Power Electronic Converters in Low-Voltage Direct Current Distribution – Analysis and Implementation

Over the recent years, smart grids have received great public attention. Many proposed functionalities rely on power electronics, which play a key role in the smart grid, together with the communication network. However, “smartness” is not the driver that alone motivates the research towards distribution networks based on power electronics; the network vulnerability to natural hazards has resulted in tightening requirements for the supply security, set both by electricity end-users and authorities. Because of the favorable price development and advancements in the field, direct current (DC) distribution has become an attractive alternative for distribution networks. In this doctoral dissertation, power electronic converters for a low-voltage DC (LVDC) distribution system are investigated. These include the rectifier located at the beginning of the LVDC network and the customer-end inverter (CEI) on the customer premises. Rectifier topologies are introduced, and according to the LVDC system requirements, topologies are chosen for the analysis. Similarly, suitable CEI topologies are addressed and selected for study. Application of power electronics into electricity distribution poses some new challenges. Because the electricity end-user is supplied with the CEI, it is responsible for the end-user voltage quality, but it also has to be able to supply adequate current in all operating conditions, including a short-circuit, to ensure the electrical safety. Supplying short-circuit current with power electronics requires additional measures, and therefore, the short-circuit behavior is described and methods to overcome the high-current supply to the fault are proposed. Power electronic converters also produce common-mode (CM) and radio-frequency (RF) electromagnetic interferences (EMI), which are not present in AC distribution. Hence, their magnitudes are investigated. To enable comprehensive research on the LVDC distribution field, a research site was built into a public low-voltage distribution network. The implementation was a joint task by the LVDC research team of Lappeenranta University of Technology and a power company Suur-Savon S¨ahk¨o Oy. Now, the measurements could be conducted in an actual environment. This is important especially for the EMI studies. The main results of the work concern the short-circuit operation of the CEI and the EMI issues. The applicability of the power electronic converters to electricity distribution is demonstrated, and suggestions for future research are proposed.

Multi-modal fingerprinting for multimedia assets: optimisation of media security protection in online distribution environments

Since the advent of the internet in every day life in the 1990s, the barriers to producing, distributing and consuming multimedia data such as videos, music, ebooks, etc. have steadily been lowered for most computer users so that almost everyone with internet access can join the online communities who both produce, consume and of course also share media artefacts. Along with this trend, the violation of personal data privacy and copyright has increased with illegal file sharing being rampant across many online communities particularly for certain music genres and amongst the younger age groups. This has had a devastating effect on the traditional media distribution market; in most cases leaving the distribution companies and the content owner with huge financial losses. To prove that a copyright violation has occurred one can deploy fingerprinting mechanisms to uniquely identify the property. However this is currently based on only uni-modal approaches. In this paper we describe some of the design challenges and architectural approaches to multi-modal fingerprinting currently being examined for evaluation studies within a PhD research programme on optimisation of multi-modal fingerprinting architectures. Accordingly we outline the available modalities that are being integrated through this research programme which aims to establish the optimal architecture for multi-modal media security protection over the internet as the online distribution environment for both legal and illegal distribution of media products.

Mathematical solutions for electricity networks in a low carbon future

Smart meters are becoming more ubiquitous as governments aim to reduce the risks to the energy supply as the world moves toward a low carbon economy. The data they provide could create a wealth of information to better understand customer behaviour. However at the household, and even the low voltage (LV) substation level, energy demand is extremely volatile, irregular and noisy compared to the demand at the high voltage (HV) substation level. Novel analytical methods will be required in order to optimise the use of household level data. In this paper we briefly outline some mathematical techniques which will play a key role in better understanding the customer's behaviour and create solutions for supporting the network at the LV substation level.

Istmo Centroamericano: la regulación de la distribución de energía eléctrica en los países con empresas privadas. Los casos de El Salvador, Guatemala, Nicaragua y Panamá

Incluye Bibliografía

Estudo e análise do risco e da viabilidade econômica do mercado cativo e do mercado livre de energia elétrica no terceiro ciclo tarifário

In 2004 two trading environment for contracts of purchase and of electricity energy were established, the Regulated Contracting Environment (RGE) and the Free Contracting Environment (FCE). In the first one, consumers can only buy their energy directly from local electricity distribution, and in the second one, consumers can choose their delivery, amount and type of energy that they will burn through bilateral contracts. Thus, before deciding to migrate to the FCE, it is necessary understanding the rules of marketing, the risk involved and the economic viability of the two markets so can determine which environment has more benefits to the consumer. This paper aims to offer tools to support takeover decision of potentially free costumers, who have the option to migrate to market in order to evaluate the benefits and disadvantages of each market. This paper has also considered the new rules of the third rate cycle, where consumers can opt for green tax. The methodology presented is based on calculations of spending with energy and the risk of flag in captive market and free market in one year

