An intelligent approach using support vector machines for monitoring and identification of faults on transmission systems

Power system disturbances are often caused by faults on transmission lines. When faults occur in a power system, the protective relays detect the fault and initiate tripping of appropriate circuit breakers, which isolate the affected part from the rest of the power system. Generally Extra High Voltage (EHV) transmission substations in power systems are connected with multiple transmission lines to neighboring substations. In some cases mal-operation of relays can happen under varying operating conditions, because of inappropriate coordination of relay settings. Due to these actions the power system margins for contingencies are decreasing. Hence, power system protective relaying reliability becomes increasingly important. In this paper an approach is presented using Support Vector Machine (SVM) as an intelligent tool for identifying the faulted line that is emanating from a substation and finding the distance from the substation. Results on 24-bus equivalent EHV system, part of Indian southern grid, are presented for illustration purpose. This approach is particularly important to avoid mal-operation of relays following a disturbance in the neighboring line connected to the same substation and assuring secure operation of the power systems.

A Resonant Integrator Based PLL and AC Current Controller for Single Phase Grid Connected PWM-VSI

Grid connected PWM-VSIs are being increasingly used for applications such as Distributed Generation (DG), power quality, UPS etc. Appropriate control strategies for grid synchronisation and line current regulation are required to establish such a grid interconnection and power transfer. Control of three phase VSIs is widely reported in iterature. Conventionally, dq control in Synchronous Reference Frame(SRF) is employed for both PLL and line current control where PI-controllers are used to track the DC references. Single phase systems do not have defined direct (d) and quadrature (q) axis components that are required for SRF transformation. Thus, references are AC in nature and hence usage of PI controllers cannot yield zero steady state errors. Resonant controllers have the ability to track AC references accurately. In this work, a resonant controller based single phase PLL and current control technique are being employed for tracking grid frequency and the AC current reference respectively. A single phase full bridge converter is being operated as a STATCOM for performance evaluation of the control scheme.

Average Modelling of a Voltage Source Inverter with Dead-Time in a Synchronous Reference Frame

Voltage source inverters are an integral part of renewable power sources and smart grid systems. Computationally efficient and fairly accurate models for the voltage source inverter are required to carry out extensive simulation studies on complex power networks. Accuracy requires that the effect of dead-time be incorporated in the inverter model. The dead-time is essentially a short delay introduced between the gating pulses to the complementary switches in an inverter leg for the safety of power devices. As the modern voltage source inverters switch at fairly high frequencies, the dead-time significantly influences the output fundamental voltage. Dead-time also causes low-frequency harmonic distortion and is hence important from a power quality perspective. This paper studies the dead-time effect in a synchronous dq reference frame, since dynamic studies and controller design are typically carried out in this frame of reference. For the sake of computational efficiency, average models are derived, incorporating the dead-time effect, in both RYB and dq reference frames. The average models are shown to consume less computation time than their corresponding switching models, the accuracies of the models being comparable. The proposed average synchronous reference frame model, including effect of dead-time, is validated through experimental results.

Análise Comparativa de Conversores do Sistema Monofásico para o Sistema Trifásico com Número Reduzido de Componentes.

Este trabalho apresenta o estudo comparativo do desempenho de três topologias de conversores do sistema monofásico para o sistema trifásico com número reduzido de componentes, para o acionamento de um motor de indução do tipo rotor gaiola de esquilo. O funcionamento de cada topologia é descrito e simulado digitalmente. O desempenho desses conversores é avaliado em diferentes modos de operação, com sequência de fase positiva ou negativa, com ênfase na qualidade de energia em termos de redução da distorção harmônica total e da melhoria do fator de potência na fonte. Com vistas à redução de custos, foi desenvolvido um protótipo experimental baseado no uso de módulo integrado de chaves semicondutoras de potência e de um microcontrolador de baixo custo. Os resultados experimentais se equiparam aos resultados obtidos por simulação.

Algumas Contribuições para Algoritmos de Controle de Filtros Ativos e Híbridos Conectados em Paralelo com Redes Elétricas Trifásicas a 3 ou a 4 Fios.

Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas.

