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Sistema Inteligente de Gestão de Energia em uma Instituição Pública de Ensino
Authors: Ross Borniatti André , Pinheiro Bernardon Daniel , Bolognesi Archilli Giulianno , Fighera Hartmann Isabel , Thadeu Orihuela da Luz Lucas , Neves Canha Luciane , Henke Marcia , Daniel Bach Montani Pedro , Soares Graebner Táisson , Bandeira Marchesan Tiago
Published: December 2020

O artigo propõe a implementação de um sistema de gestão de energia em Instituição Pública de Ensino baseado na NBR ISO 50.001/2018 com vistas a redução de despesas com energia elétrica. Serão descritas as etapas necessárias para a sua implantação com a finalidade de implementar métodos e práticas proativas para a supervisão, controle e aquisição de dados em instituições públicas. Esse trabalho encontra-se em fase final de implementação e foi desenvolvido na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), utilizando o Centro de Tecnologia (CT) como projeto piloto. Também serão comentadas neste trabalho as demais ações implementadas institucionalmente pela Universidade para a redução de perdas e do desperdício de energia elétrica e os seus resultados, tais como instalação de bancos de capacitores, revisão no processo administrativo de pagamento das faturas, orientações aos agentes envolvidos sobre a utilização racional da energia elétrica e ajuste na demanda contratada junto a RGE, concessionária local de distribuição de energia elétrica. Resultados parciais demonstram uma redução de até R$ 150 mil na fatura mensal de energia elétrica da UFSM.
Implementação de Controladores Híbridos PID-Fuzzy: Análise de Desempenho em uma Planta de Nível
Authors: C. S. Almeida Gabriel , S. Salles Rafael , S. Carvalho Adelson
Published: December 2020

Este trabalho apresenta a implementação e testes de controladores PID com escalonamento de ganhos utilizando lógica fuzzy. Os testes descritos foram realizados na Planta Experimental de Nível do laboratório de Controle do Instituto Federal Fluminense Campus Campos Centro. Para o escalonamento de ganhos do PID foram utilizadas duas abordagens diferentes: a primeira abordagem foi proposta por Campos e Saito (2004) e utiliza a referência do sistema como entrada; a segunda proposta por Zhao, Tomizuka e Isaka (1993) utiliza o erro e a variação do erro como entrada do sistema fuzzy. Para melhor elaboração dos controladores foi realizada uma caracterização do sistema a partir de técnicas de identificação e um mapeamento das regiões de operação do sistema. A partir dos resultados obtidos, uma análise de desempenho dos controladores foi elaborada com o intuito de verificar suas respectivas performances e compará-los a fim de identificar o melhor controlador dentre os testados para a aplicação.
Voltage Unbalance Impacts on Temperature of IE2, IE3 & IE4 Class Induction Motors
Authors: M. Tabora Jonathan , E. de Lima Tostes Maria , O. de Matos Edson , M. Soares Thiago , Andrade Vinicius , Morais Iago
Published: December 2020

Energy efficiency actions is a shared policy goal of many governments in the world. In that sense, drive systems represent an important opportunity for energy savings. With an average of 20.1 million installed motors that represents approximately 30% of total energy consumption In Brazil, old motors sub-stitution for new and more efficient technologies is now a reality. The present work analyses the impact of voltage unbalance (VU) with under and over voltage on the line current and temperature of electric motors classes IE2, IE3 and IE4, the latter being a hybrid permanent magnet and squirrel cage motor. To do this, six different unbalance voltage conditions were applied to each motor while measurements were made to capture the main variations for each technology. The results show how the voltage unbalance results in considerable uneven increases in current and temperature in each motor, it was also observed how the hybrid permanent magnet motor shows less dependence on voltage variations, mainly with undervoltage.
Rastreador de trajetórias para controle de temperatura de um forno mufla
Authors: De Almeida Fernandes Daniel , Pires Carneiro de Miranda Guilherme
Published: December 2020

Este artigo propõe um rastreador de trajetórias para controlar a temperatura de um forno mufla da IES. O rastreador consiste de um PID e um controlador de pré-alimentação de referências. Ele foi desenvolvido com base no modelo não linear da planta, a qual é atualizada no artigo. O sistema de controle foi simulado em condições reais de operação e os resultados obtidos são mostrados e discutidos. A sintonia do PID foi realizada através de métodos numéricos.
Representação do envelhecimento no modelo de uma bateria de chumbo-ácido
Authors: G. Souza Eduardo , O. D. Luiz Saulo , M. N. Lima Antonio
Published: December 2020

Este trabalho visa construir um modelo para representar o estado de saúde, estado de carga, tensão de circuito aberto e resistência interna de uma bateria chumbo-ácido ao longo de sua vida útil sob diferentes condições de temperatura. O modelo é composto por um submodelo de estado de carga, um submodelo elétrico e tabelas de pesquisa. Os parâmetros do modelo são estimados, e as tabelas de pesquisa são preenchidas com base em dados experimentais coletados de testes de envelhecimento da bateria. Utilizando o modelo proposto, é possível prever, com razoável precisão, o estado de saúde, o estado de carga, a tensão do circuito aberto e a resistência interna da bateria ao longo de sua vida útil.
Otimalidade Inversa em Controle Extremal do tipo Newton com Atrasos
Authors: Ferreira Denis César , Roux Oliveira Tiago , Krstic Miroslav
Published: December 2020

