim, foi realizado um estudo de economia de energia de um ano para um perfil de potência reativa real, que apresentou uma redução de 7,37 % nas perdas totais de energia. Os resultados indicaram que essa metodologia é uma solução inovadora para reduzir perdas de energia e custos operacionais. A técnica proposta pode ser aplicada em STATCOMs baseados em MMCC com mais de 10 células por braço e não requer hardware adicional.

A análise operacional das Linhas Aéreas de Transmissão (LTs) recapacitadas permite dimensionar os seus aspectos qualitativos e técnicos. Este trabalho dedica-se a avaliar as condições operacionais, em regime permanente, de linhas recapacitadas por técnica LNPE – Linha de Transmissão de Potência Natural Elevada. As técnicas de recapacitação LNPE buscam alterar os parâmetros elétricos das linhas, tais como resistência, capacitância e indutância, objetivando o aumento da potência natural. Estas condições são obtidas por meio da otimização da posição dos condutores de fase. Para isso, três linhas aéreas de transmissão otimizadas, de diferentes níveis de tensão e configuração geométrica de condutores, são eletromagneticamente modeladas e comparadas às suas configurações reais e originais. O processo de modelagem parte do cálculo dos parâmetros elétricos das LTs, tais como impedância, capacitância e indutância, mediante suas características físicas e geométricas. De posse dos parâmetros elétricos das LTs é possível obter a potência natural destas linhas e simular diferentes modos de operação em regime permanente. As condições de operação a vazio, em curto-circuito e com carga das LTs recapacitadas são simuladas e comparadas às LTs originais. A vazio, o efeito Ferranti é atenuado em todos os níveis de tensão. Nos demais modos de operação, a corrente de curto-circuito e a queda percentual de tensão junto ao receptor são reduzidas. Os índices de desempenho e os parâmetros qualitativos das linhas, tais como os coeficientes de reflexão, o rendimento da transmissão, o consumo de reativo e a regulação de tensão são calculados para validação da avaliação de desempenho da técnica LPNE. De forma geral, as linhas LPNE apresentam ganhos operativos em regime permanente com consequentes vantagens econômicas.

Desigualdades matriciais lineares são uma ferramenta importante para lidar tanto com análise como síntese de sistemas de controle, especialmente para problemas incertos representados por modelos politópicos. Desigualdade matriciais lineares são aplicadas com sucesso para síntese de controladores por realimentação de estado. Por outro lado, controle robusto por realimentação estática ou dinâmica de saída são mais complicados de serem formulados como problemas de otimização convexos. Diferentes estratégias para obter formulações que utilizam desigualdades matriciais lineares para síntese de controladores por realimentação estática de saída requerem a busca de parâmetros específicos, escalares e/ou matrizes, que afetam o desempenho do controlador resultante ou até mesmo a existência de uma solução factível. Neste trabalho são propostos problemas de otimização para determinar estes parâmetros, com o objetivo de se obter a otimalidade para sistemas de controle robusto por realimentação estática de saída para sistemas lineares invariantes no tempo contínuo no tempo. Um algoritmo de otimização evolutivo é selecionado para obter a solução do problema proposto. São apresentados estudos de caso para demonstrar a vantagem de combinar otimização com as formulações LMI.

Este trabalho apresenta um estudo de sistemas de aterramentos submetidos a fenômenos de baixa frequência. O modelo eletromagnético do sistema de aterramento foi desenvolvido a partir das equações de Maxwell para uma configuração composta de uma haste vertical e de um cabo contrapeso. Foi realizado o desenvolvimento de uma modelagem matemática baseada na equação de Laplace. Esse modelo foi numericamente avaliado utilizando o método sem malhas Elementos Livres de Galerkin, que foi computacionalmente implementado em ambiente MATLAB. A solução numérica foi desenvolvida e aplicada em sistemas de aterramento em três dimensões. Foram avaliados os resultados de potencial elétrico no nível do solo e resistência para algumas configurações de sistemas de aterramento em baixas frequências de uma haste vertical enterrada em um solo homogêneo e heterogêneo. Foram também realizadas análises paramétricas para ajustar adequadamente os parâmetros de controle do método numérico sob investigação. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles gerados a partir do Método dos Momentos. Por fim, foi implementada uma simulação de um cabo contrapeso inserido em um solo homogêneo. Os resultados foram comparados com uma abordagem analítica.

Este trabalho investiga o problema da estabilização local para sistemas discretos no tempo com parâmetros variantes no tempo, LPV (do inglês, Linear Parameter Varying), e sujeitos a atuadores saturantes. A função saturação é representada como uma não-linearidade do tipo zona-morta, possibilitando a aplicação da condição generalizada de setor. Devido à limitação no sinal de controle é necessário caracterizar uma região, na qual qualquer trajetória dos estados iniciadas dentro desta região convirjam para a origem. Dessa forma, são propostas condições convexas para projetar controladores por realimentação de estados que estabilizam localmente o sistema em malha fechada para um conjunto de condições iniciais admissı́veis. As primeiras condições apresentadas baseiam-se em funções de Lyapunov dependentes de parâmetros polinomiais homogêneas, HPPD (do inglês, Homogeneous Polynomially Parameter-Dependent). Graças a um conjunto de nı́veis definido a partir de uma função Lyapunov, obtém-se estimativas menos conservadoras da região de atração. Os ganhos do controlador podem assumir estruturas racionais nos parâmetros variantes no tempo, produzindo melhores estimativas da região de atração, bem como um amplo conjunto de sistemas estabilizáveis. As demais condições apresentadas neste trabalho são baseadas em funções poliquadráticas, que é um caso particular das funções polinomiais homogêneas. São apresentados exemplos numéricos para demonstrar a eficácia dos métodos propostos. A primeira condição baseada em funções poliquadráticas permite considerar a dependência paramétrica na matriz de entrada do modelo do sis- tema. A segunda condição garante uma taxa mı́nima de contratividade da função de Lyapunov por meio do ı́ndice de desempenho adotado que é o λ-contratividade. Uma estrutura integral proporcional é empregada para garantir erro de rastreamento nulo para sinais de referência constantes por partes. Portanto, esta proposta se encaixa nos requisitos de projeto dos sistemas reais LPV e quasi-LPV. Ensaios experimentais conduzidos em um controle de nı́vel não-linear de segunda ordem ilustram o potencial da abordagem proposta. Além disso, os testes indicam como a taxa de contratividade afeta o tamanho da estimativa região de atração.

Os conversores modulares multiníveis se popularizaram na indústria em diversas aplicações como sistemas de transmissão CA flexíveis, compensadores síncronos estáticos, controle de motores, dentre outros. Apesar de possuírem as vantagens de uma constituição modular e escalável, esta classe de conversores são vulneráveis à faltas em seus submódulos, o que pode acarretar prejuízos de maquinário e desempenho. Por conta disso, o presente trabalho tem como propósito abordar a modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela utilizando células meia ponte em condições plenas e sob faltas em 25%, 50% e 75% dos submódulos de cada fase. Visa-se, mediante estas condições, obter a máxima transferência de energia nos terminais de saída com o mínimo conteúdo harmônico nas formas de onda da corrente e tensão de linha ao se utilizar uma técnica de controle interno PI (Proporcional Integral) e o método de modulação SPWM (do inglês, SinusoidalPulse Width Modulation) com múltiplas portadoras, projetando-se assim um sistema standalone para média tensão. Também é elaborado nesta dissertação o dimensionamento deste conversor modular multinível baseando-se na capacidade de armazenamento de energia dos capacitores dos submódulos. São abordados dois métodos para a compensação de faltas nos submódulos do conversor modular multinível proposto. Um dos métodos de compensação se baseia na redistribuição de energia dos submódulos resilientes e o outro numa adaptação da técnica de deslocamento de neutro. O método para compensação de faltas baseado na redistribuição de energia dos submódulos resilientes restitui em 100% os efeitos das faltas no conversor em todas as condições propostas, tanto para as correntes quanto tensões de saída. O método para a compensação de faltas mediante deslocamento de neutro não surte efeito na compensação das faltas nas correntes e tensões de fase da carga, mas compensa em 100% os efeitos das faltas sob a tensão de linha quando estas ocorrem em até 50% do total de submódulos e restitui em 90% os efeitos da falta na tensão de linha quando estas ocorrem em 75% do total de submódulos. Simulações computacionais com especificações obtidas matematicamente foram realizadas na plataforma Matlab/Simulink para validação dos resultados.

