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SISTEMAS DE ENERGIA

Sistemas de Potência

Título: Análise em Regime Permanente de Sistemas de Transmissão e Distribuição no novo contexto do Setor Elétrico.

Equipe: Prof. Odilon L. Tortelli (Coordenador), Profa Elizete Lourenço.
Ementa: O projeto visa desenvolver metodologias de análise em regime permanente que alcancem as transformações que estão em curso no sistema elétrico, notadamente a incorporação de fontes de geração distribuída em diferentes patamares de tensão da rede elétrica e a incorporação de novos dispositivos de controle, que, em conjunto encaminham uma nova arquitetura das redes de transmissão e distribuição, com características de topologia e interconexão diferenciadas da estrutura convencional, estando associada ao conceito de redes inteligentes e microredes de energia elétrica.
Palavras-chave: Sistemas de Transmissão e Distribuição, Fluxo de Potência, Geração Distribuída, Smart Grids, Microgrids.

Título: Aplicações de Inteligência Computacional para Sistemas de Potência e Smart Grids.

Equipe: Prof. Alexandre Rasi Aoki (coordenador), Mariana Cristina Coelho, André Katayama dos Santos, Thiago Enrique Volpe Pereira, Eliane Silva Custódio.
Ementa: A aplicação de técnicas de Inteligência Computacional em Sistemas Elétricos de Potência iniciou-se com a publicação do trabalho de SAKAGUCHI & MATSUMOTO (1983), ambos da Mitsubishi Electric Corporation. Nesse trabalho os autores utilizaram um sistema baseado em conhecimento, desenvolvido em Interlisp que possuía dezesseis regras, capaz de colaborar com o operador no processo de tomada de decisão numa situação de restabelecimento. Esse sistema era capaz de raciocinar sobre as possíveis alterações topológicas para restabelecer o sistema e as suas consequências, em termos de sobrecargas nas linhas. A aplicação de sistemas inteligentes em sistemas elétricos de potência ganhou bastante prestígio dentro e fora da comunidade científica, desde 1994 há uma conferência internacional em aplicação de sistemas inteligentes em sistemas de potência (International Conference on Intelligent System Application to Power Systems - ISAP). Embora não haja uma definição padrão mundial, Smart Grids são redes inteligentes de energia elétrica que podem integrar inteligentemente o comportamento e as ações de todos os usuários conectados a ela - produtores, consumidores e aqueles que fazem as duas coisas - a fim de prover o fornecimento de energia com eficiência, sustentabilidade e economia. As Smart Grids utilizam tecnologias e serviços inovadores em conjunto com o monitoramento inteligente, controle, comunicação e tecnologias de restabelecimento automático. O objetivo principal deste projeto é desenvolver sistemas inteligentes capazes de auxiliar os operadores de sistemas elétricos e Smart Grids no desenvolvimento de suas atividades de operação. Esses modelos deverão suportar a implementação de aplicações para subestações elétricas, para sistemas de distribuição, para Smart Grids e para sistemas elétricos como um todo operando em conjunto e colaborando entre si.
Palavras-chave: Inteligência artificial. Smart Grid. Sistemas Elétricos de Potência.

Título: Desenvolvimento de abordagens de sistemas inteligentes aplicadas a otimização, identificação e previsão de séries temporais em sistemas elétricos de potência.

Equipe: Prof. Leandro dos Santos Coelho.
Ementa: Este projeto tem por objetivo a análise, o projeto e a validação de sistemas inteligentes (redes neurais artificiais, sistemas fuzzy, algoritmos evolutivos, inteligência de enxames, computação quântica, computação quântica e teoria do caos) para aplicações em sistemas elétricos de potência, tais como otimização do despacho econômico de energia elétrica, previsão de séries temporais do setor de energia, otimização de fluxo de potência, otimização multi-objetivo de sistemas de controle e alocação de bancos de capacitores, entre outros.

