ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- Gestão de recursos energéticos em Smart-grid, considerando incertezasPublication . Júnior, Wanderley Paris; Canizes, Bruno Miguel da Rocha; Fernandes, Rubipiara Cavalcante; Soares, João André PintoNos últimos anos, as redes elétricas tradicionais passaram por uma transformação significativa, evoluindo para sistemas massivamente distribuídos com a integração de diversos tipos de recursos energéticos. A crescente penetração desses recursos distribuídos, especialmente os renováveis, introduz elevados níveis de variabilidade e incertezas nos sistemas elétricos, aumentando os desafios operacionais das redes. Diante desse cenário, as novas tecnologias associadas às Smart grids têm demonstrado a capacidade de criar um ambiente orientado ao mercado, apto a lidar com a alta penetração desses recursos e com a nova dinâmica do consumo de energia. No entanto, para uma operação eficiente e econômica do sistema, são necessárias ferramentas adequadas de gerenciamento de recursos energéticos. Neste contexto, este trabalho propõe duas metodologias para resolver o problema de gerenciamento de recursos energéticos em diferentes horizontes temporais. A primeira metodologia desenvolve um modelo estocástico baseado em uma métrica de risco para o horizonte do dia seguinte. Para isso, um conjunto de cenários é gerado por meio da Simulação de Monte Carlo. Para avaliar o risco, é utilizado a métrica Conditional Value-at-Risk, visando tornar a resposta do modelo mais segura e robusta diante de eventos extremos. A segunda metodologia propõe um modelo determinístico para o horizonte Intra Diário (hora seguinte), utilizando como ponto de partida a resposta do modelo do dia seguinte baseado no risco. Este modelo prevê um mercado local de energia como estratégia para satisfazer a equação de balanço energético, permitindo ao agregador recorrê-lo para satisfazer suas demandas interna. As metodologias serão testadas em uma rede distribuição real de 180 barramento, com alta penetração de recursos distribuídos. Serão previstos casos para diferentes níveis de exposição ao risco do agregador e erros de previsão dos recursos. Os resultados obtidos demostram que o modelo para o dia seguinte, baseando no risco, é capaz de realizar decisões de agendamento não apenas com base no custo esperado, mas também considerando a mitigações dos riscos de eventos extremos. É observado reduções de custo de 12,60% na ocorrência de cenários críticos. Em relação ao modelo Intra Diário, os resultados obtidos permitem observar os impactos dos erros de previsão que próximo ao horizonte de operação, bem como os benefícios que são ofertados pelos sistemas de armazenamento de energia e o mercado local, sendo observados reduções de 3% a 19% no custo do agregador.
- Monitorização e controlo inteligente de pressão e vácuo com sistemas LOYTECPublication . SILVA, ANDRÉ FILIPE OLIVEIRA DA; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoO presente trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema automatizado para otimizar os processos de vácuo e de teste de pressão em centrais de refrigeração, designado Monitorização e controlo Inteligente de Pressão e Vácuo (MIPEV). A solução foi concebida com base na integração de controladores programáveis LOYTEC LIOB 594, permitindo a execução autónoma dos ensaios, a aquisição contínua de dados e o envio remoto de relatórios. A metodologia adotada envolveu a conceção do modelo lógico e físico do sistema, a implementação da lógica de controlo segundo a norma IEC 61131-3 com configuração de alarmes e notificações automáticas, bem como a validação experimental em condições reais, recorrendo a sondas de pressão até 150 bar e transdutores de vácuo. Os resultados demonstraram que o MIPEV é capaz de detetar fugas simuladas de forma fiável, gerir automaticamente o ciclo de triplo vácuo e reduzir significativamente a necessidade de acompanhamento presencial por parte do técnico. Verificou-se ainda que o sistema contribui para a eficiência energética, ao evitar o funcionamento contínuo desnecessário da bomba de vácuo, e para a sustentabilidade, ao reduzir deslocações técnicas e eliminar registos manuais em papel. Em termos de inovação, o MIPEV diferencia-se dos sistemas tradicionais (como manómetros e vacuómetros digitais) por integrar numa única plataforma as funções de monitorização, registo, alarmística e operação remota. Adicionalmente, a flexibilidade do sistema permite a sua aplicação tanto em ensaios de baixa como de alta pressão, aumentando a sua versatilidade em contextos industriais. Conclui-se que o MIPEV constitui uma solução robusta e escalável para a modernização de processos de ensaio em refrigeração, alinhando-se com as melhores práticas e normas internacionais, nomeadamente a EN 378, e abrindo caminho para futuras evoluções com sensores de maior resolução.