A presente Dissertação tem por objetivo demonstraro desenvolvimento e construção de um conversor CC-CCpara colheita de energia ambienteluminosa indoor.O circuito desenvolvido possui a característica inovadora que permite aproveitar a energia luminosa artificial indoorde baixa potência. O conversorfoi criadopara trabalharcom tensão de entrada menor que 1 𝑉esem o uso de bateria auxiliar, ou seja, apenas a fonte de energia ambiente deve ser capaz de fornecer energia para eleeparaacarga ligada em sua saída.Para alcançar esse objetivo diversos circuitos foram selecionados, sendo eles o starter, flyback, circuito bloqueio de tensão, UVLO e um oscilador astável. Ao longo do presente trabalho há um detalhamento de cada circuito escolhido bem como das razões que nortearam sua escolha. Oconversorpossuicomo diferencialum microcontrolador de ultra baixa potência, quepossibilita a busca do pontode máxima transferência de potência da fonte, em tempo real, utilizando uma técnica MPPT.Dessa maneira, é possível,em tempo real, ajustar o conversor CC-CC à pequenas variações da fonteluminosapara que sempre extraia a máxima potência.Tudo isso com baixo consumo de energia, permitindoa construção de um conversor CC-CC microcontrolado e autônomo.

   Das várias técnicas existentes para transferência de energia sem fio, uma das mais eficientes em termos de faixa de potência e distância é por ressonância magnética. Nesta técnica, as bobinas transmissora e receptora são acopladas indutivamente, e esse acoplamento é intensificado quando ambas estão sintonizadas na mesma
frequência de ressonância. Uma maneira de aumentar a eficiência da transferência de energia e também de controlar a direção do campo magnético é utilizando lentes metamateriais ca- pazes de superar o limite de difração. Nestes materiais engenheirados, as propriedades eletromagnéticas efetivas são funções da composição
química e do arranjo geométrico das células unitárias que os compõem.

   A análise da transferência de energia sem fio ressonante com lentes metamateriais é um problema complexo e computacionalmente dispendioso. Portanto, neste trabalho, uma abordagem alternativa para a análise qualitativa dessas estruturas é proposta aplicando a aproximação de fio fino e sua solução numérica através do Método dos Momentos. Além disso, a técnica de Óptica Transformacional é aplicada para determinar o perfil do índice de refração de uma lente metamaterial que conduz à desejada colimação de campo magnético.

  
   Dessa forma, diferentes lentes metassuperficiais magnéticas são projetadas e seu comportamento
é verificado computacional e experimentalmente. Finalmente, sistemas de transferência de energia sem fio ressonante de duas e quatro bobinas são
projetados, construídos e testados com e sem a inclusão de lentes metamateriais.

A utilização de métodos numéricos para estudo e análise de sistemas de transmissão de energia mais complexos, torna-se cada vez mais efetivo, obtendo-se resultados mais próximo às condições físicas reais, devido ao desenvolvimento tecnológico. Neste contexto, este trabalho visa apresentar uma modelagem numérica e computacional baseada no Método de Galerkin Sem Elementos (EFGM) aplicada ao cômputo de campos magnéticos, bem como das tensões e correntes induzidas nas proximidades de circuitos elétricos e de Linhas de Transmissão de alta tensão (LTs). A principal característica deste método, como bem diz seu nome, é a não necessidade de uma malha de elementos, como acontece no Método de Elementos Finitos, o que o permite trabalhar com geometrias variadas com certa facilidade, uma vez que o deslocamento dos nós do método para regiões de interesse é realizado com grande facilidade. No EFGM há apenas uma distribuição de nós dentro da região do domínio do problema. Este método é normalmente utilizado para solução de equações diferenciais parciais, sendo que seu uso está crescendo acentuadamente para cálculos de campos eletromagnéticos e para o desenvolvimento de equipamentos elétricos. No trabalho atual foi utilizado o domínio do tempo (TD) que permite alguns benefícios para problemas eletromagnéticos, como por exemplo analisar o efeito sobre o campo devido a uma excitação arbitrária. O método (EFGM) tem apresentado boa convergência, e em alguns casos melhor que métodos consolidados como o Método de Elementos Finitos (FEM).

A proteção diferencial é a filosofia de proteção mais utilizada em transformadores de potência. No entanto, os algoritmos convencionais apresentam ineficiências operacionais, podendo provocar a atuação indevida dos relés em situações não faltosas. Nesse contexto, com o objetivo de aprimorar a técnica tradicional, este trabalho apresenta um algoritmo de proteção diferencial para transformadores de potência baseado em Rede Neural Artificial. O sistema elétrico estudado é modelado e simulado no software Alternative Transients Program. O esquema de proteção proposto é para um transformador de 100 MVA. Os fenômenos eletromagnéticos simulados são: energização, energização solidária, sobre-excitação, saturação de transformadores de corrente e faltas externas e internas à zona de proteção. O banco de dados gerado contém 1210 arquivos, sendo 80% para treinamento e 20% para testes da rede neural. O algoritmo desenvolvido possui um módulo específico para identificação e detecção de cada evento simulado. Esta ferramenta de inteligência computacional é implementada no software MATLAB^®. O algoritmo proposto também é testado com um sistema elétrico com transformador de 18 MVA. Os resultados obtidos mostram que a metodologia desenvolvida apresenta desempenho superior quando comparada à proteção convencional com restrição harmônica, mostrando-se como uma solução promissora neste tipo de aplicação.

As descargas atmosféricas são a principal causa de desligamentos não programados em linhas de transmissão, em especial o fenômeno do backflashover. Com o intuito de mitigar os riscos associados a este fenômeno, é importante modelar os elementos do sistema de maneira consistente, em especial o aterramento de pé de torre e a linha de transmissão. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência do sistema de aterramento de pé de torre e da linha de transmissão nas sobretensões atmosféricas resultantes da incidência direta de descargas em linhas aéreas, utilizando plataformas do tipo ATP/ EMTP.

Essas avaliações são conduzidas a partir de simulações no domínio do tempo e o impacto de cada representação é analisado em termos de sobretensões resultantes na cadeia de isoladores. São considerados os resultados associados às representações simplificadas do aterramento- resistência em baixas frequências e impedância impulsiva e os resultados decorrentes da representação rigorosa do comportamento dependente da frequência do aterramento. Adicionalmente, são avaliadas duas representações de linhas de transmissão: o consagrado J. Marti e o modelo nomeado neste trabalho como J. Marti modificado, que diferentemente do modelo J. Marti, contempla a variação dos parâmetros do solo com a frequência.

De acordo com os resultados, a representação do aterramento impacta sensivelmente as sobretensões resultantes e a definição do valor crítico de corrente de descarga que irá provocar a ruptura do isolamento. Considerando a representação via impedância harmônica como referência, a impedância impulsiva conduz a valores de corrente crítica muito próximos à essa representação rigorosa e pode ser vista como uma boa opção para a modelagem do aterramento em linhas de transmissão para estudo de desempenho frente a descargas atmosféricas em plataforma do tipo ATP ⁄ EMTP.

