Harmonic Distortion State Estimation Using an Evolutionary Strategy

This paper presents a new methodology to estimate harmonic distortions in a power system, based on measurements of a limited number of given sites. The algorithm utilizes evolutionary strategies (ES), a development branch of evolutionary algorithms. The main advantage in using such a technique relies upon its modeling facilities as well as its potential to solve fairly complex problems. The problem-solving algorithm herein proposed makes use of data from various power-quality (PQ) meters, which can either be synchronized by high technology global positioning system devices or by using information from a fundamental frequency load flow. This second approach makes the overall PQ monitoring system much less costly. The algorithm is applied to an IEEE test network, for which sensitivity analysis is performed to determine how the parameters of the ES can be selected so that the algorithm performs in an effective way. Case studies show fairly promising results and the robustness of the proposed method.

Reconfiguration of distribution networks to minimize loss and disruption costs using genetic algorithms

In this paper a computational implementation of an evolutionary algorithm (EA) is shown in order to tackle the problem of reconfiguring radial distribution systems. The developed module considers power quality indices such as long duration interruptions and customer process disruptions due to voltage sags, by using the Monte Carlo simulation method. Power quality costs are modeled into the mathematical problem formulation, which are added to the cost of network losses. As for the EA codification proposed, a decimal representation is used. The EA operators, namely selection, recombination and mutation, which are considered for the reconfiguration algorithm, are herein analyzed. A number of selection procedures are analyzed, namely tournament, elitism and a mixed technique using both elitism and tournament. The recombination operator was developed by considering a chromosome structure representation that maps the network branches and system radiality, and another structure that takes into account the network topology and feasibility of network operation to exchange genetic material. The topologies regarding the initial population are randomly produced so as radial configurations are produced through the Prim and Kruskal algorithms that rapidly build minimum spanning trees. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Feasibility of Electronic Tap-Changing Stabilizers for Medium Voltage Lines-Precedents and New Configurations

Thyristor-based onload tap-changing ac voltage stabilizers are cheap and robust. They have replaced most mechanical tap-changers in low voltage applications from 300 VA to 300 M. Nevertheless, this replacement hardily applies to tap-changers associated to transformers feeding medium-voltage lines (typically 69 kV primary, 34.5 kV line, 10 MVA) which need periodical maintenance of contacts and oil. The Electric Power Research Institute (EPRI) has studied the feasibility of this replacement. It detected economical problems derived from the need for series association of thyristors to manage the high voltages involved, and from the current overload developed under line fault. The paper reviews the configurations used in that field and proposes new solutions, using a compensating transformer in the main circuit and multi-winding coils in the commutating circuit, with reduced overload effect and no series association of thyristors, drastically decreasing their number and rating. The stabilizer can be installed at any point of the line and the electronic circuit can be fixed to ground. Subsequent works study and synthesize several commutating circuits in detail.

Lightning-Induced Voltages on Overhead Lines-Application of the Extended Rusck Model

Lightning-induced overvoltages have a considerable impact on the power quality of overhead distribution and telecommunications systems, and various models have been developed for the computation of the electromagnetic transients caused by indirect strokes. The most adequate has been shown to be the one proposed by Agrawal et al.; the Rusck model can be visualized as a particular case, as both models are equivalent when the lightning channel is perpendicular to the ground plane. In this paper, an extension of the Rusck model that enables the calculation of lightning-induced transients considering flashes to nearby elevated structures and realistic line configurations is tested against data obtained from both natural lightning and scale model experiments. The latter, performed under controlled conditions, can be used also to verify the validity of other coupling models and relevant codes. The so-called Extended Rusck Model, which is shown to be sufficiently accurate, is applied to the analysis of lightning-induced voltages on lines with a shield wire and/or surge arresters. The investigation conducted indicates that the ratio between the peak values of the voltages induced by typical first and subsequent strokes can be either greater or smaller than the unity, depending on the line configuration.

