Analysis and design of power management scheme for an on-board solar energy storage system

This paper investigates the power management issues in a mobile solar energy storage system. A multi-converter based energy storage system is proposed, in which solar power is the primary source while the grid or the diesel generator is selected as the secondary source. The existence of the secondary source facilitates the battery state of charge detection by providing a constant battery charging current. Converter modeling, multi-converter control system design, digital implementation and experimental verification are introduced and discussed in details. The prototype experiment indicates that the converter system can provide a constant charging current during solar converter maximum power tracking operation, especially during large solar power output variation, which proves the feasibility of the proposed design. © 2014 IEEE.

The force, power, and energy of the 100 meter sprint

At the 2008 Summer Olympics in Beijing, Usain Bolt broke the world record for the 100 m sprint. Just one year later, at the 2009 World Championships in Athletics in Berlin he broke it again. A few months after Beijing, Eriksen [Am. J. Phys. 77, 224-228 (2009)] studied Bolt's performance and predicted that Bolt could have run about one-tenth of a second faster, which was confirmed in Berlin. In this paper we extend the analysis of Eriksen to model Bolt's velocity time dependence for the Beijing 2008 and Berlin 2009 records. We deduce the maximum force, the maximum power, and the total mechanical energy produced by Bolt in both races. Surprisingly, we conclude that all of these values were smaller in 2009 than in 2008.

Algoritmos evolutivos na determinação das máximas injeções nodais em redes de energia elétrica

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

ML approaches to channel estimation for pilot-aided multi-rate DS/CDMA systems

This paper analyzes the asymptotic performance of maximum likelihood (ML) channel estimation algorithms in wideband code division multiple access (WCDMA) scenarios. We concentrate on systems with periodic spreading sequences (period larger than or equal to the symbol span) where the transmitted signal contains a code division multiplexed pilot for channel estimation purposes. First, the asymptotic covariances of the training-only, semi-blind conditional maximum likelihood (CML) and semi-blind Gaussian maximum likelihood (GML) channelestimators are derived. Then, these formulas are further simplified assuming randomized spreading and training sequences under the approximation of high spreading factors and high number of codes. The results provide a useful tool to describe the performance of the channel estimators as a function of basicsystem parameters such as number of codes, spreading factors, or traffic to training power ratio.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Retos y alternativas de inversión para las compañías aseguradoras en Colombia

En este documento se explica el rol de las compañías aseguradoras colombianas dentro del sistema pensional y se busca, a través de la comprensión de la evolución del entorno macroeconómico y del marco regulatorio, identificar los retos que enfrentan. Los retos explicados en el documento son tres: el reto de la rentabilidad, el reto que plantean los cambios relativamente frecuentes de la regulación, y el reto del “calce”. El documento se enfoca principalmente en el reto de la rentabilidad y desarrolla un ejercicio de frontera eficiente que utiliza retornos esperados calculados a partir de la metodología de Damodaran (2012). Los resultados del ejercicio soportan la idea de que en efecto los retornos esperados serán menores para cualquier nivel de riesgo y sugiere que ante tal panorama, la relajación de las restricciones impuestas por el Régimen de inversiones podría alivianar los preocupaciones de las compañías aseguradoras en esta materia. Para los otros dos retos también se sugieren alternativas: el Algorithmic Trading para el caso del reto que impone los cambios en la regulación, y las Asociaciones Público-Privadas para abordar el reto del “calce”.

A comparison of two identification and tracking methods for polar lows

In this study, we compare two different cyclone-tracking algorithms to detect North Atlantic polar lows, which are very intense mesoscale cyclones. Both approaches include spatial filtering, detection, tracking and constraints specific to polar lows. The first method uses digital bandpass-filtered mean sea level pressure (MSLP) fieldsin the spatial range of 200�600 km and is especially designed for polar lows. The second method also uses a bandpass filter but is based on the discrete cosine transforms (DCT) and can be applied to MSLP and vorticity fields. The latter was originally designed for cyclones in general and has been adapted to polar lows for this study. Both algorithms are applied to the same regional climate model output fields from October 1993 to September 1995 produced from dynamical downscaling of the NCEP/NCAR reanalysis data. Comparisons between these two methods show that different filters lead to different numbers and locations of tracks. The DCT is more precise in scale separation than the digital filter and the results of this study suggest that it is more suited for the bandpass filtering of MSLP fields. The detection and tracking parts also influence the numbers of tracks although less critically. After a selection process that applies criteria to identify tracks of potential polar lows, differences between both methods are still visible though the major systems are identified in both.