Título: Desenvolvimento de Conversores Estáticos para Conexão das Fontes Alternativas de Energia com a Rede Elétrica de Distribuição

Equipe: Prof. João Américo Vilela Junior (coordenador)
Ementa: A Geração Distribuída (GD) tem crescido significativamente e a necessidade de dispositivos inteligentes para gerenciar essas novas fontes de energia são imprescindíveis. Nesse contexto, este projeto busca aprimorar os conversores estáticos presentes na GD, entre eles os Inversores Grid-Tie, responsáveis por transferir a energia produzida pelos painéis fotovoltaicos, pelos geradores eólicos, pelas células combustíveis e pelos elementos acumuladores de energia para a rede elétrica de distribuição. Essas fontes alternativas de energia têm impacto na distorção harmônica de tensão e corrente da rede, nos níveis de tensão no ponto de conexão desses equipamentos e em vários outros aspectos da qualidade de energia da rede elétrica, carecendo, dessa forma, de estudos e aprimoramentos dos equipamentos. Pesquisas para desenvolvimento de novas topologias de conversores estáticos e aperfeiçoamento das malhas de controle desses dispositivos são alguns dos aspectos que necessitam de estudos na área de eletrônica de potência. Esses estudos buscam o desenvolvimento de conversores estáticos que, ao invés de deteriorar a qualidade de energia elétrica da rede de distribuição, contribuem para sua melhora, minimizando as flutuações de tensão e os transitórios de carga, e até reduzindo a distorção harmônica de tensão e corrente presentes na rede elétrica.
Palavras-chave: Eletrônica de potência, Fontes alternativas de energia, Geração distribuída, Smart Grids.

Título: Desenvolvimento de Metodologias para Análise de Segurança Dinâmica, no Contexto de Estabilidade Transitória e à Pequenas Perturbações, de Sistemas Elétricos de Potência.

Equipe: Prof. Roman Kuiava (coordenador).
Ementa: O conceito de estabilidade no regime transitório de sistemas elétricos de potência (SEPs) está relacionado com o comportamento dinâmico do sistema quando o mesmo é retirado de uma condição de operação em equilíbrio por meio de uma perturbação ou distúrbio. O período que segue logo após a ocorrência de uma perturbação é chamado de período transitório. Em sistemas elétricos de potência, a característica desse período é, por natureza, oscilatória. Quando essas oscilações são amortecidas ao longo do tempo, então, diz-se que o sistema é estável. Quando ocorre o contrário, o sistema é considerado instável. São infinitas as perturbações que podem ocorrer num sistema de potência, sendo que, de acordo com a natureza delas, derivam-se duas categorias de estabilidade: estabilidade a grandes perturbações (ou estabilidade transitória) e estabilidade a pequenas perturbações (ou também conhecida como estabilidade dinâmica). Essa classificação é bastante adequada, uma vez que ela define a abordagem matemática para se resolver o problema, no caso, utilizam-se modelos algébricos-diferenciais não-lineares e lineares, respectivamente, para estudos de estabilidade transitória e de estabilidade dinâmica. A análise de segurança dinâmica de um SEP no contexto de estabilidade transitória tem como objetivo principal identificar (em tempo real), a partir de uma lista de contingências definidas pelo operador do sistema, aquelas que são críticas ao sistema, ou seja, as que vão instabilizar o sistema, caso elas ocorram. Por outro lado, a análise de segurança dinâmica de um SEP no contexto de estabilidade dinâmica tem como objetivo principal avaliar (em tempo real) o amortecimento dos modos eletromecânicos de oscilação e a robustez dos estabilizadores em operação, dados o nível de carregamento do sistema e a configuração atual da rede elétrica. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de algoritmos computacionais e metodologias de análise para avaliação da segurança dinâmica nos contextos de estabilidade transitória e à pequenas perturbações de SEPs. No contexto de estabilidade transitória busca-se o desenvolvimento de algoritmos de filtragem e classificação de contingências por meio de métodos diretos usando o conceito de margem de estabilidade na primeira oscilação. No contexto de estabilidade dinâmica busca-se o desenvolvimento de uma metodologia de identificação em tempo real dos modos eletromecânicos de oscilação usando métodos de estimação modal (ESPRIT e PRONY) e redes neurais.
Palavras-chave: Estabilidade. Sistemas Elétricos de Potência.

Título: Desenvolvimento de Métodos e Modelos para Análise de Transitórios e Interações entre Transformadores e Equipamentos do Sistema Elétrico de Potência.

