Direct power control with common mode voltage elimination for open-winding brushless doubly-fed wind power generators

In this paper, a new open-winding control strategy is proposed for a brushless doubly-fed reluctance generator (BDFRG) applicable for wind turbines. The BDFRG control winding is fed via a dual two-level three-phase converter using a single dc bus. Direct power control based on maximum power point tracking with common mode voltage elimination is designed, which not only the active and reactive power is decoupled, but the reliability and redundancy are all improved greatly by increasing the switching modes of operation, while DC-link voltage and rating of power devices decreased by 50% comparing to the traditional three-level converter systems. Consequently its effectiveness is evaluated by simulation tests based on a 42-kW prototype generator.

Investigating the encoding of visual stimuli by forming neural circuits in the cat primary visual cortex

Contexte La connectomique, ou la cartographie des connexions neuronales, est un champ de recherche des neurosciences évoluant rapidement, promettant des avancées majeures en ce qui concerne la compréhension du fonctionnement cérébral. La formation de circuits neuronaux en réponse à des stimuli environnementaux est une propriété émergente du cerveau. Cependant, la connaissance que nous avons de la nature précise de ces réseaux est encore limitée. Au niveau du cortex visuel, qui est l’aire cérébrale la plus étudiée, la manière dont les informations se transmettent de neurone en neurone est une question qui reste encore inexplorée. Cela nous invite à étudier l’émergence des microcircuits en réponse aux stimuli visuels. Autrement dit, comment l’interaction entre un stimulus et une assemblée cellulaire est-elle mise en place et modulée? Méthodes En réponse à la présentation de grilles sinusoïdales en mouvement, des ensembles neuronaux ont été enregistrés dans la couche II/III (aire 17) du cortex visuel primaire de chats anesthésiés, à l’aide de multi-électrodes en tungstène. Des corrélations croisées ont été effectuées entre l’activité de chacun des neurones enregistrés simultanément pour mettre en évidence les liens fonctionnels de quasi-synchronie (fenêtre de ± 5 ms sur les corrélogrammes croisés corrigés). Ces liens fonctionnels dévoilés indiquent des connexions synaptiques putatives entre les neurones. Par la suite, les histogrammes peri-stimulus (PSTH) des neurones ont été comparés afin de mettre en évidence la collaboration synergique temporelle dans les réseaux fonctionnels révélés. Enfin, des spectrogrammes dépendants du taux de décharges entre neurones ou stimulus-dépendants ont été calculés pour observer les oscillations gamma dans les microcircuits émergents. Un indice de corrélation (Rsc) a également été calculé pour les neurones connectés et non connectés. Résultats Les neurones liés fonctionnellement ont une activité accrue durant une période de 50 ms contrairement aux neurones fonctionnellement non connectés. Cela suggère que les connexions entre neurones mènent à une synergie de leur inter-excitabilité. En outre, l’analyse du spectrogramme dépendant du taux de décharge entre neurones révèle que les neurones connectés ont une plus forte activité gamma que les neurones non connectés durant une fenêtre d’opportunité de 50ms. L’activité gamma de basse-fréquence (20-40 Hz) a été associée aux neurones à décharge régulière (RS) et l’activité de haute fréquence (60-80 Hz) aux neurones à décharge rapide (FS). Aussi, les neurones fonctionnellement connectés ont systématiquement un Rsc plus élevé que les neurones non connectés. Finalement, l’analyse des corrélogrammes croisés révèle que dans une assemblée neuronale, le réseau fonctionnel change selon l’orientation de la grille. Nous démontrons ainsi que l’intensité des relations fonctionnelles dépend de l’orientation de la grille sinusoïdale. Cette relation nous a amené à proposer l’hypothèse suivante : outre la sélectivité des neurones aux caractères spécifiques du stimulus, il y a aussi une sélectivité du connectome. En bref, les réseaux fonctionnels «signature » sont activés dans une assemblée qui est strictement associée à l’orientation présentée et plus généralement aux propriétés des stimuli. Conclusion Cette étude souligne le fait que l’assemblée cellulaire, plutôt que le neurone, est l'unité fonctionnelle fondamentale du cerveau. Cela dilue l'importance du travail isolé de chaque neurone, c’est à dire le paradigme classique du taux de décharge qui a été traditionnellement utilisé pour étudier l'encodage des stimuli. Cette étude contribue aussi à faire avancer le débat sur les oscillations gamma, en ce qu'elles surviennent systématiquement entre neurones connectés dans les assemblées, en conséquence d’un ajout de cohérence. Bien que la taille des assemblées enregistrées soit relativement faible, cette étude suggère néanmoins une intrigante spécificité fonctionnelle entre neurones interagissant dans une assemblée en réponse à une stimulation visuelle. Cette étude peut être considérée comme une prémisse à la modélisation informatique à grande échelle de connectomes fonctionnels.

