Optical regeneration at 40 Gb/s in dispersion-managed transmission lines with in-line synchronous modulators

Numerical optimization is performed of the 40-Gb/s dispersion-managed (DM) soliton transmission system with in-line synchronous intensity modulation. Stability of DM soliton transmission results from a combined action of dispersion, nonlinearity, in-line filtering, and modulation through effective periodic bandwidth management of carrier pulses. Therefore, analysis of the multiparametric problem is typically required. A two-stage time-saving numerical optimization procedure is applied. At the first step, the regions of the stable carrier propagation are determined using theoretical models available for DM solitons, and system parameters are optimized. At the second stage, full numerical simulations are undertaken in order to verify the tolerance of optimal transmission regimes. An approach developed demonstrates feasibility of error-free transmission over 20 000 km in a transmission line composed of standard fiber and dispersion compensation fiber at 40 Gb/s.

Full-field feed-forward equalizer with adaptive system optimization

We numerically investigate the combination of full-field detection and feed-forward equalizer (FFE) for adaptive chromatic dispersion compensation up to 2160 km in a 10 Gbit/s on-off keyed optical transmission system. The technique, with respect to earlier reports, incorporates several important implementation modules, including the algorithm for adaptive equalization of the gain imbalance between the two receiver chains, compensation of phase misalignment of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer, and simplified implementation of field calculation. We also show that in addition to enabling fast adaptation and simplification of field calculation, full-field FFE exhibits enhanced tolerance to the sampling phase misalignment and reduced sampling rate when compared to the full-field implementation using a dispersive transmission line.

Protection schemes for meshed VSC-HVDC transmission systems for large-scale offshore wind farms

This chapter discusses network protection of high-voltage direct current (HVDC) transmission systems for large-scale offshore wind farms where the HVDC system utilizes voltage-source converters. The multi-terminal HVDC network topology and protection allocation and configuration are discussed with DC circuit breaker and protection relay configurations studied for different fault conditions. A detailed protection scheme is designed with a solution that does not require relay communication. Advanced understanding of protection system design and operation is necessary for reliable and safe operation of the meshed HVDC system under fault conditions. Meshed-HVDC systems are important as they will be used to interconnect large-scale offshore wind generation projects. Offshore wind generation is growing rapidly and offers a means of securing energy supply and addressing emissions targets whilst minimising community impacts. There are ambitious plans concerning such projects in Europe and in the Asia-Pacific region which will all require a reliable yet economic system to generate, collect, and transmit electrical power from renewable resources. Collective offshore wind farms are efficient and have potential as a significant low-carbon energy source. However, this requires a reliable collection and transmission system. Offshore wind power generation is a relatively new area and lacks systematic analysis of faults and associated operational experience to enhance further development. Appropriate fault protection schemes are required and this chapter highlights the process of developing and assessing such schemes. The chapter illustrates the basic meshed topology, identifies the need for distance evaluation, and appropriate cable models, then details the design and operation of the protection scheme with simulation results used to illustrate operation. © Springer Science+Business Media Singapore 2014.

Impact of electric vehicles on GB electricity demand and associated benefits for system control

This paper investigates the impact that electric vehicle uptake will have on the national electricity demand of Great Britain. Data from the National Travel Survey, and the Coventry and Birmingham Low Emissions Demonstration (CABLED) are used to model an electrical demand profile in a future scenario of significant electric vehicle market penetration. These two methods allow comparison of how conventional cars are currently used, and the resulting electrical demand with simple substitution of energy source, with data showing how electric vehicles are actually being used at present. The report finds that electric vehicles are unlikely to significantly impact electricity demand in GB. The paper also aims to determine whether electric vehicles have the potential to provide ancillary services to the grid operator, and if so, the capacity for such services that would be available. Demand side management, frequency response and Short term Operating Reserve (STOR) are the services considered. The report finds that electric cars are unlikely to provide enough moveable demand peak shedding to be worthwhile. However, it is found that controlling vehicle charging would provide sufficient power control to viably act as frequency response for dispatch by the transmission system operator. This paper concludes that electric vehicles have technical potential to aid management of the transmission network without adding a significant demand burden. © 2013 IEEE.