Neste artigo, a otimalidade inversa é garantida em controle extremal escalar baseado no método de Newton sujeito a atrasos de entrada e saída. Diferente de trabalhos anteriores, um novo preditor com uma estimativa da inversa da Hessiana baseada em perturbações é incorporado à malha fechada tal que, a taxa de convergência do controlador em tempo real pode ser especificada pelo usuário, ao invés de ser dependente da Hessiana desconhecida do mapa estático não-linear a ser otimizado. A estabilidade exponencial e a convergência para uma pequena vizinhança do ponto extremo desconhecido são alcançadas utilizando a transformação backstepping e a teoria da média em dimensões infinitas. Aplica-se um filtro passa-baixa (com um polo suficientemente alto) na realimentação do preditor que permite aplicação da técnica do teorema da média de Hale e Lunel para equações diferenciais funcionais e também estabelece o resultado da otimalidade inversa para o sistema de malha fechada. A otimalidade inversa é pela primeira vez demonstrada em projetos de controle extremal baseado no método de Newton e justifica o uso heurístico de filtro passa-baixa entre o sinal de demodulação e o integrador, que tem sido historicamente utilizado em implementações de controle extremal sem atrasos.
Opinion Dynamics over a Finite Set in Cooperative Multi-robot Systems: An Asynchronous Gossip-Based Consensus Approach
Authors: A. Salem Feres , Da S. Tchilian Renan , R. D. Carvalho Sidney , F. Moreno Ubirajara
Published: December 2020

The focus of this paper is to present an algorithm that allows robotic teams to make decisions between a finite set of choices. The approach used was based on models that represent the way groups of humans evolve their opinions through time. Numerous works have explored models that consider the opinion as continuous values, while the literature less frequently considers groups trying to reach an agreement when only a finite set of possible opinions is given. The main contribution of this paper is to present a consensus algorithm that can be applied in those scenarios. For this purpose, it is briefly reviewed some crucial concepts for the definition of the proposed algorithm, which is based on asynchronous gossip. Due to the stochasticity of this approach, it is not possible to precisely predict the behavior of the network. However, the results from both computational and laboratory experiments indicate the eigenvector centrality score as a valuable metric to predict the probability of an initial opinion to become the prevailing one for the group when they reach consensus. Also, the asynchrony of the proposed algorithm made it possible to reach consensus in scenarios where synchronous approaches could not.
Métodos de Prognóstico de Falhas com a Rede Neo-Fuzzy Neuron
Authors: De Souza Jose Helio , Matos Caminhas Walmir
Published: December 2020

Os sistemas inteligentes em prognóstico de falhas nas indústrias têm trazido importantes contribuições em termos de segurança e economia, tornando-os indispensáveis, e motivado cada vez mais pesquisas na área. Este artigo aborda e avalia métodos de análise de dados históricos para estimar o tempo de vida útil remanescente em problemas de prognóstico de falhas, com o uso da Neo-Fuzzy Neuron (NFN). A metodologia é aplicada em três bases de dados bem conhecidas na literatura para avaliação de problemas de prognóstico, são elas: as baterias de íons de lítio, o desgaste de ferramentas de corte da Máquina de Comando Numérico (CNC) e o desgaste de rolamentos extraídos da base de dados PRONOSTIA.
Computational intelligence applied in the prediction of the compressive strength of Portland cement concrete
Authors: S. Tavares Dennis , A. Ribeiro David , Y. Junior Tadayuki , S. Lacerda Wilian , T. Tiradentes Eduardo , G. Teixeira Robson , V. S. Garcia Hudson
Published: December 2020

Concrete is one of the most widely used building materials, being composed of different components with different properties, which makes the task of dosing and strength determination complex. Artificial Neural Networks is a tool that has the ability to generalize and learn from previous experiences that are provided by a previously built database. This work aims the implementation of RNA in determining the compressive strength of concrete of various ages. The input data is the material quantities and the output is the compressive strength. The results obtained are promising and advantageous from the point of civil engineering, since the average correlation coefficient obtained was 0.96559, with the neural network showing agility and a low error rate in the inserted context, with an efficiency of approximately 95%.
Modelagem e controle de uma plataforma experimental do tipo gangorra de eixo único
Authors: A. Reinel Beltrán , De Farias S. Ricardo José , C. Ania Lussón
Published: December 2020

Neste artigo, se apresentam a modelagem e o controle de uma plataforma do tipo gangorra de eixo único. O atuador consiste em uma hélice acoplada a um motor BLDC, para gerar o impulso necessário para estabilizar a plataforma no ângulo de inclinação desejado. A modelagem é realizada usando equações fenomenológicas para o atuador e a gangorra, onde os parâmetros aerodinâmicos das hélices são estimados a partir dos testes de empuxo do conjunto motor-hélice. O conhecido controlador PID é usado como algoritmo de controle. O Matlab/Simulink é empregado para realizar o ajuste do controlador e as simulações em malha fechada. Os ensaios experimentais são realizados embarcando o controlador no microcontrolador a bordo do protótipo. Os resultados de simulação são comparados com os experimentais para verificar o desempenho do algoritmo de controle. Finalmente, esta plataforma pode ser usada para o controle de roll e pitch de veículos aéreos não tripulados (VANT) e para o ensino abordando temas de modelagem e controle de sistemas dinâmicos.
Metodologia de previsão de custo de manutenção de equipamentos de transformação e manobra do sistema elétrico de potência
Authors: Reis da Cruz Guilherme , Melo Machado-Coelho Thiago , Soares Gustavo Luís , Vilela Morais Gonçalves Igor
Published: December 2020

