Wide Area Oscillation Damping using Utility-Scale PV Power Plants Capabilities

With increasing implementation of Wide Area Measurement Systems (WAMS) in power grids, application of wide area damping controllers (WADCs) to damp power system oscillations is of interest. On the other hand it is well known that rapidly increasing integration of renewable energy sources into the grid can dangerously reduce the inertia of the system and degrade the stability of power systems. This paper aimed to design a novel WADC for a utility-scale PV solar farm to damp out inter area oscillations while the main focus of the work is to eliminate the impact of communication delays of wide-area signals from the WAMS. Moreover the PV farm impact on inter area oscillation mitigation is investigated in various case studies, namely, with WADC on the active power control loop and with WADC on the reactive power control loop. The Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO) technique is applied to normalize and optimize the parameters of WADC for inter-area oscillations damping and continuous compensation of time-varying latencies. The proposed method is prosperously applied in a 16-bus six-machine test system and various case studies are conducted to demonstrate the potential of the proposed structure

Reliability Constrained Unit Commitment Considering the Effect of DG and DR Program

Due to increase in energy prices at peak periods and increase in fuel cost, involving Distributed Generation (DG) and consumption management by Demand Response (DR) will be unavoidable options for optimal system operations. Also, with high penetration of DGs and DR programs into power system operation, the reliability criterion is taken into account as one of the most important concerns of system operators in management of power system. In this paper, a Reliability Constrained Unit Commitment (RCUC) at presence of time-based DR program and DGs integrated with conventional units is proposed and executed to reach a reliable and economic operation. Designated cost function has been minimized considering reliability constraint in prevailing UC formulation. The UC scheduling is accomplished in short-term so that the reliability is maintained in acceptable level. Because of complex nature of RCUC problem and full AC load flow constraints, the hybrid algorithm included Simulated Annealing (SA) and Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) has been proposed to optimize the problem. Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed method and considerable efficacy of the time-based DR program in reducing operational costs by implementing it on IEEE-RTS79

Metaheuristics for Transmission Network Expansion Planning

This chapter presents the characteristics of the metaheuristic algorithms used to solve the transmission network expansion planning (TNEP) problem. The algorithms used to handle single or multiple objectives are discussed on the basis of selected literature contributions. Besides the main objective given by the costs of the transmission system infrastructure, various other objectives are taken into account, representing generation, demand, reliability and environmental aspects. In the single-objective case, many metaheuristics have been proposed, in general without making strong comparisons with other solution methods and without providing superior results with respect to classical mathematical programming. In the multi-objective case, there is a better convenience of using metaheuristics able to handle conflicting objectives, in particular with a Pareto front-based approach. In all cases, improvements are still expected in the definition of benchmark functions, benchmark networks and robust comparison criteria

Modeling of the phenomenon of hemolysis within a left ventricular assistance device (LVAD)

