Dimensioning DC-voltage capacitor for a DC-distribution system and dynamic analysis

Technical analysis of Low Voltage Direct Current (LVDC) distribution systems shows that in LVDC transmission the customer voltage quality is higher. One of the problems in LVDC distribution networks that converters both ends of the DC line are required. Because of the converters produce not pure DC voltage, but some fluctuations as well, the huge electrolytic capacitors are required to reduce voltage distortions in the DC-side. This thesis master’s thesis is focused on calculating required DC-link capacitance for LVDC transmission and estimation of the influence of different parameters on the voltage quality. The goal is to investigate the methods of the DC-link capacitance estimation and location in the transmission line.

Development of a measuring-control system for energy monitoring in low power

In this thesis a control system for an intelligent low voltage energy grid is presented, focusing on the control system created by using a multi-agent approach which makes it versatile and easy to expand according to the future needs. The control system is capable of forecasting the future energy consumption and decisions making on its own without human interaction when countering problems. The control system is a part of the St. Petersburg State Polytechnic University’s smart grid project that aims to create a smart grid for the university’s own use. The concept of the smart grid is interesting also for the consumers as it brings new possibilities to control own energy consumption and to save money. Smart grids makes it possible to monitor the energy consumption in real-time and to change own habits to save money. The intelligent grid also brings possibilities to integrate the renewable energy sources to the global or the local energy production much better than the current systems. Consumers can also sell their extra power to the global grid if they want.

Effect of atmosphere on the electrical properties of TiO2-SnO2 varistor systems

This work illustrates the advancement of research on TiO2-based electroceramics. In this work will be presented that the addition of different dopants, as well as thermal treatments at oxidizing and inert atmosphere, influences of the densification, the mean grain size and the electrical properties of the TiO2-based varistor ceramics. Dopants like Ta2O5, Nb2O5, and Cr2O3 have an especial role in the barrier formation at the grain boundary in the TiO2 varistors, increasing the nonlinear coefficient and decreasing the breakdown electric field. The influence of Cr'(Ti) is to increase the O' and O'(2) adsorption at the grain boundary interface and to promote a decrease in the conductivity by donating electrons to O-2 adsorbed at the grain boundary. In this paper, TiO2 and (Sn,Ti)O-2-based studies of polycrystalline ceramics, which show a non-linear I-V electrical response typical of low voltage varistor systems are also presented. All these systems are potentially promising for varistor applications. (C) 2004 Kluwer Academic Publishers.

Experience with PV-diesel hybrid village power systems in southern Morocco

In October 2002, under the auspices of Spanish Cooperation, a pilot electrification project put into operation two centralised PV-diesel hybrid systems in two different Moroccan villages. These systems currently provide a full-time energy service and supply electricity to more than a hundred of families, six community buildings, street lighting and one running water system. The appearance of the electricity service is very similar to an urban one: one phase AC supply (230V/50Hz) distributed up to each dwelling using a low-voltage mini-grid, which has been designed to be fully compatible with a future arrival of the utility grid. The management of this electricity service is based on a “fee-for-service” scheme agreed between a local NGO, partner of the project, and electricity associations created in each village, which are in charge of, among other tasks, recording the daily energy production of systems and the monthly energy consumption of each house. This register of data allows a systematic evaluation of both the system performance and the energy consumption of users. Now, after four years of operation, this paper presents the experience of this pilot electrification project and draws lessons that can be useful for designing, managing and sizing this type of small village PV-hybrid system

A voltage disturbances prototype for testing electrical generators connected to microgrids

The search for new energy models arises as a necessity to have a sustainable power supply. The inclusion of distributed generation sources (DG) allows to reduce the cost of facilities, increase the security of the grid or alleviate problems of congestion through the redistribution of power flows. In remote microgrids it is needed in a particular way a safe and reliable supply, which can cover the demand for a low cost; due to this, distributed generation is an alternative that is being widely introduced in these grids. But the remote microgrids are especially weak grids because of their small size, low voltage level, reduced network mesh and distribution lines with a high ratio R/X. This ratio affects the coupling between grid voltages and phase shifts, and stability becomes an issue of greater importance than in interconnected systems. To ensure the appropriate behavior of generation sources inserted in remote microgrids -and, in general, any electrical equipment-, it is essential to have devices for testing and certification. These devices must, not only faithfully reproduce disturbances occurring in remote microgrids, but also to behave against the equipment under test (EUT) as a real weak grid. This also makes the device commercially competitive. To meet these objectives and based on the aforementioned, it has been designed, built and tested a voltage disturbances generator, in order to provide a simple, versatile, full and easily scalable device to manufacturers and laboratories in the sector.

