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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-16112021-095859
Documento
Autor
Nome completo
Rosvando Marques Gonzaga Junior
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
London Junior, Joao Bosco Augusto (Presidente)
Almeida, Madson Cortes de
Bortoni, Edson da Costa
Título em português
Plataforma embarcada para monitoramento descentralizado de sistemas de distribuição utilizando conceitos de Internet das Coisas
Palavras-chave em português
Estimação de Estado
Infraestrutura de Medição Avançada
Internet das Coisas
Medidores eletrônicos
Sistemas de distribuição de energia
Resumo em português
objetivo principal desta dissertação de mestrado é demonstrar as vantagens e viabilidade do monitoramento descentralizado de Sistemas de Distribuição (SDs). Para isso propõe: (i) Arquiteturas descentralizadas para alocação de módulos eletrônicos de processamento para monitoramento de SDs; (ii) Comparação dessas arquiteturas com uma estratégia centralizada para monitoramento de SDs; (iii) Desenvolvimento e implantação, em bancada, de uma Infraestrutura de Medição Avançada (IMA), fazendo uso de módulos de comunicação que permitem o desenvolvimento de redes wireless para o envio e recebimento de mensagens em tempo real, utilizando conceitos de Internet das Coisas e Edge Computing. Essa infraestrutura possibilita a simulação de uma rede inteligente de energia, no que se refere ao tráfego de informações existentes entre os medidores eletrônicos inteligentes e os centros de operação de sistemas de distribuição; e (iv) desenvolvimento e implantação de um estimador de estado por mínimos quadrados ponderados em um módulo eletrônico (embarcado), a partir da utilização de placas de desenvolvimento eletrônico dotadas de processadores de alta performance, com sistema operacional Linux para possibilitar análises matriciais referentes ao processo de estimação de estado. Os estudos referentes às propostas (i) e (ii) foram desenvolvidos com base no SD real da Companhia Paranaense de Energia (COPEL). Os desenvolvimentos eletrônicos (propostas (iii) e (iv)) foram realizados com apoio do Laboratório de Eletrônica do Grupo de Investigación en Bioinformática, Sistemas Informáticos Inteligentes y Tecnología Educativa (BISITE) da Universidad de Salamanca, na Espanha. Para validação do estimador de estado embarcado em módulos eletrônicos fez-se uso de um sistema de distribuição de energia real, com 114 barras de média tensão, 5 transformadores de distribuição conectados às suas respectivas unidades consumidoras, totalizando 208 barras. Os resultados obtidos têm demonstrado que o uso da arquitetura descentralizada proposta para monitoramento de SDs, que considera a instalação de módulos eletrônicos no secundário dos transformadores de distribuição com estimadores de estado embarcados, reduz consideravelmente a quantidade de dados que transitam pela rede de comunicação sem perda de precisão, assim como os requisitos computacionais para executar o monitoramento em tempo real de SDs.
Título em inglês
Embedded platform for decentralized monitoring of distribution systems using Internet of Things Concepts
Palavras-chave em inglês
Advanced Measurement Infrastructure
Distribution systems
Embedded systems
Internet of Things
Smart meters
State Estimation
Resumo em inglês
The main objective of this master's thesis is to demonstrate the advantages and feasibility of decentralized monitoring of Distribution Systems (DSs). For this, it proposes: (i) Decentralized architectures for the allocation of electronic processing modules for DS monitoring; (ii) Comparison of these architectures with a centralized strategy for monitoring of DSs; (iii) Development and implementation, in the bench, of an Advanced Measurement Infrastructure (AMI), making use of communication modules that allow the development of wireless networks for sending and receiving messages in real time, using concepts of Internet of Things (IoT) and Edge Computing. This infrastructure enables the simulation of a smart grid, with regard to the information traffic existing between smart meters and distribution operation centers; and (iv) development and implementation of a state estimator by Weighted Least Squares (WLS) in an electronic module (embedded), from the use of electronic development boards equipped with high performance processors, with Linux operating system to enable matrix analysis related to the state estimation process. The studies related to the proposals (i) and (ii) were developed based on the real DS of Companhia Paranaense de Energia (COPEL). The electronic developments (proposals (iii) and (iv)) were carried out with the support of the Electronics Laboratory of the Research Group in Bioinformatics, Intelligent Systems and Educational Technology (BISITE) of the Universidad de Salamanca in Spain. To validate the estimator and embedded state in electronic modules, a real energy DS was used, with 114 medium voltage bars, 5 distribution transformers connected to their respective consumer units, totaling 208 bars. The results obtained have shown that the use of the decentralized architecture proposed for monitoring DSs, which considers the installation of electronic modules in the secondary of distribution transformers with embedded state estimators, considerably reduces the amount of data that transits through the communication network without loss of precision, as well as the computational requirements to perform real-time monitoring of DSs.
 
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Data de Publicação
2021-11-22
 
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