Análise de viabilidade de implementação de um centro inteligente de motores

Across the industry, regardless of the activity which is intended, the electricity distribution must meet the current and ever growing needs of the market, aiming at reliability and process efficiency. The energy must not only be available to ensure continuity of operation, but also to avoid the costs incurred due to deficiencies and failures. The tendency to migrate to intelligent systems is undeniable and this thesis will be analyzed the advantages that made this kind technology essential, focused on the analysis of the motor control center and as sturdy equipment fit to the concept of intelligent panels. The case study compares in a real scenario the acquisition of a system of low-voltage electrical panels comparing the cost to purchase the same set of panels made with and without the concept of intelligence

Análise de viabilidade de implementação de um centro inteligente de motores

Across the industry, regardless of the activity which is intended, the electricity distribution must meet the current and ever growing needs of the market, aiming at reliability and process efficiency. The energy must not only be available to ensure continuity of operation, but also to avoid the costs incurred due to deficiencies and failures. The tendency to migrate to intelligent systems is undeniable and this thesis will be analyzed the advantages that made this kind technology essential, focused on the analysis of the motor control center and as sturdy equipment fit to the concept of intelligent panels. The case study compares in a real scenario the acquisition of a system of low-voltage electrical panels comparing the cost to purchase the same set of panels made with and without the concept of intelligence

Energy derivative market and derivative pricing via simulation

The deregulation of power industry worldwide has delivered the efficiency gains to the society; meanwhile, the intensity of competition has increased uncertainty and risks to market participants. Consequently, market participants are keen to hedge the market risks and maintain a competitive edge in the market; and this is a good explanation to the flourish of electricity derivative market. In this paper, the authors gave a comprehensive review of derivative contract pricing methods and proposed a new framework for energy derivative pricing to suit the needs of a deregulated electricity market

Benchmarking e regulação do setor de distribuição de energia elétrica nacional: proposta para avaliação dos custos operacionais eficientes

In Brazil, the National Agency of Electric Energy (ANEEL) represents the energy regulator. The rates review have been one of its main tasks, which establish a pricing practice at a level to cover the efficient operating costs and also the appropriate return of the distributors investments. The changes in the procedures to redefine the efficient costs and the several studies on the methodologies employed to regulate this segment denote the challenge faced by regulators about the best methodological strategy to be employed. In this context, this research aims to propose a benchmarking evaluation applied to the national regulation system in the establishment of efficient operating costs of electricity distribution utilities. The model is formulated to promote the electricity market development, partnering with government policies ant to society benefit. To conduct this research, an integration of Data Envelopment Analysis (DEA) with the Stochastic Frontier Analysis (SFA) is adopted in a three stages procedure to correct the efficiency in terms of environmental effects: (i) evaluation by means of DEA to measure operating costs slacks of the utilities, in which environmental variables are omitted; (ii) The slacks calculated in the first stage are regressed on a set of environmental variables by means of SFA and operating costs are adjusted to account the environmental impact and statistical noise effects; and, (iii) reassess the performance of the electric power distribution utilities by means of DEA. Based on this methodology it is possible to obtain a performance evaluation exclusively expressed in terms of management efficiency, in which the operating environment and statistical noise effects are controlled.

An alternative benchmarking approach for electricity utility regulation using maximum entropy

The main purpose of this study is to present an alternative benchmarking approach that can be used by national regulators of utilities. It is widely known that the lack of sizeable data sets limits the choice of the benchmarking method and the specification of the model to set price controls within incentive-based regulation. Ill-posed frontier models are the problem that some national regulators have been facing. Maximum entropy estimators are useful in the estimation of such ill-posed models, in particular in models exhibiting small sample sizes, collinearity and non-normal errors, as well as in models where the number of parameters to be estimated exceeds the number of observations available. The empirical study involves a sample data used by the Portuguese regulator of the electricity sector to set the parameters for the electricity distribution companies in the regulatory period of 2012-2014. DEA and maximum entropy methods are applied and the efficiency results are compared.