Transient analysis of variable-speed wind turbines at wind speed disturbances and a pitch control malfunction

As wind power generation undergoes rapid growth, new technical challenges emerge: dynamic stability and power quality. The influence of wind speed disturbances and a pitch control malfunction on the quality of the energy injected into the electric grid is studied for variable-speed wind turbines with different power-electronic converter topologies. Additionally, a new control strategy is proposed for the variable-speed operation of wind turbines with permanent magnet synchronous generators. The performance of disturbance attenuation and system robustness is ascertained. Simulation results are presented and conclusions are duly drawn. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Correntes harmónicas em lâmpadas compactas: sistema de aquisição e processamento de sinal e impacto nas instalações eléctricas

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

Technical and economic assessment of energy from Tidal Currents

The present work aims to study the feasibility of deploying a farm of sea current turbines for electricity generation in Portugal. An approach to the tides, which are they, how they are formed, its prediction, is held. It is also conducted a study about the energy of sea currents and it is presented some technology about ocean currents too. A model of tidal height and velocity of the currents it is also developed. The energy produced by a hypothetical park, built in Sines (Portugal), is calculated and afterwards, an economical assessment is performed for two possible scenarios and a sensitivity analysis of NVP (Net Present Value) and LCOE (Levelized Cost of Energy) is figured. The conclusions about the feasibility of the projects are also presented. Despite being desired due to its predictability, this energy source is not yet economically viable as it is in an initial state of development. To push investment in this technology a feed-in tariff of, at least €200/MWh, should be considered.

Renewable energy in Islands: an integrated proposal for electricity generation and transports

The purpose of this article is to analyse and evaluate the economical, energetic and environmental impacts of the increasing penetration of renewable energies and electrical vehicles in isolated systems, such as Terceira Island in Azores and Madeira Island. Given the fact that the islands are extremely dependent on the importation of fossil fuels - not only for the production of energy, but also for the transportation’s sector – it’s intended to analyse how it is possible to reduce that dependency and determine the resultant reduction of pollutant gas emissions. Different settings have been analysed - with and without the penetration of EVs. The Terceira Island is an interesting case study, where EVs charging during off-peak hours could allow an increase in geothermal power, limited by the valley of power demand. The percentage of renewable energy in the electric power mix could reach the 74% in 2030 while at the same time, it is possible to reduce the emissions of pollutant gases in 45% and the purchase of fossil fuels in 44%. In Madeira, apart from wind, solar and small hydro power, there are not so many endogenous resources and the Island’s emission factor cannot be so reduced as in Terceira. Although, it is possible to reduce fossil fuels imports and emissions in 1.8% in 2030 when compared with a BAU scenario with a 14% of the LD fleet composed by EVs.

Metaheuristic approach to the Holt-Winters optimal short term load forecast

Electricity short-term load forecast is very important for the operation of power systems. In this work a classical exponential smoothing model, the Holt-Winters with double seasonality was used to test for accurate predictions applied to the Portuguese demand time series. Some metaheuristic algorithms for the optimal selection of the smoothing parameters of the Holt-Winters forecast function were used and the results after testing in the time series showed little differences among methods, so the use of the simple local search algorithms is recommended as they are easier to implement.

A simulation of integrated photovoltaic conversion into electric grid

This paper presents a systemic modeling for a PV system integrated into an electric grid. The modeling includes models for a DC-DC boost converter and a DC-AC two-level inverter. Classical or fuzzy PI controllers with pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode control is used for controlling the PV system and power factor control is introduced at the output of the system. Comprehensive performance simulation studies are carried out with the modeling of the DC-DC boost converter followed by a two-level power inverter in order to compare the performance with the experimental results obtained during in situ operation with three commercial inverters. Also, studies are carried out to assess the quality of the energy injected into the electric grid in terms of harmonic distortion. Finally, conclusions regarding the integration of the PV system into the electric grid are presented. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fifth harmonic and sag impact on PMSG wind turbines with a balancing new strategy for capacitor voltages