Time-dependent Suppression of Oscillatory Power in Evolving Solar Magnetic Fields

Oscillation amplitudes are generally smaller within magnetically active regions like sunspots and plage when compared to their surroundings. Such magnetic features, when viewed in spatially resolved power maps, appear as regions of suppressed power due to reductions in the oscillation amplitudes. Employing high spatial- and temporal-resolution observations from the Dunn Solar Telescope (DST) in New Mexico, we study the power suppression in a region of evolving magnetic fields adjacent to a pore. By utilizing wavelet analysis, we study for the first time how the oscillatory properties in this region change as the magnetic field evolves with time. Image sequences taken in the blue continuum, G-band, Ca ii K, and Hα filters were used in this study. It is observed that the suppression found in the chromosphere occupies a relatively larger area, confirming previous findings. Also, the suppression is extended to structures directly connected to the magnetic region, and is found to get enhanced as the magnetic field strength increased with time. The dependence of the suppression on the magnetic field strength is greater at longer periods and higher formation heights. Furthermore, the dominant periodicity in the chromosphere was found to be anti-correlated with increases in the magnetic field strength.

A secure authentication and key management scheme for Wireless Sensors Network

In recent years, the adaptation of Wireless Sensor Networks (WSNs) to application areas requiring mobility increased the security threats against confidentiality, integrity and privacy of the information as well as against their connectivity. Since, key management plays an important role in securing both information and connectivity, a proper authentication and key management scheme is required in mobility enabled applications where the authentication of a node with the network is a critical issue. In this paper, we present an authentication and key management scheme supporting node mobility in a heterogeneous WSN that consists of several low capabilities sensor nodes and few high capabilities sensor nodes. We analyze our proposed solution by using MATLAB (analytically) and by simulation (OMNET++ simulator) to show that it has less memory requirement and has good network connectivity and resilience against attacks compared to some existing schemes. We also propose two levels of secure authentication methods for the mobile sensor nodes for secure authentication and key establishment.

Management of public water supply to reduce power cost and improve wind power uptake

This paper presents a study on the implementation of Real-Time Pricing (RTP) based Demand Side Management (DSM) of water pumping at a clean water pumping station in Northern Ireland, with the intention of minimising electricity costs and maximising the usage of electricity from wind generation. A Genetic Algorithm (GA) was used to create pumping schedules based on system constraints and electricity tariff scenarios. Implementation of this method would allow the water network operator to make significant savings on electricity costs while also helping to mitigate the variability of wind generation.

The effects of transients on photospheric and chromospheric power distributions

We have observed a quiet Sun region with the Swedish 1-meter Solar Telescope (SST) equipped with CRISP Imaging SpectroPolarimeter. High-resolution, high-cadence, H-alpha line scanning images were taken to observe different layers of the solar atmosphere from the photosphere to upper chromosphere. We study the distribution of power in different period-bands at different heights. Power maps of the upper photosphere and the lower chromosphere show suppressed power surrounding the magnetic-network elements, known as "magnetic shadows". These also show enhanced power close to the photosphere, traditionally referred to as"power halos". The interaction between acoustic waves and inclined magnetic fields is generally believed to be responsible for these two effects. In this study we explore if small-scale transients can influence the distribution of power at different heights. We show that the presence of transients, like mottles, Rapid Blueshifted Excursions (RBEs) and Rapid Redshifted Excursions (RREs), can strongly influence the power-maps. The short and finite lifetime of these events strongly affects all powermaps, potentially influencing the observed power distribution. We show that Doppler-shifted transients like RBEs and RREs that occur ubiquitously, can have a dominant effect on the formation ofthe power halos in the quiet Sun. For magnetic shadows, transients like mottles do not seem to have a significant effect in the power suppression around 3 minutes and wave interaction may play a key role here. Our high cadence observations reveal that flows, waves and shocks manifest in presence of magnetic fields to form a non-linear magnetohydrodynamic system.

Management of public water supply to reduce energy cost and improve wind power uptake

This paper presents a study on the implementation of Real-Time Pricing (RTP) based Demand Side Management (DSM) of water pumping at a clean water pumping station in Northern Ireland, with the intention of minimising electricity costs and maximising the usage of electricity from wind generation. A Genetic Algorithm (GA) was used to create pumping schedules based on system constraints and electricity tariff scenarios. Implementation of this method would allow the water network operator to make significant savings on electricity costs while also helping to mitigate the variability of wind generation.