As concessionárias de transmissão de energia têm sua receita baseada na disponibilidade dos seus ativos, cuja receita anual permitida (RAP) é pré-determinada no leilão da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que regula o setor. Esta característica torna importante que os equipamentos estejam com a manutenção em dia, visto que a indisponibilidade resulta na aplicação de multas pela reguladora.Foi desenvolvido um método de previsão de custo de manutenção do sistema elétrico de potência (SEP) dos equipamentos de transformação e manobra para aumentar a assertividade no orçamento de novos empreendimentos e, entre outros, facilitar a decisão de substituição de equipamentos depreciados. Neste sentido, este trabalho apresenta um método para previsão de atividades de manutenção no SEP, utilizando dados específicos de equipamentos dentre 230 e 500 kV. Os resultados obtidos são as curvas de tendências, as equações que poderão ser utilizadas para calcular as taxas de falha e evolução do Homem-hora demandado para reparo nos equipamentos, e previsão da Parcela Variável.
Controle de uma planta de dessalinização por osmose reversa acionada por sistema fotovoltáico e banco de baterias
Authors: M. Benevides de Queiroz Dayse , P. Ara´ujo Jéssica , G. Nogueira Fabrício , C. Torrico Bismark , C. M. Carvalho Paulo
Published: December 2020

Neste trabalho são apresentadas a modelagem e controle de um sistema de dessalinização por osmose reversa. As entradas do sistema são as válvulas de bypass e da água de concentrado. As saídas do sistema são o fluxo da água de produto e a pressão de entrada do sistema. O modelo não linear obtido é linearizado e para o ponto de operação considerado um controlador por alocação de pólos com ação integral é projetado. Resultados preliminares são promissores, com bons resultados para rastreamento de referência e rejeição de distúrbios.
Classificação de Janelas de Eletroencefalogramas com e sem Crises Epilépticas
Authors: C. Nascimento Davi , L. Sousa Gean Carlos , A. Queiroz Jonathan , D. Barros Allan Kardec
Published: December 2020

A epilepsia é uma doença neurológica crônica, que aumenta a predisposição de umindividuo sofrer convulsões recorrentes. Pessoas que sofrem de epilepsia poderiam viver livres de convulsões, desde que fossem diagnosticadas previamente ou recebessem um tratamento adequado. Portanto metodologias que simplifiquem e agilizem o diagnóstico e o tratamento destes indivı́duos são válidas e necessárias. Esse trabalho tem por objetivo o apresentação de uma metodologia de identificação de janelas de eletroencefalogramas (EEG's) com presença ou ausência de crises epilépticas. Essa metodologia é baseada no cálculo de métricas que dependem dos momentos estatı́sticos de segunda, terceira e quarta ordem. Os vetores de características obtidos a partir dos momentos estatı́sticos, a segunda com a rotação dos mesmo vetores, utilizando a análise de componentes principais (PCA). Foram extraı́das janelas de 1 segundo de arquivos da base de dados CHB-MIT. O modelo de classificação proposto obteve para os vetores de caracterı́sticas e para as componentes oriundas do PCA, acurácia de 86.4% e 94.6%, respectivamente. Acreditasse que com devidas adaptações melhorias o modelo pode ser embarcado em um dispositivo, para classificação de janelas em tempo real.
Controle MPC com Amortecimento Ativo Aplicado a um VSI com Filtro LCL Conectado à Rede
Authors: Peixoto Milani Anísio , Machado de Almeida Pedro , Gomes Barbosa Pedro
Published: December 2020

O presente trabalho apresenta a aplicaçã do controle preditivo baseado em modelo com conjunto de controle finito (FCS-MPC) a um conversor com filtro LCL conectado a rede. Este controle prevê o comportamento futuro das variáveis de controle e, com essa informação, escolhe o melhor estado de comutação do conversor de acordo com a minimização de uma função custo. No entanto, é necessário elaborar o modelo matemático do sistema, onde foi desenvolvido utilizando o método de espaço de estados e posteriormente discretizado. Para amortecer a ressonância intrínseca do filtro LCL, e detalhado o projeto de uma estratégia de amortecimento ativo baseada no resistor virtual (VR), bem como a inclusão dessa restrição na função custo. Resultados de simulação são utilizados para validar o método proposto e mostrar sua eficácia.
Conversor CC-CC SEPIC Não Isolado de Alto Ganho Baseado na Célula de Comutação de Três Estados Empregando Células Multiplicadoras de Tensão
Authors: C. Salvador Thaís , M. Oliveira Tatiane , L. Tofoli Fernando
Published: December 2020

Conversores CC-CC não isolados com ampla taxa de conversão têm sido utilizados em uma vasta gama de aplicações modernas, incluindo sistemas de conversão de energias renováveis, sistemas de alimentação ininterrupta (uninterruptible power supplies – UPSs), entre outras. No entanto, muitas topologias são viáveis apenas para aplicações de baixa potência, sendo que outros aspectos além da taxa de conversão também são importantes como, por exemplo, número de componentes, esforços nos semicondutores e rendimento. Nesse contexto, este trabalho apresenta um conversor SEPIC (single-ended primary inductance converter) baseado na célula de comutação de três estados (three-state switching cell – 3SSC) e em células multiplicadoras de tensão (voltage multiplier cells – VMCs), o qual é capaz defornecer elevado ganho de tensão e esforços reduzidos nos semicondutores. O princípio de operação, a análise qualitativa e a análise quantitativa são descritos em detalhes. Além disso, resultados de simulação são apresentados para validar as considerações teóricas.
Desenvolvimento de um Protótipo IOT Visando Economia de Recursos Energéticos
Authors: H. Fuzinatto Arthur , Chies Leandro
Published: December 2020

É apresentado o desenvolvimento de um protótipo modular IoT sobre a plataforma Arduino®. O sistema é composto por um módulo central, um módulo de controle de iluminação, um módulo de controle de condicionador de ar e um supervisório em ScadaBR®. A comunicação entre os módulos foi realizada com a tecnologia LoRa que permite comunicações em longas distâncias com baixo consumo de energia. O projeto atingiu o objetivo de diminuir o desperdício de energia elétrica e de água na instituição de ensino, contribuindo para a sustentabilidade
Image Representation of Time Series for Reinforcement Learning Trading Agent
Authors: K. da Costa Guinther , Dos S. Coelho Leandro , Z. Freire1 Roberto
Published: December 2020

