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This dissertation presents a methodology for the classification and indication of replacement of ventilated lead acid batteries used in substations through the use of the operational fragility indicator composed of two criteria: equipment situation and operational situation. This indicator allows the recognition of which battery has replacement priority in a set of substations. The equipment situation criterion has the formation of the discharge capacity, conductance, operating time and terminal voltage drop. While the operational situation criterion represents the substation's characteristic as transformed power, existence of battery and backup diesel generator. The criteria that were chosen for decision making are divided into two groups: Equipment Situation Criterion (ESC) and Operational Situation Criterion (OSC). The ESC presents the electrical characteristics of the battery bank while the OSC presents the condition of the equipment with respect to location and backup equipment. The multicriterial analysis methods AHP and PROMETHEE were used in this work. The first to define the weights of the criteria, and the second to obtain the OFI. The operational fragility indicator has an important application in the corrective maintenance planning of the electric utility. The methodology is proven in a case study covering 25 battery banks installed in 18 substations of a Brazilian energy transmitter. Esta dissertação apresenta uma metodologia para a classificação e indicação de substituição de bateria de chumbo ácido ventilada usada em subestações através da utilização do indicador de fragilidade operacional composta por dois critérios: situação de equipamento e situação operacional. Este indicador permite o reconhecimento de qual bateria tem prioridade de substituição em um conjunto de subestações. O critério situação de equipamento tem a formação da capacidade de descarga, condutância, tempo de operação e queda de tensão terminal. Enquanto o critério situação operacional representa a característica da subestação como potência transformada, existência de bateria e gerador diesel reserva. Os critérios que foram escolhidos para a tomada de decisão são divididos em dois grupos: Critério Situação de Equipamento (CSE) e Critério Situação Operacional (CSO). O CSE apresenta as características elétricas do banco de baterias enquanto o CSO apresenta a condição do equipamento com relação a localização e equipamentos reservas. Os métodos de análise multicriterial AHP e PROMETHEE foram usados neste trabalho. O primeiro na definição dos pesos dos critérios, e o segundo para obtenção do IFO. O indicador de fragilidade operacional tem uma importante aplicação no planejamento de manutenção corretiva da concessionária de energia elétrica. A metodologia é comprovada em um estudo de caso abrangendo 25 bancos de baterias instaladas em 18 subestações de uma transmissora de energia brasileira.

A crescente demanda de energia elétrica pela sociedade tem feito com que se busque novas formas de geração, exigindo um aumento da participação das fontes renováveis de energia na matriz energética global, dadas as restrições ambientais. Desse forma, as redes inteligentes de energia introduzem conceitos no sistema elétrico, como microrredes e nanorredes, as quais possuem sua geração baseada em fontes renováveis como eólica e solar. A produção de energia por essas fontes está atrelada a fatores naturais como irradiação solar e vento, o que leva à necessidade de sistemas de armazenamento de energia em banco de baterias para garantir o fornecimento à nanorrede com baixa ou nenhuma dependência da rede elétrica de distribuição. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo acerca de um conversor bidirecional CC-CC, para interface entre sistema de armazenamento de energia e barramento CC de uma nanorrede. Este conversor possui a finalidade do controle de fluxo de potência entre estes elementos, seja carregando o banco de baterias de 24V (modo direto) ou mantendo a tensão de 380V no barramento CC (modo reverso). Diante de várias topologias bidirecionais, foi escolhido um conversor a base de uma estrutura ressonante. Estes conversores caracterizam-se por processar energia com comutação suave nos interruptores eletrônicos. Dentre as várias topologias ressonantes, o conversor Meia-Ponte ressonante LLC série-paralelo isolado foi escolhido, adaptando-o para sua estrutura bidirecional, levando a uma topologia pouco explorada na literatura. A estrutura da nanorrede é apresentada e testes são realizados para análise do desempenho do conversor nos modos direto e reverso. The growing demand for electricity by society has led to the search for new forms of generation, requiring an increase in the share of renewable energy sources in the global energy matrix, given the environmental constraints. In this way, the smartgrids introduce concepts in the electrical system, such as microgrids and nanogrids, which have their generation based on renewable sources such as wind and solar. The production of energy from these sources is linked to natural factors such as solar irradiation and wind, which leads to the need of energy storage systems in battery banks to guarantee the supply to the nanorede with low or no dependence of the electricity distribution network. In this context, this work presents a study about a bidirectional DC-DC converter, for interfacing between a power storage system and a nanogrid DC bus. This converter has the purpose of controlling the power flow between these elements, either by charging the battery bank of 24V (forward mode) or by maintaining the voltage of 380V in the DC bus (backward mode). In front of several bidirectional topologies, a converter was chosen based on a resonant structure. These converters are characterized by processing power with soft switching on the electronic switches. Among the several resonant topologies, the LLC series-parallel resonant Half-bridge converter was chosen, adapting it to its bidirectional structure, leading to a little explored topology in the literature. The structure of the nanoread is presented and tests are performed to analyze the performance of the converter in forward and backward modes.

This work presents a method for the analysis and sizing of autonomous photovoltaic systems applied in public lighting using LED lamps. To perform this sizing, daily production and consumption data are used, increasing the reliability of the proposed methodology in relation to methods based on monthly average irradiance. The determination of the daily energy consumption was obtained considering the seasonal variation of the days duration throughout the year. The determination of energy generated by the system considered the various factors that influence generation, such as irradiance, ambient temperature and wind speed. For this purpose, the climatological data provided by the National Institute of Meteorology (INMET) was used for system sizing. Simulations of the systems dimensioned by the method traditionally adopted for autonomous photovoltaic systems and by the daily dynamics of energy production and consumption method were carried out, proposed in this work. The design based on analysis of table data showed a 66% greater solar array panel scaled by the method of monthly averages. The methods were tested for load dimming situations, this can be observed that the method of analysis of the daily production and consumption showed better results, despite using two solar panels, which increases the cost structure. The proposed method showed better results, enabling a reduction of up to 1 kWh of load capacity in some scenarios studied. Este trabalho apresenta um método para análise e dimensionamento de sistemas fotovoltaicos autônomos aplicados em iluminação pública empregando lâmpadas LED. Para realizar este dimensionamento, dados diários de produção e de consumo são empregados, aumentando a confiabilidade da metodologia proposta em relação a métodos baseados em médias mensais de irradiância. A determinação do consumo de energia diário foi obtida considerando-se a variação sazonal da duração dos dias ao longo do ano. A determinação de energia gerada pelo sistema considerou os diversos fatores que influenciam na geração, como a irradiância, a temperatura ambiente e a velocidade dos ventos. Para tanto empregaram-se os dados climatológicos fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), para o dimensionamento do sistema. Foram realizadas simulações dos sistemas dimensionados pelo método tradicionalmente adotado para sistemas autônomos fotovoltaicos e pelo método de dinâmica diária de produção e consumo de energia, proposto neste trabalho. O dimensionamento baseado na análise dos dados da tabela apresentou um painel solar 66% maior que o painel dimensionado pelo método das médias mensais. Os métodos foram testados para situações de dimerização da carga, neste pode ser observado que o método de análise diária da produção e consumo apresentou melhores resultados, apesar de utilizar dois painéis solares, o que aumenta o custo estrutural. O método proposto, apresentou melhores resultados, possibilitando a diminuição de até 1kWh de capacidade de carga em alguns cenários estudados.