A proposal for media component brokerage

This paper describes how MPEG-4 object based video (obv) can be used to allow selected objects to be inserted into the play-out stream to a specific user based on a profile derived for that user. The application scenario described here is for personalized product placement, and considers the value of this application in the current and evolving commercial media distribution market given the huge emphasis media distributors are currently placing on targeted advertising. This level of application of video content requires a sophisticated content description and metadata system (e.g., MPEG-7). The scenario considers the requirement for global libraries to provide the objects to be inserted into the streams. The paper then considers the commercial trading of objects between the libraries, video service providers, advertising agencies and other parties involved in the service. Consequently a brokerage of video objects is proposed based on negotiation and trading using intelligent agents representing the various parties. The proposed Media Brokerage Platform is a multi-agent system structured in two layers. In the top layer, there is a collection of coarse grain agents representing the real world players – the providers and deliverers of media contents and the market regulator profiler – and, in the bottom layer, there is a set of finer grain agents constituting the marketplace – the delegate agents and the market agent. For knowledge representation (domain, strategic and negotiation protocols) we propose a Semantic Web approach based on ontologies. The media components contents should be represented in MPEG-7 and the metadata describing the objects to be traded should follow a specific ontology. The top layer content providers and deliverers are modelled by intelligent autonomous agents that express their will to transact – buy or sell – media components by registering at a service registry. The market regulator profiler creates, according to the selected profile, a market agent, which, in turn, checks the service registry for potential trading partners for a given component and invites them for the marketplace. The subsequent negotiation and actual transaction is performed by delegate agents in accordance with their profiles and the predefined rules of the market.

Inserção de todos os consumidores no mercado liberalizado de energia elétrica: oportunidades e desafios

O processo de liberalização do setor elétrico em Portugal Continental seguiu uma metodologia idêntica à da maior parte dos países europeus, tendo a abertura de mercado sido efetuada de forma progressiva. Assim, no âmbito do acompanhamento do setor elétrico nacional, reveste-se de particular interesse caracterizar a evolução mais recente do mercado liberalizado, nomeadamente em relação ao preço da energia elétrica. A previsão do preço da energia elétrica é uma questão muito importante para todos os participantes do mercado de energia elétrica. Como se trata de um assunto de grande importância, a previsão do preço da energia elétrica tem sido alvo de diversos estudos e diversas metodologias têm sido propostas. Esta questão é abordada na presente dissertação recorrendo a técnicas de previsão, nomeadamente a métodos baseados no histórico da variável em estudo. As previsões são, segundo alguns especialistas, um dos inputs essenciais que os gestores desenvolvem para ajudar no processo de decisão. Virtualmente cada decisão relevante ao nível das operações depende de uma previsão. Para a realização do modelo de previsão de preço da energia elétrica foram utilizados os modelos Autorregressivos Integrados de Médias Móveis, Autoregressive / Integrated / Moving Average (ARIMA), que geram previsões através da informação contida na própria série temporal. Como se pretende avaliar a estrutura do preço da energia elétrica do mercado de energia, é importante identificar, deste conjunto de variáveis, quais as que estão mais relacionados com o preço. Neste sentido, é realizada em paralelo uma análise exploratória, através da correlação entre o preço da energia elétrica e outras variáveis de estudo, utilizando para esse efeito o coeficiente de correlação de Pearson. O coeficiente de correlação de Pearson é uma medida do grau e da direção de relação linear entre duas variáveis quantitativas. O modelo desenvolvido foi aplicado tendo por base o histórico de preço da eletricidade desde o inicio do mercado liberalizado e de modo a obter as previsões diária, mensal e anual do preço da eletricidade. A metodologia desenvolvida demonstrou ser eficiente na obtenção das soluções e ser suficientemente rápida para prever o valor do preço da energia elétrica em poucos segundos, servindo de apoio à decisão em ambiente de mercado.

Metodologia de desenvolvimento de competências para os técnicos do setor elétrico

A solFORM é uma empresa de Consultoria e Formação Profissional nas áreas da Energia e Eletricidade, Higiene e Segurança no Trabalho e Comportamental. O seu foco de atuação é a oferta de formação profissional especializada a empresas que trabalham na rede de distribuição de energia elétrica. O diagnóstico realizado permitiu identificar como potencialidade de intervenção os serviços de recursos humanos prestados pela empresa, mais especificamente conceber uma metodologia de avaliação de competências e de identificação de necessidades de desenvolvimento para os técnicos do setor elétrico. A aplicação deste projeto permite adequar as competências dos colaboradores dos clientes da solFORM, empresas do setor elétrico, aos perfis profissionais exigidos pela agência reguladora da formação do setor, a AQTSE - Associação para a Qualificação Técnica do Setor Energético. Assim, o objetivo final será que a solFORM possa propor planos de desenvolvimento adequados às necessidades específicas dos colaboradores das suas empresas clientes. Depois de definido o planeamento estratégico e operacional da nova metodologia foi implementada num grupo piloto. Ao longo da implementação e no final foram avaliados os indicadores que demonstram o cumprimento dos objetivos estabelecidos, assim como a finalidade do projeto.

