An investigation into the steady state performance of several methods of series compensating electricity transmission lines

There are several methods of providing series compensation for transmission lines using power electronic switches. Four methods of series compensation have been examined in this thesis, the thyristor controlled series capacitor, a voltage sourced inverter series compensator using a capacitor as the series element, a current sourced inverter series compensator and a voltage sourced inverter using an inductor as the series element. All the compensators examined will provide a continuously variable series voltage which is controlled by the switching of the electronic switches. Two of the circuits will offer both capacitive and inductive compensation, the thyristor controlled series capacitor and the current sourced inverter series compensator. The other two will produce either capacitive or inductive series compensation. The thyristor controlled series capacitor offers the widest range of series compensation. However, there is a band of unavailable compensation between 0 and 1 pu capacitive compensation. Compared to the other compensators examined the harmonic content of the compensating voltage is quite high. An algebraic analysis showed that there is more than one state the thyristor controlled series capacitor can operate in. This state has the undesirable effect of introducing large losses. The voltage sourced inverter series compensator using a capacitor as the series element will provide only capacitive compensation. It uses two capacitors which increase the cost of the compensator significantly above the other three. This circuit has the advantage of very low harmonic distortion. The current sourced inverter series compensator will provide both capacitive and inductive series compensation. The harmonic content of the compensating voltage is second only to the voltage sourced inverter series compensator using a capacitor as the series element. The voltage sourced inverter series compensator using an inductor as the series element will only provide inductive compensation, and it is the least expensive compensator examined. Unfortunately, the harmonics introduced by this circuit are considerable.

Control of second-life hybrid battery energy storage system based on modular boost-multilevel buck converter

To fully utilize second-life batteries on the grid system, a hybrid battery scheme needs to be considered for several reasons: the uncertainty over using a single source supply chain for second-life batteries, the differences in evolving battery chemistry and battery configuration by different suppliers to strive for greater power levels, and the uncertainty of degradation within a second-life battery. Therefore, these hybrid battery systems could have widely different module voltage, capacity, and initial state of charge and state of health. In order to suitably integrate and control these widely different batteries, a suitable multimodular converter topology and an associated control structure are required. This paper addresses these issues proposing a modular boost-multilevel buck converter based topology to integrate these hybrid second-life batteries to a grid-tie inverter. Thereafter, a suitable module-based distributed control architecture is introduced to independently utilize each converter module according to its characteristics. The proposed converter and control architecture are found to be flexible enough to integrate widely different batteries to an inverter dc link. Modeling, analysis, and experimental validation are performed on a single-phase modular hybrid battery energy storage system prototype to understand the operation of the control strategy with different hybrid battery configurations.

Influence of pulse repetition rate on temperature rise and working time during composite filling removal with the Er : YAG laser

Objective: The purpose of this study was to assess the efficacy of Er:YAG laser energy for composite resin removal and the influence of pulse repetition rate on the thermal alterations occurring during laser ablation. Materials and Methods: Composite resin filling was placed in cavities (1.0 mm deep) prepared in bovine teeth and the specimens were randomly assigned to five groups according to the technique used for composite filling removal. In group I (controls), the restorations were removed using a high-speed diamond bur. In the other groups, the composite fillings were removed using an Er: YAG laser with different pulse repetition rates: group 2-2 Hz; group 3-4 Hz; group 4-6 Hz; and group 5-10 Hz. The time required for complete removal of the restorative material and the temperature changes were recorded. Results: Temperature rise during composite resin removal with the Er: YAG laser occurred in the substrate underneath the restoration and was directly proportional to the increase in pulse repetition rate. None of the groups had a temperature increase during composite filling removal of more than 5.6 degrees C, which is considered the critical point above which irreversible thermal damage to the pulp may result. Regarding the time for composite filling removal, all the laser-ablated groups (except for group 5 [10 Hz]) required more time than the control group for complete elimination of the material from the cavity walls. Conclusion: Under the tested conditions, Er: YAG laser irradiation was efficient for composite resin ablation and did not cause a temperature increase above the limit considered safe for the pulp. Among the tested pulse repetition rates, 6 Hz produced minimal temperature change compared to the control group (high-speed bur), and allowed composite filling removal within a time period that is acceptable for clinical conditions.

Fuzzy Control System for Voltage Regulation In Power Transformers

A fuzzy control strategy for voltage regulation in electric power distribution systems is introduced in this article. This real-time controller would act on power transformers equipped with under-load tap changers. The fuzzy system was employed to turn the voltage-control relays into adaptive devices. The scope of the present study has been limited to the power distribution substation, and both the voltage measurements and control actions are carried out on the secondary bus. The capacity of fuzzy systems to handle approximate data, together with their unique ability to interpret qualitative information, make it possible to design voltage control strategies that satisfy both the requirements of the Brazilian regulatory bodies and the real concerns of the electric power distribution companies. A prototype based on the fuzzy control strategy proposed in this paper has also been implemented for validation purposes and its experimental results were highly satisfactory.