Single Events in a COTS Soft-Error Free SRAM at Low Bias Voltage Induced by 15-MeV Neutrons

This paper presents an experimental study of the sensitivity to 15-MeV neutrons of Advanced Low Power SRAMs (A-LPSRAM) at low bias voltage little above the threshold value that allows the retention of data. This family of memories is characterized by a 3D structure to minimize the area penalty and to cope with latchups, as well as by the presence of integrated capacitors to hinder the occurrence of single event upsets. In low voltage static tests, classical single event upsets were a minor source of errors, but other unexpected phenomena such as clusters of bitflips and hard errors turned out to be the origin of hundreds of bitflips. Besides, errors were not observed in dynamic tests at nominal voltage. This behavior is clearly different than that of standard bulk CMOS SRAMs, where thousands of errors have been reported.

A Framework for Assessing the Reliability of Wind Energy Conversion Systems

During the last decade, wind power generation has seen rapid development. According to the U.S. Department of Energy, achieving 20\% wind power penetration in the U.S. by 2030 will require: (i) enhancement of the transmission infrastructure, (ii) improvement of reliability and operability of wind systems and (iii) increased U.S. manufacturing capacity of wind generation equipment. This research will concentrate on improvement of reliability and operability of wind energy conversion systems (WECSs). The increased penetration of wind energy into the grid imposes new operating conditions on power systems. This change requires development of an adequate reliability framework. This thesis proposes a framework for assessing WECS reliability in the face of external disturbances, e.g., grid faults and internal component faults. The framework is illustrated using a detailed model of type C WECS - doubly fed induction generator with corresponding deterministic and random variables in a simplified grid model. Fault parameters and performance requirements essential to reliability measurements are included in the simulation. The proposed framework allows a quantitative analysis of WECS designs; analysis of WECS control schemes, e.g., fault ride-through mechanisms; discovery of key parameters that influence overall WECS reliability; and computation of WECS reliability with respect to different grid codes/performance requirements.

Instrument transformers with Digital outputting high voltage power networks

In recent years, energy modernization has focused on smart engineering advancements. This entails designing complicated software and hardware for variable-voltage digital substations. A digital substation consists of electrical and auxiliary devices, control and monitoring devices, computers, and control software. Intelligent measurement systems use digital instrument transformers and IEC 61850-compliant information exchange protocols in digital substations. Digital instrument transformers used for real-time high-voltage measurements should combine advanced digital, measuring, information, and communication technologies. Digital instrument transformers should be cheap, small, light, and fire- and explosion-safe. These smaller and lighter transformers allow long-distance transmission of an optical signal that gauges direct or alternating current. Cost-prohibitive optical converters are a problem. To improve the tool's accuracy, amorphous alloys are used in the magnetic circuits and compensating feedback. Large-scale voltage converters can be made cheaper by using resistive, capacitive, or hybrid voltage dividers. In known electronic voltage transformers, the voltage divider output is generally on the low-voltage side, facilitating power supply organization. Combining current and voltage transformers reduces equipment size, installation, and maintenance costs. These two gadgets cost less together than individually. To increase commercial power metering accuracy, current and voltage converters should be included into digital instrument transformers so that simultaneous analogue-to-digital samples are obtained. Multichannel ADC microcircuits with synchronous conversion start allow natural parallel sample drawing. Digital instrument transformers are created adaptable to substation operating circumstances and environmental variables, especially ambient temperature. An embedded microprocessor auto-diagnoses and auto-calibrates the proposed digital instrument transformer.

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.