- Desenvolvimento de uma ferramenta para dimensionamento dos parâmetros de proteções de um Parque FotovoltaicoPublication . MORIM, PEDRO MIGUEL DE OLIVEIRA PINTO; Azevedo, Filipe Miguel Tavares deO presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta computacional destinada ao dimensionamento e verificação dos parâmetros de proteções elétricas nos sistemas fotovoltaicos, que tenha conformidade com as normas IEC 60364-7-712, EN 50549-1 e 2 e com o Decreto-Lei n.º 15/2022. A crescente integração de sistemas de energia solar na rede elétrica portuguesa tem vindo a impor novos desafios técnicos e normativos, nomeadamente no que se refere à coordenação das proteções, à segurança das instalações e à compatibilidade entre as exigências normativas e os equipamentos comercialmente disponíveis. Face à variação da energia solar, torna-se necessário assegurar a estabilidade da tensão e a frequência da rede, assim como prevenir fenómenos de sobretensão, sobrecorrente, falhas de isolamento e riscos de incêndio. A legislação nacional e europeia impõe requisitos específicos para cada tipologia de instalação — seja de autoconsumo ou de injeção na rede — incluindo a obrigatoriedade de proteções diferenciais, homopolares e de sobretensão, dependendo da potência instalada e da configuração do sistema. Para dar resposta a estas exigências, a presente investigação desenvolve uma ferramenta em Python com interface gráfica, capaz de dimensionar automaticamente as proteções de corrente contínua (CC) e alternada (CA), verificar a adequação normativa das proteções contra choques elétricos, sobretensões transitórias e descargas atmosféricas, e validar o cumprimento dos setpoints de tensão e frequência segundo a EN 50549-1 e -2. O programa incorpora ainda cálculos de queda de tensão, corrente de curto-circuito, proteção diferencial (RCD), sistemas de ligação à terra (TT, TN, IT) e análise de risco em conformidade com o RTIEBT, para proporcionar ao projetista uma ferramenta de apoio técnico e normativo de elevado rigor. A estrutura do trabalho compreende a análise das normas técnicas aplicáveis, a conformidade e a sua implementação no programa, assim como a caracterização dos componentes do sistema fotovoltaico (módulos, inversores e cablagem), a definição de cenários de dimensionamento, e a validação dos resultados obtidos através da comparação com softwares de referência, como o PVsyst e o PV*SOL, bem como com dados de fabricantes. O desenvolvimento faz-se por capitulo onde em cada capitulo existe a conformidade o programa que representa um excerto do que foi implementado. O objetivo final é disponibilizar uma ferramenta prática, validada e tecnicamente conforme, que permita reduzir erros de dimensionamento e facilitar a elaboração de projetos fotovoltaicos seguros, eficientes e em conformidade com a regulamentação vigente.
- Dimensionamento e Análise de um Sistema de Armazenamento em Baterias Integrado numa Central FotovoltaicaPublication . SALGUEIRO, PAULO ANDRÉ SAMPAIO; Castro, Rui Paulo Ramos deO presente trabalho teve como principal objetivo analisar a viabilidade técnica da integração de um sistema de armazenamento em baterias (BESS) numa central fotovoltaica de grande escala, considerando as condições reais de operação, os requisitos técnicos da rede e as limitações inerentes à tecnologia. Inicialmente, foi caracterizada a central fotovoltaica em estudo, avaliando-se as suas perdas, curvas de produção e limitações de injeção na rede. Os resultados demonstraram que, apesar da elevada eficiência global do sistema, existem perdas relevantes associadas a fatores como temperatura, sombreamento, resistências óhmicas e rendimento dos inversores, que condicionam a energia efetivamente injetada. Posteriormente, foi realizado o dimensionamento do sistema BESS, com base numa metodologia conservadora assente no critério de fim de vida útil (EOL). Este critério assegura que, mesmo após 20 anos de operação e contabilizando a degradação natural das baterias, o sistema é capaz de garantir a injeção de 100 MWh de energia excedente da central fotovoltaica. Para tal, verificou-se a necessidade de sobredimensionar a capacidade inicial em aproximadamente 138%, garantindo margens de segurança ao longo da sua vida útil. As simulações realizadas indicaram que o BESS apenas necessitará de operar próximo de 100% de depth of discharge (DOD) em situações excecionais, particularmente durante o verão, quando a produção fotovoltaica atinge níveis elevados. Nesses cenários, a operação em DOD máximo garante a plena utilização da energia excedente disponível. Foi também analisada a evolução do state of health (SOH) das baterias ao longo do tempo, com