Ainda de acordo com os resultados, os modelos de linha apresentam menor influência nas sobretensões resultantes na cadeia de isoladores. Apenas em solos de alta resistividade o efeito da inclusão da dependência dos parâmetros elétricos do solo com a frequência no modelo J. Marti modificado acarreta em diferenças perceptíveis nas sobretensões desenvolvidas, especialmente quando se considera a incidência a meio vão.

Os transformadores de potência são equipamentos imprescindíveis ao suprimento de energia elétrica, cujo reparo ou substituição implica maior tempo de interrupção, custos diretos e indiretos. O alto custo deste equipamento, aliado à sua importância para o sistema elétrico, requer uma atenção especial quanto à sua operação, proteção e manutenção. É essencial que as concessionárias de energia elétrica invistam em sistemas de proteção que garantam ao sistema elétrico segurança, confiabilidade e maior qualidade de serviço. A principal metodologia adotada para proteção dos transformadores de potência corresponde à proteção diferencial,
utilizando tradicionalmente a estimação de fasores de frequência fundamental, por meio dos quais se calculam as correntes de operação e restrição. A partir de um plano operacional, com regiões de atuação e bloqueio, tem-se a atuação ou não do relé. Para discriminar faltas e condições de energização, normalmente utiliza-se a análise harmônica pela transformada de Fourier. Apesar da grande aplicabilidade da proteção diferencial utilizando a ferramenta proposta por Fourier, o relé diferencial pode ser sensibilizado por eventos transitórios em que não se deseja que a proteção isole o sistema. A principal limitação do método de Fourier consiste no fato de não apresentar a capacidade de analisar as correntes diferenciais de operação e restrição em tempo-frequência. O presente trabalho, portanto, propõe a utilização da transformada wavelet cuja característica principal consiste em analisar sinais tanto no domínio do tempo como no domínio da frequência. A metodologia para aprimorar o desempenho da proteção diferencial em transformadores de potência corresponde em decompor o sinal de
análise em coeficientes de aproximação e de detalhe a partir da técnica de análise de multiresolução (AMR) da transformada wavelet e, por meio da variação de energia espectral dos coeficientes, propor uma lógica operacional para discriminar faltas internas de outros eventos. A eficácia do algoritmo é atestada a partir da submissão do algoritmo a um conjunto de simulações obtidas de sistema elétrico modelado no software ATPDraw com elementos suficientes para reproduzir os efeitos dos transitórios eletromagnéticos no transformador de potência.

Esta dissertação trata da síntese de controle robusto H1 por realimentação de saída estática ou dinâmica para sistemas lineares invariantes no tempo em tempo discreto, dependentes de parâmetros. A síntese de controle robusto é um problema de difícil solução, pois requer resolver um problema de otimização semi-infinita, ou seja, encontrar um controlador ótimo que minimiza o pior caso do desempenho e garante a estabilidade do sistema para o domínio infinito de incertezas. A combinação de modelos politópicos e formulações baseadas em desigualdades matriciais lineares para análise e síntese de sistemas de controle robusto é muito popular, uma vez que é possível transformar o problema de difícil solução em um problema mais simples, verificando apenas os vértices do politopo. Entretanto, existem restrições sobre os problemas que podem solucionar, o custo computacional pode aumentar rapidamente com o número de vértices do politopo, tornando o procedimento computacionalmente inviável, e em alguns casos não é possível encontrar a melhor solução ou até mesmo um controlador robustamente estável. Nesta dissertação é aplicada uma estratégia diferente da usual para resolver o problema de otimização semi-infinita considerando um procedimento iterativo de duas etapas, síntese e análise, em que cada etapa possui problemas de otimização mais fáceis de serem resolvidos. Em ambas as etapas, síntese e análise, é utilizado o método evolução diferencial, um algoritmo de otimização evolutivo de simples implementação, com poucos parâmetros de ajuste, possibilitando encontrar soluções eficientes para vários problemas de otimização, abrangendo problemas multimodais. O procedimento apresentado pode ser aplicado a qualquer tipo de problema de controle considerando controladores com qualquer estrutura e ordem. São apresentados exemplos ilustrativos aplicando o procedimento proposto e outros utilizados na literatura a fim de comparação, em que o método apresentado resulta em melhores soluções em alguns dos exemplos, sendo o único método que pode fornecer um controlador robustamente estável para o último exemplo, considerando os métodos disponíveis na literatura até o presente momento, comprovando a eficiência do procedimento de síntese de controle robusto.

Os conversores c.c./c.c. são utilizados em várias aplicações industriais e residenciais. Uma dessas aplicações é em inversores de sistemas fotovoltaicos. O conversor c.c./c.c. converte a tensão do string fotovoltaico ao nível de tensão desejado no estágio c.c./c.a. do inversor. Para isso são utilizados, usualmente, conversores elevadores de tensão. A proposta deste trabalho é analisar a utilização do conversor c.c./c.c. elevador-abaixador da topologia SEPIC, bem como desenvolver sua modelagem e o projeto do controlador em modo corrente. O objetivo de se utilizar o controle em modo corrente é eliminar o capacitor de interface com o string fotovoltaico. Como o conversor SEPIC é de quarta ordem (quatro elementos armazenadores de energia) seu projeto de controle pode significar um problema devido à sua complexidade. A metodologia do projeto de controle proposta neste trabalho utiliza a condição de módulo do método do lugar das raízes. Os algoritmos Seguidor de Máxima Potência (SMP) são utilizados para extrair a máxima potência em sistemas fotovoltaicos. Os algoritmos SMP tradicionais são eficientes para controle em modo tensão porém, devido ao problema de saturação de corrente frente à queda de irradiância solar, perdem a eficiência. O SMP proposto neste trabalho controla a corrente do painel fotovoltaico e atua no problema de saturação de corrente para elevar a eficiência do sistema. Os resultados simulados para um conversor trifásico de 1,6 kVA mostraram a eficiência dinâmica do SMP proposto.

Os sistemas de distribui¸c˜ao e transmiss˜ao possuem uma enorme variedade de cargas. No
entanto, a maioria dessas cargas ´e n˜ao-resistiva ou flutuante. Essas cargas podem gerar
varia¸c˜oes de tens˜ao que afetam a opera¸c˜ao e a eficiˆencia dos sistemas. Para minimizar esses
problemas, a compensa¸c˜ao de potˆencia reativa ´e indicada. Neste contexto, o Compensador
S´ıncrono Est´atico (STATCOM, do inglˆes Static Synchronous Compensator) tem sido
amplamente utilizado. O principal desafio no projeto de STATCOMs de m´edia e alta
tens˜ao ´e definir uma topologia de conversor que deve atingir n´ıveis altos de potˆencia e tens˜ao
com chaves semicondutoras padr˜ao. Neste contexto, a topologia Double-Star Chopper Cell
(DSCC), da fam´ılia de Conversores Modulares Multin´ıveis em Cascata, provou ser uma
op¸c˜ao atraente para aplica¸c˜oes STATCOM de m´edia e alta tens˜ao. No entanto, a topologia
DSCC apresenta alguns desafios relacionados a estrat´egias de modula¸c˜ao, requisitos de
armazenamento de energia e confiabilidade. Em rela¸c˜ao ao requisito de armazenamento
de energia, a literatura considera no projeto as tens˜oes dos capacitores balanceadas. No
entanto, dependendo da estrat´egia de modula¸c˜ao, as tens˜oes do capacitor oscilam dentro de
um intervalo e com um espalhamento. Em termos de confiabilidade, a literatura apresenta
trabalhos nos quais ´e avaliado o tempo de vida ´util do DSCC. Entretanto, nenhum desses
trabalhos leva em conta o efeito n˜ao desprez´ıvel do ripple de tens˜ao nos capacitores da
c´elula e tamb´em como a estrat´egia de modula¸c˜ao pode afetar esse ripple de tens˜ao e,
consequentemente, a vida ´util do capacitor. Portanto, este trabalho considera o efeito
de todos os componentes da c´elula (ou seja, dispositivos semicondutores e capacitores) e
analisa o impacto das estrat´egias de modula¸c˜ao na vida ´util de um DSCC-STATCOM.
Para este prop´osito, duas estrat´egias de modula¸c˜ao s˜ao selecionadas: PS-PWM (do inglˆes
Phase-Shifted Pulse-Width Modulation) e NLC-CTB (do inglˆes Nearest-Level Control with
Cell Tolerance Band algorithm). Al´em disso, este trabalho apresenta o ´ındice de fator de
espalhamento para comparar diferentes estrat´egias de modula¸c˜ao em termos de capacidade
de balanceamento de tens˜ao do capacitor. Al´em disso, os requisitos de armazenamento
de energia para cada estrat´egia de modula¸c˜ao s˜ao discutidos. Para analisar o efeito do
ripple da tens˜ao do capacitor da c´elula na vida ´util, a metodologia que melhor representa
seu efeito no modelo de vida ´util do capacitor, bem como sua frequˆencia de amostragem,
s˜ao investigadas. Os resultados indicaram que diferentes estrat´egias de modula¸c˜ao podem
exigir armazenamento de energia distintos. De fato, o NLC-CTB requer armazenamento
de energia 44 % maior que o PS-PWM. Como consequˆencia, o n´umero de capacitores afeta
o tempo de vida ´util do banco de capacitores. Por outro lado, as estrat´egias de modula¸c˜ao
podem produzir diferentes perdas de energia que tamb´em afetam o tempo de vida ´ util das
chaves e geram custos adicionais