Limiting Internal Supply Voltage Spikes in DC-DC Converters

Implementing monolithic DC-DC converters for low power portable applications with a standard low voltage CMOS technology leads to lower production costs and higher reliability. Moreover, it allows miniaturization by the integration of two units in the same die: the power management unit that regulates the supply voltage for the second unit, a dedicated signal processor, that performs the functions required. This paper presents original techniques that limit spikes in the internal supply voltage on a monolithic DC-DC converter, extending the use of the same technology for both units. These spikes are mainly caused by fast current variations in the path connecting the external power supply to the internal pads of the converter power block. This path includes two parasitic inductances inbuilt in bond wires and in package pins. Although these parasitic inductances present relative low values when compared with the typical external inductances of DC-DC converters, their effects can not be neglected when switching high currents at high switching frequency. The associated overvoltage frequently causes destruction, reliability problems and/or control malfunction. Different spike reduction techniques are presented and compared. The proposed techniques were used in the design of the gate driver of a DC-DC converter included in a power management unit implemented in a standard 0.35 mu m CMOS technology.

Gestão de Recursos Energéticos nas SmartGrids

A sustentabilidade do sistema energético é crucial para o desenvolvimento económico e social das sociedades presentes e futuras. Para garantir o bom funcionamento dos sistemas de energia actua-se, tipicamente, sobre a produção e sobre as redes de transporte e de distribuição. No entanto, a integração crescente de produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição de média e de baixa tensão, a liberalização dos mercados energéticos, o desenvolvimento de mecanismos de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas automatizados de controlo de cargas e os avanços tecnológicos das infra-estruturas de comunicação impõem o desenvolvimento de novos métodos de gestão e controlo dos sistemas de energia. O contributo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de gestão de recursos energéticos num contexto de SmartGrids, considerando uma entidade designada por VPP que gere um conjunto de instalações (unidades produtoras, consumidores e unidades de armazenamento) e, em alguns casos, tem ao seu cuidado a gestão de uma parte da rede eléctrica. Os métodos desenvolvidos contemplam a penetração intensiva de produção distribuída, o aparecimento de programas de Demand Response e o desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento. São ainda propostos níveis de controlo e de tomada de decisão hierarquizados e geridos por entidades que actuem num ambiente de cooperação mas também de concorrência entre si. A metodologia proposta foi desenvolvida recorrendo a técnicas determinísticas, nomeadamente, à programação não linear inteira mista, tendo sido consideradas três funções objectivo distintas (custos mínimos, emissões mínimas e cortes de carga mínimos), originando, posteriormente, uma função objectivo global, o que permitiu determinar os óptimos de Pareto. São ainda determinados os valores dos custos marginais locais em cada barramento e consideradas as incertezas dos dados de entrada, nomeadamente, produção e consumo. Assim, o VPP tem ao seu dispor um conjunto de soluções que lhe permitirão tomar decisões mais fundamentadas e de acordo com o seu perfil de actuação. São apresentados dois casos de estudo. O primeiro utiliza uma rede de distribuição de 32 barramentos publicada por Baran & Wu. O segundo caso de estudo utiliza uma rede de distribuição de 114 barramentos adaptada da rede de 123 barramentos do IEEE.

Algoritmo de controlo inteligente de microprodução para regulação de tensão em redes de baixa tensão

Com o constante desenvolvimento da sociedade, o consumo de energia elétrica tem aumentado gradualmente, por outro lado a preocupação com o meio ambiente e a necessidade de um desenvolvimento sustentável, faz com que a legislação atual favoreça a introdução de fontes de energia de origem renovável em detrimento de fontes de energia de origem fóssil. Cada vez mais têm surgido incentivos para a implementação de pequenos sistemas de produção em instalações de utilização, estes consumidores/produtores são denominados de prosumers, sendo este tipo de produtores ligados à rede elétrica de baixa tensão. Com a introdução deste tipo de produtores é necessário dotar a rede elétrica de meios que permitam ao operador da rede monitorizar e controlar em tempo real o estado da rede assim como destes novos produtores. No âmbito desta dissertação, foi desenvolvido um algoritmo de controlo inteligente de microprodução. Avaliando o consumo, a produção, entre outros parâmetros de gestão da rede, este algoritmo calculará um conjunto de set-points que deverão ser enviados para os microprodutores de modo a limitar a potência injetada na rede e assim controlar a tensão. Também foi realizado um estudo económico do impacto que as medidas propostas teriam do ponto de vista dos gestores da rede bem como do ponto de vista dos microprodutores.

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.

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.

A utilização do ERP Powerbill no controlo das áreas de gestão de consumos, gestão de pagamentos automáticos e gestão de facturação, na Cooperativa de Electrificação A LORD, CRL

Trabalho de Projecto apresentado ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Auditoria, sob orientação do Professor Luís Rodrigues (Doutor)