Departamento de Engenharia Electromecânica
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Browsing Departamento de Engenharia Electromecânica by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática"
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- Afetação de Unidades TérmicasPublication . Pina, Filipe Manuel Fernandes; Mariano, Silvio José Pinto SimõesEsta dissertação visa o problema da afetação ótima de unidades e a sua resolução. Nos dias atuais é impensável pensar numa sociedade sem energia elétrica. Assim, o sistema de energia elétrica tem de atender à demanda em cada hora do dia, respeitando as restrições operativas das unidades de geração, tentando produzir energia ao menor custo possível, tendo em conta as crescentes preocupações ambientais. Os sistemas de energia elétrica são sistemas de grande dimensão e complexidade, dessa forma, necessitam cada vez mais de um planeamento entre as suas centrais, ou seja, uma afetação ótima de unidades. A resolução deste problema de forma direta é de todo inviável, o que permite que este seja um tema de grande investigação, sendo aqui abordado um dos vários métodos de resolução, a Relaxação Lagrangeana. Este método permite a resolução do problema primal de uma forma indireta, apresentando, contudo, algumas dificuldades na obtenção de uma solução fazível. São apresentadas essas mesmas dificuldades neste trabalho, quer ao nível da resolução do problema de forma direta, quer de forma indireta. A fim de demonstrar a aplicação do método da relaxação Lagrangeana é apresentado um problema de 5 unidades geradoras para um período de 24 horas, e são retiradas algumas conclusões.
- Algoritmo Multiswarm Spiral Leader Particle Swarm Optimization para a estimação dos parâmetros PVPublication . Silva, Pedro Nuno Carriço; Calado, Maria do Rosário Alves; Pombo, José Álvaro NunesO interesse em explorar a energia fotovoltaica tem crescido muito nos últimos anos. Tal deve - se ao facto de ser um tipo de energia renovável muito disponível (visto que provém do sol) e com um grande potencial de expansão e desenvolvimento. Nesse sentido, é essencial o desenvolvimento de métodos que permitam prever e analisar o comportamento dos sistemas fotovoltaicos, i.e., métodos que estimem com precisão os parâmetros dos módulos PV, sob quaisquer condições de operação. O objetivo principal desta dissertação é descrever com exatidão a modelação de sistemas fotovoltaicos. Primeiramente é feita uma apresentação sobre os tipos de tecnologias fotovoltaicas existentes atualmente e também sobre o funcionamento dos sistemas fotovoltaicos em geral. Seguidamente são apresentados os vários modelos matemáticos que permitem caracterizar esses sistemas fotovoltaicos bem como os vários métodos utilizados para estimar os respetivos parâmetros. Essa estimação é feita a partir da informação disponibilizada pelos fabricantes ou através de dados medidos experimentalmente. Por conseguinte, é aqui proposto um novo método denominado de Multiswarm Spiral Leader Particle Swarm Optimization (M-SLPSO), com base no PSO, para resolver o problema da estimação dos parâmetros dos sistemas PV. Este método utiliza vários swarms com diferentes mecanismos de procura e cada swarm é guiado por um líder com uma trajetória em espiral diferente. De acordo com o desempenho dos swarms, estes podem trocar de mecanismos de procura entre si e os agentes podem migrar entre swarms, possibilitando assim um bom balanço entre os mecanismos de intensificação e de diversificação. Este método mantém uma boa diversidade nas trajetórias de exploração enquanto constrói novas soluções ao longo do processo de procura, mitigando a estagnação da população e a convergência prematura. Para além disso, consegue explorar o espaço de procura multidimensional em diferentes regiões simultaneamente e consegue adaptar-se aos vários problemas de otimização. Finalmente, é feita uma análise e discussão dos resultados obtidos pelo método na resolução de funções de benchmark e na estimação dos parâmetros fotovoltaicos. Esses resultados são comparados com os resultados obtidos por vários algoritmos metaheurísticos de última geração e mostram que o método proposto apresenta um desempenho muito competitivo, encontrando soluções muito precisas e fiáveis.