Les défis du développement des pompes à sang incluent l'apparition de phénomènes naturels indésirables tels que l'hémolyse et la thrombose. Une solution potentielle consiste à utiliser des modèles mathématiques pour prédire et éliminer les sources de ces phénomènes, en particulier la modélisation de l'hémolyse pour les dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVAD). Cette thèse présente une nouvelle méthodologie pour simuler le phénomène d'hémolyse basée sur des mesures expérimentales, avec l'objectif principal d'évaluer le nouveau modèle à l'aide d'outils numériques dans différentes géométries. Trois cas de test ont été examinés : Le cas test de la tuyère FDA, le cas test de la pompe FDA et la pompe à sang FineHeart (ICOMS), dans le but de fournir des recommandations pour réduire l'indice d'hémolyse de la pompe à sang FineHeart.L'étude a commencé par des simulations numériques pour valider le nouveau modèle d'hémolyse pour le cas test de la tuyère FDA. Les simulations ont été effectuées à l'aide de trois modèles turbulents, et le modèle k-ω SST s'est avéré le plus fiable. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant trois expressions différentes de la contrainte de cisaillement équivalente et les valeurs obtenues ont été comparées aux données expérimentales. Les résultats ont montré que l'expression τ_n était la plus fiable. l'effet de la constante C_n a été étudié dans l'expression de τ_n pour différentes espèces avait un impact significatif sur l'hémolyse, en particulier pour le sang bovin et le sang humain. Enfin, une plage appropriée pour la constante a été déterminée comme étant 18 < C_n < 30 en comparant la courbe obtenue avec du sang bovin à la plage expérimentale de MIH dans trois conditions de fonctionnement différentes.La deuxième partie de l'étude s'est concentrée sur le développement de méthodes numériques pour prédire l'hémodynamique et l'hémolyse du flux sanguin à l'intérieur pompe FDA. Le modèle Power-law a été utilisé avec l'approche eulérienne et la même expression de contrainte de cisaillement équivalente que la première partie de l'étude a été testée.. Les prédictions numériques ont été validées en comparant les résultats CFD aux mesures FDA PIV pour trois conditions opérationnelles. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant la contrainte équivalente τ_n et s'est avéré fournir des résultats précis malgré les incertitudes expérimentales. L'impact de la constante C_n sur l'hémolyse pour différentes espèces conclu que la plage appropriée pour la constante est 18<C_n<27.Des simulations en régime permanent et transitoire pour prédire les aspects hémodynamiques et hémolytiques de la pompe à sang FineHeart (ICOMS) ont été menées, visant à identifier les sources d'hémolyse dans l'appareil. Les simulations ont été validées sur la base de tests de boucle de corrélation et de mesures PIV, et les résultats ont montré un bon accord entre les données numériques et expérimentales. Le modèle d'hémolyse validé a été ajouté aux simulations et les paramètres hémolytiques ont été calculés, comparés et validés avec les données FineHeart pour deux configurations de fonctionnement de la pompe. Les sources d'hémolyse comme des espaces entre les pièces rotatives et fixes et les bords d'attaque et de fuite des pales ont été identifiées. quelques suggestions pour améliorer la conception des pompes à sang axiales sur la base de ces résultats ont également été fournis.In recent years, the idea of using a mechanical pump as a left ventricle assist device is being well developed by several groups. Meanwhile, one of the challenges in this field is the occurrence of biological phenomena such as hemolysis. From an engineering point of view, a solution to this problem is to provide an accurate and efficient numerical method to predict the phenomenon. Hemolysis models are typically based on equivalent scalar stress and exposure time. Meanwhile, they are inaccurate in predicting the absolute values of the hemolytic parameters. The main objective of this thesis is to provide a model that can forecast the phenomena precisely. This work aims to study the impact of considering extensional stresses as the main reason for hemolysis in the three test cases: FDA nozzle benchmark, FDA pump benchmark, and FineHeart innovative blood pump (the ICOMS). For the first two geometries, the standard models provided by FDA, the objective is to validate the numerical methodology. While for the more realistic test case, the FineHeart blood pump, the final goal is to provide some pieces of advice to reduce the hemolysis level.For the FDA nozzle benchmark, firstly, the accuracy of the steady flow simulation was validated by comparing the predicted normalized axial velocity in several sections with the experimental data. For that purpose, the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations in conjunction with three different turbulence models k-ϵ, k-ω, and k-ω SST were employed. As expected, the k-ω SST turbulence model was found to be the most accurate model. In the next step, hemolysis indexes were calculated using different expressions for the equivalent stress. In this case, the impact of scaling up the extensional stresses on predicted hemolysis is studied by adding a coefficient C_n to equivalent stress. It is concluded that the hemolysis index would be in a reliable range of 18<C_n<30. Moreover, the impact of different C_n values have been studied for several species. Comparing the results, the C_n coefficient can make a wide range of hemolysis, especially for higher values of it.For the FDA pump benchmark, transient simulations were conducted with the k-ω SST as the turbulence model. In the first step, hemodynamic parameters, velocity, and pressure were validated by comparing CFD results with FDA experimental data. Secondly, the hemolysis power-law model was added to the simulations using the same expression for the equivalent stress. Comparisons with experimental measurements have indicated that the new methodology provides accurate hemolysis predictions. In addition, the impact of C_n is studied and it is shown that the hemolysis index is highly impacted by the C_n value, and 18<C_n<27 is found to be an appropriate range.Finally, the study conducted transient simulations using identical configurations for FineHeart innovative blood pump, the ICOMS. Hemodynamic parameters, such as velocity and pressure, were compared and validated using two types of experimental data provided by the company: correlation loop tests and particle image velocimetry tests. Subsequently, predictions of hemolysis were compared and verified using in vitro data. The study presents and discusses the local values of hemolysis levels, which allowed for the identification of suggestions to decrease hemolytic levels for the blood pump

Modélisation du phénomène d’hémolyse au sein d’un dispositif d’assistance ventriculaire gauche (LVAD)