The availability of diverse data has increased the demand for expertise in algorithmic trading strategies. Reinforcement learning has shown interesting applicability in a wide range of tasks, especially in some challenging problems as trading, where slow model convergence, inference speed, and reduced model accuracy appear as barriers in this type of application. In this paper, we propose the transformation of time series into images considering a transfer learning based on a semi-supervised model with deep Q learning agents, where labels were generated by an evolutionary algorithm to improve both training speed and performance measures.
Modulação Space Vector para Redução de Tensão de Modo Comum em Inversores de Fonte Dividida (Split-Source) com Quatro Pernas
Authors: Chaves Diego , Grigoletto Felipe , Carnielutti Fernanda , Pinheiro Humberto
Published: December 2020

Tensão de modo comum (CMV) é um problema importante em muitas aplicações, como acionamentos de motores elétricos e sistemas fotovoltaicos (PV) sem transformador. Além disso, várias aplicações exigem que a tensão CA de saída exceda a tensão CC de entrada. O recentemente proposto inversor de Fonte Dividida (Split Source Inverter - SSI) é uma topologia com compatibilidade boost, uma alternativa interessante para sistemas com baixa tensão de entrada. No entanto, estratégias de modulação convencionais aplicadas no SSI podem resultar em grandes correntes de fuga devido ao CMV gerado pelo inversor. Como investigado em outros trabalhos, modulações que visam reduzir o CMV no SSI trifásico com três pernas podem trazer penalidades na operação do inversor. Neste artigo, uma nova estratégia de modulação por espaço vetorial (Space Vector Modulation - SVM) é proposta para reduzir a CMV, e portanto a corrente de fuga, para um sistema fotovoltaico utilizando um SSI com quatro pernas. A modulação proposta é comparada com uma estratégia SVM convencional, analisando os efeitos em termos de CMV, THD e índice de modulação máximo. Finalmente, são apresentados resultados de simulação, mostrando os benefícios da adição de uma perna em comparação com o mesmo sistema de três pernas.
Processamento de Erros Grosseiros para Estimadores de Estados Híbridos Ortogonais em Blocos e Medidas Fasoriais em Coordenadas Retangulares
Authors: Zanlorensi Jr Edson , Bruning Ascari Larah , Simões Costa Antonio
Published: December 2020

Estimadores de estados recentemente propostos para monitoração de sistemas de potência permitem a incorporação de medidas fasoriais ao processo de estimação mediante uma arquitetura em dois estágios. Além de preservar a estrutura de estimadores existentes que processam medidas SCADA, este esquema é computacionalmente mais eficiente graças ao uso de um estimador linear para processar as medidas fasoriais no segundo estágio sem degradação no nível de exatidão das estimativas. Esta propriedade deve-se ao uso de um estimador baseado em rotações ortogonais em blocos que leva em conta correlações entre os componentes retangulares das medidas. Apesar destes avanços, o processamento de erros grosseiros em conexão com esta arquitetura de estimação requer esforços adicionais de pesquisa. Este artigo aborda o desenvolvimento de métodos avançados visando este objetivo. Duas abordagens são consideradas e seus desempenhos avaliados mediante experimentos com distintos tipos de medidas errôneas conduzidos em dois diferentes sistemas-teste. Os resultados apontam que ambos os métodos são eficazes para a identificação de medidas errôneas, embora um deles apresente taxas de sucesso consistentemente superiores sob testes exaustivos de ocorrência de erros grosseiros.
Controle Extremal Estocástico Baseado no Algoritmo do Gradiente na Presença de Atrasos
Authors: Souza da Silva Paulo Cesar , Roux Oliveira Tiago
Published: December 2020

Neste artigo, é proposto o projeto e análise do controlador extremal estocástico baseado no algoritmo do Gradiente na presença de atrasos de entrada e saída. Um novo preditor baseado na estimativa da Hessiana desconhecida será apresentado e incorporado à malha fechada. A estabilidade exponencial e convergência a uma pequena vizinhança do ponto de extremo são obtidas. Este resultado é rigorosamente alcançado utilizando a transformação backstepping e teoria da média em dimensões infinitas. Um exemplo numérico é apresentado para ilustrar a eficiência do controlador extremal estocástico baseado em preditor para compensação de atrasos.
Controle Vetorial Unitário Adaptativo via Funções de Barreira e Monitoração
Authors: Pereira Rodrigues Victor Hugo , Hsu Liu , Roux Oliveira Tiago , Fridman Leonid
Published: December 2020

Este artigo propõe uma nova abordagem para o controle vetorial unitário adaptativo via realimentação de saída para uma classe de sistemas não-lineares multivariáveis. O controlador baseado em modo deslizante pode lidar com incertezas paramétricas e perturbações casadas e/ou descasadas com limitantes superiores desconhecidos. A convergência em tempo finito do erro de rastreamento à uma vizinhança predefinida da origem do sistema em malha fechada é garantida com desempenho transitório preestabelecido. Basicamente, a novidade de nosso resultado está na combinação de duas importantes ferramentas de adaptação: funções monitoração e de barreira. O processo de adaptação é dividido em duas fases, em uma a função de monitoração permite a especificação de critérios de desempenho durante a fase transitória, inclusive com convergência em tempo finito, enquanto na outra a função de barreira limita o erro de rastreamento à um pequeno conjunto residual. Os resultados de simulação ilustram a eficiência da estratégia de controle adaptativo proposta.
Desempenho de Algoritmos de Estimação de Energia para o Calorímetro de Telhas do Experimento ATLAS
Authors: I. Goncalves Guilherme , S. Peralva Bernardo , M. A. Filho Luciano , S. Cerqueira Augusto , M. de Seixas José
Published: December 2020