This paper deals with the computing simulation of the impact on permanent magnet synchronous generator wind turbines due to fifth harmonic content and grid voltage decrease. Power converter topologies considered in the simulations are the two-level and the three-level ones. The three-level converters are limited by unbalance voltages in the DC-link capacitors. In order to lessen this limitation, a new control strategy for the selection of the output voltage vectors is proposed. Controller strategies considered in the simulation are respectively based on proportional integral and fractional-order controllers. Finally, a comparison between the results of the simulations with the two controller strategies is presented in order to show the main advantage of the proposed strategy. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

WeSenseNET - Plataforma de Visualização, Gestão Remota e Agregação Múltipla de Dados

Nos últimos anos, o avanço da tecnologia e a miniaturização de diversos componentes de electrónica associados a novos conceitos têm permitido nascer novas ideias e projectos, que até há alguns anos não passariam de ficção científica. Talvez o exemplo mais acabado seja actualmente o smartphone, um pequeno bloco de hardware e software, com capacidade de processamento que ultrapassa várias vezes o dos computadores com uma dúzia de anos. Estas capacidades têm sido utilizadas em comunicações, blocos de notas, agendas e até entretenimento. No entanto, podem ser reutilizadas para ajudar a resolver algumas limitações/constrangimentos da actualidade. Dentro destes destacam-se a gestão de recursos escassos. Com efeito, o consumo de energia eléctrica tem aumentado como consequência directa do desenvolvimento global e aumento do número de aparelhos eléctricos. Uma percentagem significativa de energia eléctrica tem sido produzida através de recursos não-renováveis de energia. No entanto, a dependência energética, associada à subida de preços e a redução das emissões de gases do efeito estufa, estimula o desenvolvimento de novas soluções que permitam lidar com esta situação. O desempenho energético por sua vez depende não só das características da estrutura, mas também do comportamento do utilizador. O desempenho energético dos edifícios é muito importante, uma vez que os respectivos consumos são responsáveis por mais de metade do total da energia produzida. Desta forma, a fim de alcançar um melhor desempenho é importante não só considerar o desempenho de estrutura, mas também monitorizar o comportamento do utilizador. Esta última questão coloca várias limitações, uma vez que depende muito do tipo de utilizador. Um dos conceitos actuais emergentes são as chamadas redes de sensores sem fio. Com esta tecnologia, pequenos módulos podem ser desenvolvidos com muitas possibilidades de conectividade, com elevado poder de processamento e com grande autonomia, sem serem excessivamente caros. Isto proporciona os meios para implementar vários dispositivos em toda a instalação, para recolher uma variedade de dados, sendo posteriormente armazenados num servidor. Os blocos fundamentais da infra-estrutura de sensores do projecto foram concebidos na Evoleo Technologies em simultâneo com o decorrer do estágio. Estes blocos recolhem dados específicos na instalação, e periodicamente enviam para o servidor central os valores recolhidos, onde são armazenados e colocados à disposição do utilizador. Os dados recolhidos podem então ser apresentados ao utilizador, proporcionando um registo de consumo de energia associado a um dado período de tempo. Uma vez que todos os dados são armazenados no servidor, podem ser efectuados estudos para determinar o uso típico, possíveis problemas em aparelhos, a qualidade da energia eléctrica, etc., permitindo determinar onde a energia está a ser eventualmente desperdiçada e fornecendo dados ao utilizador para que este possa proceder a alterações, tendo por base dados recolhidos num dado período. O objectivo principal deste trabalho passa por estabelecer a ligação entre o nível máquina e o nível de utilizador, isto é, uma plataforma de interacção entre dispositivos e administrador da instalação. Fornecer os dados de uma forma fácil e sem necessidade de instalação de software específico em cada dispositivo que se pretenda utilizar para monitorizar foi uma das principais preocupações das fases de concepção do projecto.