Dentre os processos industriais existentes, um caso particular são aqueles que apresentam em suas dinâmicas elevado atraso, ou tempo morto. Para esse caso, estudos prévios na literatura indicam que técnicas clássicas empregando apenas controladores PID têm dificuldades para atender os critérios de estabilidade e desempenho. Uma solução para esse problema é conhecida como preditor de Smith, que permite projetar o controlador para o modelo da planta livre dos atrasos. Porém, trata-se de um esquema sensível às incertezas dos parâmetros da planta. Nesta dissertação é utilizado um procedimento iterativo de sintonia de controlador robusto PID com preditor de Smith filtrado para sistemas multivariáveis, com número de entradas igual ao número de saídas ou não, contínuos no tempo, com atrasos incertos variando em faixas. A contribuição mais importante deste trabalho é apresentar uma metodologia alternativa para tratar o problema de sintonia de controlador multivariável em sistemas incertos com atrasos dominantes. A proposta é sintonizar o controle PID com preditor de Smith e filtro de robustez de forma que as saídas de malha fechada da planta controlada se aproximem das saídas de um modelo de referência, ambos sujeitos às mesmas entradas exógenas. Tal objetivo de controle pode ser formulado como um problema de otimização em que se deseja minimizar a integral do erro ao quadrado, ou outro critério. Um modelo de referência diagonal é adotado para impor o desacoplamento entre as malhas de controle. Cada elemento da diagonal do modelo de referência determina as características desejadas para as respostas de rastreamento de referência. Ao se considerar que parte dos parâmetros do sistema não são precisamente conhecidos, mas que os mesmos podem estar dentro de um intervalo fechado, o problema de otimização multiobjetivo se torna um problema de otimização semi-infinita multiobjetivo, de difícil solução, em que é necessário minimizar o pior caso do domínio de incerteza com infinitos pontos, tanto para o sinal de referência, quanto para as perturbações. Para solucionar tal problema, é possível aplicar um procedimento iterativo de dois passos. No primeiro passo a otimização é transformada em mono-objetivo e realizada para um conjunto finito de pontos e, no segundo passo, o controlador obtido é verificado para os pontos do domínio infinito de incerteza. Havendo necessidade, novos pontos podem ser acrescentados no conjunto até que o resultado da otimização do primeiro passo seja similar ao resultado da análise no segundo passo. Neste trabalho é aplicado o algoritmo Evolução Diferencial tanto para o passo de sintonia quanto para o passo de análise. Alguns exemplos ilustrativos são considerados para demonstrar a eficácia desta técnica e os resultados obtidos pelo procedimento proposto são comparados com outros da literatura.

Neste trabalho são propostas condições de síntese de controladores por realimentação de estados para sistemas incertos discretos no tempo com atraso nos estados e entradas saturantes.  A saturação do atuador é representada
em termos de uma não-linearidade do tipo zona-morta, com a consequente aplicação da condição generalizada de setor. Devido a saturação é necessário estimar uma região de atração dentro da qual todas as trajetórias iniciadas em seu interior permaneçam nessa região e convirjam para a origem. Assim, o objetivo é determinar condições para síntese de controladores do tipo realimentação de estados, que garantam para um conjunto de condições iniciais admissíveis a estabilidade assintótica de sistemas incertos discretos no tempo com atraso nos estados e saturação de atuadores. Para isso, são propostas duas abordagens: a primeira utilizando uma função de Lyapunov-Krasovskii  adequada que trata os estados atrasados e a segunda reescrevendo o sistema com atraso como um sistema incerto aumentado livre de atraso e chaveado pelo valor do atraso. Dessa forma, as principais contribuições desse trabalho são três. A primeira é propor uma desigualdade de somatórios responsável por atrasos variáveis no tempo em que é fornecido um método para deduzir uma condição de estabilização menos conservadora. A segunda é propor uma nova caracterização do conjunto admissível de sequências iniciais que consiste na definição de três conjuntos, produzindo sequências iniciais com maior norma do que abordagens semelhantes na literatura. E por último foi verificado que a inclusão na composição do sinal extra da condição generalizada de setor, pode aumentar o tamanho da estimativa da região de atração.  Por fim, são apresentados exemplos numéricos para demonstrar a eficiência dos métodos propostos e comparar com outros existentes na literatura.

Os sistemas de distribuição e transmissão de média/alta tensão possuem uma enorme variedade de cargas não lineares. Além disso, a grande penetração de fontes de energia renováveis no sistema elétrico tem motivado estudos relacionados ao compensador síncrono estático (STATCOM, do inglês static synchronous compensator). Nesse contexto, o conversor multinível é uma tecnologia interessante para esta aplicação. Uma atenção especial é dada aos conversores modulares multiníveis em cascata (MMCCs, do inglês modular multilevel cascaded converters) devido à alta escalabilidade, modularidade, redundância e eficiência, que são características inerentes à topologia. Para ser capaz de atuar em altos níveis de tensão, é necessário associar um grande número de células/dispositivos semicondutores, que pode afetar a confiabilidade do conversor. Células redundantes podem ser empregadas para atender aos requisitos de confiabilidade do conversor. No entanto, o projeto do fator de redundância ainda é um campo a ser explorado. Este trabalho propõe um modelo de confiabilidade para a seleção correta do número de células redundantes, visando atingir uma meta de vida útil determinada. Este modelo combina as análises de falhas aleatórias e falhas por desgaste. O fator de redundância é calculado para determinados requisitos de confiabilidade, ou seja, este trabalho propõe um projeto de redundância orientada a confiabilidade. O estudo de caso é baseado em um MMCC STATCOM de 13,8 kV/17 MVA. A implementação do conversor é baseada em quatro tensões de bloqueio comerciais de dispositivos semicondutores (1,7, 3,3, 4,5 e 6,5 kV). Os custos de capital (CAPEX, do inglês capital expenditure) e os custos operacionais (OPEX, do inglês operational expenditure) são estimados considerando o fator de redundância necessário. Considerando como objetivo 20 anos de operação para o conversor e níveis de confiabilidade maiores que 90%, o projeto baseado em dispositivos de 1,7 kV apresenta o menor custo para a realização do MMCC STATCOM.