Equipe: Prof. Gustavo Henrique da Costa Oliveira (coordenador).
Ementa: Este projeto aborda o problema da determinação de modelos de componentes de sistemas elétricos de potência, tais como, transformadores de potência, em uma ampla faixa de frequências. Softwares de análise de transitórios, como o EMTP-RV, ATP ou MATLAB usam estes modelos para prever seu comportamento em regimes transitório e permanente e sua interação com o resto do sistema elétrico. Desta forma, obtêm-se subsídios para auxiliar na tomada frente a contingências do sistema. O objetivo deste projeto é a utilização de métodos avançados de identificação de sistemas e a análise de estruturas de modelos lineares e não-lineares de sistemas dinâmicos para, a partir de dados no domínio da frequência, contribuir para aprimoramento da qualidade das simulações de transitórios do sistema elétrico.
Palavras-chaves: Identificação de sistemas, Sistemas lineares e não-lineares, Sistema Elétrico de Potência, Transformadores de Potência, Bases de Funções Racionais.

Título: Despacho Hidro-Térmico de Curto e Médio Prazo.

Equipe: Profª. Thelma S. Piazza Fernandes, Prof. Alexandre Rasi Aoki, Profª. Elizete Lourenço e Prof. Odilon L. Tortelli.
Ementa: Os sistemas hidrotérmicos de geração são compostos de usinas termelétricas e hidrelétricas convencionais e não convencionais ligadas aos centros de carga através de um sistema de transmissão. Na operação desse sistema, busca-se determinar uma estratégia de geração de cada usina que minimize o valor esperado dos custos operativos no horizonte de planejamento. A cadeia de planejamento do sistema hidrotérmico brasileiro inclui: Planejamento da Operação de Médio Prazo (dois a cinco anos à frente), Planejamento de Curto Prazo (um ano à frente), Planejamento de Diário ou Pré-Despacho (um dia à frente) e Operação em Tempo Real (uma a meia hora à frente). Este projeto se concentra nas etapas de Planejamento da Operação de Médio Prazo e Pré-Despacho, de modo a aprimorar as formulações de FPO existentes para o pré-despacho, bem como levar ao problema de planejamento de médio prazo questões relacionadas à rede elétrica, que atualmente não são consideradas nesta etapa de estudo. Palavras-chave: Despacho Hidrotérmico, Fluxo de Potência Ótimo, Mercado Competitivo, Geração Distribuída Financiamento: LACTE/COPEL.

Título: Estimação de Estados para Sistemas de Transmissão e Distribuição Emergentes

Equipe: Profa. Elizete M Lourenço, Prof. Odilon Luis Tortelli.
Ementa: Este projeto tem por objetivo desenvolvimentos relacionados à ferramenta de estimação de estados em sistemas elétricos de potência considerando os diferentes níveis de tensão das redes elétricas, bem como suas características e particularidades. A pesquisa aborda desenvolvimentos recentes e novas tecnologias associados às redes de trasnsmissão e distribuição incluídos no conceito de redes inteligentes..
Palavras-chave: Estimação de Estados, Sistemas de Transmissão, Sistemas de Distribuição, Normalização Complexa por Unidade, Processamento de Erros.

Título: Estudo da Interação Transitória em Alta Frequência entre Transformadores de Potencial Indutivos e o Sistema Elétrico de Potência com Foco no Aumento da Confiabilidade de Geração de Energia.

Equipe: Prof. Gustavo Henrique da Costa Oliveira (coordenador).
Ementa: O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de metodologia avançada para elaboração de modelos dinâmicos para estudos em alta frequência de Transformadores de Potencial Indutivo (TPIs) de extra-alta tensão, conectados à Subestações Isoladas a Gás (GIS). Estes modelos devem trazer resultados em termos do comportamento dinâmico visto dos terminais como internamente, subsidiando aperfeiçoamentos da especificação para melhorar a suportabilidade à transitórios de alta frequência. O estudo de caso deste projeto é a UHE JIRAU, porém seus resultados são diretamente aplicáveis a equipamentos de outras instalações do sistema elétrico e podem impactar significativamente novos projetos em âmbito nacional e internacional.
Palavras-chaves: Identificação de sistemas, Sistemas lineares e não-lineares, Sistema Elétrico de Potência, Transformadores de Potência, Bases de Funções Racionais.