Mechanically stacked solar cells for concentrator photovoltaics

The power output of dual-junction mechanically stacked solar cells comprising different sub-cell materials in a terrestrial concentrating photovoltaic module has been evaluated. The ideal bandgap combination of both cells in a stack was found using EtaOpt. A combination of 1.4 eV and 0.7 eV has been found to produce the highest photovoltaic conversion efficiency under the AM1.5 Direct Solar Spectrum with x500 concentration. As EtaOpt does not consider the absorption profile of solar cell materials; the practical power output per unit area of a dual junction mechanically stacked solar cell has been modelled considering the optical absorption co-efficients and thicknesses of the individual solar cells. The model considered a GaAs top cell and a Ge, GaSb, Ga0.47In0.53As or Si bottom cell. It was found that GaSb gives the highest power contribution as a bottom cell in a dual junction configuration followed by Ge and GaInAs. While the additional power provided by a Si bottom cell is less than these it remains a suitable candidate for a bottom cell owing to its lower cost

Rapid solutions for application specific IGBT module design

The electric car, the all electric aircraft and requirements for renewable energy are prime examples of potential technologies needing to be addressed in the world problem of global warming/carbon emission etc. Power electronics are fundamental for the underpinning of these technologies and with the diverse requirements for electrical configurations and the range of environmental conditions, time to market is paramount for module manufacturers and systems designers alike. This paper presents a 'virtual' design methodology together with theoretical and experimental results that demonstrate enhanced product design with improved reliability, performance and cost value within competitive schemes.

Neural network controlled three-phase four-wire shunt active powerfilter

A three-phase four-wire shunt active power filter for harmonic mitigation and reactive power compensation in power systems supplying nonlinear loads is presented. Three adaptive linear neurons are used to tackle the desired three-phase filter current templates. Another feedforward three-layer neural network is adopted to control the output filter compensating currents online. This is accomplished by producing the appropriate switching patterns of the converter's legs IGBTs. Adequate tracking of the filter current references is obtained by this method. The active filter injects the current required to compensate for the harmonic and reactive components of the line currents, Simulation results of the proposed active filter indicate a remarkable improvement in the source current waveforms. This is reflected in the enhancement of the unified power quality index defined. Also, the filter has exhibited quite a high dynamic response for step variations in the load current, assuring its potential for real-time applications

Steady-State and Transient Performance of Biodiesel-Fueled Compression-Ignition-Based Electrical Generation

This paper investigates the performance characteristics of rapeseed methyl ester, EN 14214 biodiesel, when used for electrical generation in compression ignition engines. The work was inspired by the need to replace fossil diesel fuel with a sustainable low carbon alternative while maintaining generator performance, power quality, and compliance with ISO 8528-5. A 50-kVA Perkins diesel engine generator was used to assess the impact of biodiesel with particular regard to gen-set fuel consumption, load acceptance, and associated standards. Tests were performed on the diesel gen-set for islanded and grid-connected modes of operation, hence both steady-state and transient performance were fully explored. Performance comparisons were made with conventional fossil diesel fuel, revealing minimal technical barriers for electrical generation from this sustainable, carbon benign fuel. Recommendations for improved transient performance are proposed and validated through tests.

Impact of Heat Pump Load on Distribution Networks

Heat pumps can provide domestic heating at a cost that is competitive with oil heating in particular. If the electricity supply contains a significant amount of renewable generation, a move from fossil fuel heating to heat pumps can reduce greenhouse gas emissions. The inherent thermal storage of heat pump installations can also provide the electricity supplier with valuable flexibility. The increase in heat pump installations in the UK and Europe in the last few years poses a challenge for low-voltage networks, due to the use of induction motors to drive the pump compressors. The induction motor load tends to depress voltage, especially on starting. The paper includes experimental results, dynamic load modelling, comparison of experimental results and simulation results for various levels of heat pump deployment. The simulations are based on a generic test network designed to capture the main characteristics of UK distribution system practice. The simulations employ DIgSlILENT to facilitate dynamic simulations that focus on starting current, voltage variations, active power, reactive power and switching transients.