base em dados fornecidos pelo fabricante. Estimou-se uma degradação acumulada de cerca de 27,4% ao fim de 20 anos, conduzindo a um SOH final de 72,6%. Estes valores confirmam a necessidade de adotar o critério EOL como base de dimensionamento, permitindo manter a fiabilidade e o cumprimento das exigências da rede durante todo o ciclo de vida do projeto. Embora este estudo se tenha focado essencialmente na vertente técnica, torna-se evidente que existem implicações económicas relevantes. O sobredimensionamento do sistema conduz a custos adicionais significativos, sobretudo em períodos de baixa produção renovável, em que a utilização efetiva do BESS é reduzida. Assim, seria pertinente em trabalhos futuros integrar uma análise custo-benefício detalhada, avaliando a viabilidade económica e possíveis estratégias de otimização, como a operação multi-serviços (arbitragem de energia, regulação de frequência e serviços de reserva). Em síntese, conclui-se que a implementação de um BESS numa central fotovoltaica constitui uma solução técnica viável e alinhada com as necessidades do Sistema Elétrico Nacional, contribuindo para a estabilidade da rede e para a maximização do aproveitamento da energia renovável. O estudo reforça ainda a importância do correto dimensionamento e planeamento a longo prazo, garantindo a sustentabilidade e a fiabilidade das soluções de armazenamento num contexto de transição energética.
- Projeto de linhas elétricas de média, alta e muito alta tensãoPublication . SANTOS, ANTÓNIO JOSÉ COELHO DOS; Gomes, António Augusto AraújoA presente dissertação insere‐se na temática do desenvolvimento de projetos de linhas elétricas aéreas destinadas à transmissão de energia em média, alta e muito alta tensão. Estas infraestruturas desempenham um papel importante na modernização e resiliência do Sistema Elétrico de Energia (SEE), assegurando a interligação entre os centros de produção e os pontos de consumo. Paralelamente, contribuem para a continuidade e qualidade do fornecimento, para a redução de perdas e para a integração de fontes de energia renovável, em conformidade com as metas do Plano Nacional de Energia e Clima 2030 (PNEC 2030) e do Roteiro para a Neutralidade Carbónica 2050 (RNC 2050). A sua operação e manutenção, incluindo a reabilitação de troços envelhecidos e a execução de inspeções regulares, constituem fatores determinantes para garantir a fiabilidade e a sustentabilidade destas infraestruturas ao longo do seu ciclo de vida. Este trabalho procede, inicialmente, à análise das linhas aéreas de transporte e distribuição no Sistema Elétrico Português, evidenciando a sua relevância para a integração de fontes de energia renovável e para o cumprimento das metas estabelecidas no PNEC 2030 e no RNC 2050, com foco nos desafios de planeamento associados à acomodação de fontes de geração intermitentes. Seguidamente, é analisada a conceção dos componentes das linhas elétricas aéreas, como condutores, cadeias de isoladores, sistemas de aterramento, cabos de guarda, apoios e fundações, concebidos em conformidade com as normas técnicas aplicáveis. São também integrados dispositivos de proteção ambiental, sistemas de sinalização aeronáutica e mecanismos de proteção à avifauna, garantindo a sustentabilidade e a minimização dos impactos ambientais. A dissertação descreve as fases de desenvolvimento do projeto de linhas elétricas aéreas, desde os estudos preliminares para avaliar a viabilidade técnica, económica e ambiental, até à análise das condicionantes legais, ambientais e urbanísticas que orientam a definição de um traçado otimizado, conciliando eficiência técnica e minimização de impactos. Este processo inclui, ainda, a definição do traçado final, a elaboração do projeto de licenciamento, a construção e eventuais retificações. No domínio do dimensionamento elétrico e mecânico, foram abordados os cálculos fundamentais ao projeto de linhas aéreas, incluindo metodologias de análise que garantem a coerência entre as exigências regulamentares e o desempenho técnico das infraestruturas. Para suportar este dimensionamento, recorreu‐se a ferramentas computacionais especializadas, como o PLSCADD e o CLINHAS que foram empregues na modelação mecânico estrutural das linhas aéreas, permitindo a verificação das distâncias de segurança, a validação da estabilidade estrutural, a análise de tensões sob diferentes condições de carga e a otimização do posicionamento dos apoios. No domínio da análise elétrica, foi desenvolvida a aplicação PowerFlowCalc, implementada em Microsoft Excel com recurso a Visual Basic for Applications (VBA), destinada à automatização do cálculo de parâmetros elétricos, análise do trânsito