Título: Mecanismos Regulatórios e Tarifários para Viabilização da Smart Grid.

Equipe: Prof. Clodomiro Unsihuay Vila.
Ementa: A expressão Smart Grid deve ser entendida mais como um conceito do que uma tecnologia ou equipamento específico. Baseia-se na utilização intensiva de tecnologia da informação, automação e comunicações para monitoração e controle da rede elétrica, a qual permitirá a implantação de estratégias de controle e otimização da rede de forma muito mais eficiente que as atualmente em uso. A apropriada implementação da smart grid proporcionarão mudanças substanciais no funcionamento dos sistemas de energia elétrica nos seguintes aspectos: Gerenciamento da Demanda; Segurança e Qualidade; Geração Distribuída e Armazenamento de Energia; Tarifas inteligentes, etc. Sendo assim, a smart grid revolucionará o setor elétrico em diversos de seus aspectos institucionais, tais como técnicas de operação, modelos de tarifação, padrões de consumo, prestação de serviços. Essas alterações ensejam uma readequação do conjunto normativo que rege o setor elétrico no que concerne aos mecanismos regulatórios e tarifários para viabilização da smart grid.
Palavras-chave: Rede elétrica inteligente- smart grid, sistemas de distribuição de energia elétrica, tarifas de energia elétrica, regulação econômica do setor elétrico, planejamento da operação e expansão de sistemas de energia elétrica.

Título: Modelagem de Redes Elétrica no Nível de Seção de Barras.

Equipe: Profa. Elizete Maria Lourenço (coordenadora).
Ementa: As metodologias convencionais existentes para cálculo de fluxo de potência, fluxo de potência ótimo e curto-circuito utilizam a modelagem barra-ramo da rede elétrica. Esta modelagem simplificada impede a análise dos componentes internos às subestações, que, quando necessária, requer a adoção de técnicas de pós-processamento, num processo dispendioso de tempo e precisão. Este projeto propõe a formulação e desenvolvimento de ferramentas de análise em regime permanente considerando a modelagem no nível de seção de barras para a rede elétrica, através da representação explícita de chaves e disjuntores. Os estudos envolvem incialmente as ferramentas clássicas de fluxo de potência, fluxo de potência ótimo e cálculo de curto-circuito, bem a aplicação da técnica nos estudos de reconfiguração da rede elétrica.
Palavras-chave: Modelagem da Rede Elétrica, Fluxo de Potência, Fluxo de Potência Ótimo, Calculo de Curto-Circuito.

Título: Modelagem de sistemas elétricos de potência na forma de sistemas Fuzzy Tagagi-Sugeno para estudos de estabilidade durante transições entre pontos de equilíbrio.

Equipe: Prof. Roman Kuiava.
Ementa: Definições clássicas de estabilidade de pontos de equilíbrio de sistemas de potência (e para qualquer sistema dinâmico) são baseadas em análise das trajetórias do sistema em resposta a certas perturbações ou condições iniciais. O cálculo de estimativas da área de atração é um importante problema em sistemas elétricos de potência tanto sob o ponto de vista teórico, como também, prático. Abordagens tradicionais para cálculo de estimativas de regiões de estabilidade assumem que tal região contém um único ponto de equilíbrio e, com isso, as transições entre pontos de equilíbrio que podem ocorrer durante a operação do sistema não são levadas em consideração na análise de estabilidade. A importância em estudar o comportamento dinâmico de sistemas de potência durante as transições entre pontos de equilíbrio reside no fato de que a freqüência de eventos de natureza descontínua (por exemplo, faltas permanentes ou temporárias, ou mesmo manobras envolvendo desligamentos programados) e variações de carga pode ser elevada durante um determinado período de tempo de operação. É neste contexto que este trabalho se insere. O objetivo principal desta pesquisa é, então, avaliar sob quais condições as variações ao longo do tempo entre pontos de equilíbrio de sistemas de energia elétrica mantém o sistema operando de forma estável. O foco é estudar este problema a partir de uma representação do sistema em estudo na forma de um sistema Fuzzy Tagagi-Sugeno, fornecendo condições (na forma de desigualdades matriciais lineares) que garantam a sua estabilidade, sob a abordagem dada pelo conceito de estabilidade prática (ou, do inglês, practical stability).