New multi-stage DC-DC converters for grid-connected photovoltaic systems

Renewable energy is high on international and national agendas. Currently, grid-connected photovoltaic (PV) systems are a popular technology to convert solar energy into electricity. Existing PV panels have a relatively low and varying output voltage so that the converter installed between the PVs and the grid should be equipped with high step-up and versatile control capabilities. In addition, the output current of PV systems is rich in harmonics which affect the power quality of the grid. In this paper, a new multi-stage hysteresis control of a step-up DC-DC converter is proposed for integrating PVs into a single-phase power grid. The proposed circuitry and control method is experimentally validated by testing on a 600W prototype converter. The developed technology has significant economic implications and could be applied to many distributed generation (DG) systems, especially for the developing countries which have a large number of small PVs connected to their single-phase distribution network. 

Correntes harmónicas em lâmpadas compactas: sistema de aquisição e processamento de sinal e impacto nas instalações eléctricas

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Otimização de consumo energético de equipamento de grande potência

Um dos princípios da Gestão é: “If you cannot measure it, you cannot improve it.” In The Economist – 26.Dez.2008, idea of 19th century English physicist Lord Kelvin. Embora seja uma afirmação aplicável à gestão económica, também pode ser utilizada no domínio da gestão da energia. Este trabalho surge da necessidade sentida pela empresa Continental - Industria Têxtil do Ave, S.A. em efetuar uma atualização dos seus standards de produção, minimizando os seus consumos de eletricidade e gás natural. Foi necessário efetuar o levantamento dos consumos em diversas máquinas e equipamentos industriais, caracterizando e analisando os consumos ao longo de todo o processo produtivo. Para o tratamento de dados recolhidos foi desenvolvida uma folha de cálculo em MS Office ExcelTM com metodologia adequada ao equipamento em análise, que dará apoio ao decisor para a identificação dos aspetos que melhorem o processo produtivo e garantam uma elevada eficiência energética. Porém, não se enquadra no âmbito do Plano Nacional de Racionalização de Energia, sendo uma “auditoria energética” ao processo produtivo. Recentemente, a empresa, tem vindo a utilizar equipamentos eletrónicos que permitem otimizar o funcionamento mecânico dos equipamentos e das potências instaladas dos transformadores, na tentativa de racionalizar o consumo da energia elétrica. Outros equipamentos como, conversores de frequência para controlo de motores, balastros eletrónicos que substituem os convencionais balastros ferromagnéticos das lâmpadas de descarga fluorescente, têm sido incluídos ao nível das instalações elétricas, sendo gradualmente substituída a eletromecânica pela eletrónica. Este tipo de soluções vem deteriorar as formas de onda da corrente e da tensão do sistema pela introdução de distorções harmónicas. Faz ainda parte deste trabalho, um estudo de uma solução que melhore, simultaneamente o fator de potência e reduza as harmónicas presentes num posto de transformação localizado no seio da fábrica. Esta solução, permite melhorar a qualidade da energia elétrica e as condições de continuidade de serviço, garantindo melhores condições de exploração e incrementando a produtividade da empresa.

Dimensionamento de Sistemas de Compensação do Fator de Potência com Filtragem Passiva de Harmónicos

A eficiência energética tem um papel de importância crescente devido a questões ambientais e ao aumento dos custos energéticos. Recentemente foram tomadas medidas para regular o consumo e o fornecimento de energia reativa em Portugal, que tornaram mais rigorosas as condições de faturação. O custo crescente da energia e a implementação das smart grids apontam para um futuro de maior rigor sobre a utilização da energia reativa. Não será de estranhar que as regras de faturação sejam mais severas daqui a uns anos. O desenvolvimento tecnológico nas áreas da análise da energia e nas formas de controlo da compensação de energia reativa permitem resultados muito mais eficazes que aqueles apresentados pelos vulgares sistemas a contactores que constituem a maioria dos cenários. Apesar de terem um custo inicial superior, os sistemas de compensação do fator de potência com filtragem passiva de harmónicos, desde que projetados corretamente, trazem vantagens evidentes na sua exploração a longo prazo. Com este trabalho pretende-se promover a sensibilização para o uso de sistemas mais eficientes na compensação de energia reativa e para que estes sejam projetados mais à medida das necessidades de cada local. Também se demonstra a extrema importância da adequação destes sistemas à qualidade de energia do local, principalmente em termos de conteúdo harmónico. Desta forma, os sistemas serão mais flexíveis em termos de utilização e possibilitam a sua adaptação às necessidades mesmo que as regras de faturação de energia reativa se tornem mais rigorosas.