Predictive Optimal Matrix Converter Control for a Dynamic Voltage Restorer with Flywheel Energy Storage

This paper presents a predictive optimal matrix converter controller for a flywheel energy storage system used as Dynamic Voltage Restorer (DVR). The flywheel energy storage device is based on a steel seamless tube mounted as a vertical axis flywheel to store kinetic energy. The motor/generator is a Permanent Magnet Synchronous Machine driven by the AC-AC Matrix Converter. The matrix control method uses a discrete-time model of the converter system to predict the expected values of the input and output currents for all the 27 possible vectors generated by the matrix converter. An optimal controller minimizes control errors using a weighted cost functional. The flywheel and control process was tested as a DVR to mitigate voltage sags and swells. Simulation results show that the DVR is able to compensate the critical load voltage without delays, voltage undershoots or overshoots, overcoming the input/output coupling of matrix converters.

Dimensionamento de um sistema UPS flywheel

Nesta dissertação, numa primeira fase, é efetuado um estudo ao estado da arte da qualidade de energia elétrica e do volante de inércia mais conhecido por flywheel. Como primeiro tópico da primeira fase é efetuado um estudo das perturbações possíveis, baseado na sua forma de onda, são representadas graficamente as diversas perturbações, é efetuada uma análise das possíveis causas para cada perturbação e por fim, também são apresentadas as possíveis soluções para as mesmas perturbações. Como possíveis soluções, são apresentados os vários sistemas de armazenamento nomeadamente, UPS (fonte de alimentação ininterrupta), volantes de inércia, entre outros sistemas. No segundo tópico é efetuada uma introdução ao sistema flywheel, apresentando alguns aspetos importantes, tais como as várias vantagens do seu uso como sistema de armazenamento de energia, diferentes tipos de aplicações, sua constituição (formas, tipos de matérias, máquina elétrica, entre outros) e são apresentados também os diferentes tipos de aplicações, utilizando‐a como sistema de armazenamento. A segunda fase é dedicada às equações fundamentais para o desenvolvimento duma flywheel. Neste caso são apresentadas várias equações para o cálculo da energia armazenada, momento de inércia, tensões, entre muitas outras equações essenciais. Na terceira fase é efetuada uma comparação entre diversos sistemas de armazenamento de energia, usando tanto a tecnologia flywheel como baterias tradicionais. Esta comparação foi realizada em três categorias, 150 kVA, 600 kVA e 1200 kVA. Em cada categoria é realizada uma comparação entre diversos fatores tais como: peso, custos, dimensões, limitações, regulações possíveis e questões ambientais. Como quarta fase, é apresentado um modelo de uma draga utilizando o sistema flywheel como armazenamento de energia. Neste modelo é apresentada a flywheel como solução, uma vez que armazena a energia recuperada dos processos eletromecânicos que necessitam de absorver grandes quantidades de energia. Desta forma, consegue‐se uma redução no consumo de energia. Os resultados da simulação mostram uma redução de 25% de energia e uma redução entre 80% a 90% em todas as categorias de emissões.

Design of flywheel generator for a diesel hybrid working machine

The aim of this work is to design a flywheel generator for a diesel hybrid working machine. In this work we perform detailed design of a generator. Mobile machines are commonly used in industry: road building machines, three harvesting machines, boring machines, trucks and other equipment. These machines work with a hydraulic drive system. This system provides good service property and high technical level. Manufacturers of mobile machines tend to satisfy all requirements of customers and modernized drive system. In this work also a description of the frequency inverter is present. Power electronics system is one of the basic parts for structures perform in the project.

Feasibility analysis of the transmission for a flywheel/heat engine hybrid propulsion system /

"MTI-71TR75."

Modelização de um mecanismo de levitação supercondutor para um sistema de volante de inércia comercial

Este trabalho teve como objectivo o estudo de um sistema de levitação magnética com chumaceiras supercondutoras, para utilização numa fonte de alimentação de energia eléctrica ininterrupta, que usa um volante de inércia como sistema de armazenamento de energia. Partindo de um modelo comercial existente, foi modelizada a substituição do sistema de levitação por um sistema com chumaceiras supercondutoras. Foi feito o dimensionamento do magnete permanente e do supercondutor de forma a atingir-se a força de levitação magnética necessária para elevar o rotor da máquina, garantindo simultaneamente a máxima estabilidade do sistema. Os perfis de distribuição do campo magnético no volante de inércia foram modelizados recorrendo ao método dos elementos finitos, através da utilização do software Ansys. O cálculo da força de levitação foi efectuado recorrendo ao software MATHEMATICA.

Unidades Ininterruptas de Alimentação (UPS). O que escolher?