A Separation Principle for the Continuous-Time LQ-Problem With Markovian Jump Parameters

In this paper, we devise a separation principle for the finite horizon quadratic optimal control problem of continuous-time Markovian jump linear systems driven by a Wiener process and with partial observations. We assume that the output variable and the jump parameters are available to the controller. It is desired to design a dynamic Markovian jump controller such that the closed loop system minimizes the quadratic functional cost of the system over a finite horizon period of time. As in the case with no jumps, we show that an optimal controller can be obtained from two coupled Riccati differential equations, one associated to the optimal control problem when the state variable is available, and the other one associated to the optimal filtering problem. This is a separation principle for the finite horizon quadratic optimal control problem for continuous-time Markovian jump linear systems. For the case in which the matrices are all time-invariant we analyze the asymptotic behavior of the solution of the derived interconnected Riccati differential equations to the solution of the associated set of coupled algebraic Riccati equations as well as the mean square stabilizing property of this limiting solution. When there is only one mode of operation our results coincide with the traditional ones for the LQG control of continuous-time linear systems.

Generalized Coupled Algebraic Riccati Equations for Discrete-time Markov Jump with Multiplicative Noise Systems

In this paper we consider the existence of the maximal and mean square stabilizing solutions for a set of generalized coupled algebraic Riccati equations (GCARE for short) associated to the infinite-horizon stochastic optimal control problem of discrete-time Markov jump with multiplicative noise linear systems. The weighting matrices of the state and control for the quadratic part are allowed to be indefinite. We present a sufficient condition, based only on some positive semi-definite and kernel restrictions on some matrices, under which there exists the maximal solution and a necessary and sufficient condition under which there exists the mean square stabilizing solution fir the GCARE. We also present a solution for the discounted and long run average cost problems when the performance criterion is assumed be composed by a linear combination of an indefinite quadratic part and a linear part in the state and control variables. The paper is concluded with a numerical example for pension fund with regime switching.

Dependence of transient dynamics in a class-C laser upon variation of inversion with time

The transient statistics of a gain-switched coherently pumped class-C laser displays a linear correlation between the first passage time and subsequent peak intensity. Measurements are reported showing a positive or negative sign of this linear correlation, controlled through the switching time and the laser detuning. Further measurements of the small-signal laser gain combined with calculations involving a three-level laser model indicate that this sign fundamentally depends upon the way the laser inversion varies during the gain switching, despite the added dynamics of the laser polarization in the class-C laser. [S1050-2947(97)07112-6].

Grid Integration of Offshore Wind Farms Using Modular Marx Multilevel Converters

This paper proposes the use of a Modular Marx Multilevel Converter, as a solution for energy integration between an offshore Wind Farm and the power grid network. The Marx modular multilevel converter is based on the Marx generator, and solves two typical problems in this type of multilevel topologies: modularity and dc capacitor voltage balancing. This paper details the strategy for dc capacitor voltage equalization. The dynamic models of the converter and power grid are presented in order to design the converter ac output voltages and the dc capacitor voltage controller. The average current control is presented and used for power flow control, harmonics and reactive power compensation. Simulation results are presented in order to show the effectiveness of the proposed (MC)-C-3 topology.

Controlo directo de binário de uma máquina assíncrona trifásica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

New control algorithm for single-phase series active power filter

This paper presents a single-phase Series Active Power Filter (Series APF) for mitigation of the load voltage harmonic content, while maintaining the voltage on the DC side regulated without the support of a voltage source. The proposed series active power filter control algorithm eliminates the additional voltage source to regulate the DC voltage, and with the adopted topology it is not used a coupling transformer to interface the series active power filter with the electrical power grid. The paper describes the control strategy which encapsulates the grid synchronization scheme, the compensation voltage calculation, the damping algorithm and the dead-time compensation. The topology and control strategy of the series active power filter have been evaluated in simulation software and simulations results are presented. Experimental results, obtained with a developed laboratorial prototype, validate the theoretical assumptions, and are within the harmonic spectrum limits imposed by the international recommendations of the IEEE-519 Standard.

Moottorimalliton skalaarisäätö

Työssä tutkitaan nopeusanturittoman vaihtovirtakäytön skalaarisia ohjaus- ja säätömenetelmiä. Työn alussa esitetään perusteoriat taajuusmuuttajista ja oikosulkumoottoreista. Tämän jälkeen esitellään yleisimmin kirjallisuudessa esiintyneet skalaariohjaukset ja –säädöt. Vektorisäätöä ja erityisesti moottoriparametrien vaikutusta säädön toimivuuteen esitellään lyhyesti. Työn tavoitteena on ACS800 taajuusmuuttajan skalaarisäädön tutkiminen. ACS800:n nykyinen skalaarisäätö on liian sidoksissa vektorisäätöön, joten simulointien ja kirjallisuustutkimuksen tarkoituksena on täysin vektorisäädöstä eriytetyn skalaarisäädön kehitysmahdollisuuksien tutkiminen. Kirjallisuudessa esiintyneiden säätöjen avulla muodostetaan diskreettiaikainen toteutus skalaarisäädölle vaihtovirtakäytössä, jossa on käytössä virran ja välipiirijännitteen takaisinkytkentä. Säädettävää moottoria mallinnetaan jatkuvaaikaisella L-sijaiskytkennällä. Välipiirin mallinnus toimii myös jatkuva-aikaisena lukuun ottamatta välipiirin tasavirtakomponenttia, joka muodostetaan virran takaisinkytkennän ja PWM-modulaattorin kytkinasentojen avulla. Simuloinnin tarkoituksena on mallintaa skalaarisäädön suurimpia ongelmia, kuten virta- ja välijännitesäätöä. Tuloksista voidaan päätellä, että perussäädöt toimivat moitteettomasti, mutta erityisesti virtasäätöä tulisi kehittää.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