Investigation of factors driving the costs of operating the 2020 Irish power system with large-scale wind generation

The main goal of this work is to determine the true cost incurred by the Republic of Ireland and Northern Ireland in order to meet their EU renewable electricity targets. The primary all-island of Ireland policy goal is that 40% of electricity will come from renewable sources in 2020. From this it is expected that wind generation on the Irish electricity system will be in the region of 32-37% of total generation. This leads to issues resulting from wind energy being a non-synchronous, unpredictable and variable source of energy use on a scale never seen before for a single synchronous system. If changes are not made to traditional operational practices, the efficient running of the electricity system will be directly affected by these issues in the coming years. Using models of the electricity system for the all-island grid of Ireland, the effects of high wind energy penetration expected to be present in 2020 are examined. These models were developed using a unit commitment, economic dispatch tool called PLEXOS which allows for a detailed representation of the electricity system to be achieved down to individual generator level. These models replicate the true running of the electricity system through use of day-ahead scheduling and semi-relaxed use of these schedules that reflects the Transmission System Operator's of real time decision making on dispatch. In addition, it carefully considers other non-wind priority dispatch generation technologies that have an effect on the overall system. In the models developed, three main issues associated with wind energy integration were selected to be examined in detail to determine the sensitivity of assumptions presented in other studies. These three issues include wind energy's non-synchronous nature, its variability and spatial correlation, and its unpredictability. This leads to an examination of the effects in three areas: the need for system operation constraints required for system security; different onshore to offshore ratios of installed wind energy; and the degrees of accuracy in wind energy forecasting. Each of these areas directly impact the way in which the electricity system is run as they address each of the three issues associated with wind energy stated above, respectively. It is shown that assumptions in these three areas have a large effect on the results in terms of total generation costs, wind curtailment and generator technology type dispatch. In particular accounting for these issues has resulted in wind curtailment being predicted in much larger quantities than had been previously reported. This would have a large effect on wind energy companies because it is already a very low profit margin industry. Results from this work have shown that the relaxation of system operation constraints is crucial to the economic running of the electricity system with large improvements shown in the reduction of wind curtailment and system generation costs. There are clear benefits in having a proportion of the wind installed offshore in Ireland which would help to reduce variability of wind energy generation on the system and therefore reduce wind curtailment. With envisaged future improvements in day-ahead wind forecasting from 8% to 4% mean absolute error, there are potential reductions in wind curtailment system costs and open cycle gas turbine usage. This work illustrates the consequences of assumptions in the areas of system operation constraints, onshore/offshore installed wind capacities and accuracy in wind forecasting to better inform the true costs associated with running Ireland's changing electricity system as it continues to decarbonise into the near future. This work also proposes to illustrate, through the use of Ireland as a case study, the effects that will become ever more prevalent in other synchronous systems as they pursue a path of increasing renewable energy generation.

Application of meta-analytical probabilistic approach for reliability benefits reflective optimal transmission costing – the case of India