Otimização de consumo energético de equipamento de grande potência

Um dos princípios da Gestão é: “If you cannot measure it, you cannot improve it.” In The Economist – 26.Dez.2008, idea of 19th century English physicist Lord Kelvin. Embora seja uma afirmação aplicável à gestão económica, também pode ser utilizada no domínio da gestão da energia. Este trabalho surge da necessidade sentida pela empresa Continental - Industria Têxtil do Ave, S.A. em efetuar uma atualização dos seus standards de produção, minimizando os seus consumos de eletricidade e gás natural. Foi necessário efetuar o levantamento dos consumos em diversas máquinas e equipamentos industriais, caracterizando e analisando os consumos ao longo de todo o processo produtivo. Para o tratamento de dados recolhidos foi desenvolvida uma folha de cálculo em MS Office ExcelTM com metodologia adequada ao equipamento em análise, que dará apoio ao decisor para a identificação dos aspetos que melhorem o processo produtivo e garantam uma elevada eficiência energética. Porém, não se enquadra no âmbito do Plano Nacional de Racionalização de Energia, sendo uma “auditoria energética” ao processo produtivo. Recentemente, a empresa, tem vindo a utilizar equipamentos eletrónicos que permitem otimizar o funcionamento mecânico dos equipamentos e das potências instaladas dos transformadores, na tentativa de racionalizar o consumo da energia elétrica. Outros equipamentos como, conversores de frequência para controlo de motores, balastros eletrónicos que substituem os convencionais balastros ferromagnéticos das lâmpadas de descarga fluorescente, têm sido incluídos ao nível das instalações elétricas, sendo gradualmente substituída a eletromecânica pela eletrónica. Este tipo de soluções vem deteriorar as formas de onda da corrente e da tensão do sistema pela introdução de distorções harmónicas. Faz ainda parte deste trabalho, um estudo de uma solução que melhore, simultaneamente o fator de potência e reduza as harmónicas presentes num posto de transformação localizado no seio da fábrica. Esta solução, permite melhorar a qualidade da energia elétrica e as condições de continuidade de serviço, garantindo melhores condições de exploração e incrementando a produtividade da empresa.

Sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica

A racionalização do consumo de energia elétrica é um tema que assume uma importância crescente nos dias de hoje. O elevado consumo de energia, principalmente a nível comercial/industrial, tem motivado o aparecimento de questões políticas, económico-sociais e ambientais que visam a sensibilização dos consumidores para a gestão eficiente dos seus recursos. Neste sentido, as empresas e instituições têm demonstrado interesse em encontrar soluções de gestão nas suas instalações elétricas que permitam a monitorização de indicadores e a previsão de falhas cuja ocorrência acarreta elevados custos de reparação/substituição, de paragem de produção, entre outros. O estudo aqui apresentado surge no âmbito de um projeto académico, cuja finalidade se prende com a implementação de um sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Baseado numa rede de dispositivos analisadores de parâmetros de energia elétrica, estes equipamentos de medição dispõem de software próprio, o GridVis, que permite o acesso remoto, através de uma rede Ethernet, aos parâmetros de energia (grandezas físicas elétricas). O sistema desenvolvido é capaz de identificar parâmetros de consumo de energia anómalos e emitir alertas, pré-programados em linguagem C++ e diagrama de blocos. Permite, por exemplo, detetar um consumo instantâneo excessivo de energia e alertar a sua ocorrência. As páginas de acesso aos parâmetros medidos por cada dispositivo são acessíveis através de uma interface gráfica desenvolvida em Adobe Flash que inclui, de uma forma simples e organizada, a informação relativa à distribuição dos dispositivos de medição. Num contexto de expansão deste projeto para outros edifícios do ISEP, a solução desenvolvida encontra-se preparada para ser adaptada em qualquer local, desde que reúna certos requisitos.

Consumption Management of Air Conditioning Devices for the Participation in Demand Response Programs

Demand Response has been taking over the years an extreme importance. There’s a lot of demand response programs, one of them proposed in this paper, using air conditioners that could increase the power quality and decrease the spent money in many ways like: infrastructures and customers energy bill reduction. This paper proposes a method and a study on how air conditioners could integrate demand response programs. The proposed method has been modelled as an energy resources management optimization problem. This paper presents two case studies, the first one with all costumers participating and second one with some of costumers. The results obtained for both case studies have been analyzed.