A síntese de controladores PI multivariáveis por meio de otimização é umaestratégia efetiva e que tem sido amplamente testada graças à grandevariedade de algoritmos disponíveis. Esse processo tem como etapasfundamentais a modelagem do problema a ser otimizado e a escolha dométodo de otimização aplicado. A escolha da função objetivo tem reflexosno custo computacional e nas características do sistema em malhafechada obtido. O método de otimização, por sua vez, impacta nacapacidade de se encontrar ou não uma solução satisfatória em tempocomputacional aceitável. Este trabalho apresenta uma variante do métodoEvolução Diferencial que lança mão de redes neurais artificiais parareduzir o custo computacional do processo de síntese de controladores PImultivariáveis. O algoritmo é testado com funções de \textit{benchmark}clássicas da área de otimização para sua validação e estudo. Doissistemas típicos da área de controle, ambos com múltiplas entradas esaídas e atrasos de transporte são usados como exemplos para sintoniade controladores pelo método Evolução Diferencial clássico e pela novaversão. Os resultados mostram os benefícios e pontos de atenção emrelação ao método proposto, além de comparar, como objetivo secundário,o impacto da utilização de funções objetivo baseadas em normas desistemas e de sinais no procedimento de síntese. O método propostodiminui o número total de cálculos da função objetivo, reduzindo o custocomputacional do processo de otimização. Em contrapartida, observou-seuma maior variância e menor taxa de convergência do algoritmomodificado. As funções objetivo baseadas em normas de sinaisapresentam o melhor desempenho de controle, enquanto funções objetivobaseadas em normas de sistemas apresentam menor custocomputacional

Com o desenvolvimento tecnológico, o uso de sistemas sem fio tornou-se comum e uma grande quantidade de ondas eletromagnéticas são espalhadas no ambiente. Grande parte dessas ondas não alcançam o receptor e tornam-se inutilizáveis, gerando desperdício de energia. Dessa forma, a rectenna surge como um sistema promissor para coleta de energia de radiofrequência e conversão em energia elétrica de corrente contínua. Sendo a rectenna composta por uma antena associada a um retificador, o projeto da antena é de extrema importância para obter um sistema com alta eficiência na conversão de sinais harmônicos em corrente contínua.
Neste contexto, este trabalho tem como objetivo projetar uma antena impressa com plaqueta retangular, alimentada via microfita para integrar um sistema rectenna. Para isso, realizou-se uma otimização empregando o algoritmo de Evolução Diferencial, que tem sido aplicado na resolução de problemas que envolvem antenas, apresentando melhor desempenho que outros algoritmos evolucionários clássicos. Tal algoritmo teve a etapa de seleção modificada baseada no algoritmo NSGA-II para o tratamento dos multiobjetivos. Para o cálculo da função objetivo é necessário a utilização de métodos computacionais que analisem os campos no entorno da antena continuamente, sempre que a geometria da antena for modificada. Dessa forma, verifica-se que o método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo é adequado para a simulação da antena proposta, além de realizar a análise no tempo e para diversas frequências em um única simulação. A associação deste método com uma condição de fronteira absorvente, simula um espaço ilimitado absorvendo os campos que alcançam a fronteira do domínio computacional, assegurando assim a precisão dos resultados.
No projeto as dimensões da antena – largura e comprimento da plaqueta e comprimento da reentrância – são utilizadas como variáveis de otimização para alcançar os alvos definidos para o projeto da antena - frequência de ressonância de 2,45 𝐺𝐻𝑧, largura de banda entre 2,4−2,5 𝐺𝐻𝑧, perda de retorno menor que −15 𝑑𝐵, resistência igual a 50 Ω e a reatância nula. Os alvos foram alcançados para as variáveis de otimização utilizadas e os resultados das simulações apresentaram concordância com as respostas fornecidas por softwares comerciais.

Esta dissertação apresenta um estudo do método sem malhas Element-Free Galerkin aplicado na solução problemas de aterramento elétrico em baixa frequência. O modelo eletromagnético do sistema de aterramento é desenvolvido a partir da aplicação da técnica de injeção de corrente diretamente no ponto de defeito, como forma de excitação da haste de aterramento. Inicialmente, apresentam-se as principais características do método sem malhas e seus conceitos gerais. Então, é desenvolvida a formulação do problema para cálculo da resistência de aterramento e determinação da distribuição de potencial para uma haste inserida em solo homogêneo, bem como, em solo heterogêneo estratificado em duas e três camadas. Para implementação do modelo eletromagnético foi desenvolvida uma ferramenta computacional utilizando-se o ambiente MATLAB. Os resultados obtidos por meio da aplicação do método sem malha são comparados com valores gerados pelo Método dos Momentos, demonstrando a validade e a precisão da técnica desenvolvida.

Nos últimos anos, a tecnologia de* rectennas *vem recebendo uma atenção crescente de pesquisadores devido a ampliação das possibilidades de sua aplicação no suprimento de energia para as atuais cargas com baixíssimo nível de consumo energético. Dentro desse contexto, este trabalho apresenta uma investigação teórica e experimental acerca da utilização da tecnologia de *rectenna *com o objetivo de carregar eletricamente um modelo de bateria amplamente utilizado em aparelhos eletrônicos, a bateria de Íons de Lítio
(Li-Ion). Inicialmente é realizada uma ampla revisão bibliográfica sobre o tema para subsidiar as investigações conduzidas ao longo deste trabalho.  O processo de modelagem da *rectenna* foi iniciado pela otimização do conjunto retificador mais carga utilizando o *software* ADS® (Advanced Design Software). Foram manufaturados diferentes protótipos de circuito retificador operando nas frequências de 2,45 e 1,80 GHz e um circuito capaz de operar em ambas as frequências simultaneamente. Um circuito conversor CC-CC *booster *também foi investigado de forma a possibilitar a operação da *rectenna* a partir de níveis baixos de potência de entrada. Neste
trabalho, foram empregadas antenas tipo retangulares impressas, simuladas no *software* CST® (*Computer Simulation Technology*) e conectadas ao retificador. As dimensões das antenas foram otimizadas de forma a se obter valores do parâmetro S11 abaixo de -10 dB e a maior diretividade possível de forma a possibilitar uma maior coleta da energia eletromagnética. Foram também projetadas e manufaturadas duas lentes eletromagnéticas para compor a *rectenna,* baseadas na tecnologia de metamaterial, de forma a promover uma coleta superior de energia. Por fim, as *rectennas *foram submetidas a testes operacionais de carregamento da bateria de Íons de Lítio. As *rectennas* foram conectadas em paralelo no bloco de corrente contínua dos circuitos com objetivo de se obter o máximo fornecimento de corrente para a bateria.

A energia fotovoltaica tem ganhado destaque no contexto atual de geração de energia. O elemento fundamental de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica é o conversor eletrônico. Para que possam ser comercializados, os conversores eletrônicos devem ser testados, certificados de acordo com as normas vigentes e receber o selo de conformidade do INMETRO. No processo de certificação, é utilizado um equipamento conhecido como emulador de módulos fotovoltaicos. Este trabalho tem como objetivo apresentar as modelagens e estruturas de controle de três topologias de emuladores de gerador fotovoltaico, são elas, emulador baseado em circuito de Thévenin, convesor buck com barramento cc constante e em retificador PWM e conversor buck. Além disso, realizar uma análise de desempenho das topologias conectadas a um inversor fotovoltaico, a diferentes condições ambientais e resposta transitória; análise da eficiência dinâmica e instantânea do MPPT e uma análise de perdas e eficiência de cada topologia. Os emuladores de gerador fotovoltaico estudados neste trabalho possuem capacidade para testar inversores monofásicos e trifásicos com potência de 10 kW. Esse valor foi definido baseado na Portaria n°004, de 4 de janeiro de 2011, essa faixa de potência abrange a maioria dos inversores comercializados para aplicações residenciais. Os resultados apresentados mostram que as topologias de gerador fotovoltaico apresentadas são capazes de emular o comportamento de um arranjo fotovoltaico durante variações de radiação solar e temperatura. A topologia baseada em conversor buck é a que apresentar maior eficiência. Contudo, a utilização de cada topologia dependerá do objetivo do operador, pois cada uma apresenta pontos positivos e negativos para diferentes aplicações.