In the deregulated Power markets it is necessary to have a appropriate Transmission Pricing methodology that also takes into account “Congestion and Reliability”, in order to ensure an economically viable, equitable, and congestion free power transfer capability, with high reliability and security. This thesis presents results of research conducted on the development of a Decision Making Framework (DMF) of concepts and data analytic and modelling methods for the Reliability benefits Reflective Optimal “cost evaluation for the calculation of Transmission Cost” for composite power systems, using probabilistic methods. The methodology within the DMF devised and reported in this thesis, utilises a full AC Newton-Raphson load flow and a Monte-Carlo approach to determine, Reliability Indices which are then used for the proposed Meta-Analytical Probabilistic Approach (MAPA) for the evaluation and calculation of the Reliability benefit Reflective Optimal Transmission Cost (ROTC), of a transmission system. This DMF includes methods for transmission line embedded cost allocation among transmission transactions, accounting for line capacity-use as well as congestion costing that can be used for pricing using application of Power Transfer Distribution Factor (PTDF) as well as Bialek’s method to determine a methodology which consists of a series of methods and procedures as explained in detail in the thesis for the proposed MAPA for ROTC. The MAPA utilises the Bus Data, Generator Data, Line Data, Reliability Data and Customer Damage Function (CDF) Data for the evaluation of Congestion, Transmission and Reliability costing studies using proposed application of PTDF and other established/proven methods which are then compared, analysed and selected according to the area/state requirements and then integrated to develop ROTC. Case studies involving standard 7-Bus, IEEE 30-Bus and 146-Bus Indian utility test systems are conducted and reported throughout in the relevant sections of the dissertation. There are close correlation between results obtained through proposed application of PTDF method with the Bialek’s and different MW-Mile methods. The novel contributions of this research work are: firstly the application of PTDF method developed for determination of Transmission and Congestion costing, which are further compared with other proved methods. The viability of developed method is explained in the methodology, discussion and conclusion chapters. Secondly the development of comprehensive DMF which helps the decision makers to analyse and decide the selection of a costing approaches according to their requirements. As in the DMF all the costing approaches have been integrated to achieve ROTC. Thirdly the composite methodology for calculating ROTC has been formed into suits of algorithms and MATLAB programs for each part of the DMF, which are further described in the methodology section. Finally the dissertation concludes with suggestions for Future work.

Equipamento microprocessado para geração de sinal de correção diferencial, em tempo real, para GPS

This work presents the development of low cost microprocessor-based equipment for generation of differential GPS correction signal, in real time, and configuration and supervision of the GPS base. The developed equipment contains a dedicated microcontroller connected to the GPS receiver, alphanumeric display and multifunction keyboard for configuration and operation of the system and communication interfaces. The electronic circuit has the function of receiving the information from GPS base; interpret them, converting the sentence in the RTCM SC-104 protocol. The microcontroller software makes the conversion of the signal received by the GPS base from the specific format to RTCM SC-104 protocol. The processing main board has two serials RS-232C standard interfaces. One of them is used for configuration and receiving the information generated by the GPS base. The other operates as output, sending the differential correction signal for the transmission system. The development of microprocessor-based equipment showed that it is possible the construction of a low cost private station for real time generation of differential GPS correction signal.

A novel approach for Modeling the steady-state VSC-based multiline FACTS controllers and their operational constraints

A new, simple approach for modeling and assessing the operation and response of the multiline voltage-source controller (VSC)-based flexible ac transmission system controllers, namely the generalized interline power-flow controller (GIPFC) and the interline power-flow controller (IPFC), is presented in this paper. The model and the analysis developed are based on the converters` power balance method which makes use of the d-q orthogonal coordinates to thereafter present a direct solution for these controllers through a quadratic equation. The main constraints and limitations that such devices present while controlling the two independent ac systems considered, will also be evaluated. In order to examine and validate the steady-state model initially proposed, a phase-shift VSC-based GIPFC was also built in the Alternate Transients Program program whose results are also included in this paper. Where applicable, a comparative evaluation between the GIPFC and the IPFC is also presented.

Stochastic stability analysis for the constant-modulus algorithm

We derive an easy-to-compute approximate bound for the range of step-sizes for which the constant-modulus algorithm (CMA) will remain stable if initialized close to a minimum of the CM cost function. Our model highlights the influence, of the signal constellation used in the transmission system: for smaller variation in the modulus of the transmitted symbols, the algorithm will be more robust, and the steady-state misadjustment will be smaller. The theoretical results are validated through several simulations, for long and short filters and channels.

Comportamento dinâmico da rede eléctrica da ilha de São Vicente em Cabo Verde: estabilidade de tensão