de potência, à determinação da ampacidade e à modelação dos campos elétricos e magnéticos, colmatando a lacuna existente no tratamento de linhas simples e duplas com feixes até quatro condutores por fase. A validação da metodologia e da ferramenta desenvolvida é demonstrada através da sua aplicação integral em dois estudos de caso representativos, nomeadamente o projeto de uma linha de distribuição de 60 kV em circuito duplo e o de uma linha de transporte de 400 kV com dois condutores por feixe. Ambos os projetos foram desenvolvidos integralmente no âmbito deste trabalho, sem recurso a adaptações de iniciativas pré‐existentes, abrangendo o dimensionamento elétrico e mecânico, assim como, o estudo do trânsito de potências, o cálculo dos campos eletromagnéticos, a análise das trações nos condutores e a verificação do comportamento da cadeias de isoladores e da estabilidade dos apoios. O processo valida a conformidade dos projetos com os requisitos normativos e os limites de exposição aplicáveis, evidenciando a metodologia proposta e a aplicabilidade prática do trabalho desenvolvido. A investigação foi conduzida com base num enquadramento regulamentar abrangente, no qual se destacam como principais referências o Regulamento de Segurança de Linhas Elétricas de Alta Tensão (RSLEAT) e a norma europeia EN 50341 (Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV), bem como as especificações técnicas e normativos de projeto implementados pelas entidades responsáveis pelas redes nacionais de distribuição e de transporte, entre os quais se salientam os documentos normativos da E‐Redes e as especificações técnicas internas da Redes Energéticas Nacionais (REN). Esta dissertação consolida, assim, um referencial metodológico integrado, contribuindo de forma significativa para a modernização e a resiliência da rede elétrica nacional, ao promover a eficiência e a sustentabilidade no planeamento e execução de projetos de linhas elétricas.
- Impacto dos esforços eletromecânicos nos equipamentos de uma subestação elétricaPublication . MOTA, ALEXANDRE MORAES DA; Dias, Fernando Mauricio Teixeira de SousaO presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional capaz de automatizar os cálculos dos esforços eletromecânicos em condutores utilizados em subestações elétricas, atendendo aos critérios técnicos estabelecidos pelas normas IEC 60865-1:2011, IEC 60865-2:2015, IEEE 605:2008 e Regulamento de Segurança de Linhas Elétricas de Alta Tensão - RSLEAT:1992. A ferramenta foi desenvolvida utilizando a linguagem de programação Python, com foco na modularidade, clareza na estrutura de processamento e facilidade de atualização, permitindo que seja aplicada em diferentes contextos e projetos com exigências variadas. A metodologia adotada baseia-se na separação do sistema em três blocos principais: entrada de dados, processamento dos cálculos e saída de resultados. O projetista insere as informações relevantes do sistema, tais como tensão, corrente de curto-circuito, frequência e características dos condutores, selecionados a partir de uma base de dados previamente estruturada. Essa base de dados, por sua vez, permite o armazenamento e a recuperação automática de propriedades físicas e geométricas dos cabos, promovendo agilidade e precisão na etapa inicial do processo. O módulo de processamento realiza a combinação das informações fornecidas com as fórmulas de cálculo normativas, previamente adaptadas do Excel para o ambiente Python, garantindo a conformidade com as normas/regulamentos nacionais e internacionais. O sistema automatiza equações complexas e elimina a necessidade de consultas manuais a gráficos normativos, contribuindo para a redução do tempo de execução e a diminuição de erros humanos. Para validar a funcionalidade da aplicação, foi utilizado um caso real de projeto de subestação elétrica, cujos dados foram parcialmente apresentados, em cumprimento ao acordo de confidencialidade firmado entre a Quadrante Compass Group – QDE e a empresa parceira. A ferramenta demonstrou resultados consistentes e maior precisão em relação aos métodos tradicionais, além de proporcionar benefícios como a padronização dos cálculos e a organização sistemática das saídas em planilhas de Excel. Os resultados obtidos demonstram o potencial da ferramenta como apoio técnico ao desenvolvimento de projetos de subestações elétricas, especialmente naquelas que envolvem condutores rígidos e flexíveis em diferentes orientações. A abordagem proposta contribui significativamente para a modernização do processo de projeto eletromecânico, aliando rigor técnico à eficiência operacional, ajustando-se assim às necessidades atuais do setor elétrico.