As Fontes de Energia Ininterrupta ou Uninterruptible Power Supplies (UPS) são equipamentos utilizados para fornecer energia de forma contínua e de alta qualidade a sistemas críticos como os de suporte à vida e de transportes. As UPSs elevam a confiabilidade do fornecimento de energia a níveis superiores aos obtidos nas redes das concessionárias. Porém, assim como qualquer equipamento eletrônico, as UPSs estão sujeitas a falhas. Uma das soluções utilizadas para diminuir a incidência de falhas é introduzir redundância no sistema. No caso das UPSs, isso é realizado através da associação de diversas unidades em paralelo. Esse é o assunto abordado neste trabalho. Mais especificamente, ele se concentra no estudo da melhoria da estabilidade e da simplificação do modelo de pequenos sinais do paralelismo de UPSs sem comunicação, ou seja, que utiliza apenas variáveis locais para o controle das potências. Cada um dos subsistemas presentes na implementação do paralelismo sem comunicação utilizando método droop é analisado em detalhes. O impacto nos autovalores e nos amortecimentos foi investigado utilizando frequências de corte diferentes nos filtros de medição das potências ativa e reativa na presença e ausência de função Power System Stabilizer (PSS). As técnicas propostas são validadas através de simulações e resultados experimentais.

O presente trabalho aborda o estudo comparativo de dois conversores CC-CC não isolados para aplicações em altas potências e altas correntes, isto é, os conversores buck entrelaçado de três fases e buck baseado na célula de comutação de quatro estados. Analisa-se a operação em modo de condução contínua para um ponto de operação no qual a razão cíclica encontra-se entre 2/3 e 1. São realizadas as análises qualitativa e quantitativa adequadamente, permitindo o dimensionamento dos componentes do estágio de potência, como indutor(es) de filtro, capacitor de filtro de saída, interruptores e diodos. Os projetos são validados por simulação, obtendo-se formas de onda para circuitos ideais e com perdas, considerando assim os componentes reais devidamente dimensionados. Os resultados são analisados em detalhes, visando identificar as principais vantagens e limitações das topologias. Como características gerais dos conversores estudados, pode-se destacar que a frequência de operação dos filtros é três vezes maior que a frequência de comutação e que a corrente nos semicondutores é um terço do valor existente nos semicondutores dos conversores clássicos. Desse modo, é possível obter uma redução significativa do tamanho, peso e volume, bem como uma melhor resposta dinâmica.

Este trabalho tem como propósito apresentar a avaliação do desempenho da função de distância do relé de proteção quando aplicado em linhas de transmissão com compensação série fixa e controlada por TCSC (Thyristor-Controlled Series Capacitor). Este tipo de proteção tem seu funcionamento baseado na impedância da linha, portanto é afetada por problemas relacionados a compensação série. São apresentadas as principais características de funcionamento deste tipo de compensação com maior ênfase no sistema controlado. Também são apontados os efeitos mais comuns da compensação série no funcionamento da proteção de distância. A maioria destes efeitos estão relacionados com a mudança na impedância da linha protegida, no entanto também tem relação com outros fenômenos, como transitórios e pela atuação de sistemas de proteção dos capacitores. Para a avaliação proposta foi desenvolvida uma montagem prática de linha de transmissão com tensão reduzida, assim como um módulo de TCSC trifásico que permite compensar a linha em até 40%. Estão descritos ensaios em que foram simulados diferentes tipos de faltas com diversas características de compensação em um ponto específico do sistema proposto. Durante os testes as tensões e correntes do sistema são amostrados por meio de uma placa de aquisição de dados e posteriormente processados em um algoritmo, desenvolvido no software Matlab, que simula a função de proteção de distância de característica MHO de um relé. Uma simulação computacional com características semelhantes à da abordagem prática foi desenvolvida no software Simulink para validação dos resultados. Por fim, são apresentadas as conclusões da análise.

A modelagem matemática de problemas de engenharia geralmente envolve o emprego de uma ou mais equações algébricas, diferenciais ou integrais. Determinar uma solução analítica é possível apenas para uma pequena parte desses problemas; na maior parte dos casos, é um processo extremamente complexo ou até impossível. Nestes casos é necessário utilizar técnicas numéricas computacionais que calculem soluções aproximadas. Uma importante classe dessas técnicas é a classe dos métodos sem malha ou meshless, cujo funcionamento, diferentemente de métodos como o de elementos finitos ou de diferenças finitas, não dependem da criação de malhas. Para a representação discreta do problema utilizam um conjunto de nós distribuídos ao longo domínio e das suas fronteiras sem requerer, no entanto, que qualquer relação entre estes nós seja estabelecida.

Métodos sem malha já foram aplicados com sucesso na solução de problemas de eletromagnetismo, tanto em baixas quanto em altas frequências, inclusive problemas de propagação de ondas. Os problemas de propagação como o do espalhamento eletromagnético são, em geral, problemas abertos ou ilimitados e a sua solução numérica exige a aplicação de alguma técnica de limitação do domínio computacional. As condições de contorno absorventes (ABCs), tradicionalmente utilizadas para esta finalidade, tem sido recentemente substituídas por técnicas baseadas no conceito de camadas perfeitamente casadas, ou PML. Dentre as diversas variações de PML existentes, destaca-se a PML uniaxial (UPML), desenvolvida a partir da interpretação física do conceito de PML originalmente proposto. Nessa abordagem, o domínio é envolvido em camadas de um material anisotrópico fictício cujas caraterísticas são projetadas para que as camadas se comportem como um absorvedor eficiente perfeitamente casado com o material do domínio. A UPML limita o domínio simulando, contudo, o comportamento de uma onda que se propaga num meio ilimitado.

Este trabalho analisa o problema do espalhamento eletromagnético em duas dimensões, suas definições e seu equacionamento matemático. Analisa também o método sem malha IEFG (ou método de Galerkin interpolante livre de elemento), suas características, fundamentação matemática e formulação. O problema do espalhamento de uma onda plana por um cilindro condutor infinito na direção z é então solucionado pela técnica numérica combinada IEFG-UPML. A análise da técnica proposta é realizada, primeiramente, na forma de análises paramétricas do método IEFG e da UPML. Em seguida, avalia-se o desempenho do método e a precisão das soluções geradas aplicando-se os parâmetros determinados na solução do espalhamento por cilindros de diferentes dimensões. Utilizam-se nessas análises comparativas a solução analítica e a solução numérica obtida pelo método IEFG-ABC em que o domínio é limitado pela condição absorvente de Bayliss-Turkel de primeira ordem.

