ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia by Sustainable Development Goals (SDG) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- Algoritmos Genéticos para Otimização de soluções integrando carregadores de veículos elétricos, auto-produção e armazenamento de energiaPublication . Nascimento, Fernanda Claudino Leite; Roque, Luís Augusto Correia; Mota, Alzira Maria Teixeira daÉ crescente a importância da energia renovável e da mobilidade elétrica, para enfrentar os desafios ambientais e energéticos atuais. Acerca da mobilidade elétrica, o número crescente de veículos elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos plug-in, traz a necessidade de mais infraestrutura de carregamento, destes tipos de veículos, nas cidades e nas estradas, onde tais infraestrutas precisam estar conectadas à rede elétrica de distribuição, resultando em restrições como disponibilidade de potência. Este trabalho faz uma abordagem acerca do dimensionamento de uma estação de carregamentos rápidos de veículos elétricos, lidando com esse desafio através da implementação de um sistema de armazenamento de energia baseado em bateria BESS e considerando a inserção no sistema de uma fonte de energia renovável (energia solar). Pretendemos minimizar os custos globais de energia, para evitar atualizações futuras na infraestrutura e potencializar a integração de recursos de energia renovável. A metodologia adotada baseia-se no Algoritmo BRKGA, um método aplicado em problemas de otimização combinatória, para encontrar soluções ótimas que levem em consideração a carga de carros elétricos, a geração de energia renovável local e o armazenamento eficiente de energia com custos mínimos. Através de estudos de caso com diferentes cenários, implementamos a metodologia proposta. Foram obtidos resultados para o dimensionamento de uma estação de recarga com auto produção de energia de fonte renovável que minimizam os custos de energia. Este trabalho, destaca a importância contínua da pesquisa em Algoritmos Genéticos e seu papel relevante na resolução de problemas complexos relacionados à energia e mobilidade elétrica, pavimentando o caminho para um futuro mais sustentável e ecologicamente consciente.
- Análise de estado/risco de ativos de muito alta tensãoPublication . SILVA, MIGUEL SOUSA E; Andrade, Tiago BrancoEste trabalho é realizado no âmbito da dissertação de mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. O tema desta dissertação é a análise de efeitos e riscos em ativos de muito alta tensão. Numa fase inicial deste trabalho é feita uma contextualização ao tema e são partilhados os objetivos do trabalho proposto. Foi também realizado um estado da arte relativo a tópicos que estão relacionados com o tema principal do trabalho. Neste documento é apresentada uma caracterização da Rede Nacional de Transporte e dos ativos pertencentes a uma rede de transporte de energia elétrica. É abordado também um tópico relacionado com manutenções, onde são apresentadas diferentes políticas de manutenção, desde políticas de manutenção corretiva, preventiva e preditiva. São apresentadas duas metodologias de cálculo com vista no cálculo de índices de saúde e criticidade dos ativos, para análise de estado e de risco dos mesmos. É feita uma aplicação destas metodologias a dois tipos de dispositivos, disjuntores e seccionadores, são também elaborados casos hipotéticos de estudos, de modo a avaliar possíveis resultados do uso destas metodologias. Na conclusão deste trabalho é abordada a importância da necessidade de manutenção dos ativos pertencentes à rede de transporte de energia elétrica e da correta aplicação das diferentes políticas de manutenção utilizadas. Conclui-se que recorrer ao cálculo de índices de saúde e criticidade é benéfico para a análise do estado e criticidade de ativos, sendo uma mais-valia para priorizar ações de intervenção entre ativos.
- Análise geoespacial para mapeamento e visualização da infraestrutura da rede elétrica de média tensão no apoio à sua expansãoPublication . GONÇALVES, PEDRO FILIPE RIBEIRO; Cruzvillasante, Fernando Lezama; Castro , Fábio Daniel da SilvaRecent studies have highlighted the growing importance of integrating geospatial analysis into the planning of Medium Voltage distribution networks. For this analysis, it is important to incorporate land use, slope constraints, and regulatory factors into cost models, ensuring solutions that are both technically feasible and economically sustainable. Building upon these foundations, this thesis explores the integration of Geographic Information Systems to support the expansion of Medium Voltage electricity distribution networks. Using Least Cost Path analysis in QGIS, multiple candidate routes were generated across eight case studies covering different regions, from south to north, of the Portuguese mainland. Each study area presented unique challenges, such as urbanized zones, industrial areas, aerodromes, agricultural land, and slope constraints, which were incorporated into spatial cost surfaces. These geospatial outputs were then processed with an optimization model built in Python, using Pyomo library and the optimization solver Gurobi, to evaluate engineering feasibility and economic efficiency. The model accounted for an optimal pole spacing and evaluated the cost related to each pathway generated. The findings demonstrate that the integration of Geographic Information Systems and optimization offers a powerful tool for Medium Voltage grid planning, enabling the identification of cost-effective and technically feasible routes. Results highlight the variability of costs across different conditions, showing that minor routing changes can lead to significant savings. Overall, this methodology bridges spatial analysis and decision-making, contributing to more sustainable and efficient energy infrastructure planning.