As UPS (unidades de alimentação ininterruptas) são sistemas destinados à alimentação de dispositivos elétricos quando existe um corte de energias de rede. As UPS diferenciam-se dos restantes sistemas de emergência na medida em que possibilitam a alimentação instantânea quando ocorre um corte através de baterias e circuitos eletrónicos associados para sistemas de baixa potência ou geradores diesel e sistemas “flywheel*” para sistemas de grande potência. As UPS são normalmente utilizadas para proteger equipamentos que possam conter dados essenciais ou indispensáveis para o funcionamento de um edifício com datacenters, computadores, equipamentos de telecomunicações ou outros equipamentos cuja interrupção de funcionamento possa causar danos irreversíveis em sistemas, dados ou negócios. Para além da capacidade de fornecer energia em caso de interrupção por um período limitado de tempo, as UPS podem corrigir outros eventos de rede como sobretensões, cavas, variações de tensão, ruído, instabilidade de frequência ou distorção harmónica.

Modelling a cable structure for a new wind energy production device

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Especialização em Concepção e Produção

Anàlisi d'un treball de força explosiva combinant màquines vibratòries i màquines inercials

L’objectiu d’aquest estudi és comparar els efectes de dos mitjans de treball sobre la força explosiva en 9 atletes de nivell autonòmic i nacional (19,6 ± 2,6 anys, 1,76 ± 7 m i 68,9 ± 3,5 kg) que entrenaren durant el període competitiu, 6 setmanes amb una freqüència de 2 cops per setmana, seguint una periodització creixent. Els subjectes varen ser dividits en 3 grups de 3 atletes cada un, però utilitzant diferents mitjans d’entrenament: el grup experimental combinant la plataforma vibratòria i les màquines inercials (1), amb un temps d’exposició a la vibració de 30’’, a una intensitat de 45 Hz i una amplitud de 5 mm amb una pausa d’1’. I de 3 sèries de 8 repeticions executades a màxima velocitat en la fase concèntrica i controlant aquesta en la fase excèntrica, amb una pausa de 3’ en les màquines io-io. El grup experimental de pesos lliures (2), va realitzar 4 exercicis: ½ squat, pliometria (CEE), multisalts horitzontals i acceleracions, seguint les pautes d’un treball de força explosiva proposat per Badillo i Gorostiaga (1995). I un grup control (3), que no realitzà cap entrenament de força. Abans i després del període d’intervenció és realitzaren els següents tests: salt sense contramoviment (SJ) i salt amb contramoviment (CMJ). Els resultats indicaren que el grup (1), (2) i (3) disminuïren significativament el SJ i el CMJ. Es conclou que l’entrenament, tant en el de combinació d’estímuls vibratoris amb màquines inercials com el de pesos lliures pareix ser un mitja que s’ha de controlar i perioditzar molt bé ja que en el període competitiu l’atleta acumula uns nivells de fatiga tant muscular com fisiològics molt superiors que en altres períodes de la temporada.

Report on theorerical results of power generation and conversion

Experimental results of a new controller able to support bidirectional power flow in a full-bridge rectifier with boost-like topology are obtained. The controller is computed using port Hamiltonian passivity techniques for a suitable generalized state space averaging truncation system, which transforms the control objectives, namely constant output voltage dc-bus and unity input power factor, into a regulation problem. Simulation results for the full system show the essential correctness of the simplifications introduced to obtain the controller, although some small experimental discrepancies point to several aspects that need further improvement.

Hybrid model of a double-fed induction machine and back-to-back converter

This report details the port interconnection of two subsystems: a power electronics subsystem (a back-to-back AC/AC converter (B2B), coupled to a phase of the power grid), and an electromechanical subsystem (a doubly-fed induction machine (DFIM), coupled mechanically to a flywheel and electrically to the power grid and to a local varying load). Both subsystems have been essentially described in previous reports (deliverables D 0.5 and D 4.3.1), although some previously unpublished details are presented here. The B2B is a variable structure system (VSS), due to the presence of control-actuated switches: however from a modelling and simulation, as well as a control-design, point of view, it is sensible to consider modulated transformers (MTF in the bond-graph language) instead of the pairs of complementary switches. The port-Hamiltonian models of both subsystems are presents and coupled through a power-preserving interconnection, and the Hamiltonian description of the whole system is obtained; detailed bond-graphs of all the subsystems and the complete system are provided.

Bancs de proves per motors de modelisme

Són habituals entre els aeromodelistes les discussions que giren al voltant de la potència dels motors d’explosió i quina hèlix va millor. La manca d’informació tècnica dels motors i de les hèlix fa que aquestes discussions de vegades tinguin una validesa molt limitada, doncs es fonamenten simplement en les sensacions i percepcions subjectives de cadascun dels pilots, sobretot quan es parla de potència. En aquest projecte s’utilitzarà un dinamòmetre inercial, consistent en un volant d’inèrcia el qual s’accelerarà fins assolir les revolucions per minut màximes. La acceleració d’aquest volant mesurat en intervals de temps regulars i conegut el moment d’inèrcia del volant ens permetrà calcular el parell motor i la potència a diferents règims de revolucions per minut. Per altra banda es pretén comparar diferents hèlix muntades en un mateix motor per poder-ne comparar la tracció a diferents revolucions per minut. La tracció es mesurarà utilitzant una cèl·lula de càrrega. Les dades d’ambdós bancs de proves seran recollits i emmagatzemats per un PC amb un software fet a mida per aquest projecte. Una vegada finalitzat cada test es mostraran les dades obtingudes, tant els numèricament com gràficament, permetent a més comparar el resultat de diferents tests, de diferents motors i de diferents hèlix.