Neste trabalho é efectuado, não só o diagnóstico em regime permanente, mas também o estudo, simulação e análise do comportamento dinâmico da rede eléctrica da ilha de São Vicente em Cabo Verde. Os estudos de estabilidade transitória desempenham um importante papel, tanto no planeamento como na operação dos sistemas de potência. Tais estudos são realizados, em grande parte, através de simulação digital no domínio do tempo, utilizando integração numérica para resolver as equações não-lineares que modelam a dinâmica do sistema e dependem da existência de registos reais de perturbação (ex: osciloperturbografia). O objectivo do trabalho será também verificar a aplicabilidade dos requisitos técnicos que as unidades geradoras devem ter, no que concerne ao controlo de tensão, estabelecidos na futura regulamentação europeia desenvolvida pela ENTSO-E (European Network Transmission System Operator for Electricity). De entre os requisitos analisou-se a capacidade das máquinas existentes suportarem cavas de tensão decorrentes de curto-circuitos trifásicos simétricos, Fault Ride Through, no ponto de ligação à rede. Identificaram-se para o efeito os factores que influenciam a estabilidade desta rede, em regime perturbado nomeadamente: (i) duração do defeito, (ii) caracterização da carga, com e sem a presença do sistema de controlo de tensão (AVR) em unidades de geração síncronas. Na ausência de registos reais sobre o comportamento do sistema, conclui-se que este é sensível à elasticidade das cargas em particular do tipo potência constante, existindo risco de perda de estabilidade, neste caso, para defeitos superiores a 5ms sem AVR. A existência de AVR nesta rede afigura-se como indispensável para garantir estabilidade de tensão sendo contudo necessário proceder a uma correcta parametrização.

Distribuição de vídeo sobre uma rede IEEE 802.11n

A recente norma IEEE 802.11n oferece um elevado débito em redes locais sem fios sendo por isso esperado uma adopção massiva desta tecnologia substituindo progressivamente as redes 802.11b/g. Devido à sua elevada capacidade esta recente geração de redes sem fios 802.11n permite um crescimento acentuado de serviços audiovisuais. Neste contexto esta dissertação procura estudar a rede 802.11n, caracterizando o desempenho e a qualidade associada a um serviço de transmissão de vídeo, recorrendo para o efeito a uma arquitectura de simulação da rede 802.11n. Desta forma é caracterizado o impacto das novas funcionalidades da camada MAC introduzidas na norma 801.11n, como é o caso da agregação A-MSDU e A-MPDU, bem como o impacto das novas funcionalidades da camada física como é o caso do MIMO; em ambos os casos uma optimização da parametrização é realizada. Também se verifica que as principais técnicas de codificação de vídeo H.264/AVC para optimizar o processo de distribuição de vídeo, permitem optimizar o desempenho global do sistema de transmissão. Aliando a optimização e parametrização da camada MAC, da camada física, e do processo de codificação, é possível propor um conjunto de configurações que permitem obter o melhor desempenho na qualidade de serviço da transmissão de conteúdos de vídeo numa rede 802.11n. A arquitectura de simulação construída nesta dissertação é especificamente adaptada para suportar as técnicas de agregação da camada MAC, bem como para suportar o encapsulamento em protocolos de rede que permitem a transmissão dos pacotes de vídeo RTP, codificados em H.264/AVC.

Resolução do problema do escalonamento da produção de energia eléctrica usando programação lógica por restrições

A operação dos Mercados de Energia Eléctrica passa, actualmente, por uma profunda reestruturação, com o principal foco nas transacções do sistema de transmissão entre os diferentes agentes. Tendo isso em conta, o serviço de transmissão neste novo esquema de funcionamento do Mercado de Energia Eléctrica deve ser provido de máxima eficiência económica, atendendo sempre às restrições de segurança do sistema. Com esta reorganização do sector eléctrico da última década surgiu também a necessidade de rever os modelos tradicionais de optimização económica do Sistema Eléctrico de Energia, como por exemplo o despacho e prédespacho (unit commitment). A reestruturação e liberalização dos mercados de energia eléctrica trouxeram novas restrições a alguns dos problemas tradicionais associados aos Sistemas Eléctricos de Energia. Um desses problemas é o Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica, que no contexto actual, implica quase sempre negociação entre os diferentes agentes do mercado e consequentemente reescalonamento. A maioria dos métodos usados para a resolução do problema não permitem reformular o prédespacho, algo para que a Programação Lógica por Restrições é extremamente adequada. O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa criar uma aplicação computacional com base na Programação Lógica por Restrições, através da plataforma ECLiPSe, para resolver o problema do Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica dos grupos térmicos, demonstrando assim a versatilidade e flexibilidade deste tipo de programação aplicada a problema combinatoriais deste género.

