Principal Component Analysis of Wide Area Phasor Measurements for Islanding Detection – A Geometric View

This paper presents a new technique for the detectionof islanding conditions in electrical power systems. This problem isespecially prevalent in systems with significant penetrations of distributedrenewable generation. The proposed technique is based onthe application of principal component analysis (PCA) to data setsof wide-area frequency measurements, recorded by phasor measurementunits. The PCA approach was able to detect islandingaccurately and quickly when compared with conventional RoCoFtechniques, as well as with the frequency difference and change-ofangledifference methods recently proposed in the literature. Thereliability and accuracy of the proposed PCA approach is demonstratedby using a number of test cases, which consider islandingand nonislanding events. The test cases are based on real data,recorded from several phasor measurement units located in theU.K. power system.

Testing Tidal Turbines - Part 1: Steady Towing Tests vs Tidal Moored Tests

Tidal turbines have been tested extensively at many scales in steady state flow. Testing medium- or full-scale devices in turbulent flow has been less thoroughly examined. The differences between turbine performances in these two different states are needed for testing method verification and numerical model validation. The work in this paper documents the performance of a 1/10 scale turbine in steady state pushing tests and tidal moored tests. The overall performance of the device appears to decrease with turbulent flow, though there is increased data scatter and therefore, reduced uncertainty. At maximum power performance, as velocity increases the mechanical power and electrical power reduction from steady to unsteady flow increases. The drive train conversion efficiency also decreases. This infers that the performance for this turbine design is affected by the presence of turbulent flow.

Adaptive uncertain information fusion to enhance plan selection in BDI agent systems

Correctly modelling and reasoning with uncertain information from heterogeneous sources in large-scale systems is critical when the reliability is unknown and we still want to derive adequate conclusions. To this end, context-dependent merging strategies have been proposed in the literature. In this paper we investigate how one such context-dependent merging strategy (originally defined for possibility theory), called largely partially maximal consistent subsets (LPMCS), can be adapted to Dempster-Shafer (DS) theory. We identify those measures for the degree of uncertainty and internal conflict that are available in DS theory and show how they can be used for guiding LPMCS merging. A simplified real-world power distribution scenario illustrates our framework. We also briefly discuss how our approach can be incorporated into a multi-agent programming language, thus leading to better plan selection and decision making.

Distributed MPC for Frequency Regulation in Multi-Terminal HVDC Grids

High Voltage Direct Current (HVDC) lines allow large quantities of power to be
transferred between two points in an electrical power system. A Multi-Terminal HVDC (MTDC) grid consists of a meshed network of HVDC lines, and this allows energy reserves to be shared between a number of AC areas in an efficient manner. Secondary Frequency Control (SFC) algorithms return the frequencies in areas connected by AC or DC lines to their original setpoints after Primary Frequency Controllers have been called following a contingency. Where multiple
TSOs are responsible for different parts of a MTDC grid it may not be possible to implement SFC from a centralised location. Thus, in this paper a simple gain based distributed Model Predictive Control strategy is proposed for Secondary Frequency Control of MTDC grids which allows TSOs to cooperatively perform SFC without the need for centralised coordination.

A hybrid harmony search with arithmetic crossover operation for economic dispatch

Economic dispatch (ED) problems often exhibit non-linear, non-convex characteristics due to the valve point effects. Further, various constraints and factors, such as prohibited operation zones, ramp rate limits and security constraints imposed by the generating units, and power loss in transmission make it even more challenging to obtain the global optimum using conventional mathematical methods. Meta-heuristic approaches are capable of solving non-linear, non-continuous and non-convex problems effectively as they impose no requirements on the optimization problems. However, most methods reported so far mainly focus on a specific type of ED problems, such as static or dynamic ED problems. This paper proposes a hybrid harmony search with arithmetic crossover operation, namely ACHS, for solving five different types of ED problems, including static ED with valve point effects, ED with prohibited operating zones, ED considering multiple fuel cells, combined heat and power ED, and dynamic ED. In this proposed ACHS, the global best information and arithmetic crossover are used to update the newly generated solution and speed up the convergence, which contributes to the algorithm exploitation capability. To balance the exploitation and exploration capabilities, the opposition based learning (OBL) strategy is employed to enhance the diversity of solutions. Further, four commonly used crossover operators are also investigated, and the arithmetic crossover shows its efficiency than the others when they are incorporated into HS. To make a comprehensive study on its scalability, ACHS is first tested on a group of benchmark functions with a 100 dimensions and compared with several state-of-the-art methods. Then it is used to solve seven different ED cases and compared with the results reported in literatures. All the results confirm the superiority of the ACHS for different optimization problems.