Em problemas de estimação de sinais, propriedades desejadas de um determinado sinal são calculadas a partir de modelos para que suas características possam ser estudadas. Em calorimetria, por exemplo, a energia da partícula é absorvida e amostrada pela eletrônica de leitura que fornece um pulso característico onde sua amplitude é proporcional à energia depositada. Entretanto, quando eventos extremamente raros são previstos, o empilhamento de sinais pode surgir e, em tais condições, o desempenho de estimação da energia pode ser degradado. Este trabalho propõe uma análise de eficiência dos métodos atualmente disponíveis no calorímetro de Telhas (TileCal) do ATLAS, nas condições encontradas em um colisor de partículas de última geração (LHC). Dados experimentais do LHC foram utilizados para avaliar a eficiência de estimação da energia e os resultados mostram que a eficiência varia de acordo com o nível de empilhamento de sinais observado nas células de leitura.
Uma plataforma para telemetria veicular e criação de indicadores de desempenho no contexto da Internet dos Veículos Inteligentes
Authors: Queiroz Rodolfo , Silva Marianne , Andrade Pedro , Araújo Jordy , Signoretti Gabriel , Silva Ivanovitch
Published: December 2020

A Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things) vem provocando diversas transformações em vários setores industriais, como é o caso do automotivo. A quantidade de sensores e poder computacional que os veículos modernos apresentam cresce significativamente, municiando uma oportunidade de instrumentação, monitoramento e criação de algoritmos de diagnóstico cada vez mais eficientes. Os desafios emergem em diversas frentes, desde a coleta dos dados veiculares, processamento embarcado, comunicação com plataformas computacionalmente distribuídas e a análise propriamente dita dos dados. Assim, nesse trabalho é proposto uma plataforma para o monitoramento em tempo real da telemetria veicular assim como a criação de um indicador de desempenho relacionado com o perfil dos condutores. A validação da proposta foi conduzida com experimentos reais em trechos localizados em municípios da Paraíba, Rio Grande do Norte e com seis condutores e diversos veículos. Os resultados demonstraram a viabilidade da proposta assim como a identificação dos diferentes perfis de condução.
Análise da Viabilidade Econômica de sistemas fotovoltaicos para o bloco de Engenharia Elétrica da UFPI considerando a modalidade tarifária
Authors: Verçoza de Macêdo Figueiredo Leonardo Brunno , Gomes Duarte Ana Carolina , Dos Santos Conceição Vanessa , Ferreira dos Santos Junior Bartolomeu , Rocha Almeida Aryfrance
Published: December 2020

Este artigo apresenta uma análise da viabilidade econômica de um investimento para o bloco de engenharia elétrica da universidade federal do Piauí (UFPI). O investimento consiste na instalação de um sistema solar fotovoltaico, considerando três alternativas, que são: Sistema Fotovoltaico conectado à Rede, Sistema Fotovoltaico Isolado com Backup e Sistema Fotovoltaico Misto. É discorrido sobre o funcionamento, dimensionamento e orçamento de cada modelo de sistema fotovoltaico citado. Por fim, eles serão analisados por meio de ferramentas financeiras para determinar qual dentre eles possui o retorno financeiro mais atrativo.
Desacoplamento de Sistemas Multivariáveis Não Lineares com MPC usando Função Custo Dinâmica
Authors: Da Fonseca Pereira Guilherme , Costa Flesch Rodolfo César
Published: December 2020

Este artigo apresenta uma técnica que usa função custo dinâmica na formulação do controle preditivo baseado em modelo (MPC) para realizar o desacoplamento de uma planta multivariável quando há mudança em uma das referências. Diferentemente de outros métodos para desacoplamento das saídas, este não requer que a planta seja linear nem a medição ou a estimação de estados internos. Foram realizados ensaios usando diferentes abordagens MPC para o controle de uma planta não linear simulada e os resultados mostram que a solução proposta é eficaz, mesmo no caso em que há erro de modelagem. Adicionalmente, são apresentadas modificações para casos nos quais há ruído de medição ou atraso de transporte.
Aprendizado de Máquina Aplicado a Classificação de Consumidores de Energia Fotovoltáica no Estado do Maranhaão.
Authors: C. Coutinho Thamires , C. Nascimento Davi , J. de Souza Lindomar , M. C. Leite Rogean
Published: December 2020

A crescente demanda por energia elétrica em todo mundo aliada à escassez e diminuição na produção por parte das fontes de geração tradicionais, torna a busca por novas fontes de energia necessária. A maioria das grandes usinas de geração elétrica do Brasil está distante dos grandes centros de consumo, implicando em elevados gastos com a implantação e manutenção dos sistemas de transmissão. Uma alternativa capaz de atenuar impactos não desejados, consiste na implantação de fontes de energia, preferencialmente renováveis dentro das unidades consumidoras, mesmo que estejam ligadas às redes das concessionárias de energia. Há uma tendência de aumento gradual na busca e implantação desses sistemas, no Brasil observa-se que além da dependência majoritária de uma fonte de energia, há ainda os altos custos de suas tarifas, o que torna o investimento em fontes alternativas atrativo. Com isso, torna-se importante a análise de características para verificação de perfis de consumidores que já adquiriram sistema de geração fotovoltaica. Este trabalho propõe a extração de dados com ferramentas de web scraping, juntamente a aprendizado de máquina visando analisar se existem características que definem os perfis de consumidores no estado do Maranhão. Os resultados obtidos passaram por métricas de validação, com acurácia de 99,89%.
Manipulação de Carga por uma Formação Triangular de Quadrimotores
Authors: Ernandes-Neto Valentim , S. Brand~ao Alexandre , Sarcinelli-Filho Mário
Published: December 2020

