Efficiency and power density improvement of grid-connected hybrid renewable energy systems utilizing high frequency-based power converters

High efficiency of power converters placed between renewable energy sources and the utility grid is required to maximize the utilization of these sources. Power quality is another aspect that requires large passive elements (inductors, capacitors) to be placed between these sources and the grid. The main objective is to develop higher-level high frequency-based power converter system (HFPCS) that optimizes the use of hybrid renewable power injected into the power grid. The HFPCS provides high efficiency, reduced size of passive components, higher levels of power density realization, lower harmonic distortion, higher reliability, and lower cost. The dynamic modeling for each part in this system is developed, simulated and tested. The steady-state performance of the grid-connected hybrid power system with battery storage is analyzed. Various types of simulations were performed and a number of algorithms were developed and tested to verify the effectiveness of the power conversion topologies. A modified hysteresis-control strategy for the rectifier and the battery charging/discharging system was developed and implemented. A voltage oriented control (VOC) scheme was developed to control the energy injected into the grid. The developed HFPCS was compared experimentally with other currently available power converters. The developed HFPCS was employed inside a microgrid system infrastructure, connecting it to the power grid to verify its power transfer capabilities and grid connectivity. Grid connectivity tests verified these power transfer capabilities of the developed converter in addition to its ability of serving the load in a shared manner. In order to investigate the performance of the developed system, an experimental setup for the HF-based hybrid generation system was constructed. We designed a board containing a digital signal processor chip on which the developed control system was embedded. The board was fabricated and experimentally tested. The system's high precision requirements were verified. Each component of the system was built and tested separately, and then the whole system was connected and tested. The simulation and experimental results confirm the effectiveness of the developed converter system for grid-connected hybrid renewable energy systems as well as for hybrid electric vehicles and other industrial applications.

Analisi dei profili di tensione e dei flussi di potenza in diversi tipi di reti di distribuzione in media e bassa tensione mediante il software OpenDSS

La teoria secondo la quale vi sia una forte interconnessione tra cambiamento climatico ed emissioni di gas serra �� via via pi�� radicata all���interno della comunit�� scientifica internazionale. La certezza che la richiesta di energia a livello mondiale non possa che aumentare, unita con le preoccupazioni causate dal cambiamento climatico ha indirizzato parte dei cosiddetti paesi ���sviluppati��� verso politiche volte all���efficienza energetica e alla produzione di energia attraverso fonti rinnovabili. In seguito a queste decisioni il sistema elettrico nazionale si trova in una fase di rapido cambiamento; in particolare le maggiori problematiche, legate alla rete di distribuzione, sono originate da un fenomeno di diffusione su larga scala della generazione distribuita. In questo contesto, nel presente lavoro di tesi, ci si serve del software openDSS per osservare gli ammodernamenti che la rete ha subito e subir�� in futuro. In primo luogo viene trattata una rete, prettamente passiva, in bassa tensione che vuole essere lo specchio di ci�� che era la rete prima della diffusione della generazione distribuita. Vengono evidenziati in particolare i profili delle tensioni lungo la rete di distribuzione e le potenze circolanti in rete. Viene successivamente studiata la prima rete con l���aggiunta di generatori, volti a simulare il comportamento di pannelli fotovoltaici, evidenziando alcune le problematiche causate dalla GD su una rete non adatta a sopportarla. Infine viene mostrato come la presenza di alcuni accumulatori (modellizzati per simulare il comportamento di veicoli elettrici) possa migliorare le condizioni della rete. L���obiettivo non �� quello di condurre delle simulazioni di reti realmente esistenti e di studiare diversi modelli di sviluppo per esse, bens�� quello di creare una rete di prova all���interno del software al fine di analizzare qualitativamente come la rete sia mutata e come possibili scenari potrebbero modificarla in futuro.

Integrated CoPtP permanent magnets for MEMS electromagnetic energy harvesting applications

This work reports the development of integrated Co rich CoPtP hard magnetic material for MEMS applications such as Electromagnetic Vibration Energy Harvesting. We report a new method of electrodeposition compared to the conventional DC plating, involving a combination of forward and reverse pulses for optimized deposition of Co rich CoPtP hard magnetic material. This results in significant improvements in the microstructure of the developed films as the pulse reverse plated films are smooth, stress free and uniform. Such improvements in the structural properties are reflected in the hard magnetic properties of the material as well. The intrinsic coercivities of the pulse reverse deposited film are more than 6 times higher for both in-plane and out-of-plane measurement directions and the squareness of the hysteresis loops also improve due to the similar reasons.