- Automatização da seleção de materiais elétricos: Desenvolvimento e aplicação do XpertPickPublication . MOREIRA, PEDRO MIGUEL GONÇALVES; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoA seleção eficiente de materiais elétricos é um fator determinante na produtividade, segurança e sustentabilidade das instalações elétricas. No entanto, este processo é frequentemente afetado por decisões subjetivas, por falta de padronização e pela ausência de ferramentas automatizadas de apoio técnico. Com o objetivo de ultrapassar estas limitações, foi desenvolvido o sistema “XpertPick”, uma aplicação autónoma que recomenda produtos com base em critérios técnicos e comerciais, extraídos de uma base de dados em Excel. A aplicação permite ao utilizador selecionar as características que considera relevantes e gerar recomendações fundamentadas, com exportação direta para um ficheiro PDF e envio por email. A interface foi concebida para ser intuitiva e modular, integrando funcionalidades como a procura por referência, a seleção dinâmica por categoria e o suporte assistido ao utilizador. O sistema apresenta-se como uma solução prática para consultores e técnicos comerciais, contribuindo para a automatização de processos e para a tomada de decisões mais informadas e eficazes. Este trabalho demonstra como a integração entre análise técnica, automatização e usabilidade pode melhorar significativamente o processo de recomendação de materiais no setor elétrico, com potencial de aplicação em outras áreas técnicas semelhantes.
- Avaliação do ciclo de vida da pegada de carbono e estratégias de economia circular para a subestação de Ponte de LimaPublication . CARDOSO, ANDRÉ SANTOS; Andrade, Tiago BrancoThis document explores and contributes to the strengthening of the integration of circular economy and sustainability criteria in the infrastructure of REN (Redes Energéticas Nacionais), focusing particularly in the Ponte de Lima substation. The growing environmental concerns and the European Union’s ambitious climate goals place increasing pressure on the energy sector to evolve from the traditional linear economy model to a more sustainable circular economy model. This transition is of utmost importance, as the energy sector is both an enabler of society’s decarbonization and, at the same time, a significant consumer of virgin materials and source of emissions. In the context of the circular economy, this document addresses methodologies, frameworks, and implementation tools, as well as initiatives to support the adoption of strategies for extending the lifecycle of assets, integrating recycled materials into construction works, and minimizing waste through product design and operation and maintenance strategies. The document also explores the state of the circular economy in the European Union and in Portugal, analyzing the goals set by both, as well as the current state of virgin material use, waste management, and public opinion on the matter within the EU. Finally, the document emphasizes the challenges that transmission system operators face and need to address, such as asset lifecycle management and resource efficiency, highlighting the importance of implementing circular practices and their benefits. Subsequently, a benchmark of several European transmission system operators comparable to REN in terms of operations and objectives was carried out, with the purpose of analyzing their strategies and efforts for the possible incorporation of best practices. This analysis revealed that several companies are already directing attention and resources toward transitioning to a circular economy, achieving quantitative results. Lastly, a brief description of REN’s national infrastructure and the role it assumes as an operator was provided. The initiatives and projects implemented or underway at REN for the integration of the circular economy into its operations were also analyzed. The implementation of a circular economy strategy at REN represents a major challenge, one that cuts across several internal departments and impacts the entire supply chain.
- Caracterização e Implementação de um Conversor Dual Active Bridge e Respetivo ControloPublication . Resende, Diogo Manuel Passos Pinhal Resende; Brito, Rui Miguel Monteiro deEste trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um conversor Dual Active Bridge (DAB). Numa primeira parte, é apresentado o enquadramento da necessidade do desenvolvimento deste projeto para a Addvolt, no seu contexto empresarial (eletrificação de camiões de frio). É apresentado o Estado da Arte sobre este tipo de conversores. Aqui são abordados conceitos teóricos sobre vários tipos de conversores de corrente contínua, no sentido de perceber a necessidade da utilização de isolamento galvânico em aplicações de alta potência. Ao mesmo tempo, é aprofundado o estudo do conversor DAB devido à sua robustez e possibilidade de fluxo de potência bidirecional. A par disto, são apresentados alguns dos componentes utilizados e abordadas algumas das técnicas de modulação e controlo mais utilizadas neste tipo de conversores. Após a decisão do tipo de modulação a utilizar no conversor, são efetuados cálculos e simulações para verificar se, com o material já adquirido, o conversor consegue atingir o nível de transito de potências para o qual foi dimensionado num estudo anterior. Foi definido um novo nível de potência e testado o funcionamento a vários níveis de temperatura. Posteriormente, é feita a montagem do conversor onde são identificados e resolvidos alguns problemas e finalizadas todas as etapas de condicionamento de sinal para a leitura de valores de tensão, corrente e temperatura. Em paralelo com isto, foi desenvolvido um código em C e uma interface gráfica para o controlo do conversor. Por ultimo, é testado o funcionamento do conversor, anotados os resultados e tiradas as conclusões.
