Power electronics courses for the new paradigms of the electrical system

This paper presents a historical perspective of the Power Electronics education that has lead to the present situation in which such technology is indispensable for the exploitation of almost all type of clean energy primary sources. Some academic initiatives in Brazil are here discussed focusing the institutions grouped in a CAPES-Pró-Engenharia program. The curricula aspects and innovations are presented, emphasizing the multidisciplinary character of this field of Power Electronics application. © 2011 IEEE.

Transmission network expansion planning for the Colombian electrical system: Connecting the Ituango hydroelectric power plant

The hydroelectric power plant Hidroltuango represents a major expansion for the Colombian electrical system (with a total capacity of 2400 MW). This paper analyzes the possible interconnections and investments involved in connecting Hidroltuango, in order to strengthen the Colombian national transmission system. A Mixed Binary Linear Programming (MBLP) model was used to solve the Multistage Transmission Network Expansion Planning (MTEP) problem of the Colombian electrical system, taking the N-1 safety criterion into account. The N-1 safety criterion indicates that the transmission system must be expanded so that the system will continue to operate properly if an outage in a system element (within a pre-defined set of contingencies) occurs. The use of a MBLP model guaranteed the convergence with existing classical optimization methods and the optimal solution for the MTEP using commercial solvers. Multiple scenarios for generation and demand were used to consider uncertainties within these parameters. The model was implemented using the algebraic modeling language AMPL and solved using the commercial solver CPLEX. The proposed model was then applied to the Colombian electrical system using the planning horizon of 2018-2025. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ambulance electrical system study. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

An analysis and investigation of tractor and trailer electrical system capabilities. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Passenger motor vehicle electrical system integrity. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

The evaluation of bone composition and carcass quality traits on back fracture in pigs stunned using electrical system.

2016

Job satisfaction among control room operators of electrical systems

Shift workers from control centers of electrical systems are a group that has received little attention in Brazil. This study aimed to compare workers' job satisfaction at five control centers of a Brazilian company electrical system, and according to their job titles. Method: The Organization Satisfaction Index (OSI) questionnaire to assess job satisfaction was used. ANOVA was used to compare OSI means, according to job title and control center. The results showed that there is no difference in job satisfaction among job titles, but a significant difference was found according to the control center. A single organizational culture cannot be applied to several branches. It is required to implement actions that would result in job satisfaction improvements among workers of all studied control rooms centers. The high level of education of operators working in all centers might have contributed to the similar values of perceived satisfaction among distinct job titles.

Development of a microgrid with renewable energy sources and electrochemical storage system integration

Beside the traditional paradigm of "centralized" power generation, a new concept of "distributed" generation is emerging, in which the same user becomes pro-sumer. During this transition, the Energy Storage Systems (ESS) can provide multiple services and features, which are necessary for a higher quality of the electrical system and for the optimization of non-programmable Renewable Energy Source (RES) power plants. A ESS prototype was designed, developed and integrated into a renewable energy production system in order to create a smart microgrid and consequently manage in an efficient and intelligent way the energy flow as a function of the power demand. The produced energy can be introduced into the grid, supplied to the load directly or stored in batteries. The microgrid is composed by a 7 kW wind turbine (WT) and a 17 kW photovoltaic (PV) plant are part of. The load is given by electrical utilities of a cheese factory. The ESS is composed by the following two subsystems, a Battery Energy Storage System (BESS) and a Power Control System (PCS). With the aim of sizing the ESS, a Remote Grid Analyzer (RGA) was designed, realized and connected to the wind turbine, photovoltaic plant and the switchboard. Afterwards, different electrochemical storage technologies were studied, and taking into account the load requirements present in the cheese factory, the most suitable solution was identified in the high temperatures salt Na-NiCl2 battery technology. The data acquisition from all electrical utilities provided a detailed load analysis, indicating the optimal storage size equal to a 30 kW battery system. Moreover a container was designed and realized to locate the BESS and PCS, meeting all the requirements and safety conditions. Furthermore, a smart control system was implemented in order to handle the different applications of the ESS, such as peak shaving or load levelling.

System design and resource management in the next-generation integrated WLAN and 3G cellular networks