Functional and morphological effects of resistance exercise on disuse-induced skeletal muscle atrophy

Abstract The reduction of skeletal muscle loss in pathological states, such as muscle disuse, has considerable effects in terms of rehabilitation and quality of life. Since there is no currently effective and safe treatment available for skeletal muscle atrophy, the search for new alternatives is necessary. Resistance exercise (RE) seems to be an important tool in the treatment of disuse-induced skeletal muscle atrophy by promoting positive functional (strength and power) and structural (hypertrophy and phenotypic changes) adaptive responses. Human and animal studies using different types of resistance exercise (flywheel, vascular occlusion, dynamic, isometric, and eccentric) have obtained results of great importance. However, since RE is a complex phenomenon, lack of strict control of its variables (volume, frequency, intensity, muscle action, rest intervals) limits the interpretation of the impact of the manipulation on skeletal muscle remodeling and function under disuse. The aim of this review is to critically describe the functional and morphological role of resistance exercise in disuse-induced skeletal muscle atrophy with emphasis on the principles of training.

Economics of Power-to-Gas integration to wastewater treatment plant

Solar and wind power produce electricity irregularly. This irregular power production is problematic and therefore production can exceed the need. Thus sufficient energy storage solutions are needed. Currently there are some storages, such as flywheel, but they are quite short-term. Power-to-Gas (P2G) offers a solution to store energy as a synthetic natural gas. It also improves nation’s energy self-sufficiency. Power-to-Gas can be integrated to an industrial or a municipal facility to reduce production costs. In this master’s thesis the integration of Power-to-Gas technologies to wastewater treatment as a part of the VTT’s Neo-Carbon Energy project is studied. Power-to-Gas produces synthetic methane (SNG) from water and carbon dioxide with electricity. This SNG can be considered as stored energy. Basic wastewater treatment technologies and the production of biogas in the treatment plant are studied. The utilisation of biogas and SNG in heat and power production and in transportation is also studied. The integration of the P2G to wastewater treatment plant (WWTP) is examined mainly from economic view. First the mass flows of flowing materials are calculated and after that the economic impact based on the mass flows. The economic efficiency is evaluated with Net Present Value method. In this thesis it is also studied the overall profitability of the integration and the key economic factors.

Observations at the magnetopause and in the auroral ionosphere of momentum transfer from the solar wind

Recent radar studies of field-perpendicular flows in the auroral ionosphere, in conjunction with observations of the interplanetary medium immediately upstream of the Earth's bow shock, have revealed direct control of dayside convection by the Bz component of the interplanetary magnetic field (IMF). The ionospheric flows begin to respond to both northward and southward turnings of the IMF impinging upon the magnetopause after a delay of only a few minutes in the early afternoon sector, rising to about 15 minutes nearer dawn and dusk. In both the polar cap and the auroral oval, the subsequent rise and decay times are of order 5–10 minutes. We conclude there is very little convection “flywheel” effect in the dayside polar ionosphere and that only newly-opened flux tubes impart significant momentum to the ionosphere, in a relatively narrow region immediately poleward of the cusp. These findings concerning the effects of quasi-steady reconnection have important implications for any ionospheric signatures of transient reconnection which should be considerably shorter-lived than thought hitherto. In order to demonstrate the difficulty of uniquely identifying a Flux Transfer Event (FTE) in ground-based magnetometer data, we present observations of an impulsive signature, identical with that expected for an FTE if data from only one station is studied, following an observed magnetopause compression when the IMF was purely northward. We also report new radar observations of a viscous-like interaction, consistent with an origin on the flanks of the magnetotail and contributing an estimated 15–30kV to the total cross-cap potential during quiet periods.

Optimal power management strategy for energy storage with stochastic loads

In this paper, a power management strategy (PMS) has been developed for the control of energy storage in a system subjected to loads of random duration. The PMS minimises the costs associated with the energy consumption of specific systems powered by a primary energy source and equipped with energy storage, under the assumption that the statistical distribution of load durations is known. By including the variability of the load in the cost function, it was possible to define the optimality criteria for the power flow of the storage. Numerical calculations have been performed obtaining the control strategies associated with the global minimum in energy costs, for a wide range of initial conditions of the system. The results of the calculations have been tested on a MATLAB/Simulink model of a rubber tyre gantry (RTG) crane equipped with a flywheel energy storage system (FESS) and subjected to a test cycle, which corresponds to the real operation of a crane in the Port of Felixstowe. The results of the model show increased energy savings and reduced peak power demand with respect to existing control strategies, indicating considerable potential savings for port operators in terms of energy and maintenance costs.