Management of public water supply to reduce energy cost and improve wind power uptake

This paper presents a study on the implementation of Real-Time Pricing (RTP) based Demand Side Management (DSM) of water pumping at a clean water pumping station in Northern Ireland, with the intention of minimising electricity costs and maximising the usage of electricity from wind generation. A Genetic Algorithm (GA) was used to create pumping schedules based on system constraints and electricity tariff scenarios. Implementation of this method would allow the water network operator to make significant savings on electricity costs while also helping to mitigate the variability of wind generation.

Large Numerical Models in Continuous Hybrid Simulation

Hybrid simulation is a technique that combines experimental and numerical testing and has been used for the last decades in the fields of aerospace, civil and mechanical engineering. During this time, most of the research has focused on developing algorithms and the necessary technology, including but not limited to, error minimisation techniques, phase lag compensation and faster hydraulic cylinders. However, one of the main shortcomings in hybrid simulation that has pre- vented its widespread use is the size of the numerical models and the effect that higher frequencies may have on the stability and accuracy of the simulation. The first chapter in this document provides an overview of the hybrid simulation method and the different hybrid simulation schemes, and the corresponding time integration algorithms, that are more commonly used in this field. The scope of this thesis is presented in more detail in chapter 2: a substructure algorithm, the Substep Force Feedback (Subfeed), is adapted in order to fulfil the necessary requirements in terms of speed. The effects of more complex models on the Subfeed are also studied in detail, and the improvements made are validated experimentally. Chapters 3 and 4 detail the methodologies that have been used in order to accomplish the objectives mentioned in the previous lines, listing the different cases of study and detailing the hardware and software used to experimentally validate them. The third chapter contains a brief introduction to a project, the DFG Subshake, whose data have been used as a starting point for the developments that are shown later in this thesis. The results obtained are presented in chapters 5 and 6, with the first of them focusing on purely numerical simulations while the second of them is more oriented towards a more practical application including experimental real-time hybrid simulation tests with large numerical models. Following the discussion of the developments in this thesis is a list of hardware and software requirements that have to be met in order to apply the methods described in this document, and they can be found in chapter 7. The last chapter, chapter 8, of this thesis focuses on conclusions and achievements extracted from the results, namely: the adaptation of the hybrid simulation algorithm Subfeed to be used in conjunction with large numerical models, the study of the effect of high frequencies on the substructure algorithm and experimental real-time hybrid simulation tests with vibrating subsystems using large numerical models and shake tables. A brief discussion of possible future research activities can be found in the concluding chapter.

Running economy and blood lactate accumulation in elite football players with high and low maximal aerobic power

The purpose was to determine running economy and lactate threshold among a selection of male elite football players with high and low aerobic power. Forty male elite football players from the highest Swedish division (“Allsvenskan”) participated in the study. In a test of running economy (RE) and blood lactate accumulation the participants ran four minutes each at 10, 12, 14, and 16 km•h-1 at horizontal level with one minute rest in between each four minutes interval. After the last sub-maximal speed level the participants got two minutes of rest before test of maximal oxygen uptake (VO2max). Players that had a maximal oxygen uptake lower than the average for the total population of 57.0 mL O2•kg-1•minute-1 were assigned to the low aerobic power group (LAP) (n=17). The players that had a VO2max equal to or higher than 57.0 mL O2•kg-1•minute-1 were selected for the high aerobic power group (HAP) (n=23). The VO2max was significantly different between the HAP and LAP group. The average RE, measured as oxygen uptake at 12, 14 and 16km•h-1 was significantly lower but the blood lactate concentration was significantly higher at 14 and 16 km•h-1 for theLAP group compared with the HAP group.