Desde a invenção da roda, a busca do semovente, um veículo capaz de se mover sozinho, sempre foi um sonho perseguido pelo homem. No século XIX já existiam três tecnologias de propulsão utilizada nos automóveis: vapor, combustão e elétrico. O motor a combustão se tornou a tecnologia predominante a partir da descoberta de grandes jazidas de petróleo no estado americano do Texas. O conceito de desenvolvimento sustentável incentivou o retorno dos veículos elétricos ao cenário automotivo mundial, como alternativa para reduzir os níveis de emissão de dióxido de carbono, que aumenta o efeito estufa e contribui para o aquecimento global. A bateria ainda representa a grande limitação do veículo elétrico. Atualmente a bateria de Li-íon é a mais avançada e a associação com ultracapacitores tem contribuído com o aumento da vida útil da bateria e do desempenho do automóvel. Outra funcionalidade presente no veículo elétrico é a frenagem regenerativa, que tem contribuído com o aumento da autonomia do veículo ao transformar a energia cinética das rodas em energia elétrica, que é drenada para o banco de baterias. O veículo elétrico é denominado plug-in devido à necessidade de ser conectado à rede elétrica para a realização da recarga da bateria. Devido às preocupações sobre o impacto provocado pelo veículo elétrico no sistema elétrico de potência, foi analisado o comportamento de recarga do veículo elétrico Fiat 500e embasado em normas que se referem à qualidade de energia. Na sequência, os dados medidos durante a recarga foram inseridos na curva de carga de consumidores em diferentes cenários de recarga. Os resultados encontrados contribuem para o entendimento da recarga do veículo elétrico. A recarga em diferentes horários do dia afeta de forma diferente as curvas de carga dos consumidores e consequentemente, de diferente maneiras o sistema elétrico de potência.

As modernas redes de transmissão de energia são extensos e complexos sistemas que têm experimentado grandes apagões nas últimas duas décadas. Esses raros mas significantes eventos aumentam as preocupações sobre a estabilidade e segurança da operação do sistema elétrico. A segmentação de grandes redes CA através de elos CC introduz um novo conceito que utiliza as vantagens da transmissão em corrente contínua para melhorar a confiabilidade da rede e aumentar a capacidade de transferência de energia. A literatura técnica defende que a segmentação da rede CA e a introdução de elos CC nesses pontos de conexão da rede seccionada traz benefícios à operação do sistema, uma vez que contingências geradas em um lado do ponto de conexão CC não seriam refletidos no outro lado do ponto, diminuindo assim a probabilidade de desligamentos em cascata e apagões devido à restrição de carga em linhas de transmissão e transformadores. Apesar da literatura técnica defender as vantagens da inserção dos elos CC para segmentação da rede, este tema ainda está em constante debate pela comunidade técnica e cientifica, uma vez que a quantidade de elos CC existentes em funcionamento é significativamente pequena gerando dúvidas a respeito da sua real eficácia para controle de fluxo de potência em casos de contingência. Em meio a este cenário, esta dissertação apresentará um estudo sobre os principais tópicos referentes à utilização dessa nova filosofia de segmentação da rede, trazendo um ponto de vista prático para a utilização desse conceito no planejamento do sistema elétrico de potência. O efeito da segmentação CC perante uma contingência que iniciaria grandes interrupções em um modelo de sistema elétrico adaptado do modelo internacional IEEE-14 barras é estudado e simulações foram realizadas com os sistemas teste HVAC e HVAC segmentado por elo HVDC. Os resultados foram comparados, principalmente em relação à tensão das barras, geração de potência reativa, perdas do sistema e fluxo de potência nas linhas, e demonstraram que esse novo conceito aumenta a confiabilidade da rede.

Antenas de microfita, no geral, são usadas em aplicações automotivas, aeronáuticas, aeroespaciais, em que se é exigido tamanho, peso e custo reduzidos, alto desempenho, facilidade de instalação e perfil aerodinâmico. Para o projeto destas antenas, programas computacionais são necessários para se verificar o funcionamento das mesmas em determinadas bandas de frequências. Estes programas permitem a simulação de diferentes geometrias da antena, com variações de material sem a necessidade de construção de protótipos, o que possibilita redução de tempo e custo de projeto. Há diversos métodos numéricos para simulação de antenas de microfita, destacando-se MoM, FEM e FDTD. Neste trabalho foi escolhido o FDTD dentre estes, uma vez que a antena projetada possui geometria complexa e substrato de fibra de vidro FR-4, o qual é um material com perdas e este método obtém bom desempenho para a simulação de antenas com esta configuração. Para validar o código FDTD, primeiramente foi simulada uma antena de geometria mais simples. Uma vez que o código foi validado, o mesmo foi submetido a testes para verificação das influências de configurações gerais do programa no resultado da antena, como passo de tempo, geometria da antena, definição de pontos de excitação e medição e passo de tempo para liberação do pulso de excitação. Como a antena escolhida no projeto possui geometria complexa e material dielétrico com perdas foi necessária a investigação da fonte de excitação mais apropriada para o problema, dentre estas: fonte resistiva de tensão, parede magnética e subtração da onda incidente da onda total. Para comparação dos resultados simulados, foi feita a simulação da mesma geometria de antena em software comercial. Os resultados das simulações de cada uma das fontes de excitação investigadas demonstram que todas geraram boa correspondência quando comparadas com a curva gerada pelo software comercial, sendo destacado o resultado da parede magnética. A antena desenvolvida foi construída após a validação da simulação. Foi usada uma placa de fibra de vidro de dupla face com substrato em FR-4 para construção da antena com as dimensões conforme feitas na simulação. Para evitar ruídos na medição da perda de retorno, a antena foi inserida em uma câmara anecoica. Houve uma boa correspondência entre as simulações feitas no software FDTD desenvolvido no trabalho, a simulação no software comercial e a medição da antena construída.

Resumo
É comum que processos industriais sejam multivariáveis e, por isso, é justificada a necessidade de se projetar e implementar sistemas de controle para esses processos. É bem conhecido que nem todos os processos multivariáveis apresentam o mesmo número de entradas e saídas. Sistemas em que o número de variáveis de entrada é diferente do número de variáveis de saída são conhecidos como sistemas não quadrados. Para os processos multivariáveis com interações elevadas entre a malhas de controle ou que exigem um controle mais rigoroso, sistemas de controle com desacopladores são muitas vezes empregados. Inicialmente, busca-se eliminar os efeitos indesejáveis das interações entre malhas através dos desacopladores, para depois se projetar os controladores individuais. Neste trabalho, será investigado o uso de um algoritmo de otimização não linear para a síntese de sistemas de controle PI com desacoplador, considerando múltiplos objetivos de controle, para ser aplicado à sistemas multivariáveis não quadrados com múltiplos atrasos de tempo. A principal estratégia da metodologia de projeto considerada é considerar como uma das funções objetivo do problema de otimização a aproximação de um modelo de referência em malha fechada que garante as especificações das respostas transitórias das múltiplas malhas de controle como também o desacoplamento entre as mesmas. Adicionalmente podem ser incluídas, de acordo com o problema sendo tratado, outras funções objetivo relativas ao esforço de controle, rejeição de perturbações e/ou atenuação de ruídos de medição. É adotado neste trabalho o algoritmo Evolução Diferencial para a solução do problema de otimização não linear multi-objetivo. Será demonstrado, através de exemplos, que a metodologia proposta de síntese de controladores PI com desacoplador para sistemas multivariáveis não quadrados pode apresentar melhores resultados que outros métodos já publicados para lidar com mesmo tipo de problema.