Este trabalho discute uma tarefa de rastreamento de trajetória realizada por um grupo de três quadrimotores Bebop 2 trabalhando cooperativamente para transportar uma carga. Esses veículos aéreos não tripulados (VANTs) são considerados uma formação triangular e a carga, uma estrutura em forma de triângulo, é conectada a eles através de cabos flexíveis de massa desprezível. O motivo para usar três quadrimotores é o ganho em termos de capacidade de carga útil e estabilidade da carga, uma vez que ela é acoplada a três veículos, permanecendo verticalmente alinhada com o centro de massa do triângulo virtual correspondente à formação. É adotado um controlador de formação, que gera velocidades de referência para os três VANTs, que ao se deslocarem individualmente com base nesta referência causam o movimento e a remodelagem da formação. Em seguida, compensadores dinâmicos individuais são adotados para cada VANT, cujas entradas são as velocidades de referência fornecidas pelo controlador de formação. Por fim, são discutidos resultados experimentais que validam a proposta.
Análise e controle de um sistema com atraso de transporte sujeito a perturbações aditivas
Authors: G. Maraschin Gabriel , J. Fiori Leonardo , K. Dutra Manoel , L. Milhomem Rômulo
Published: December 2020

Este trabalho busca apresentar a aplicabilidade de uma abordagem que envolve a análise e o controle de sistemas com atraso de transporte sujeito a perturbações aditivas persistentes. Para os testes da metodologia de controle, um experimento de controle de temperatura é modelado para utilização em um Preditor de Smith, para compensação do atraso de transporte. Além da aplicação do controle com o preditor, deseja-se observar a convergência das trajetórias dos estados do sistema, em malha fechada, para um conjunto elipsoidal invariante, que e atrator para os estados do sistema. A partir de condições LMIs formuladas, encontra-se uma matriz de ganhos para um controlador por realimentação de estados, a partir de critérios que minimizam um conjunto atrator para o qual as trajetórias dos estados convergiram. A utilidade da abordagem explorada e da aplicação prática proposta é mostrada ao longo do trabalho.
Planejamento da Transmissão com Critério de Segurança via Algoritmo Genético Aprimorado
Authors: S. da Silva Iamberg , A. Assis Fernando , M. Leite da Silva Armando , C. Resende Leonidas
Published: December 2020

Este artigo propõe o uso de um modelo de algoritmo genético aprimorado, denominado AGA-PET na solução do problema do planejamento da expansão da transmissão da rede de sistemas elétricos de potência. Informações heurísticas são integradas ao processo evolucionário da metaheurística de forma a aprimorar os planos de expansão (soluções), tornando a ferramenta robusta e preparada para lidar com diferentes tipos de sistema. Essa informação heurística é traduzida na forma de índices de sensibilidade, baseados na carga/sobrecarga de circuitos e no corte de carga, observados tanto em condições de rede intacta quanto condições de contingência (critério de segurança). A eficiência do AGA-PET proposto é avaliada de forma consistente através de índices estatísticos de desempenho. Os resultados obtidos com sistemas com diferentes características e dimensões são apresentados e amplamente discutidos.
Alocação e Dimensionamento Ótimo de Geração Distribuída via Meta Heurística Bio Inspirada
Authors: T.B. de Oliveira Marcos , S. Ferreira Jhonatan , F.P. da Costa Ana , Oliveira Elisa , J. de Oliveira Edimar
Published: December 2020

Recentemente, o impacto das GD's nos sistemas de distribuição tornou-se significativo objeto de estudo devido ao seu crescimento ao longo dos anos. Técnicas de otimização são ferramentas que podem ser usadas para localizar e dimensionar as unidades GD no sistema, de modo a utilizar essas unidades dentro de certos limites e restrições estabelecidos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho consiste em aplicar a Meta-heurística baseada no BAT Algorithm para solucionar o problema Não-Linear Inteiro Misto para alocação e dimensionamento de GD's, a fim de melhorar a margem de estabilidade de tensão. A natureza probabilística das GD's são consideradas neste estudo. A metodologia será aplicada em um sistema teste de distribuição de energia elétrica, sendo que a solução obtida pela Meta-heurística BAT será comparada com enumeração exaustiva.
Desenvolvimento e aplicação de controle preditivo baseado em modelo (MPC) em planta didática de temperatura
Authors: Correa Prata Tiago , Brincalepe Campo Alexandre
Published: December 2020

Este estudo faz o levantamento dos modelos teóricos e experimentais de uma planta didática multivariável para controle de temperatura apresentando o desenvolvimento de um controlador preditivo baseado em modelo (MPC) para cada um deles. São desenvolvidas diversas configurações de controladores através do uso da estratégia proposta, apresentando a comparação de desempenho entre eles, e também comparado-os a um controlador PID de referência. Destaca-se que o controlador desenvolvido a partir do modelo teórico da planta apresenta o melhor desempenho e o controlador PID teve o desempenho menos satisfatório de acordo com os índices definidos.
Characterization of load curves in a real distribution system based on K-MEANS algorithm with time-series data
Authors: R. Ullón Hernan , F. Ugarte Luís , Lacusta Jr. Eduardo , C. de Almeida Madson
Published: December 2020