An efficient harmony search with new pitch adjustment for dynamic economic dispatch

A simple yet efficient harmony search (HS) method with a new pitch adjustment rule (NPAHS) is proposed for dynamic economic dispatch (DED) of electrical power systems, a large-scale non-linear real time optimization problem imposed by a number of complex constraints. The new pitch adjustment rule is based on the perturbation information and the mean value of the harmony memory, which is simple to implement and helps to enhance solution quality and convergence speed. A new constraint handling technique is also developed to effectively handle various constraints in the DED problem, and the violation of ramp rate limits between the first and last scheduling intervals that is often ignored by existing approaches for DED problems is effectively eliminated. To validate the effectiveness, the NPAHS is first tested on 10 popular benchmark functions with 100 dimensions, in comparison with four HS variants and five state-of-the-art evolutionary algorithms. Then, NPAHS is used to solve three 24-h DED systems with 5, 15 and 54 units, which consider the valve point effects, transmission loss, emission and prohibited operating zones. Simulation results on all these systems show the scalability and superiority of the proposed NPAHS on various large scale problems.

Real-Time Multiple Event Detection and Classification Using Moving Window PCA

This paper proposes a method for the detection and classification of multiple events in an electrical power system in real-time, namely; islanding, high frequency events (loss of load) and low frequency events (loss of generation). This method is based on principal component analysis of frequency measurements and employs a moving window approach to combat the time-varying nature of power systems, thereby increasing overall situational awareness of the power system. Numerical case studies using both real data, collected from the UK power system, and simulated case studies, constructed using DigSilent PowerFactory, for islanding events, as well as both loss of load and generation dip events, are used to demonstrate the reliability of the proposed method.

Análise do transporte ferroviário de mercadorias associado à problemática da diferença de bitola entre linhas da rede ferroviária: estudo do caso prático: ligação do porto de Aveiro ao corredor internacional de mercadorias E-80

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Retificador monofásico com fator de potência quase unitário

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Automação e Eletrónica Industrial

Reformulação de um Sistema de Gestão de Consumos de Energia

Atualmente a energia é considerada um vetor estratégico nas diversas organizações. Assim sendo, a gestão e a utilização racional da energia são consideradas instrumentos fundamentais para a redução dos consumos associados aos processos de produção do sector industrial. As ações de gestão energética não deverão ficar pela fase do projeto das instalações e dos meios de produção, mas sim acompanhar a atividade da Empresa. A gestão da energia deve ser sustentada com base na realização regular de diagnósticos energéticos às instalações consumidoras e concretizada através de planos de atuação e de investimento que apresentem como principal objetivo a promoção da eficiência energética, conduzindo assim à redução dos respetivos consumos e, consequentemente, à redução da fatura energética. Neste contexto, a utilização de ferramentas de apoio à gestão de energia promovem um consumo energético mais racional, ou seja, promovem a eficiência energética e é neste sentido que se insere este trabalho. O presente trabalho foi desenvolvido na Empresa RAR Açúcar e apresentou como principais objetivos: a reformulação do Sistema de Gestão de Consumos de Energia da Empresa, a criação de um modelo quantitativo que permitisse ao Gestor de Energia prever os consumos anuais de água, fuelóleo e eletricidade da Refinaria e a elaboração de um plano de consumos para o ano de 2014 a partir do modelo criado. A reformulação do respetivo Sistema de Gestão de Consumos resultou de um conjunto de etapas. Numa primeira fase foi necessário efetuar uma caraterização e uma análise do atual Sistema de Gestão de Consumos da Empresa, sistema composto por um conjunto de sete ficheiros de cálculo do programa Microsoft Excel©. Terminada a análise, selecionada a informação pertinente e propostas todas as melhorias a introduzir nos ficheiros, procedeu-se à reformulação do respetivo SGE, reduzindo-se o conjunto de ficheiros de cálculo para apenas dois ficheiros, um onde serão efetuados e visualizados todos os registos e outro onde serão realizados os cálculos necessários para o controlo energético da Empresa. O novo Sistema de Gestão de Consumos de Energia será implementado no início do ano de 2015. Relativamente às alterações propostas para as folhas de registos manuais, estas já foram implementadas pela Empresa. Esta aplicação prática mostrou-se bastante eficiente uma vez que permitiu grandes melhorias processuais nomeadamente, menores tempos de preenchimento das mesmas e um encurtamento das rotas efetuadas diariamente pelos operadores. Através do levantamento efetuado aos diversos contadores foi possível identificar todas as áreas onde será necessário a sua instalação e a substituição de todos os contadores avariados, permitindo deste modo uma contabilização mais precisa de todos os consumos da Empresa. Com esta reestruturação o Sistema de Gestão de Consumos tornou-se mais dinâmico, mais claro e, principalmente, mais eficiente. Para a criação do modelo de previsão de consumos da Empresa foi necessário efetuar-se um levantamento dos consumos históricos de água, eletricidade, fuelóleo e produção de açúcar de dois anos. Após este levantamento determinaram-se os consumos específicos de água, fuelóleo e eletricidade diários (para cada semana dos dois anos) e procedeu-se à caracterização destes consumos por tipo de dia. Efetuada a caracterização definiu-se para cada tipo de dia um consumo específico médio com base nos dois anos. O modelo de previsão de consumos foi criado com base nos consumos específicos médios dos dois anos correspondentes a cada tipo de dia. Procedeu-se por fim à verificação do modelo, comparando-se os consumos obtidos através do modelo (consumos previstos) com os consumos reais de cada ano. Para o ano de 2012 o modelo apresenta um desvio de 6% na previsão da água, 12% na previsão da eletricidade e de 6% na previsão do fuelóleo. Em relação ao ano de 2013, o modelo apresenta um erro de 1% para a previsão dos consumos de água, 8% para o fuelóleo e de 1% para a eletricidade. Este modelo permitirá efetuar contratos de aquisição de energia elétrica com maior rigor o que conduzirá a vantagens na sua negociação e consequentemente numa redução dos custos resultantes da aquisição da mesma. Permitirá também uma adequação dos fluxos de tesouraria à necessidade reais da Empresa, resultante de um modelo de previsão mais rigoroso e que se traduz numa mais-valia financeira para a mesma. Foi também proposto a elaboração de um plano de consumos para o ano de 2014 a partir do modelo criado em função da produção prevista para esse mesmo ano. O modelo apresenta um desvio de 24% na previsão da água, 0% na previsão da eletricidade e de 28% na previsão do fuelóleo.