As fontes renováveis de energia têm aumentado sua participação na matriz energética global. Nesse contexto, a energia solar fotovoltaica tem se mostrado promissora em função da queda nos preços do sistema como um todo e também em função da abundância do recurso solar. O Brasil, apesar do alto nível de irradiação solar, ainda é pouco desenvolvido nesse tipo de fonte de geração de energia elétrica se comparado com outros países com nível de radiação inferior como a Alemanha, Itália e Espanha. É verdade que os países que atualmente apresentam grande participação desse tipo de fonte possuem uma matriz elétrica com grande participação de fontes com combustíveis de origem fóssil, o que explica o alto nível de incentivos praticados com vistas a viabilização de fontes renováveis. O Brasil, por sua vez, tem implementado medidas de ordem regulatória e tributária de forma a promover a geração distribuída e com isso, aumentar a participação de fontes de origem eólica e fotovoltaica em sua matriz que já é predominantemente renovável. Este trabalho tem o objetivo de estudar e analisar a viabilidade econômica da implementação de sistemas fotovoltaicos para consumidores da classe residencial conectados às 63 distribuidoras de energia elétrica que compõem o sistema elétrico de distribuição brasileiro. O procedimento metodológico que conduziu esta pesquisa foram os estudos baseados em indicadores de análise de investimento e no cálculo do custo nivelado de energia - LCoE. Como conclusão, esta pesquisa demonstra que a paridade tarifária já é uma realidade para a energia fotovoltaica quando comparada com as tarifas de energia para fornecimento aos consumidores da classe residencial.

Recentemente, no setor elétrico tem ocorrido desenvolvimentos tecnológicos que contribuem para a sua modernização, segurança e qualidade. Toda a automação, coleta de dados e seu processamento em todo o sistema, desde a geração, transmissão e distribuição de energia, vem sendo trabalhada dentro do conceito de Smart Grid, onde há o surgimento de novos equipamentos, para a proteção, controle e medição de energia. Medidores inteligentes estão sendo desenvolvidos para atender esse novo conceito de distribuição de energia, não medindo apenas a energia fornecida pelas concessionárias para o consumidor, mas também aquela gerada pelo consumidor e fornecida ao sistema admitindo a existência de um fluxo bidirecional de energia. A quantidade de dados gerados por estes medidores e armazenados em banco de dados aumentará consideravelmente após a instalação em escala. Estes dados contêm informações relevantes que, mesmo já sendo armazenados, ainda não são processados, por falta de estudos e pesquisas nessa área. Este trabalho propõe uma metodologia para processamento desses dados, utilizando ferramentas de inteligência computacional, com o objetivo se extrair informações relevantes para o desenvolvimento de novos serviços para consumidores e geradores de energia. Apresenta-se uma metodologia para a estimação do consumo energético e da curva de demanda de um edifício público, visando auxiliar o consumidor, a concessionária e o setor energético no nível de planejamento e tomadas de decisões futuras. Para exemplificar e validar a metodologia proposta foram utilizadas as ferramentas de inteligência computacionais. Sendo demonstradas suas características, configurações e comparações entre desempenhos dos diferentes algoritmos utilizados, destacando-se o uso da Lógica Fuzzy e das Redes Neurais Artificiais, também são descritos neste trabalho. Resultados promissores foram conseguidos com a metodologia descrita, demonstrando a eficiência dos métodos e dos algoritmos apresentados neste trabalho e também servindo como base para futuros estudos nessa área de estimação de energia utilizada pelos diferentes tipos de consumidores.

Com o avanço da tecnologia e surgimento de diversos dispositivos portáteis utilizados no dia a dia, a necessidade de um sistema que colete e transfira energia sem a utilização de meios físicos torna-se ainda mais evidente. O sistema capaz de coletar a energia do ar através de uma antena e converter essa energia de radiofrequência em energia de corrente contínua para entregá-lo a uma carga é conhecido como rectena. O circuito retificador é uma importante parte da rectena. No entanto, devido ao fato da energia estar disponível no ar em níveis baixíssimos de potência e a algumas perdas no sistema, encontrar um circuito retificador com alta eficiência é um grande desafio. Neste trabalho, diferentes topologias de circuito retificador são otimizadas, utilizando o Algoritmo Genético, com diferentes diodos, cargas, impedâncias e dimensões de microfitas, a fim de se obter a maior eficiência e tensão de saída possível. Além disso, uma análise é realizada para a compreensão da influência de alguns parâmetros na resposta do circuito retificador, tais como, a frequência de operação, potência de entrada, valor da carga, diodo e dimensões das microfitas. É realizada também a abordagem de um método para caracterização do material dielétrico utilizado na simulação e construção dos circuitos. O trabalho apresenta ainda a modelagem e construção do circuito retificador, resultante do processo de otimização, que melhor atende aos requisitos necessários para a aplicação de coleta e transferência de energia sem fio

A caracterização de sistemas fotovoltaicos é um tema emergente que tem atraído a atenção de muitos pesquisadores, uma vez que a geração fotovoltaica está em expansão em todo mundo. A caracterização dos sistemas fotovoltaicos em condições reais de operação nas usinas de geração fotovoltaica ainda é um desafio. Os altos custos dos sistemas de caracterização e a dificuldade de medição do grande número de variáveis envolvidas no processo são fatores que dificultam a caracterização in loco. Em geral, os painéis fotovoltaicos são caracterizados pelos fabricantes a partir de ensaios realizados em laboratório nas condições padrões de testes (STC - Standard Test Conditions). Essas condições padrões são definidas para uma temperatura de 25C, radiação de 1000W=m2 e massa de ar (AM) 1;5G estabelecidas pela norma IEC-60904-3:2016. Contudo, essas condições dificilmente são encontradas em condições reais de funcionamento dos painéis fotovoltaicos, pois os mesmos estão sujeitos a diversos tipos de interferências, por exemplo: sombreamentos, reflexão e variações de temperatura. Nesse sentido, o desenvolvimento de metodologias e sistemas de baixo custo que possibilitem a caracterização e análise dos painéis fotovoltaicos em ambientes externos se torna de grande relevância. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema de medição e caracterização de painéis fotovoltaicos com o uso de sensores de baixo custo. Diversos experimentos foram realizados utilizando um painel fotovoltaico de 80W, em diferentes dias e horários do ano para prover uma base de dados para análise. A partir dos dados coletados de variáveis elétricas e ambientais relevantes, foi possível obter as curvas características experimentais do painel em diferentes condições operacionais. Além dos dados experimentais, foram utilizadas simulações computacionais para obtenção das curvas características baseadas no modelo de dois diodos. As curvas características reais e simuladas foram comparadas nas análises. Pôde-se constatar que para algumas faixas de radiação incidente e temperatura o modelo prevê uma geração de energia menor que a medida em campo. Essa previsão menor de energia pelo modelo utilizado pode afetar o projeto dos sistemas fotovoltaicos, uma vez que, esses sistemas utilizam uma quantidade elevada de módulos fotovoltaicos. Apresenta-se análises relacionadas ao impacto da massa de ar na distribuição da radiação para as faixas do espectro solar avaliadas (UV, visível e global) além da influência da temperatura. Os resultados obtidos podem ser utilizados para a obtenção de modelos mais precisos e demonstram a importância de se realizar a caracterização dos módulos em condições reais de operação.

Dentro da vasta variedade de métodos numéricos aplicados a solução de equações diferenciais parciais estão os Métodos sem Malha ou Métodos sem Malha. O que caracteriza esta classe de métodos e o fato dos mesmos não necessitarem de malhas como as utilizadas em métodos como os de Elementos Finitos, por exemplo. Quando se trata de estruturas que constantemente realizam alterações de sua forma, este tipo de abordagem pode ser muito eficiente, reduzindo o custo de reconstrução da malha a cada iteração. Todavia, este tipo de solução apresenta um custo computacional relativamente elevado para sua resolução numérica. Este trabalho apresenta técnicas de paralelização aplicadas a problemas de eletromagnetismo avaliados por meio de Métodos sem Malha. Ao longo deste trabalho são apresentadas técnicas de paralelismo em nível de memória compartilhada e através de troca de mensagens, além do uso de Solvers paralelizados utilizados na solução de sistemas lineares. O problema utilizado como estudo de caso é o modelo sem malha de uma máquina elétrica de indução trifásica em movimento, em que podem ser avaliadas o fluxo magnético em seu interior, as correntes e tensões em seus condutores, além de possível a visualização de seu movimento.