- 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.
- 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.
- Criação de um sistema de apoio à decisão para instalação fotovoltaica com base na análise pormenorizada do perfil do consumidorPublication . VAU, JOSÉ MIGUEL AIRES; Chibante, Rui Filipe MarquesA tentativa generalizada de uniformizar os sistemas de apoio à decisão para investimentos em tecnologia fotovoltaica impede, muitas vezes, que os utilizadores finais tenham acesso a soluções verdadeiramente personalizadas. Esta limitação compromete não só a capacidade de corresponder às expectativas dos clientes, como também, de forma mais crítica, a precisão na projeção do retorno do investimento com base em dados históricos de consumo. A energia solar de base fotovoltaica tornou-se um dos eixos centrais da transformação energética global, contribuindo de forma significativa para a redução da pegada carbónica e para a diversificação do mix energético. Ainda assim, a sua integração em contextos domésticos e empresariais levanta vários desafios — desde a dificuldade em adaptar soluções às particularidades dos perfis de consumo, até à elaboração de propostas que conciliem viabilidade técnica com sustentabilidade económica. Em Portugal, os avanços têm sido notórios: segundo dados da REN, a 5 de setembro de 2024, a produção de eletricidade proveniente de sistemas fotovoltaicos atingiu 3,99 TWh, superando já o total registado em todo o ano de 2023 — e isto em apenas nove meses. No plano internacional, a energia solar vive um crescimento explosivo: a capacidade instalada mundial ultrapassou os 2 terawatts, com a China, os EUA e a Índia a ocuparem posições de liderança. O contraste temporal é revelador — foram precisas quase sete décadas para alcançar o primeiro TW (entre 1954 e 2022), mas bastaram dois anos adicionais para duplicar esse valor. Esta evolução acelerada deve-se, em grande medida, à implementação de políticas públicas favoráveis e à queda acentuada dos custos dos equipamentos. A necessidade de um sistema de apoio à decisão eficaz e centrado no utilizador surge das ineficiências frequentemente observadas nas instalações fotovoltaicas domésticas. Um sistema com estas características deve considerar dados históricos de consumo detalhados, condições solares regionais e variáveis específicas de cada cliente. Este projeto procura responder a essa lacuna, através do desenvolvimento de uma ferramenta que forneça soluções personalizadas e orientadas por dados — assegurando, assim, a viabilidade económica e uma maior satisfação do utilizador.
- Estudo de saturação de transformadores de corrente em redes com conteúdo harmónico: Impacto nas proteções de sistemas de armazenamento de energiaPublication . LIPINSKI, LEONARDO; Brito, Rui Miguel Monteiro deOs Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias, denominados BESS (da sigla em língua inglesa Battery Energy Storage Systems) desempenham fundamental papel na transição energética como meio de estabilização da potência fornecida por fontes de energia renováveis. Composto essencialmente por eletrónica de potência ativa, os PCS (do Inglês Power Convertion System) são conversores bidirecionais que realizam a conversão de corrente alternada para contínua, durante o processo de carregamento das baterias e também de contínua para alternada durante o processo de injeção de potência das baterias para a rede. Sua proteção, baseada em relés eletrónicos multifunções que atuam em disjuntores de média tensão, amostram os sinais de corrente destes circuitos via transformadores de corrente, que podem estar sujeitos à saturação dado o comportamento não linear destes equipamentos e sua base tecnológica (núcleos ferromagnéticos). Como análise essencial no dimensionamento e especificação dos transformadores de corrente, se faz necessário o estudo de saturação destes equipamentos face aos níveis de curto-circuito na instalação, uma vez que é de fundamental importância garantir a correta atuação dos disjuntores e demais subsistemas de proteção associados a estes transformadores frente a um fenómeno de curto-circuito. Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento dos transformadores de corrente das celas de média tensão face ao típico conteúdo de distorção harmónica existente nos sistemas BESS, bem como, por meio numérico via utilização do software PLECS, construir uma metodologia de análise da saturação de transformadores de corrente em redes com conteúdo harmónico.