Estudo para a optimização dos sistemas de climatização com vista à obtenção de um edifício com baixas necessidades energéticas em climatização

A presente tese tem como principal objectivo abordar o tema da eficiência energética em edifícios, no que se refere aos sistemas de climatização. O desenvolvimento deste projecto realizou-se em torno dos consumos energéticos dos diferentes sistemas de climatização estudados (e por conseguinte da envolvente do edifício), focando o cumprimento dos requisitos térmico e energéticos das normas vigentes (RCCTE e RSECE) em Portugal, tendo como objectivo identificar os parâmetros com maior impacto e a relação tendencial entre as soluções construtivas e tecnológicas adoptadas, sempre com o horizonte de maximizar a eficiência energética e diminuir a dependência face à energia primária e consequentemente a emissão de gases que provocam o efeito de estufa. É âmbito desta tese comparar diferentes tipos de sistemas de climatização a nível energético e torná-los os mais eficientes possíveis, para que também se possam tornar monetariamente aliciantes e aumentar o rácio entre benefício/custo. Para tal, numa primeira fase foi feito um estudo térmico da envolvente do edifício, tendo sido utilizado um software de simulação energética de edifícios acreditado pela norma ASHRAE 140-2004 para se poder compreender como o edifício se comportava ao longo do ano, e introduzir algumas correcções na respectiva envolvente, para baixar as potências térmicas/eléctricas dos equipamentos do sistema de AVAC. De seguida foram estudados três sistemas possíveis de climatização para o edifício, de modo a identificar o mais eficiente numa base anual, bem como a possibilidade de combinar o uso de fontes de energia renováveis com o intuito de satisfazer ao máximo as necessidades térmicas do edifício e, ainda, de minimizar o consumo de energia de origem não renovável. Por fim, para avaliar as diferentes potencialidades de cada sistema de climatização estudado, fez-se o respectivo estudo à sua viabilidade económica. Nas considerações finais da presente tese é realizado um estudo aos benefícios que uma possível alteração da arquitectura do edifício pode trazer no aumento da iluminação natural do mesmo integrado com um controlo da iluminação artificial necessária para os diferentes espaços climatizados. Os resultados obtidos foram comparados entre si e corrigir a envolvente exterior reduz os consumos energéticos do edifício em cerca de 11%. As medidas correctivas propostas no sistema de climatização base originam uma redução energética igual a 43%. A nível ambiental, é possível a redução do número de emissões de CO2 em cerca de 72.1%.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Desenvolvimento de ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico em ambiente doméstico

