Detecção de afundamentos de tensão em tempo real: avaliação algorítmica e implementação em sistema embarcado com monitoramento Web

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação prática de um sistema autônomo para detecção de afundamentos de tensão (voltage sag) em tempo real, integrando processamento digital de sinais (PDS) com aquisição a 10 kHz e latência de detecção inferior a 3,0 ms e conectividade web. A arquitetura organiza-se em três blocos principais: (i) modelagem e simulação comparativa de cinco algoritmos matemáticos de detecção; (ii) implementação embarcada em um microcontrolador STM32F767, utilizando aquisição determinística a 10 kHz via conversor analógico-digital (ADC), temporizador de hardware e acesso direto à memória (DMA); e (iii) registro temporal viabilizado por Real-Time Clock (RTC) e exposição de resultados por meio de um servidor HTTP nativo operando com pilha LwIP e Server Side Includes (SSI). Um experimento computacional avaliou a latência dos algoritmos frente a diferentes ângulos de incidência da falta (Point-on-Wave: 0°, 45° e 90°) e magnitudes de afundamento (0,5 pu e 0,8 pu). Para viabilizar a execução autônoma, o método de melhor desempenho computacional (RMS Móvel de Meio Ciclo) foi adaptado no Ąrmware por meio de buffer circular e soma em execução (running sum), reduzindo a complexidade iterativa de 𝑂(𝑁) para 𝑂(1). Os resultados indicam que métodos de janela Ąxa possuem latência não determinística, enquanto algoritmos baseados em pico apresentam perda de sensibilidade quando a falta incide na região de pico da forma de onda (90°). O algoritmo RMS Móvel otimizado obteve Ćuxo de detecção contínuo, registrando tempo de resposta teórico entre 1,0 ms e 3,0 ms para faltas severas. Ensaios de validação em bancada com osciloscópio mediram uma latência física típica de 1,60 ms por evento, atestando a aplicabilidade do hardware na proteção e monitoramento descentralizado da qualidade de energia.