Application of battery energy storage in the Québec interconnection

Le Système Stockage de l’Énergie par Batterie ou Batterie de Stockage d’Énergie (BSE) offre de formidables atouts dans les domaines de la production, du transport, de la distribution et de la consommation d’énergie électrique. Cette technologie est notamment considérée par plusieurs opérateurs à travers le monde entier, comme un nouveau dispositif permettant d’injecter d’importantes quantités d’énergie renouvelable d’une part et d’autre part, en tant que composante essentielle aux grands réseaux électriques. De plus, d’énormes avantages peuvent être associés au déploiement de la technologie du BSE aussi bien dans les réseaux intelligents que pour la réduction de l’émission des gaz à effet de serre, la réduction des pertes marginales, l’alimentation de certains consommateurs en source d’énergie d’urgence, l’amélioration de la gestion de l’énergie, et l’accroissement de l’efficacité énergétique dans les réseaux. Cette présente thèse comprend trois étapes à savoir : l’Étape 1 - est relative à l’utilisation de la BSE en guise de réduction des pertes électriques ; l’Étape 2 - utilise la BSE comme élément de réserve tournante en vue de l’atténuation de la vulnérabilité du réseau ; et l’Étape 3 - introduit une nouvelle méthode d’amélioration des oscillations de fréquence par modulation de la puissance réactive, et l’utilisation de la BSE pour satisfaire la réserve primaire de fréquence. La première Étape, relative à l’utilisation de la BSE en vue de la réduction des pertes, est elle-même subdivisée en deux sous-étapes dont la première est consacrée à l’allocation optimale et le seconde, à l’utilisation optimale. Dans la première sous-étape, l’Algorithme génétique NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) a été programmé dans CASIR, le Super-Ordinateur de l’IREQ, en tant qu’algorithme évolutionniste multiobjectifs, permettant d’extraire un ensemble de solutions pour un dimensionnement optimal et un emplacement adéquat des multiple unités de BSE, tout en minimisant les pertes de puissance, et en considérant en même temps la capacité totale des puissances des unités de BSE installées comme des fonctions objectives. La première sous-étape donne une réponse satisfaisante à l’allocation et résout aussi la question de la programmation/scheduling dans l’interconnexion du Québec. Dans le but de réaliser l’objectif de la seconde sous-étape, un certain nombre de solutions ont été retenues et développées/implantées durant un intervalle de temps d’une année, tout en tenant compte des paramètres (heure, capacité, rendement/efficacité, facteur de puissance) associés aux cycles de charge et de décharge de la BSE, alors que la réduction des pertes marginales et l’efficacité énergétique constituent les principaux objectifs. Quant à la seconde Étape, un nouvel indice de vulnérabilité a été introduit, formalisé et étudié ; indice qui est bien adapté aux réseaux modernes équipés de BES. L’algorithme génétique NSGA-II est de nouveau exécuté (ré-exécuté) alors que la minimisation de l’indice de vulnérabilité proposé et l’efficacité énergétique représentent les principaux objectifs. Les résultats obtenus prouvent que l’utilisation de la BSE peut, dans certains cas, éviter des pannes majeures du réseau. La troisième Étape expose un nouveau concept d’ajout d’une inertie virtuelle aux réseaux électriques, par le procédé de modulation de la puissance réactive. Il a ensuite été présenté l’utilisation de la BSE en guise de réserve primaire de fréquence. Un modèle générique de BSE, associé à l’interconnexion du Québec, a enfin été proposé dans un environnement MATLAB. Les résultats de simulations confirment la possibilité de l’utilisation des puissances active et réactive du système de la BSE en vue de la régulation de fréquence.

Sistema de armazenamento de energia com base em baterias e no ondulador de tensão trifásico

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

Análise e proposição de estratégias de estimação e controle de velocidade para motores de indução trifásicos

This study presents a proposal of speed servomechanisms without the use of mechanical sensors (sensorless) using induction motors. A comparison is performed and propose techniques for pet rotor speed, analyzing performance in different conditions of speed and load. For the determination of control technique, initially, is performed an analysis of the technical literature of the main control and speed estimation used, with their characteristics and limitations. The proposed technique for servo sensorless speed induction motor uses indirect field-oriented control (IFOC), composed of four controllers of the proportional-integral type (PI): rotor flux controller, speed controller and current controllers in the direct and quadrature shaft. As the main focus of the work is in the speed control loop was implemented in Matlab the recursive least squares algorithm (RLS) for identification of mechanical parameters, such as moment of inertia and friction coefficient. Thus, the speed of outer loop controller gains can be self adjusted to compensate for any changes in the mechanical parameters. For speed estimation techniques are analyzed: MRAS by rotóricos fluxes MRAS by counter EMF, MRAS by instantaneous reactive power, slip, locked loop phase (PLL) and sliding mode. A proposition of estimation in sliding mode based on speed, which is performed a change in rotor flux observer structure is displayed. To evaluate the techniques are performed theoretical analyzes in Matlab simulation environment and experimental platform in electrical machinery drives. The DSP TMS320F28069 was used for experimental implementation of speed estimation techniques and check the performance of the same in a wide speed range, including load insertion. From this analysis is carried out to implement closed-loop control of sensorless speed IFOC structure. The results demonstrated the real possibility of replacing mechanical sensors for estimation techniques proposed and analyzed. Among these, the estimator based on PLL demonstrated the best performance in various conditions, while the technique based on sliding mode has good capacity estimation in steady state and robustness to parametric variations.