Estudo e proposta de algoritmo para a minimização do corte de eólica no contexto de uma análise custo-benefício multicritério

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Análise do mercado de serviços de regulação de frequência secundária e terciária no sistema eléctrico português

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Energia

Qualidade e satisfação do sistema de seguimento à distância de cardioversores-desfibrilhadores implantáveis

RESUMO - Com o aumento da esperança de vida e das doenças crónicas, cada vez se tem implantado mais cardioversores-desfibrilhadores (CDI) para prevenção de morte súbita. O aumento exponencial no número de implantes aumenta o número de seguimentos dos dispositivos, sobrecarregando os profissionais de saúde e comprometendo a qualidade dos serviços prestados. Segundo as recomendações internacionais, um CDI deverá ser vigiado a cada 3 meses, o que perfaz 4 consultas por ano/doente no mínimo, se não existirem episódios de “choques” ou “descompensações” clínicas, e mensalmente quando é atingido o indicador de substituição electiva do gerador. A evolução da tecnologia, de algoritmos, visualização de episódios e terapias requer recursos técnicos e humanos diferenciados e um gasto de tempo considerável no seguimento. Em países como os Estados Unidos da América, em que os doentes têm de percorrer distâncias muito grandes para aceder aos cuidados de saúde, tornou-se preemente a necessidade de um sistema de vigilância alternativo. Nesse sentido, e usando o conceito da telemedicina, foi criado o seguimento/monitorização à distância de dispositivos cardíacos. Este reduz os custos em consultas, deslocações e recursos humanos, uma vez que contempla apenas uma consulta presencial por ano. Por outro lado, aumenta a segurança do doente com a monitorização periódica e a criação de alarmes, permitindo uma assistência de qualidade e intervenção adequada imediata. Aproveitando as vantagens que este tipo de sistema de transmissão remota oferece, procedeu-se no meu serviço, à distribuição inicial de 62 comunicadores a doentes portadores de CDI´s ou com Ressincronizadores Cardíacos (TRC´s1). Apesar de ser considerada uma melhoria na qualidade dos serviços prestados, é também uma mudança importante na metodologia da consulta feita até aqui. Segundo vários autores, a avaliação da qualidade dos cuidados em saúde está intrinsecamente ligada ao grau de satisfação dos doentes com esses serviços, ou seja, à relação entre as suas expectativas e os resultados percebidos por eles, sendo considerado um importante indicador de qualidade dos serviços. Com este trabalho, pretende-se avaliar a percepção dos doentes face ao novo seguimento em termos de aceitação, satisfação, validade, segurança e confiança no novo sistema. Se este mantém os mesmos padrões de qualidade que o seguimento presencial. Trata-se de um estudo transversal com uma componente retrospectiva de avaliação da nova metodologia de consulta à distância. Para tal, foi elaborado um questionário, que foi aplicado a 40 doentes (17,5% do género feminino e 82,5% do género masculino; média de idades de 65 anos) que constituíram a amostra do estudo. Verificou-se uma média de 5 anos de tempo de implante do CDI. Dos dados obtidos, é de realçar que 70% dos inquiridos estão satisfeitos e 30% estão muito satisfeitos com esta nova metodologia de consulta e cerca 67,4% prefere a consulta à distância. Quando solicitados para comparar a qualidade do serviço prestado entre as duas consultas, 65% respondeu igual e 27,5% melhor. Todos os inquiridos responderam ter confiança e segurança com o sistema de consulta à distância. Cerca de 87,5% dos inquiridos vê-se mesmo a continuar com este tipo de consulta. Os resultados obtidos são bastante satisfatórios no que diz respeito à transição do modo como a consulta de CDI´s é feita. Reflectem também que a tecnologia não é necessariamente uma barreira no acesso aos profissionais de saúde, desde que suportada por algum contacto directo (telefone e através de uma consulta presencial por ano). 1 TRC – Terapia de Ressincronização Cardíaca