Título: Métodos e Modelos para Simulação e Otimização de Malhas de Controle de Frequência e Potência de Unidades Geradoras Hidráulicas.

Equipe: Prof. Gustavo Henrique da Costa Oliveira (coordenador), Prof. Gideon Villar Leandro, Prof. Roman Kuiava.
Ementa: A operação de sistemas de geração em rede interligada quando submetida a fortes perturbações ou em condição isolada configuram-se como as de maior severidade para os sistemas de geração. Desenvolver, uniformizar e disseminar metodologia inovadora no sentido de ensaiar, identificar, modelar, simular e parametrizar os controles de frequência / potência das unidades geradoras das usinas hidrelétricas, com objetivo de permitir sua operação segura, estável, mantendo a integridade de todo o conjunto, mesmo sob condições de perturbações no sistema elétrico de potência. A infraestrutura para desenvolvimento do projeto é o Laboratório de Simulação, Controle e Otimização de Sistemas.

Título: Operação e Alocação de Dispositivos Reguladores de Tensão e de Geração Distribuída em Redes de Distribuição (monofásica e trifásica).

Equipe: Profª. Thelma S. Piazza Fernandes, Prof. Alexandre Rasi Aoki, Profª. Elizete Lourenço e Prof. Odilon L. Tortelli.
Ementa: O alto nível de potência reativa demandada nos sistemas de distribuição, o crescimento das cargas, das fontes renováveis e as perdas decorrentes dos cabos resultam em variações de tensão nas barras que comprometem a qualidade da energia elétrica fornecida. Para se assegurar essa qualidade, utilizam-se dispositivos que permitam realizar um controle efetivo da tensão, da potência reativa do sistema e do fator de potência. Os equipamentos que realizam esse controle são os reguladores de tensão, os transformadores com mudanças de taps localizados nas subestações e os capacitores paralelo e série. No entanto, devido à complexidade da rede e dos alimentadores de distribuição a escolha adequada dos tipos de dispositivos e de suas localizações e ajustes não é tarefa trivial, pois o problema é de análise combinatorial, variáveis inteiro-mista e restrições não-lineares. Dessa forma, um dos objetivos desse projeto é estudar e desenvolver ferramentas computacionais que dêem suporte à tomada de decisão do planejador para que ele possa fazer a aplicação ótima dos recursos destinados à melhoria do sistema de distribuição monofásico e trifásico. Além disto, há uma preocupação com a análise dos impactos que a Geração Distribuída (geradores eólicos e pequenas centrais hidrelétricas) tenham sobre a rede elétrica, bem como estudo de técnicas para bem operá-la.
Palavras-chave: Fluxo de Potência Ótimo, Geração Distribuída, Regulação de Tensão, Smart Grid.

Título: Planejamento Energético de Longo Prazo: Plano Paranaense de Energia - PPE 2040.

Equipe: Prof. Clodomiro Unsihuay Vila, Prof. Odilon L. Tortelli, Thulio Cícero Guimarães Pereira(UTFPR/COPEL), Annemarlen Gehrke Castagna(UTFPR).
Ementa: Para estudar as interações entre a oferta & demanda de energia e o desenvolvimento econômico & socioambiental é fundamental desenvolver um plano de energia de longo prazo usando metodologias apropriadas. O objetivo de um planejamento energético é orientar as futuras ações de governo e as políticas públicas tendo em vista o equilíbrio entre o ritmo do crescimento econômico, a eficiência energética e a redução de custos econômicos e ambientais. Sendo assim, a elaboração do Plano Paranaense de Energia - PPE tornar-se uma ferramenta fundamental e estratégico para o planejamento energético estadual de longo prazo.
Palavras-chave: Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica, Planejamento Energético, Políticas Públicas, Fontes Renováveis de Energia, Desenvolvimento Sustentável, Matriz Energética.