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma maior preocupação com o meio ambiente, a atual conjuntura mundial está cada vez mais direcionada para a eficiência energética e para a utilização de fontes de energias renováveis. Os principais governos mundiais, incluindo o português, já perceberam a necessidade de enveredar por esse caminho e nesse sentido aplicam medidas que direcionam e consciencializam a população para a eficiência energética e para as energias renováveis. Em Portugal, o setor das energias renováveis assume atualmente uma posição de extrema importância, resultante da expressão que governo português tem vindo a implementar no panorama energético nacional, da qual resulta uma importante contribuição para o desenvolvimento económico, na criação de riqueza e geração de emprego. Neste contexto, e no caso particular da energia fotovoltaica têm sido implementadas medidas que incentivam a aposta nesta tecnologia, prova disso é o Decreto-Lei n.º 153/2014 aprovado em conselho de ministros em Setembro de 2014, que promove essencialmente o autoconsumo. O autoconsumo consiste na utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica para consumo próprio com ou sem recurso a equipamentos de acumulação. Em termos práticos, este sistema permite que os consumidores produzam a sua própria energia através de uma fonte renovável ao invés de adquirir essa energia na rede elétrica de serviço público. As políticas de incentivo ao autoconsumo proporcionam uma oportunidade para os consumidores interessados em investir na produção da própria energia elétrica, neste sentido e de forma a ajudar no dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo foi desenvolvida, no âmbito desta tese, uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico sem acumulação em ambiente doméstico, com o objetivo de estimar as necessidades de potência fotovoltaica a instalar em habitações de baixa tensão normal. Na base da construção desta ferramenta estiveram essencialmente os perfis de consumo, aprovados pela Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, de todos os clientes finais que não dispõem de equipamento de medição com registo de consumos e também a estimativa de produção fotovoltaica desenvolvida pelo Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia. A aplicação desenvolvida tem como principal funcionalidade proporcionar ao utilizador o dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo fotovoltaico, mediante a introdução de alguns dados tais como o distrito, a potência contratada, a tarifa e o consumo energético anual. Esta aplicação apresenta resultados relativos ao dimensionamento do sistema, como é o caso da potência a instalar e da estimativa de produção fotovoltaica anual, e resultados relativos à análise económica do sistema como é o caso do valor atual líquido, da taxa interna de rentabilidade e do payback do investimento.

Studies on Chemical Bath Deposited Semiconducting Copper Selenide and Iron Sulfide Thin Films Useful For Photovoltaic Applications

Chemical bath deposition (CBD)is one of the simplest, very convient and probably the cheapest method for thin film preparation. Photovoltaic is the cleanest and the most efficient mode of conversion of energy to electrical power. Silicon is the most popular material in this field. The present study on chemical bath deposited semiconducting copper selenide and iron sulfide thin films useful for photovoltaic applications. Semiconducting thin films prepared by chemical deposition find applications as photo detectors, solar control coatings and solar cells. Copper selenide is a p-type semiconductor that finds application in photovolitics. Several heterojunction systems such as Cu2-xSe/ZnSe (for injection electro luminescence), Cu2Se/AgInSe2 and Cu2Se/Si (for photodiodes), Cu2-xSe/CdS, Cu2-xSe/CdSe, CuxSe/InP and Cu2-xSe/Si for solar cells are reported. A maximum efficiency of 8.3% was achieved for the Cu2-xSe/Si cell, various preparation techniques are used for copper selenide like vacuum evaporation, direct reaction, electrodeposition and CBD. Instability of the as-prepared films was investigation and is accounted as mainly due to deviation from stoichiometry and the formation of iron oxide impurity. A sulphur annealing chamber was designed and fabricated for this work. These samples wee also analysed using optical absorption technique, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) and XRD.(X-Ray Diffraction).The pyrite films obtained by CBD technique showed amorphous nature and the electrical studies carried out showed the films to be of high resistive nature. Future work possible in the material of iron pyrite includes sulphur annealing of the non-stochiometric iron pyrite CBD thin films in the absence of atmospheric oxygen

Photodegradation of Methylorange over Zirconia Doped TiO2 Using Solar Energy

The heterogeneous photocatalytic degradation of methylorange over TiO2 is studied and is found to be cost effective. Effect of Zirconium metal incorporation over titania system is investigated. Photocatalytic degradation of methylorange using solar radiation is found to be highly economical when compared with the processes using artificial UV radiation, which require substantial electrical power input. The characterization of titania as well as modified zirconium metal doped titania systems are done using XRD, FTIR and EDAX measurements. The catalytic activities of different systems are also compared and is tried to correlate with the crystallite size and presence of dopant metal.