- Algoritmos de Sincronização com a RedePublication . Lourenço, João André Ribeiro; Mariano, Silvio José Pinto SimõesAo longo do trabalho desenvolvido estudou-se a arquitectura de quatro dos sistemas de detecção de fase existentes na literatura e que historicamente apresentam um impacto evolutivo nesta área, o sistema Detector de Passagem por Zero (Zero Cross Detector-ZCD), o sistema Ciclo de Procura de Fase (Phase Lock Loop-PLL), o sistema PLL com Filtro Rejeita Banda (Notch Filter PLL – NPLL) e o sistema SOGI-PLL (Second Order Generalized Integrator–PLL). Foram analisadas as fragilidades existentes em cada uma das tecnologias estudadas e que serviram de base para que estes algoritmos fossem evoluindo ao longo dos anos, muito em função das necessidades e especificidades encontradas. Procedeu-se ao desenvolvimento matemático de cada um dos algoritmos e, posteriormente, à sua implementação, para simular os perfis de resposta, no programa Matlab®. Para base de teste dos algoritmos em estudo, fez-se o dimensionamento de uma interface electrónica para aquisição e modulação do sinal de tensão da rede real tendo em conta as necessidades de isolamento e segurança. Fez-se ainda um estudo da arquitectura e funcionamento do microcontrolador em uso e, em função desses parâmetros, desenvolveu-se o código numa linguagem compatível e testaram-se os diferentes algoritmos.
- An Advanced Model Predictive Current Control of Synchronous Reluctance MotorsPublication . Benjamim, Wagner Ruben Gaspar; Cardoso, António João Marques; Jlassi, ImedSynchronous reluctance motors (SynRMs) have, in recent years, attracted much attention due to their high-efficiency output and nature of their construction denoted by the lack of expensive magnetic materials, thus cheapening the overall cost whilst increasing in robustness. These benefits have made the SynRM a strong contender against other established electric motors in the market. Similarly, model predictive current control (MPCC) has recently become a powerful advanced control technology in industrial drives, being, therefore, a suitable choice for SynRM drives granting overall high control performance and efficiency. However, current prediction in MPCC requires a high number of voltage vectors (VVs) synthesizable by the converter, being therefore computationally demanding. Accordingly, the main goal of this work is the development and analysis of a more efficient and advanced MPCC for SynRMs whilst reducing the computational burden and delivering good control performance in contrast with the standard MPCC. Therefore, to achieve the intended levels of efficiency and control performance in SynRM drives, a combination of two control strategies is developed, which combines hysteresis current control (HCC) and MPCC, dubbed in this work HCC-MPCC. Furthermore, the SynRM dynamic model equations comprising the magnetic saturating effects and iron losses are presented through a detailed theoretical and computational analysis of the drive’s control. Conclusively, the developed HCC-MPCC for SynRM drives is analyzed through thorough and rigorous experimental tests alongside the standard MPCC, whose obtained results are detailed comprehensively.
- Análise Comparativa do Desempenho de Conversores DC-DC Aplicados ao Carregamento de Veículos ElétricosPublication . Sampaio, Yolanda Vicente; Cardoso, António João MarquesO impacto ambiental da infraestrutura de transporte e o aumento do preço dos combustíveis despertaram o interesse em fontes de energias alternativas, menos poluentes e mais baratas. As preocupações com o elevado consumo de combustíveis fósseis e a crescente poluição atmosférica conduziram ao desenvolvimento dos veículos elétricos, híbridos e plug-in, mais eficientes e sustentáveis do ponto de vista ambiental. A energia elétrica consumida por estes veículos pode ser gerada por fontes de energia renováveis, que apresentam menor impacto ambiental. No actual contexto, em que a implementação de micro-redes DC assume uma posição de interesse crescente, importa responder a um conjunto de requisitos técnicos de relevo. Mais concretamente, será necessário criar vários níveis de tensão que permitam a ligação de diferentes tipos de cargas à rede. A criação dos níveis de tensão adequados será feita com recurso a conversores DCDC. Em micro-redes DC, os conversores DC-DC de alta potência consideram-se elementoschave para o carregamento/descarregamento dos VEs. Neste trabalho, duas topologias de conversores DC-DC são aplicadas ao carregamento/descarregamento de VEs, para um estudo comparativo que pretende avaliar o desempenho de cada topologia de conversor, por meio da variação de parâmetros como a potência de carregamento, a tensão de entrada, a frequência de comutação, entre outros. Os resultados obtidos a partir de uma simulação coordenada no programa Matlab|Simulink permitiram demostrar o bom funcionamento de dois sistemas propostos. As conclusões retiradas do estudo comparativo são suportadas através de resultados experimentais.
