Otimização e automatização de fase e amplitude de um sistema de arranjo de antenas inteligentes

Abstract

O conceito de supervisório para monitoramento de uma smart grid de uma concessionária de distribuição de energia elétrica é introduzido nesta Tese de Doutorado. É descrito um sistema de antena inteligente comutada composto por: dois arranjos de quatro antenas Yagi-Uda montados em back-to-back; um circuito de formação de feixe (CFF); e um Controle de Arranjo de Antenas (CAT), cuja principal característica é que seu lóbulo principal seja maximizado usando o método de otimização por enxame de partículas (Particle Swarm Optimization - PSO), enquanto seus lóbulos laterais são minimizados. A aplicação do PSO integrado ao software de simulação eletromagnética 3D Ansys HFSS obteve excelentes resultados e foi validado em experimentos práticos. Os resultados medidos em campo aberto estão de acordo com as simulações e são comparáveis com o arranjo das concessionárias de distribuição de energia. Como esperado, os ganhos obtidos mostraram-se maiores que obtidos com um arranjo de antenas de dipolos dobrados, quando os lóbulos principais foram apontados para os ângulos objetivos. Essas características atendem às necessidades de um sistema de controle supervisório para empresas de distribuição de energia elétrica, que necessitam de redes de comunicação RF de alto ganho de potência para monitorar chaves religadoras elétricas distantes em uma área de abrangência das respectivas estações rádio base. Neste trabalho também apresenta as análises do desempenho do sistema de antenas inteligentes e é proposto um modo de realizar previsão de perdas de pacotes baseada nos parâmetros do CFF e índices de transmissão do rádio e do CAT. A configuração completa descrita neste trabalho foi testada de forma abrangente e demonstrou um bom desempenho. A taxa de perda de pacotes atendeu aos padrões desejados em condições reais e, quando comparada com o sistema atualmente utilizado pela concessionária de distribuição de energia elétrica, atendeu satisfatoriamente aos requisitos operacionais. Essa abordagem representa uma solução promissora para acessar estações remotas das empresas de distribuição de energia elétrica sem a necessidade de instalar repetidores adicionais.