Hakkuriteholähteen säädön suunnittelu

Diplomityö on tehty osana ETX-tutkimushanketta: 'Volyymiteholähteen suunnittelumetodien kehitys ja optimointi DFM-viitekehyksessä'. Työssä suunnitellaan hakkuriteholähteelle säätäjä. Tähän suunnittelun sektoriin syventyminen on teollisuudessa jäänyt monesti vähälle. Säätö on tavallisesti ajan puutteen ja apuvälineiden käytön osaamattomuuden tai puuttumisen takia suunniteltu kokeilemalla. Työssä muodostetaan jännitemuotoisesti säädetylle hakkurille piensignaalimallilla linearisoidut siirtofunktiot, joiden perusteella voidaan tarkastella hakkurin stabiilisuutta takaisinkytketyssä säätösilmukassa. Stabiiliustarkastelu tehdään taajuustasossa käyttäen Bode-kuvaajia. Näiden kuvaajien perusteella viritetään järjestelmään säätäjä. Säätäjän toimintaa aikatasossa tarkastellaan simuloimalla ja reaalisen laitteen toimimista laboratorioprototyypin avulla. Tulosten perusteella voidaan todeta, että jännitemuotoisella säädöllä flyback-hakkuri saadaan nopeaksi epäjatkuvalla käämivirralla. Mikäli halutaan hakkurin toimivan jatkuvalla käämivirralla, on syytä käyttää muita säätömenetelmiä, esimerkiksi huippuvirtasäätöä.

Aktiivisen verkkosillan tuottaman yhteismuotoisen jännitteen vaimentaminen kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä, taajuusmuuttajatopologiassa

Pulssinleveysmoduloidun vaihtosuuntaajan hyötysuhteen parantaminen ja kytkentätaajuuden suurentaminen ovat johtaneet lähtöjännitteen suuritaajuiseen taajuussisältöön kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajatopologiassa. Kasvava tarve siirtää tehoa myös verkkoon päin on lisännyt aktiivisen verkkosillan käyttöä. Kaksitasoisen aktiivisen verkkosillan vaikutuksesta DC-välipiirin keskipisteen ja kolmivaiheisen kuorman tähtipisteen välinen jännite on nollasta poikkeava aiheuttaen suurentuneen yhteismuotoisen jännitteen taajuusmuuttajan lähtöön ja verkon puolelle. Lisäksi yhteismuotoisten jännitteiden aiheuttamat kytkentätaajuiset häiriövirrat voivat aiheuttaa vikavirtasuojien tahatonta laukeamista, vaikeuttaa EMC-standardien vaatimusten täyttämistä, lisätä moottorin käämieristyksien rasitusta ja mahdollisuutta moottorin laakerivaurioille. Diplomityössä tutkitaan aktiivisen ja passiivisen verkkosillan tuottamaa yhteismuotoista jännitettä simuloinneilla. Esitellään aikaisempaa tutkimustietoa yhteismuotoisen jännitteen ja virran vaimennusratkaisuista aktiivista verkkosiltaa käytettäessä. Tutkimustiedon pohjalta suunnitellaan koelaitteistolle soveltuva suodin. Suotimen toiminta testataan simuloinnein sekä kokeellisin mittauksin. Tehdyt mittaukset osoittavat, että suunniteltu suodin vaimentaa yhteismuotoista jännitettä noin 20 dB verkkosillan kytkentätaajuudella ja tämän jälkeen yli 20 dB/dekadi taajuuteen 100 kHz asti. Lisäksi yhteismuotoisen virran suuruus syöttökaapelin kautta pieneni ehdotetun suotimen vaikutuksesta.

A unity power factor multiple isolated outputs switching mode power supply using a single switch

The authors present an offline switching power supply with multiple isolated outputs and unity power factor with the use of only one power processing stage, based on the DC-DC SEPIC (single ended primary inductance converter) modulated by variable hysteresis current control. The principle of operation, the theoretical analysis, the design procedure, an example, and simulation results are presented. A laboratory prototype, rated at 160 W, operating at a maximum switching frequency of 100 kHz, with isolated outputs rated at +5 V/15 A -5 V/1 A, +12 V/6 A and -12 V/1 A, has been built given an input power factor near unity.