- Análise Comparativa do Desempenho de Proteções DC de Estado SólidoPublication . Fonseca, Luis Jorge Sampaio; Bento, Fernando José FigueiredoA protecção de sistemas de energia em corrente contínua (DC) assume, nos dias de hoje, uma relevância crescente, dado o interesse crescente e a prevalência desta forma de distribuição de energia. De facto, tem vindo a ser desenvolvido um conjunto abrangente de dispositivos de protecção para sistemas DC. Apesar da disponibilidade de uma gama crescente de soluções para a protecção de sistemas de energia em DC, subsistem preocupações relativamente à efectividade e resiliência de algumas dessas soluções. Assim, esta dissertação visa realizar uma escolha informada das topologias de protecções DC aplicáveis a micro-redes DC, particularmente das topologias de estado sólido. Através de uma análise comparativa, são avaliados aspectos como a tolerância a falhas ou o stress imposto aos componentes da protecção. Para tal, é efectuada a simulação, em ambiente MATLAB/Simulink, de um sistema DC integrando algumas das protecções de estado sólido consideradas mais promissoras. Essas mesmas configurações de protecções DC são igualmente sujeitas a validação experimental, para confirmação dos resultados de simulação.
- Análise de conversores eletrónicos bidirecionais em sistemas de produção, consumo e armazenamento de energiaPublication . Ferreira, Patrícia Alexandra Simões; Calado, Maria do Rosário AlvesDado o aumento da consciencialização e da preocupação face às alterações climáticas que estão a ocorrer na Terra, os veículos elétricos voltaram a ganhar notoriedade, sendo apontados como uma das soluções para os problemas de consumo excessivos de combustíveis fósseis e de emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. Por esta razão, é importante que a energia seja proveniente de fontes renováveis. Nesse sentido, as aplicações que recorrem a energias renováveis têm aumentado devido à constante investigação sobre este tema, particularmente, a produção de energia elétrica através de um sistema fotovoltaico. Para a conversão da energia produzida pelos módulos fotovoltaicos (PV) é necessário a utilização de um inversor que, por sua vez, irá converter a corrente e tensão contínua em corrente e tensão alternada. A presente dissertação visa analisar um sistema fotovoltaico com armazenamento interligado com a rede elétrica. Deste modo, é apresentada uma visão geral sobre energia solar fotovoltaica, veículos elétricos, todos os componentes envolvidos para a realização desta dissertação e, por fim, a apresentação dos resultados obtidos.
- Análise do Desempenho de Sistemas LiDAR Indoor de Baixo Custo em Aplicações OutdoorPublication . Rei, Rafael da Silva; Gaspar, Pedro Miguel de Figueiredo Dinis OliveiraUm desenvolvimento dos métodos de medição ao longo dos anos, deu fruto a uma tecnologia ótica de medição remota que estuda as propriedades da luz refletida a fim de calcular as distâncias do meio envolvente. A tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging) determina a distância a um objeto através do intervalo de tempo que um pulso laser leva desde a sua emissão à sua receção. Vários são as áreas de estudo onde esta tecnologia é aplicada. Consoante as mesmas, o equipamento LiDAR pode ser para uso indoor ou outdoor, e encontrar-se em sistemas de uma dimensão (1D), duas dimensões (2D) ou três dimensões (3D) fará que consiga elaborar gradualmente uma representação real do meio envolvente. Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento de um LiDAR 2D indoor de baixo custo nas adversidades de um ambiente outdoor, visando melhorar a captação de dados em aplicações onde a luz ambiente, temperatura, humidade e reflexões possa afetar negativamente os resultados. É proposta a obtenção de medições nos diversos ambientes mencionados anteriormente. O tratamento de dados em MATLAB permite estudar possíveis erros encontrados. O primeiro estudo indoor com chapas a 90º, apresentou um erro médio de medição de 0,5%. Mantendo no mesmo ambiente de estudo, o aumento do erro médio para 1,04%, deveu-se à utilização de chapas a 70º. Aplicando a mesma ordem de ensaio dos objetos num ambiente outdoor, obtiveram-se erros médios de medição de 1,28% e 0,88%, respetivamente. Num terceiro grupo de estudo outdoor, sobre contexto real, resultou um ensaio com incidência solar direta, levando à não identificação dos objetos. Contudo, quando a incidência solar direta não estava presente, o erro médio de medição era de 1,85%, ainda que com poucos objetos identificados. Para concluir, a adaptação de sistemas LiDAR indoor de baixo custo em aplicações outdoor não é aconselhado. Existem ainda muitos desafios a serem superados nesta tecnologia emergente e revolucionaria.