Studio di fattibilit�� e simulazione termodinamica di un prototipo di pompa di calore a R290 di potenza nominale pari a 35 kW

L���elaborato presenta nel dettaglio le fasi di progettazione di un prototipo di unit�� idronica reversibile condensata ad aria avente come fluido refrigerante l���R290 ed una capacit�� frigorifera nominale in freddo di circa 35 kW partendo dalla struttura di una macchina gi�� realizzata La progettazione �� stata eseguita servendosi di un foglio di calcolo realizzato ad-hoc, presentando i metodi di bilancio per una macchina operante sia in regime di riscaldamento che raffrescamento, nonch�� il calcolo degli indici di efficienza puntuali e stagionali in accordo alla normativa vigente. In parallelo sono state eseguite le medesime simulazioni al calcolatore mediante l���impiego di un software tecnico di configurazione, mostrato nel dettaglio, con lo scopo di appurare l���accuratezza del software e capire se i bilanci energetici fossero stati condotti correttamente. Pertanto, nell'elaborato sono esposte le modalit�� con cui tale software �� strutturato e come esso interagisce con i vari componenti costituenti la macchina modellata e simulata.

Ultrasuoni focalizzati guidati da imaging di risonanza magnetica: studio delle potenziali applicazioni in campo scheletrico, esempio n.1 - osteoma osteoide

La chirurgia con ultrasuoni focalizzati guidati da MRI (MR-g-FUS) �� un trattamento di minima invasivit��, guidato dal pi�� sofisticato strumento di imaging a disposizione, che utilizza a scopo diagnostico e terapeutico forme di energia non ionizzante. Le sue caratteristiche portano a pensare un suo possibile e promettente utilizzo in numerose aree della patologia umana, in particolare scheletrica. L'osteoma osteoide affligge frequentemente pazienti di giovane et��, �� una patologia benigna, con origine ed evoluzione non chiare, e trova nella termoablazione con radiofrequenza continua sotto guida CT (CT-g-RFA) il suo trattamento di elezione. Questo lavoro ha valutato l���efficacia, gli effetti e la sicurezza del trattamento dell���osteoma osteoide con MR-g-FUS. Sono stati presi in considerazione pazienti arruolati per MR-g-FUS e, come gruppo di controllo, pazienti sottoposti a CT-g-RFA, che hanno raggiunto un follow-up minimo di 18 mesi (rispettivamente 6 e 24 pazienti). Due pazienti erano stati esclusi dal trattamento MR-g-FUS per claustrofobia (2/8). Tutti i trattamenti sono stati portati a termine con successo tecnico e clinico. Non sono state registrate complicanze o eventi avversi correlati all���anestesia o alle procedure di trattamento, e tutti i pazienti sono stati dimessi regolarmente dopo 12-24 ore. La durata media dei trattamenti di MR-g-FUS �� stata di 40��21 min. Da valori di score VAS pre-trattamento oscillanti tra 6 e 10 (su scala 0-10), i trattamenti hanno condotto tutti i pazienti a VAS 0 (senza integrazioni farmacologiche). Nessun paziente ha manifestato segni di persistenza di malattia o di recidiva al follow-up. Nonostante la neurolisi e la risoluzione dei sintomi, la perfusione del nidus �� stata ritrovata ancora presente in oltre il 70% dei casi sottoposti a MR-g-FUS (4/6 pazienti). I risultati derivati da un'analisi estesa a pazienti pi�� recentemente arruolati confermano questi dati. Il trattamento con MR-g-FUS sembra essere efficace e sicuro nel risolvere la sintomatologia dell'osteoma osteoide.

Sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici water-soluble per applicazioni nel campo del fotovoltaico organico

The need to use renewable energy sources, due to the massive production of pollution for the energy production, has led to the development of new technologies for the use of solar energy. The purpose of this thesis project is to synthesize and characterize new thiophene-based polymeric materials processable in water, a green solvent, for the construction of organic solar cells, promising and versatile devices used for the production of electric energy. For this, a highly regioregular polymer was synthesized through GRIM polymerization (Grignard Metathesis Polymerization) on which a study was performed to identify the optimal reaction time.

A new approach for the solution of the optimal set-point tracking problem for nonlinear systems

In this paper, a discrete time dynamic integrated system optimisation and parameter estimation algorithm is applied to the solution of the nonlinear tracking optimal control problem. A version of the algorithm with a linear-quadratic model-based problem is developed and implemented in software. The algorithm implemented is tested with simulation examples.