- Continuidade de alimentação e eficiência energética em data centersPublication . AZEVEDO, DIOGO MARTIM MACEDO; Gomes, António Augusto AraújoOs Data Centers são a espinha dorsal da era digital, suportando a conectividade global e a economia baseada em dados, com uma tendência crescente na sua relevância à medida que a dependência da tecnologia aumenta, exigindo infraestruturas mais eficientes, seguras e sustentáveis, sustentando armazenamento, processamento e distribuição de dados. No projeto eletrotécnico, destaca-se a importância da redundância energética, com geradores, fontes de alimentação ininterrupta e sistemas de comutação, assegurando continuidade de alimentação mesmo em falhas, oferecendo escalabilidade, eficiência e confiabilidade. A eficiência energética é avaliada por métricas como o Power Usage Effectiveness, a integração de fontes renováveis, como energia solar e eólica, e sistemas de gestão centralizada, otimizando recursos e operação. Na comunicação, arquiteturas como Spine-Leaf e Fat-Tree suportam alta escalabilidade e baixa latência, com protocolos como Ethernet e InfiniBand que garantem velocidades de até 100 Gb/s, enquanto redes estruturadas utilizam fibra ótica e par de cobre para transmissão confiável. Normas específicas orientam os projetos de Data Centers, assegurando conformidade e desempenho. Este panorama integra-se a um contexto de inovação, com avanços em computação edge, distribuição de corrente contínua e inteligência artificial, preparando os Data Centers para o futuro. O trabalho está estruturado em três capítulos principais. O primeiro introduz a motivação, objetivos e a importância do tema. O segundo aprofunda os fundamentos teóricos e técnicos de Data Centers. Por fim, o terceiro capítulo tem como objetivo apresentar uma análise abrangente da execução da dissertação, abordando os desafios e obstáculos enfrentados durante o desenvolvimento do trabalho, com uma avaliação crítica dos resultados obtidos.
- Conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos como medida de estabilidade da frequência dos sistemas elétricos de energiaPublication . MENDES, ANTÓNIO TIAGO RIBEIRO; Carvalho, José António BelezaAs metas de neutralidade carbónica estabelecidas pela União Europeia e por diversos países em todo o mundo impulsionaram uma transformação dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE), caracterizada pela substituição gradual da geração térmica síncrona por Fontes de Energia Renovável (FER), como a eólica e a solar. A transição energética, embora necessária para alcançar as metas estabelecidas, introduz desafios significativos à estabilidade dos SEE, uma vez que as FER ainda não contribuem para a estabilidade em níveis equiparáveis aos de um gerador síncrono, seja ao nível da inércia, que tem registado uma redução assinalável nos últimos anos, seja no controlo de tensão ou na potência de curto-circuito. Neste contexto, os compensadores síncronos apresentam-se como uma solução promissora para assegurar, de forma eficaz, o papel de estabilidade até agora desempenhado pela produção termoelétrica. Entre as soluções de compensação síncrona destacam-se duas abordagens: a conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos e a construção de novos compensadores. Dado o contexto, a solução de conversão representa uma oportunidade única para rentabilizar ativos que seriam, de outro modo, descomissionados, apresentando custos de investimento até 50 % inferiores e prazos de implementação mais reduzidos, comparativamente à construção de novos compensadores síncronos. Ainda assim, esta potencial vantagem económica e operacional deve ser avaliada face aos requisitos técnicos exigidos e à viabilidade específica de conversão de cada central, uma vez que nem todas se encontram em iguais condições técnicas e estado de conservação. Na literatura atual, a informação necessária para conduzir esta avaliação encontra-se dispersa e limitada, sobretudo ao nível técnico. Assim, nesta dissertação, propõe-se uma metodologia sistemática para analisar a viabilidade técnica e económica da conversão de centrais termoelétricas em compensadores síncronos, identificando os principais desafios e modificações técnicas, os aspetos económicos envolvidos, e comparando as vantagens e desvantagens desta opção face à construção de novos compensadores síncronos. Para validar a metodologia proposta, desenvolve-se um caso de estudo utilizando como referência as condições reais de uma central termoelétrica existente. Os resultados obtidos confirmam não só a viabilidade da conversão do caso estudado, como também a eficácia e aplicabilidade da metodologia enquanto ferramenta prática e replicável a diferentes contextos e tipologias de centrais. O trabalho desenvolvido demonstra que as centrais termoelétricas existentes podem desempenhar um papel essencial no contexto da transição energética, através da sua conversão em compensador síncrono, proporcionando benefícios económicos e as condições técnicas necessárias para que a crescente integração das FER decorra sem colocar em causa os níveis de fiabilidade dos sistemas elétricos de energia.