The modernization of conventional distribution systems in smart grids leads us to face new challenges when dealing with extremely large databases, commonly called Big Data. The accuracy and volume of data have grown significantly with the introduction of Advanced Measurement Infrastructure (AMI). This generates a data tsunami used in different applications of power systems creating great computational efforts, as is the case with the use of a large database of load curves. Due to the patterns that are repeated annually in the demand for active and reactive power in distribution systems, it is necessary to use load clustering methodologies. Based on historical load data, this paper represents a comprehensive approach that uses data mining based on the K-Means clustering method in time-series data for the characterization of real load curves. Besides, a comparative analysis will be presented considering three different distance measurements. This data mining process is presented as a promising method for the recognition of patterns allowing to reduce large databases to some characteristic curves to reduce the computational burden in various applications of power systems. This clustering method is tested using a real database of distribution transformers at UNICAMP.
Modernização das Usinas Hidrelétricas e Seus Impactos na Estabilidade Angular Transitória do Sistema
Authors: Almeida de Ávila Bruno Raffael , De Faria Ivan Paulo
Published: December 2020

Esse artigo apresenta uma análise comparativa da estabilidade angular transitória das principais usinas hidrelétricas do sistema elétrico equivalente sul brasileiro (STB33), considerando dois cenários, pré e pós modernizações dos sistemas de automação. Os dados foram obtidos diretamente do banco de dados Sintegre da ONS e de relatórios de comissionamento da Andritz Hydro. A implementação se deu por meio dos softwares do Cepel ANATEM e ANAREDE, com a descrição dinâmica dos reguladores. Os resultados mostram uma melhoria da estabilidade angular dessas usinas, traduzidas pela redução da excursão do ângulo de carga máquinas e oscilações de potência no sistema equivalente sul analisado.
Plataforma para Análise de Quadrirrotores: Periféricos em Sistema de Código Aberto
Authors: X. da Silva Umberto , A. F. Montezuma Marcio , N. Vargas Alessandro
Published: December 2020

Um quadrirrotor é um sistema eletrônico complexo, envolvendo protocolos de comunicação para a aquisição de dados de sensores inerciais, a aplicação de filtros a fim de garantir a confiabilidade na leitura de atitude, a aquisição dos sinais por rádio frequência para operação remota, um protocolo serial intermediando a configuração e calibração através de um software de controle em solo e, do objetivo maior, a topologia do controle embarcado. A principal contribuição deste trabalho é a apresentação de uma plataforma, que através de um sistema de aquisição de dados, permite a calibração dos ganhos de controle, assim como a análise dinâmica do objeto em estudo. Procura-se identificar as malhas de controle, calibrar os ganhos através de uma plataforma desenvolvida, e realizar discussões sobre a topologia de controle.
Proposta de Framework com Foco em Métodos Evolutivos para Detecção, Diagnóstico e Causa Raiz de Falhas em Processos Industriais
Authors: M. Almeida Nayron , M. Caminhas Walmir
Published: December 2020

Nas últimas décadas houve um crescimento expressivo do grau de complexidadee dimensionalidade dos processos nas indústrias, em parte, devido à revolução tecnológica que vem ocorrendo em igual período. Por consequência, surgiu a necessidade de ferramentas computacionais capazes de lidar com essa nova dinâmica e contribuir positivamente para a supervisão. Neste trabalho, propõe-se um framework escalável para uso no monitoramento de processos e equipamentos que utiliza métodos evolutivos, independente de sua abordagem, para modelar a dinâmica do processo, e permite, ainda, acoplar a saída, um método que buscarexplicar eventuais anormalidades detectadas pelo modelador, por meio da indicação de um conjunto de variáveis que desviam do comportamento esperado. Um experimento utilizando o benchmark DAMADICS é realizado para demonstrar o uso da ferramenta proposta.
Cálculo de Conjuntos Invariantes Controlados Robustos com Complexidade Fixa usando Otimização Bilinear
Authors: C. C. Oliveira Andreza , Leoli Júnior Fábio , E.T. Dórea Carlos
Published: December 2020

Neste trabalho uma metodologia numérica para o cálculo de poliedros invariantes controlados robustos de complexidade fixa, baseado em otimização bilinear, é proposta para sistemas lineares de tempo discreto, sujeitos a restrições nos estados e nas entradas de controle e a perturbações de amplitude limitada. Um conjunto é invariante controlado robusto se qualquer trajetória do estado iniciada dentro do conjunto pode ser mantido dentro dele por meio de uma ação de controle adequada, apesar das perturbações. Métodos convencionais de cálculo destes poliedros podem resultar em conjuntos de alta complexidade, definidos por um grande número de vértices. Por meio de exemplos numéricos, verifica-se que a metodologia proposta é capaz de calcular poliedros de volume maior do que os de métodos recentes que buscam também conjuntos com complexidade reduzida.
Análise de diferentes técnicas de MPPT aplicadas a sistemas fotovoltaicos sob condições de sombreamento parcial
Authors: Mendonça Andrade Lucas , Dos Santos Vicente Paula , Lessa Tofoli Fernando , Moreira Vicente Eduardo
Published: December 2020

Em um painel fotovoltaico, em virtude de obstáculos ou do sombreamento não uniforme, os módulos podem estar expostos a diferentes níveis de irradiância, ocasionando o surgimento de mais de um pico de potência. Para extrair a máxima potência de um sistema fotovoltaico, um rastreador do ponto de máxima potência deve ser utilizado. Este dispositivo é constituído de um conversor CC-CC, capaz de alterar as características da carga conectada ao painel. O objetivo deste trabalho é analisar algumas das diferentes técnicas de rastreamento aplicadas em condições de sombreamento parcial. Este tipo de análise é importante, pois caso um máximo local seja rastreado em detrimento ao máximo global, ocorrerá uma perda de potência significativa. Os resultados computacionais comprovam que técnicas convencionais não são adequadas para essas condições e que as técnicas baseadas em inteligência artificial obtém melhores desempenhos.
Controle Preditivo Com Garantia De Estabilidade E Factibilidade Embarcado Em Um CLP Industrial
Authors: A. Santana Bruno , A. F. Martins Márcio , P. Chagas Thiago
Published: December 2020