Estratégias de Comercialização de Potência como Medida de Eficiência Energética

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular “ Dissertação” do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o aumento crescente do número de consumidores de energia, é cada vez mais imperioso a adoção de medidas de racionalização e gestão dos consumos da energia elétrica. Existem diferentes tipos de dificuldades no planeamento e implementação de novas centrais produtoras de energia renovável, pelo que também por este motivo é cada vez mais importante adoção de medidas de gestão de consumos, quer ao nível dos clientes alimentados em média tensão como de baixa tensão. Desta forma será mais acessível a criação de padrões de eficiência energética elevados em toda a rede de distribuição de energia elétrica. Também a economia é afetada por uma fraca gestão dos consumos por parte dos clientes. Elevados desperdícios energéticos levam a que mais energia tenha que ser produzida, energia essa que contribui ainda mais para a elevada taxa de dependência energética em Portugal, e para o degradar da economia nacional. Coloca-se assim a necessidade de implementar planos e métodos que promovam a eficiência energética e a gestão racional de consumos de energia elétrica. Apresenta-se nesta dissertação várias propostas, algumas na forma de projetos já em execução, que visam sensibilizar o consumidor para a importância da utilização eficiente de energia e, ao mesmo tempo, disponibilizam as ferramentas tecnológicas adequadas para auxiliar a implementação dos métodos propostos. Embora os planos apresentados, sobejamente conhecidos, tenham imensa importância, a implementação nos vários consumidores de sistemas capazes de efetivamente reduzir consumos tem um papel fundamental. Equipamentos de gestão de consumos, que são apresentados nesta dissertação, permitem ao consumidor aceder diretamente ao seu consumo. Podem aceder não apenas ao consumo global da instalação mas também ao consumo específico por equipamento, permitindo perceber onde se verifica a situação mais desfavorável. Funcionalidades de programação de perfis tipo, com limitações de potência em vários períodos horários, bem como possibilidades de controlo remoto com recurso a aplicações para Smartphones permitem a redução de consumos ao nível da rede de distribuição e, desta forma, contribuir para a redução dos desperdícios e da dependência energética em Portugal. No âmbito do trabalho de dissertação é desenvolvida uma metodologia de comercialização de potência, que é apresentada nesta tese. Esta metodologia propõem que o consumidor, em função dos seus consumos, pague apenas a quantidade de potência que efetivamente necessita num certo período de tempo. Assim, o consumidor deixa de pagar uma tarifa mensal fixa associada á sua potência contratada, e passará a pagar um valor correspondente apenas à potência que efetivamente solicitou em todas as horas durante o mês. Nesta metodologia que é apresentada, o consumidor poderá também fazer uma análise do seu diagrama de cargas e simular uma alteração da sua tarifa, tarifa esta que varia entre tarifa simples, bi-horária semanal, bi-horária diária, tri-horária semanal ou tri-horária diária, de forma a perceber em qual destas pagará um menor valor pela mesma energia. De forma a que o consumidor possa perceber se haverá vantagem de uma alteração para uma potência contratada flexível, ou para uma outra tarifa associada á energia, tem ao seu dispor uma ferramenta, que em função dos seus consumos, permite retirar conclusões sobre o preço final a pagar na fatura, após cada tipo de alteração. Esta ferramenta foi validada com recurso a várias simulações, para diferentes perfis de consumidores. Desta forma, o utilizador fica a perceber que realmente pode poupar com uma potência contratada flexível, ao mesmo tempo que pode identificar-se com um perfil de simulação e, mais facilmente, perceber para que alteração tarifária pode usufruir de uma maior poupança.

Optimointijärjestelmän kehittäminen sähköä ja lämpöä tuottavaan voimalaitokseen

Työn tavoitteena oli kehittää automaattinen optimointijärjestelmä energiayhtiön omistamaan pieneen sähkön- ja lämmöntuotantolaitokseen (CHP-laitos). Optimointitarve perustuu energiayhtiön sähkön hankintaan sähköpörssistä, kaasun hankintahintaan, kohteen paikallisiin sähkö- ja lämpökuormituksiin ja muihin laitoksen talouteen vaikuttaviin tekijöihin. Kehitettävällä optimointijärjestelmällä ontarkoitus tulevaisuudessa hallita useita hajautetun energiantuotannon yksiköitäkeskitetysti. Työssä kehitettiin algoritmi, joka optimoi voimalaitoksen taloutta sähkötehoa säätävillä ajomalleilla ja suoralla sähköteho-ohjeella. Työssä kehitetyn algoritmin tuottamia hyötyjä selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksen mittaushistoriatiedoilla. CHP-laitosten käytön optimointiin luotiin keskitettyyn laskentaan ja hajautettuun ohjaukseen perustuva järjestelmä. Se ohjaa CHP-laitoksia reaaliaikaisesti ja ennustaa historiatietoihin perustuvalla aikasarjamallilla laitoksen tulevaa käyttöä. Optimointijärjestelmän toimivuus ja saatu hyöty selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksella vertaamalla mittauksista laskettua toteutunutta hyötyä optimointijärjestelmän laskemaan ennustettuun hyötyyn.