A low cost one-camera optical tracking system for indoor wide-area augmented and virtual reality environments

In the last years the number of industrial applications for Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) environments has significantly increased. Optical tracking systems are an important component of AR/VR environments. In this work, a low cost optical tracking system with adequate attributes for professional use is proposed. The system works in infrared spectral region to reduce optical noise. A highspeed camera, equipped with daylight blocking filter and infrared flash strobes, transfers uncompressed grayscale images to a regular PC, where image pre-processing software and the PTrack tracking algorithm recognize a set of retro-reflective markers and extract its 3D position and orientation. Included in this work is a comprehensive research on image pre-processing and tracking algorithms. A testbed was built to perform accuracy and precision tests. Results show that the system reaches accuracy and precision levels slightly worse than but still comparable to professional systems. Due to its modularity, the system can be expanded by using several one-camera tracking modules linked by a sensor fusion algorithm, in order to obtain a larger working range. A setup with two modules was built and tested, resulting in performance similar to the stand-alone configuration.

Método da continuação aplicado na análise de contingência de linhas de transmissão

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Esquemas alternativos para o passo de parametrização do método da continuação baseados em parâmetros físicos

O método de fluxo de carga convencional é considerado inadequado para se obter o ponto de máximo carregamento (PMC) de sistemas de potência, devido à singularidade da matriz Jacobiana neste ponto. Os métodos da continuação são ferramentas eficientes para a solução deste tipo de problema, visto que técnicas de parametrização podem ser utilizadas para evitar a singularidade da matriz Jacobiana. Neste trabalho, novas opções para a etapa de parametrização do método da continuação são apresentadas. Mostra-se que variáveis com claro significado físico podem ser utilizadas na etapa de parametrização. As seguintes variáveis foram testadas: perda total de potência ativa e reativa, potência ativa e reativa na barra de referência, potência reativa das barras de geração, e as perdas de potência ativa e reativa nas linhas de transmissão (LT). Além de facilitar a implementação computacional do método de continuação, as técnicas de parametrização apresentadas simplificam a definição matemática e o entendimento do método por parte de engenheiros de potência, visto que os métodos de continuação existentes na literatura sempre utilizam técnicas de parametrização complexas, e de interpretação puramente geométrica. Resultados obtidos com a nova metodologia para os sistemas testes do IEEE (14, 30, 57 e 118 barras) mostram que as características de convergência do método de fluxo de carga convencional são melhoradas na região do PMC. Além disso, durante o traçado das curvas PV, as diversas técnicas de parametrização podem ser comutadas entre si possibilitando o cálculo de todos os pontos da curva com um número reduzido de iterações. Diversos testes são realizados para proporcionar a comparação do desempenho dos esquemas de parametrização propostos.

Técnicas de parametrização global para o fluxo de carga continuado

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Técnica de parametrização geométrica para o fluxo de carga continuado baseado nas variáveis tensão nodal e fator de carregamento

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Determinação do ponto de máximo carregamento de sistemas de potência utilizando o fluxo de carga desacoplado rápido parametrizado

Os métodos de fluxo de carga por Newton-Raphson e fluxo de carga desacoplado rápido convencionais são considerados inadequados para a obtenção do ponto de máximo carregamento de sistemas de potência, devido à problemas de mal-condicionamento neste ponto crítico e na sua vizinhança. Neste ponto a matriz Jacobiana do método de Newton-Raphson torna-se singular e considera-se que não são mais válidas as hipóteses de desacoplamento P-V e Q-teta utilizadas para a formulação do método fluxo de carga desacoplado rápido. No entanto, mostra-se neste trabalho, que com pequenas modificações, as versões XB e BX do fluxo de carga desacoplado rápido tornam-se adequadas para a obtenção do ponto de máximo carregamento. Estas novas versões modificadas são comparadas entre si com o intuito de explicitar suas características, assim como da influência da atuação dos limites de geração de potência reativa e de tap's de transformadores. Os resultados obtidos para os sistemas testes do IEEE (14, 30, 57 e 118 barras) mostram que as características de convergência das versões originais são preservadas. Além disso, durante o traçado das curvas PV, os diversos métodos podem ser comutados entre si possibilitando o cálculo de todos os pontos da curva com um número reduzido de iterações.

Fluxo de carga continuado utilizando estratégia de parametrização geométrica baseada em parâmetros físicos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The force, power, and energy of the 100 meter sprint

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)