Cybersecurity Test-Bed for IEC 61850 based Smart Substations

With the development and deployment of IEC 61850 based smart substations, cybersecurity vulnerabilities of supervisory control and data acquisition (SCADA) systems are increasingly emerging. In response to the emergence of cybersecurity vulnerabilities in smart substations, a test-bed is indispensable to enable cybersecurity experimentation. In this paper, a comprehensive and realistic cyber-physical test-bed has been built to investigate potential cybersecurity vulnerabilities and the impact of cyber-attacks on IEC 61850 based smart substations. This test-bed is close to a real production type environment, and has the ability to carry out end-to-end testing of cyber-attacks and physical consequences. A fuzz testing approach is proposed for detecting IEC 61850 based intelligent electronic devices (IEDs) and validated in the proposed test-bed.

Wide-Area Phase-Angle Measurements for Islanding Detection—An Adaptive Nonlinear Approach

The integration of an ever growing proportion of large scale distributed renewable generation has increased the probability of maloperation of the traditional RoCoF and vector shift relays. With reduced inertia due to non-synchronous penetration in a power grid, system wide disturbances have forced the utility industry to design advanced protection schemes to prevent system degradation and avoid cascading outages leading to widespread blackouts. This paper explores a novel adaptive nonlinear approach applied to islanding detection, based on wide area phase angle measurements. This is challenging, since the voltage phase angles from different locations exhibit not only strong nonlinear but also time-varying characteristics. The adaptive nonlinear technique, called moving window kernel principal component analysis is proposed to model the time-varying and nonlinear trends in the voltage phase angle data. The effectiveness of the technique is exemplified using both DigSilent simulated cases and real test cases recorded from the Great Britain and Ireland power systems by the OpenPMU project.

Corrosion Fatigue Behaviour of Laser-welded Shape Memory NiTi Wires in a Simulated Body Fluid

Corrosion fatigue is a fracture process as a consequence of synergistic interactions between the material structure, corrosive environment and cyclic loads/strains. It is difficult to be detected and can cause unexpected failure of engineering components in use. This study reveals a comparison of corrosion fatigue behaviour of laser-welded and bare NiTi wires using bending rotation fatigue (BRF) test coupled with a specifically-designed corrosion cell. The testing medium was Hanks’ solution (simulated body fluid) at 37.5 oC. Electrochemical impedance spectroscopic (EIS) measurement was carried out to monitor the change of corrosion resistance of sample during the BRF test at different periods of time. Experiments indicate that the laser-welded NiTi wire would be more susceptible to the corrosion fatigue attack than the bare NiTi wire. This study can serve as a benchmark for the product designers and engineers to understand the corrosion fatigue behaviour of the NiTi laser weld joint and determine the fatigue life safety factor for NiTi medical devices/implants involving laser welding in the fabrication process.

Evaluation of thermochemical biomass conversion in fluidized bed

Dado o aumento acelerado dos preços dos combustíveis fósseis e as incertezas quanto à sua disponibilidade futura, tem surgido um novo interesse nas tecnologias da biomassa aplicadas à produção de calor, eletricidade ou combustíveis sintéticos. Não obstante, para a conversão termoquímica de uma partícula de biomassa sólida concorrem fenómenos bastante complexos que levam, em primeiro lugar, à secagem do combustível, depois à pirólise e finalmente à combustão ou gasificação propriamente ditas. Uma descrição relativamente incompleta de alguns desses estágios de conversão constitui ainda um obstáculo ao desenvolvimento das tecnologias que importa ultrapassar. Em particular, a presença de elevados conteúdos de matéria volátil na biomassa põe em evidência o interesse prático do estudo da pirólise. A importância da pirólise durante a combustão de biomassa foi evidenciada neste trabalho através de ensaios realizados num reator piloto de leito fluidizado borbulhante. Verificou-se que o processo ocorre em grande parte à superfície do leito com chamas de difusão devido à libertação de voláteis, o que dificulta o controlo da temperatura do reator acima do leito. No caso da gasificação de biomassa a pirólise pode inclusivamente determinar a eficiência química do processo. Isso foi mostrado neste trabalho durante ensaios de gasificação num reator de leito fluidizado de 2MWth, onde um novo método de medição permitiu fechar o balanço de massa ao gasificador e monitorizar o grau de conversão da biomassa. A partir destes resultados tornou-se clara a necessidade de descrever adequadamente a pirólise de biomassa com vista ao projeto e controlo dos processos. Em aplicações de engenharia há particular interesse na estequiometria e propriedades dos principais produtos pirolíticos. Neste trabalho procurou-se responder a esta necessidade, inicialmente através da estruturação de dados bibliográficos sobre rendimentos de carbonizado, líquidos pirolíticos e gases, assim como composições elementares e poderes caloríficos. O resultado traduziu-se num conjunto de parâmetros empíricos de interesse prático que permitiram elucidar o comportamento geral da pirólise de biomassa numa gama ampla de condições operatórias. Para além disso, propôs-se um modelo empírico para a composição dos voláteis que pode ser integrado em modelos compreensivos de reatores desde que os parâmetros usados sejam adequados ao combustível ensaiado. Esta abordagem despoletou um conjunto de ensaios de pirólise com várias biomassas, lenhina e celulose, e temperaturas entre os 600 e 975ºC. Elevadas taxas de aquecimento do combustível foram alcançadas em reatores laboratoriais de leito fluidizado borbulhante e leito fixo, ao passo que um sistema termo-gravimétrico permitiu estudar o efeito de taxas de aquecimento mais baixas. Os resultados mostram que, em condições típicas de processos de combustão e gasificação, a quantidade de voláteis libertada da biomassa é pouco influenciada pela temperatura do reator mas varia bastante entre combustíveis. Uma análise mais aprofundada deste assunto permitiu mostrar que o rendimento de carbonizado está intimamente relacionado com o rácio O/C do combustível original, sendo proposto um modelo simples para descrever esta relação. Embora a quantidade total de voláteis libertada seja estabelecida pela composição da biomassa, a respetiva composição química depende bastante da temperatura do reator. Rendimentos de espécies condensáveis (água e espécies orgânicas), CO2 e hidrocarbonetos leves descrevem um máximo relativamente à temperatura para dar lugar a CO e H2 às temperaturas mais altas. Não obstante, em certas gamas de temperatura, os rendimentos de algumas das principais espécies gasosas (e.g. CO, H2, CH4) estão bem correlacionados entre si, o que permitiu desenvolver modelos empíricos que minimizam o efeito das condições operatórias e, ao mesmo tempo, realçam o efeito do combustível na composição do gás. Em suma, os ensaios de pirólise realizados neste trabalho permitiram constatar que a estequiometria da pirólise de biomassa se relaciona de várias formas com a composição elementar do combustível original o que levanta várias possibilidades para a avaliação e projeto de processos de combustão e gasificação de biomassa.