- Análise do Potencial Energético das Ondas em Portugal ContinentalPublication . Martins, Helder José Aragão; Calado, Maria do Rosário AlvesO tema abordado nesta dissertação tem um potencial enorme de desenvolvimento a nível mundial. Assim, neste trabalho pretende-se complementar o que já foi estudado na Universidade da Beira Interior nesta área científica. Nos trabalhos anteriores foi feita uma abordagem para o desenvolvimento conversores de energia elétrica a partir do movimento das ondas do mar, sem ter sido tido em conta o estudo das direções das ondas, incidindo-se na análise da sua altura e seu período. Com a presente dissertação pretende-se caracterizar a costa portuguesa, considerando as informações disponibilizados pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera para sete localizações na costa. O estudo incide ainda na análise das ocorrências de cada onda, no que diz respeito às suas alturas, período e direções, permitindo determinar quais as ondas com maior ocorrência e também as densidade de potência que se poderão atingir com maior probabilidade, direcionando o projeto de um determinado dispositivo para uma localização específica. Pretende-se assim disponibilizar o resultado dos estudos e resultados desta dissertação para futuros projetos de dispositivos conversores, possibilitando uma otimização do sistema e um rendimento superior. Por outro lado, a informação acerca das direções das ondas do mar poderão influenciar o projeto mecânico das estruturas de instalação dos conversores, tendo em conta os esforços mecânicos resultantes da direção de ataque das ondas.
- Análise dos Perfis de Carregamento de Veículos Elétricos numa Estação de CarregamentoPublication . Pinto, Rita Jorge Cerqueira; Calado, Maria do Rosário AlvesPortugal, em termos energéticos, caracteriza-se como um país de elevados índices de dependência externa, na medida em que importa mais de 70 % da energia primária que consome, principalmente, combustíveis fósseis. A volatilidade dos preços desses combustíveis e uma maior consciencialização ambiental são fatores que fazem crescer a dinâmica de implementação de energias renováveis com promoção de medidas de eficiência energética e que contribuem para o aumento da segurança energética nacional. O elevado número de população nas grandes cidades que utiliza veículos de combustão interna, faz deste meio um problema de saúde. A penetração dos veículos elétricos parece assim ser inevitável, uma vez que apresentam a capacidade de fazer tender para zero as emissões dos meios de transporte. De forma a tornar o veículo elétrico uma possibilidade real é necessário que existam as condições necessárias à sua implementação, criando estruturas de apoio, nomeadamente, estações de carregamento. Assim, os veículos totalmente elétricos ganharão uma capacidade de percorrer maiores distâncias e, consequentemente, maior atenção por parte dos consumidores. A massificação da eletrificação da mobilidade faz crescer preocupações e levanta questões acerca da qualidade da energia que a rede de distribuição elétrica é capaz de fornecer e o impacto que estes veículos poderão causar na rede. Com este trabalho, é pretendido realizar uma análise dos perfis de carregamento de um veículo elétrico em carregamento numa estação de carregamento protótipo, resultado de um protocolo entre a UBI e Enforce, Engenharia da Energia, S.A..