Next-generation integrated wireless local area network (WLAN) and 3G cellular networks aim to take advantage of the roaming ability in a cellular network and the high data rate services of a WLAN. To ensure successful implementation of an integrated network, many issues must be carefully addressed, including network architecture design, resource management, quality-of-service (QoS), call admission control (CAC) and mobility management. ^ This dissertation focuses on QoS provisioning, CAC, and the network architecture design in the integration of WLANs and cellular networks. First, a new scheduling algorithm and a call admission control mechanism in IEEE 802.11 WLAN are presented to support multimedia services with QoS provisioning. The proposed scheduling algorithms make use of the idle system time to reduce the average packet loss of realtime (RT) services. The admission control mechanism provides long-term transmission quality for both RT and NRT services by ensuring the packet loss ratio for RT services and the throughput for non-real-time (NRT) services. ^ A joint CAC scheme is proposed to efficiently balance traffic load in the integrated environment. A channel searching and replacement algorithm (CSR) is developed to relieve traffic congestion in the cellular network by using idle channels in the WLAN. The CSR is optimized to minimize the system cost in terms of the blocking probability in the interworking environment. Specifically, it is proved that there exists an optimal admission probability for passive handoffs that minimizes the total system cost. Also, a method of searching the probability is designed based on linear-programming techniques. ^ Finally, a new integration architecture, Hybrid Coupling with Radio Access System (HCRAS), is proposed for lowering the average cost of intersystem communication (IC) and the vertical handoff latency. An analytical model is presented to evaluate the system performance of the HCRAS in terms of the intersystem communication cost function and the handoff cost function. Based on this model, an algorithm is designed to determine the optimal route for each intersystem communication. Additionally, a fast handoff algorithm is developed to reduce the vertical handoff latency.^

Impacto da integração dos veículos eléctricos nos edifícios multi-habitacionais, nas redes de distribuição de baixa tensão e no diagrama de carga nacional

Associado à escassez dos combustíveis fósseis e ao desejado controlo de emissões nocivas para a atmosfera, assistimos no mundo ao desenvolvimento do um novo paradigma — a mobilidade eléctrica. Apesar das variações de maior ou menor arbítrio político dos governos, do excelente ou débil desenvolvimento tecnológico, relacionados com os veículos eléctricos, estamos perante um caminho, no que diz respeito à mobilidade eléctrica, que já não deve ser encarado como uma moda mas como uma orientação para o futuro da mobilidade. Portugal tendo dado mostras que pretende estar na dianteira deste desafio, necessita equacionar e compreender em que condições existirá uma infra-estrutura nacional capaz de fazer o veículo eléctrico vingar. Assim, neste trabalho, analisa-se o impacto da mobilidade eléctrica em algumas dessas infra-estruturas, nomeadamente nos edifícios multi-habitacionais e redes de distribuição em baixa tensão. São criados neste âmbito, quatro perfis de carregamento dos EVs nomeadamente: nas horas de chegada a casa; nas horas de vazio com início programado pelo condutor; nas horas de vazio controlado por operador de rede (“Smart Grid”); e um cenário que contempla a utilização do V2G. Com a obrigação legal de nos novos edifícios serem instaladas tomadas para veículos eléctricos, é estudado, com os cenários anteriores a possibilidade de continuar a conceber as instalações eléctricas, sem alterar algumas das disposições legais, ao abrigo dos regulamentos existentes. É também estudado, com os cenários criados e com a previsão da venda de veículos eléctricos até 2020, o impacto deste novo consumo no diagrama de carga do Sistema Eléctrico Nacional. Mostra-se assim que a introdução de sistemas inteligentes de distribuição de energia [Smartgrid e vehicle to grid” (V2G)] deverá ser encarada como a solução que por excelência contribuirá para um aproveitamento das infra-estruturas existentes e simultaneamente um uso acessível para os veículos eléctricos.

Contratos bilaterais em mercados multi-agente de energia eléctrica: protocolo de ofertas alternadas

A liberalização do sector eléctrico, e a consequente criação de mercados de energia eléctrica regulados e liberalizados, mudou a forma de comercialização da electricidade. Em particular, permitiu a entrada de empresas nas actividades de produção e comercialização, aumentando a competitividade e assegurando a liberdade de escolha dos consumidores, para decidir o fornecedor de electricidade que pretenderem. A competitividade no sector eléctrico aumentou a necessidade das empresas que o integram a proporem preços mais aliciantes (do que os preços propostos pelos concorrentes), e contribuiu para o desenvolvimento de estratégias de mercado que atraiam mais clientes e aumentem a eficiência energética e económica. A comercialização de electricidade pode ser realizada em mercados organizados ou através de contratação directa entre comercializadores e consumidores, utilizando os contratos bilaterais físicos. Estes contratos permitem a negociação dos preços de electricidade entre os comercializadores e os consumidores. Actualmente, existem várias ferramentas computacionais para fazer a simulação de mercados de energia eléctrica. Os simuladores existentes permitem simulações de transacções em bolsas de energia, negociação de preços através de contratos bilaterais, e análises técnicas a redes de energia. No entanto, devido à complexidade dos sistemas eléctricos, esses simuladores apresentam algumas limitações. Esta dissertação apresenta um simulador de contratos bilaterais em mercados de energia eléctrica, sendo dando ênfase a um protocolo de ofertas alternadas, desenvolvido através da tecnologia multi-agente. Em termos sucintos, um protocolo de ofertas alternadas é um protocolo de interacção que define as regras da negociação entre um agente vendedor (por exemplo um retalhista) e um agente comprador (por exemplo um consumidor final). Aplicou-se o simulador na resolução de um caso prático, baseado em dados reais. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador, apesar de simplificado, pode ser uma ferramenta importante na ajuda à tomada de decisões inerentes à negociação de contratos bilaterais em mercados de electricidade.