Navigation in dynamic environments taking advantage of moving agents

Esta tese propõe uma forma diferente de navegação de robôs em ambientes dinâmicos, onde o robô tira partido do movimento de pedestres, com o objetivo de melhorar as suas capacidades de navegação. A ideia principal é que, ao invés de tratar as pessoas como obstáculos dinâmicos que devem ser evitados, elas devem ser tratadas como agentes especiais com conhecimento avançado em navegação em ambientes dinâmicos. Para se beneficiar do movimento de pedestres, este trabalho propõe que um robô os selecione e siga, de modo que possa mover-se por caminhos ótimos, desviar-se de obstáculos não detetados, melhorar a navegação em ambientes densamente populados e aumentar a sua aceitação por outros humanos. Para atingir estes objetivos, novos métodos são desenvolvidos na área da seleção de líderes, onde duas técnicas são exploradas. A primeira usa métodos de previsão de movimento, enquanto a segunda usa técnicas de aprendizagem por máquina, para avaliar a qualidade de candidatos a líder, onde o treino é feito com exemplos reais. Os métodos de seleção de líder são integrados com algoritmos de planeamento de movimento e experiências são realizadas para validar as técnicas propostas.

The effect of carbohydrate mouth rinsing on fencing performance and cognitive function following a fatigue inducing simulated bout of fencing in national level foil fencers

Delivered at The Physiological Society's Biomedical Basis of Elite Performance conference, Nottingham, 6-8 March 2016

A vision system for detecting paths and moving obstacles for the blind

In this paper we present a monocular vision system for a navigation aid. The system assists blind persons in following paths and sidewalks, and it alerts the user to moving obstacles which may be on collision course. Path borders and the vanishing point are de-tected by edges and an adapted Hough transform. Opti-cal flow is detected by using a hierarchical, multi-scale tree structure with annotated keypoints. The tree struc-ture also allows to segregate moving objects, indicating where on the path the objects are. Moreover, the centre of the object relative to the vanishing point indicates whether an object is approaching or not.

Forecasting overseas visitors into the United Kingdom using continuous time and autoregressive fractional integrated moving average models with discrete data

This paper applies Gaussian estimation methods to continuous time models for modelling overseas visitors into the UK. The use of continuous time modelling is widely used in economics and finance but not in tourism forecasting. Using monthly data for 1986–2010, various continuous time models are estimated and compared to autoregressive integrated moving average (ARIMA) and autoregressive fractionally integrated moving average (ARFIMA) models. Dynamic forecasts are obtained over different periods. The empirical results show that the ARIMA model performs very well, but that the constant elasticity of variance (CEV) continuous time model has the lowest root mean squared error (RMSE) over a short period.

Interaction Rituals and Jumbled Emotions Among “Relative Strangers”: Simulated Patient Work on a Trainee Complementary Therapy Practitioner Program

Learning games such as role-play (which we refer to as “simulated interaction rituals”) are commonly used as social tools to develop trainee health practitioners. However, the effect of such rituals on individual and group participant emotions has not been carefully studied. Using a heuristic approach, we explore the experiences of complementary therapy practitioner trainees (and their trainers) participating in a personal development course. Ten trainees and two tutors were interviewed, observational notes taken, and a secondary qualitative analysis undertaken. Participants and tutors described a medley of disparate emotional and moral responses to group rituals, conceptualized in this article as “jumbled emotions.” Such emotions required disentangling, and both trainees and staff perceived participating in unfamiliar rituals “with relative strangers” as challenging. Front of stage effects are frequently processed “backstage,” as rituals threaten social embarrassment and confusion. Concerns around emotional triggers, authenticity, and outcomes of rituals arise at the time, yet trainees can find ways to work through these issues in time.