- Cooperativas elétricas como mercados locais de energiaPublication . AZEVEDO, EDUARDO MIGUEL RODRIGUES; Ramos, Sérgio Filipe Carvalho; Rodrigues, AlexandreA União Europeia (EU), estabeleceu em setembro de 2023 um acordo para impulsionar a criação de produção de energia renovável, em consonância com o Pacto Ecológico e os objetivos de redução da dependência de energia russa. Os objetivos estabelecidos visam o aumento do consumo final de energia proveniente de fontes renováveis da UE para 42,5% até 2030. Os mercados locais de energia surgem como uma solução forte para o alcance das metas estabelecidas, onde fomentam um consumo mais eficiente e mais verde. Este trabalho explora a importância das comunidades de energia no desenvolvimento da economia local e na criação de mercados de energia locais, com foco no caso de estudo desenvolvido na Cooperativa Elétrica Vale d’Este. O estudo inclui toda a análise teórica e empírica, permitindo verificar detalhadamente os benefícios económicos para os cidadãos, assim como identificar as barreiras de natureza regulatória, técnica e social, que atrasam o crescimento deste modelo. O projeto-piloto apresenta resultados que evidenciam impactos positivos nas poupanças dos participantes, o que reforça a viabilidade da iniciativa. Dada a dimensão da CEVE, é também realizada uma projeção de benefícios global, alcançando uma redução significativa de custos e consumo de energia da rede. Por último, aborda-se a transição do estatuto da CEVE para Comunidade de Cidadãos para a Energia, alavancando a sua posição local, inovadora e abrindo portas a novos casos de investigação.
- Coordenação da cadeia de isoladores de uma linha de transmissão a ser instalada na região Nordeste do BrasilPublication . LOHN, RODRIGO GUETTEN; Ramos, Sérgio Filipe Carvalho; Neto, Edison Antônio Cardoso AranhaOs isoladores de cadeia desempenham um papel crucial na transmissão de eletricidade, especialmente em linhas de média, alta e muito alta tensão. Estes componentes são responsáveis por suportar as linhas condutoras e garantir simultaneamente que a eletricidade flua de forma segura, evitando curtos-circuitos e perdas de energia. Os isoladores de cadeia protegem, igualmente, os componentes da rede elétrica contra a humidade, poeira, poluição e outros fatores ambientais, aumentando assim a confiabilidade e a durabilidade das infraestruturas elétricas. A sua utilização é, pois, fundamental para garantir a segurança e a eficiência na distribuição e transmissão de energia elétrica, prevenindo acidentes e interrupções no serviço. Esta dissertação tem como objetivo principal analisar os fatores que impactam no projeto da cadeia de isoladores para uma linha de transmissão de alta tensão destinada a escoar a geração de energia elétrica da região Nordeste do Brasil e identificar a metodologia para o seu correto dimensionamento de forma a garantir a confiabilidade necessária para uma infraestrutura de tamanha importância. A relevância do tema se evidencia pela contínua expansão do sistema de transmissão, que prevê a implementação de aproximadamente 37.454 km de novas linhas até 2030. Deste total, cerca de 7.308 km estão projetados para a região Nordeste, a representar um passo essencial para o escoamento da crescente geração de energia nessa região, proveniente principalmente de energias eólica e solar fotovoltaica. Diante dessa previsão, este estudo apresenta dados relevantes para a análise de viabilidade do traçado de uma linha de transmissão (LT), além de considerar os impactos das características estruturais e construtivas das cadeias de isoladores, bem como os aspetos geográficos do local de instalação, sobre a frequência anual de desligamentos por cada 100 km de extensão da linha devido a descargas atmosféricas. Esse índice é fundamental para avaliar a viabilidade e a confiabilidade do projeto. Para isso, serão desenvolvidos os cálculos relevantes para o correto dimensionamento da cadeia de isoladores, assim como a validação por meio do software Flash 1.6, no qual verificou-se os impactos das condições meteorológicas, da distância de isolamento e do sistema de aterramento via simulações, nas quais foi possível perceber a influência significativa do nível ceráunico, da distância de isolamento em arco da cadeia de isoladores e da resistência do sistema de aterramento no número de desligamentos anuais.