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Aplicação de conceitos de smart grids para otimização através de reconfiguração de sistemas radiais seletivos subterrâneos
(2024-11-12) França, Ronei Eloi Ody
A introdução de Smart Grids em sistemas de distribuição subterrâneos tem sido viabilizada pela tecnologia de informação e comunicação de dados, sensoriamento e controle inteligentes. Devido à alta densidade de carga e ao aumento progressivo da demanda de energia elétrica, dada complexidade do sistema duplo radial, é necessário aprimorar técnicas que incorporam as necessidades operacionais emergentes para melhorar a qualidade de energia e garantir operabilidade. O estudo foca na rede da Companhia Estadual de Energia Elétrica – Distribuição (CEEE-D), destacando a necessidade de inovação e a transição de redes tradicionais para Smart Grids. As reconfiguração de redes de distribuição são extremamente necessárias para evitar contingências e atribuir uma condição ótima entre unidades geradoras, cargas do sistema de distribuição e sistema de proteção. Neste projeto é proposto o desenvolvimento de uma modelagem computacional em que RNA analisam os consumos e as demandas pontuais do sistema de distribuição de energia elétrica através de dados acumulados, analisadores de sinal e sensores em tempo real condicionados nas chaves telecomandadas. O objetivo é aplicar técnicas de IA por redes neurais artificias para reduzir o tempo de reconfiguração de sistemas de distribuição, através da reconfiguração dinâmica. A RNA é utilizada para enfrentar a complexidade dos sistemas elétricos de distribuição subterrâneos, utilizando funções de ativação não-lineares e arquiteturas para reconfigurações. Os resultados obtidos pela RNA com a função de ativação sigmoide na camada oculta e da função linear na camada de saída, em conjunto com o algoritmo Backpropagation e a otimização pelo método de Levenberg-Marquardt, apresentam as configurações de chaveamento, as quais serão aplicadas às chaves de transferência automáticas. A técnica adotada provou ser eficiente, resultando em previsões confiáveis que contribuem para a redução de perdas, respeitando os limites de capacidade de corrente e magnitude de tensão. Os resultados dos testes em três cenários evidenciam a robustez do modelo, que conseguiu capturar variações nas potências de carga e prever configurações de chaveamento, mantendo desempenho elevado mesmo em condições não vistas durante o treinamento. A aplicação de RNA em Smart Grids destaca-se pela precisão e adaptabilidade, mostrando-se promissora para otimizações futuras em sistemas mais complexos.
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Modelagem computacional de sistemas de distribuição de energia subterrâneos do tipo radial seletivo visando a detecção de faltas incipientes
(2024-11-12) Lima, Abilio da Silva
Os sistemas de distribuição de energia elétrica subterrâneos são uma opção mais confiável e menos suscetível a intempéries do que os sistemas de rede aérea. No entanto, os custos de construção e manutenção são mais elevados. Além disso, os componentes dessas redes subterrâ- neas, principalmente os cabos, podem se degradar com o tempo, devido a diversos estressores, o que pode levar a falhas incipientes que evoluem para falhas totais. Falhas incipientes, como arborescências e descargas parciais, estão ligadas à degradação dos componentes e podem ser detectadas por meio de manutenção regular e identificação precoce do sistema. A manutenção é importante para prevenir ou corrigir problemas antes que se tornem mais graves, minimi- zando assim os impactos no fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Apesar de vários estudos terem sido realizados para detectar falhas incipientes em cabos isolados de redes subterrâneas, nenhum deles apresentou resultados satisfatórios para a detecção precisa dessas falhas. Para desenvolver novos conhecimentos que busquem solucionar a detecção precisa de faltas incipientes é necessário modelar e reproduzir o fenômeno computacionalmente para possibilitar sua análise. Este trabalho apresenta um modelo que replica um trecho significativo do sistema radial seletivo subterrâneo da CEEE Equatorial na cidade de Porto Alegre e apresenta um modelo de falta incipiente que busca reproduzir esse fenômeno. Os modelos apresentados nesta dissertação demonstraram bons resultados. Foi realizado ainda um ensaio como prova de conceito da utilização de wavelets para analisar o seu uso potencial como uma técnica ou parte de uma metodologia para a detecção desse tipo de falta. Estes resultados demonstraram que em função das wavelets permitirem a remoção de outros ruídos envolvidos no sistema, elas permitem isolar o sinal deste fenômeno. Assim, a detecção precoce dessas falhas pode auxiliar na mitigação de eventos de interrupções no fornecimento de energia elétrica e reduzir custos de manutenção e reparo.