Impacto das novas tecnologias no aumento da eficiência da iluminação pública: caso de estudo do parque das nações

Portugal comprometeu-se em finais de 2009 com novos objetivos para a política energética e estabeleceu como prioridade a eficiência energética, designadamente através da aplicação de programas de redução do consumo de energia na Administração Pública e da promoção de comportamentos e escolhas que minimizem o consumo energético. Neste contexto, o principal objetivo a que se propõe este trabalho é: contribuir para a nova política energética do Governo, através do estudo do impacto das novas tecnologias e novos procedimentos, no aumento da eficiência da Iluminação Pública. Nesta dissertação é efetuada uma análise aos sistemas de Iluminação Pública existentes e, também o estudo das inovações tecnológicas disponíveis no mercado. Feita esta caracterização e com base em critérios económicos e técnicos suportados por normas nacionais e internacionais em vigor, as soluções que maximizem a eficiência energética na sua globalidade são identificadas e propostas para implementação no terreno. Será igualmente analisado o impacto no sistema elétrico existente das alterações propostas. A componente experimental desta dissertação foi realizada no Parque das Nações com a colaboração da Parque Expo – Gestão Urbana do Parque das Nações, S.A., entidade gestora do espaço público do Parque das Nações. O Parque das Nações apresenta-se como um local de inegável interesse para os objetivos desta dissertação porque: dispõe de uma grande diversidade de soluções na Iluminação Pública; encontra-se a curta distância do ISEL e funciona, não raras vezes, como “montra” tecnológica do País.

A data-mining-based methodology for transmission expansion planning

In recent decades, all over the world, competition in the electric power sector has deeply changed the way this sector’s agents play their roles. In most countries, electric process deregulation was conducted in stages, beginning with the clients of higher voltage levels and with larger electricity consumption, and later extended to all electrical consumers. The sector liberalization and the operation of competitive electricity markets were expected to lower prices and improve quality of service, leading to greater consumer satisfaction. Transmission and distribution remain noncompetitive business areas, due to the large infrastructure investments required. However, the industry has yet to clearly establish the best business model for transmission in a competitive environment. After generation, the electricity needs to be delivered to the electrical system nodes where demand requires it, taking into consideration transmission constraints and electrical losses. If the amount of power flowing through a certain line is close to or surpasses the safety limits, then cheap but distant generation might have to be replaced by more expensive closer generation to reduce the exceeded power flows. In a congested area, the optimal price of electricity rises to the marginal cost of the local generation or to the level needed to ration demand to the amount of available electricity. Even without congestion, some power will be lost in the transmission system through heat dissipation, so prices reflect that it is more expensive to supply electricity at the far end of a heavily loaded line than close to an electric power generation. Locational marginal pricing (LMP), resulting from bidding competition, represents electrical and economical values at nodes or in areas that may provide economical indicator signals to the market agents. This article proposes a data-mining-based methodology that helps characterize zonal prices in real power transmission networks. To test our methodology, we used an LMP database from the California Independent System Operator for 2009 to identify economical zones. (CAISO is a nonprofit public benefit corporation charged with operating the majority of California’s high-voltage wholesale power grid.) To group the buses into typical classes that represent a set of buses with the approximate LMP value, we used two-step and k-means clustering algorithms. By analyzing the various LMP components, our goal was to extract knowledge to support the ISO in investment and network-expansion planning.

Aplicação de metodologias Lean ao fabrico de elevadores

Num mercado cada vez mais competitivo, torna-se fundamental para as empresas produzirem mais com menos recursos, aumentando a eficiência interna, através da otimização dos seus processos. Neste contexto aparece o Lean Manufacturing, metodologia que tem como objetivo criar valor para os stakeholders, através da eliminação de desperdício na cadeia de valor. Este projeto descreve a análise e a formulação de soluções do processo de produção de um Módulo de Serviço, produto que faz parte do sistema elétrico de um elevador. Para análise do problema utilizamos técnicas e ferramentas lean, tais como, o value stream mapping (VSM), o diagrama de processo e o diagrama de spaghetti. Para formulação do problema usamos o value stream design (VSD), a metodologia 5S, o sistema Kanban e a criação de fluxo contínuo, através do conceito takt time, do sistema Pull, da definição do processo pacemaker, da programação nivelada (Heijunka), do conceito pitch time e da caixa de nivelamento (Heijunka Box). Com este projeto pretendemos demonstrar que a implementação de um fluxo unitário de peças através da filosofia Lean Manufacturing, acrescenta qualidade ao produto, cria flexibilidade, aumenta a produtividade, liberta áreas de produção, aumenta a segurança, reduz o custo com o stock e aumenta a motivação organizacional.