Título: Planejamento Integrado de Compra de Energia e Expansão em Sistemas de Distribuição na Presença de Geração Distribuída.

Equipe: Prof. Clodomiro Unsihuay Vila.
Ementa: O crescimento da demanda passa a inserir incertezas no planejamento das distribuidoras de energia elétrica, o que acontece devido ao próprio crescimento da demanda, à possibilidade de migração entre o ambientes de contratação regulado (ACR) e ambiente de contratação livre (ACL) de grandes consumidores e o aumento de agentes de Geração Distribuída (GD). Nesse cenário as distribuidoras passam a ter incertezas no planejamento da expansão do seu sistema de distribuição, essas incertezas influenciam nos investimentos realizados tanto na própria expansão do sistema como no gerenciamento da compra de energia elétrica necessária para suprir o mercado de consumo cativo. Objetiva-se pesquisar maneiras de aliar incentivos a projetos de geração distribuída (GDs) com ganhos técnicos no sistema elétrico e com a proteção do nível de contratação assumido pela distribuidora à qual a GD está conectada. O risco assumido por sub ou sobre contratação pode levar a gastos desnecessários por parte da distribuidora, pois na liquidação das diferenças ela fica exposta ao preço de curto prazo (“preço spot” ou PLD), além disto, penalidades podem ser aplicadas devido à diferença no nível de contratação. No lado técnico existe a chance de melhorar o perfil de operação de linhas e subestações, isso é possível porque a presença de uma GD melhora parâmetros de qualidade de energia elétrica.
Palavras-chave: Planejamento de Sistemas de Distribuição de Energia, Geração Distribuída, Gestão de Compra de Energia em Leiloes, Smart Grids.

Título: Monitoramento em Tempo Real da Estabilidade de Sistemas de Potência via estimação de modos oscilatórios.

Equipe: Prof. Ricardo Schumacher.
Ementa: O monitoramento de modos oscilatórios de sistemas de potência interconectados desempenha um papel fundamental para se inferir sobre a estabilidade de tais sistemas, especialmente quando estes operam próximos de seus limites. Neste contexto, estimativas para modos oscilatórios podem ser obtidas a partir da análise de sinais coletados por Unidades de Medição Fasorial (ou PMUs, do inglês, Phasor Measurement Units). PMUs são verdadeiros sistemas de aquisição de dados que extraem, em tempo real, sinais presentes em sistemas de potência. Frequência de operação e fasores de tensão e de corrente são exemplos de sinais coletados por PMUs. Com base nessas informações, é possível estabelecer como objetivo principal deste projeto o desenvolvimento de um sistema de monitoramento em tempo real da estabilidade do Sistema Interconectado Brasileiro (SIB). Tal sistema de monitoramento deverá ser construído a partir da implementação de técnicas de identificação de sistemas que estimam, via sinais coletados por PMUs, modos oscilatórios do SIB.
Palavras-chave: Estabilidade de Sistemas Elétricos de Potência. Identificação de Sistemas.

Título: Análise de Dispositivos Eletromagnéticos usando Elementos Finitos

Equipe: Profa. Juliana Almansa Malagoli.
Ementa: Os dispositivos eletromagnéticos usam a energia elétrica para gerar magnetismo que produzirá um trabalho mecânico. São dispositivos muito importantes na fabricação de eletrodomésticos, por exemplo, o motor de um liquidificador. Neste projeto, pretende-se analisar alguns dispositivos eletromagnéticos, por exemplo, um atuador. O comum é utilizar o cobre no enrolamento do mesmo, mas o objetivo será analisar diferentes materiais no projeto do atuador (cobre, alumínio e magnésio) e reduzir o custo dos materiais na fabricação dos dispositivos. Além disso, usa-se uma ferramenta para aplicar o Método dos Elementos Finitos (MEF) e analisar-se-á a força eletromagnética no entreferro do dispositivo. Portanto, podem-se analisar vários parâmetros dos dispositivos (atuador, indutor, transformador e motor elétrico, por exemplo) e comparar com os diferentes materiais aplicados aos equipamentos usando elementos finitos..
Palavras-chave: Projetos de Sistemas Inteligentes; Método dos Elementos Finitos; Técnicas de Otimização.


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