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Modelagem matemática aplicada no ensino básico : uma abordagem financeira e sustentável utilizando sistemas fotovoltaicos
(2024-11-12) Alencar, Eduardo de Paula
Um dosgrandesdesafiosdaeducaçãobásicaemrelaçãoàmatemáticaédespertarointeresse dos alunospeloconhecimentodoconteúdopropostoepermitirqueelesrealmentepercebam sua aplicabilidadenocontextodiário,sendoquemuitasvezes,osconteúdossãoteóricose têm poucasaplicaçõespráticas.Todosessesfatorescontribuemparaoinsucessoescolar,o abandono dadisciplinaeodesinteresseporpartedosalunos.Nestadissertação,discute-sea importância dousodaModelagemMatemáticacomometodologiadeensinoeaprendizado, apresentando umapropostadeatividadequepodeserdesenvolvidacomprofessoresdeCiências da Natureza,CiênciasHumanaseMatemáticadoEnsinoMédio,abordandoatemáticadas EnergiasRenováveis,maisespecificamenteaEnergiaFotovoltaica.Aproblemáticainicial consiste emaplicaramodelagemmatemáticacomoferramentapararepresentaroscustos financeiros associadosàinstalaçãoeusodemódulosfotovoltaicos,permitindoaosalunosrealizar cálculos usandojuroscompostoseequaçõesexponenciais,alémdefazertabulaçãodedados. Por fim,osresultadosapresentadosindicamqueaaplicaçãodamodelagemmatemáticaauxilia o alunonacapacidadedepensar,refletireresolverproblemasmatemáticosmaiscomplexos, com aplicaçãopráticanodiaadia.Alémdisso,promoveumamaiorinteraçãoentrealunos e professores,fazendocomqueosestudantesdesenvolvamashabilidadesprevistasnaBase Nacional Comum Curricular(BNCC)de uma forma mais aplicável e crítica em relação ao conteúdo inserido.
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Desenvolvimento de um traçador de curva IV para análise de rendimento e degradação de módulos fotovoltaicos
(2024-11-12) Lasch, Douglas de Souza
Com o aumento da demanda por fontes renováveis de geração de energia, tem ocorrido um grande crescimento global no uso de gerações fotovoltaicos. No Brasil, as legislações de 2012 e revisadas em 2022 têm impulsionado a geração de energia fotovoltaica, resultando em uma grande quantidade de equipamentos fotovoltaicos em operação. Ao longo do tempo de operação é necessário realizações avaliações e diagnósticos do desempenho e vida útil dos módulos fotovoltaicos. Para isso, os traçadores de curva IV são equipamentos capazes de avaliar as condições de operação por meio da leitura das principais grandezas elétricas de um módulo fotovoltaico. Além disso, por meio das informações de irradiação solar, temperatura de operação e do modelo matemático, é possível estimar os parâmetros elétricos e a curva de geração de um módulo fotovoltaico. Diante desse contexto, a proposta desta dissertação é apresentar um estudo para o desenvolvimento de um traçador de curva IV e, por meio dos dados obtidos com esse equipamento, realizar a avaliação da taxa de degradação e estimar a vida útil de módulos fotovoltaicos. Essa pesquisa visa contribuir para a melhoria da avaliação do desempenho dos módulos fotovoltaicos e sua eficiência, permitindo uma melhor compreensão das condições de operação desses equipamentos e uma estimativa mais precisa de sua vida útil. O estudo proposto também pode ajudar a aprimorar o processo de manutenção dos módulos fotovoltaicos, reduzindo os custos operacionais e aumentando a eficiência do sistema como um todo.
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Modelagem de biodigestores de dejetos animais : da digestão anaeróbia à análise de viabilidade econômica de sistemas de lagoa coberta
(2024-10-25) Obregon, Luana
A modelagem matemática de biodigestores é comumente utilizada para estimar a quantidade e qualidade do biogás de acordo com o tipo de matéria orgânica de entrada ou estimar a energia de saída dos sistemas biodigestores a partir da quantidade de metano presente neste biogás. A pesquisa exposta neste trabalho propõe um modelo matemático e computacional unificado que avalie a geração de potência elétrica em um biodigestor anaeróbio de resíduos animais considerando as características destes resíduos e a viabilidade econômica do sistema. Foram revisados, adaptados e simulados computacionalmente quatro modelos denominados como Modelo Químico, Modelo Mecânico, Modelo Elétrico e a Avaliação de Viabilidade Econômica. As simulações foram realizadas a fim de comparar apenas as variáveis de saída de interesse: fluxo de biogás produzido, capacidade de produção diária de energia mecânica e elétrica e as análises econômicas a partir destas variáveis, supondo que o investimento inicial de implementação dos biodigestores fosse o mesmo. Os modelos simulados avaliam e relacionam a geração de potência elétrica em biodigestores anaeróbios de resíduos animais considerando as características químicas, físicas e biológicas destes resíduos e apresenta a viabilidade econômica dos três sistemas simulados, permitindo comparação entre os resultados. Este trabalho demonstra que é possível modelar matematicamente todo o processo de geração de bioenergia, desde a matéria prima até a energia elétrica e que os sistemas de biodigestores aqui discutidos apresentam viabilidade econômica no atual cenário energético e tarifário brasileiro, além de também serem benéficos ambientalmente, utilizando gases geradores de efeito estufa para produzir energia elétrica.