Este trabalho apresenta a implementação de uma estratégia de controle preditivo baseado em modelo estabilizante com garantia de factibilidade em um controlador logico programavel (CLP) industrial, tratando-se de uma aplicação ainda não descrita na literatura. A formulação deste controlador resulta em um problema de programação quadrática que ée sempre viável, por isso, torna-se uma opção atrativa para aplicações industriais. Para calcular a lei de controle estabilizante ée proposta a utilização da téecnica de otimização ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers), viabilizando o controle de um sistema eletromecânico de dinâmica rápida em um CLP com baixa capacidade de memória e desempenho computacional limitado. Resultados de simulação e experimentais ilustram o bom desempenho e a robustez do controlador MPC implementado, o qual é capaz de tolerar certo grau de desassociação no modelo da planta, apontando-o como uma estratégia de controle adequada para aplicações práticas.
Uma Nova Abordagem de Projeto Integrado de Controladores de Inércia Sintética e de Velocidade para Aerogeradores Baseada em Controle LQR
Authors: M. Magnus Douglas , C. Scharlau César , L. Pfitscher Luciano , C. Costa Gustavo
Published: December 2020

Este artigo apresenta uma nova abordagem para projeto integrado de controladores de inércia sintética e de velocidade para aerogeradores de velocidade variável por meio da técnica de inércia oculta. O diferencial do trabalho é o uso de controle ótimo baseado em LQR para correlacionar os compromissos de desempenho de resposta inercial e de regulação de velocidade da turbina eólica. O controlador proposto é avaliado em um estudo de caso desenvolvido em simulações computacionais com a modelagem matemática de uma turbina eólica de velocidade variável inserida em microrrede sob distúrbios de carga-geração e perfil de vento dinâmico. Os resultados apontam que a abordagem proposta possui melhor desempenho, em comparação aos cenários de referência, frente a variações do ponto de operação do aerogerador, apresentando maior aproveitamento da energia disponível para participação na resposta inercial sem deteriorar o tempo de resposta do regulador de velocidade da turbina eólica.
Inversores de Frequência com Controle de Campo Orientado para Acionamento de Motores Síncronos de Imã Permanente de Fluxo Axial
Authors: A. Bail José , N. Mendonça Felipe , M. Pauka Gabriel , A. Fiuza Carlos , A. Vilela Jr João
Published: December 2020

Este artigo apresenta um sistema de controle de velocidade e torque de motores síncronos de ímã permanente de fluxo axial utilizando o modelo de controle de campo orientado aplicado em um inversor de frequência. Para realizar este estudo foi implementado em software na ferramenta MATLAB/Simulink o inversor de frequência, as malhas de controle, o motor e a carga mecânica. O modelo do motor síncrono de ímã permanente de fluxo axial, cujos parâmetros foram utilizados, foi o Emrax 208. Um dos objetivos do presente trabalho é avaliar esse sistema de tração elétrica para aplicação em veículos de passeio. Foram realizadas simulações utilizando dois cenários, o primeiro com um sistema de controle de velocidade do veículo e o segundo cenário utilizando torque variável para emular o acelerador. No controle da velocidade, foi possível operar com torque máximo, minimizando o tempo de subida e alcançando uma aceleração de até 450rpm/s (3 m/s²), além de observar a implementação de frenagem regenerativa. Quando emulando o pedal, o tempo de resposta de torque foi da ordem de 10 ms, sem significativo sobressinal. Aspectos da modulação vetorial também são apresentados e discutidos nos resultados de simulação.
ANALYSIS OF A EOLIC-PHOTOVOLTAIC HYBRID GENERATION WITH SYNCHRONVERTER FOR FREQUENCY AND VOLTAGE SUPPORTS IN A MICROGRID
Authors: A Silva Santos Maxwel d , Sales Barrosy Luciano , Da Silva França Rafael Lucas , Bezerra Costa Flavio , Vital Barrosy Camila Mara , Strunzz Kai
Published: December 2020

A microgrid consists of a grid capable of operating in connection to the main interconnected power system or in island mode. This paper deals with a microgrid containing a small hydroelectric power plant (HPP), a battery energy storage system (BESS), a wind energy conversion system (WECS), and a photovoltaic array (PV). The WECS and PV systems are connected to the grid through one full-power voltage source converter (VSC). In order to provide frequency and voltage supports to the microgrid, the VSC is controlled by a virtual synchronous generator (VSG) technique of synchronverter. The considered scenario was divided into three parts: first, the microgrid operates connected to the main system and then it starts operating in island mode; posteriorly, frequency and voltage variations occur due to load variations in the microgrid; finally, the microgrid returns to operate connected to the interconected system. Simulation results have shown that the synchronverter is an alternative to provide efficient frequency and voltage control to a microgrid for both connected and island modes, considering a hybrid generation unit.
Controle por aproximação de modelo utilizando realimentação de saída por meio de LMIs iterativas
Authors: M. Souza Andressa , C. L. F. Oliveira Ricardo , L. D. Peres Pedro
Published: December 2020

Este artigo aborda o problema de controle por aproximação de modelo para sistemas lineares incertos contínuos no tempo por meio de realimentação dinâmica de saída de ordem fixa. As condições de síntese utilizam a norma H-2 como métrica de desempenho para o erro de aproximação e são formuladas em termos de LMIs, que são resolvidas iterativamente. A novidade da abordagem em relação à literatura é que tanto os ganhos do controlador, quanto as matrizes do modelo de referência, aparecem linearmente nas condições, permitindo que controladores estruturados possam ser tratados de forma imediata e que o modelo de referência possa apresentar alguns graus de liberdade, no sentido de permitir que algumas entradas das matrizes sejam determinadas pela condição de síntese e não fixas a priori. Os resultados são ilustrados por exemplos baseados em modelos retirados da literatura.