In recent years, the idea of using a mechanical pump as a left ventricle assist device is being well developed by several groups. Meanwhile, one of the challenges in this field is the occurrence of biological phenomena such as hemolysis. From an engineering point of view, a solution to this problem is to provide an accurate and efficient numerical method to predict the phenomenon. Hemolysis models are typically based on equivalent scalar stress and exposure time. Meanwhile, they are inaccurate in predicting the absolute values of the hemolytic parameters. The main objective of this thesis is to provide a model that can forecast the phenomena precisely. This work aims to study the impact of considering extensional stresses as the main reason for hemolysis in the three test cases: FDA nozzle benchmark, FDA pump benchmark, and FineHeart innovative blood pump (the ICOMS). For the first two geometries, the standard models provided by FDA, the objective is to validate the numerical methodology. While for the more realistic test case, the FineHeart blood pump, the final goal is to provide some pieces of advice to reduce the hemolysis level.For the FDA nozzle benchmark, firstly, the accuracy of the steady flow simulation was validated by comparing the predicted normalized axial velocity in several sections with the experimental data. For that purpose, the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations in conjunction with three different turbulence models k-ϵ, k-ω, and k-ω SST were employed. As expected, the k-ω SST turbulence model was found to be the most accurate model. In the next step, hemolysis indexes were calculated using different expressions for the equivalent stress. In this case, the impact of scaling up the extensional stresses on predicted hemolysis is studied by adding a coefficient C_n to equivalent stress. It is concluded that the hemolysis index would be in a reliable range of 18<C_n<30. Moreover, the impact of different C_n values have been studied for several species. Comparing the results, the C_n coefficient can make a wide range of hemolysis, especially for higher values of it.For the FDA pump benchmark, transient simulations were conducted with the k-ω SST as the turbulence model. In the first step, hemodynamic parameters, velocity, and pressure were validated by comparing CFD results with FDA experimental data. Secondly, the hemolysis power-law model was added to the simulations using the same expression for the equivalent stress. Comparisons with experimental measurements have indicated that the new methodology provides accurate hemolysis predictions. In addition, the impact of C_n is studied and it is shown that the hemolysis index is highly impacted by the C_n value, and 18<C_n<27 is found to be an appropriate range.Finally, the study conducted transient simulations using identical configurations for FineHeart innovative blood pump, the ICOMS. Hemodynamic parameters, such as velocity and pressure, were compared and validated using two types of experimental data provided by the company: correlation loop tests and particle image velocimetry tests. Subsequently, predictions of hemolysis were compared and verified using in vitro data. The study presents and discusses the local values of hemolysis levels, which allowed for the identification of suggestions to decrease hemolytic levels for the blood pump.Les défis du développement des pompes à sang incluent l'apparition de phénomènes naturels indésirables tels que l'hémolyse et la thrombose. Une solution potentielle consiste à utiliser des modèles mathématiques pour prédire et éliminer les sources de ces phénomènes, en particulier la modélisation de l'hémolyse pour les dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVAD). Cette thèse présente une nouvelle méthodologie pour simuler le phénomène d'hémolyse basée sur des mesures expérimentales, avec l'objectif principal d'évaluer le nouveau modèle à l'aide d'outils numériques dans différentes géométries. Trois cas de test ont été examinés : Le cas test de la tuyère FDA, le cas test de la pompe FDA et la pompe à sang FineHeart (ICOMS), dans le but de fournir des recommandations pour réduire l'indice d'hémolyse de la pompe à sang FineHeart.L'étude a commencé par des simulations numériques pour valider le nouveau modèle d'hémolyse pour le cas test de la tuyère FDA. Les simulations ont été effectuées à l'aide de trois modèles turbulents, et le modèle k-ω SST s'est avéré le plus fiable. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant trois expressions différentes de la contrainte de cisaillement équivalente et les valeurs obtenues ont été comparées aux données expérimentales. Les résultats ont montré que l'expression τ_n était la plus fiable. l'effet de la constante C_n a été étudié dans l'expression de τ_n pour différentes espèces avait un impact significatif sur l'hémolyse, en particulier pour le sang bovin et le sang humain. Enfin, une plage appropriée pour la constante a été déterminée comme étant 18 < C_n < 30 en comparant la courbe obtenue avec du sang bovin à la plage expérimentale de MIH dans trois conditions de fonctionnement différentes.La deuxième partie de l'étude s'est concentrée sur le développement de méthodes numériques pour prédire l'hémodynamique et l'hémolyse du flux sanguin à l'intérieur pompe FDA. Le modèle Power-law a été utilisé avec l'approche eulérienne et la même expression de contrainte de cisaillement équivalente que la première partie de l'étude a été testée.. Les prédictions numériques ont été validées en comparant les résultats CFD aux mesures FDA PIV pour trois conditions opérationnelles. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant la contrainte équivalente τ_n et s'est avéré fournir des résultats précis malgré les incertitudes expérimentales. L'impact de la constante C_n sur l'hémolyse pour différentes espèces conclu que la plage appropriée pour la constante est 18<C_n<27.Des simulations en régime permanent et transitoire pour prédire les aspects hémodynamiques et hémolytiques de la pompe à sang FineHeart (ICOMS) ont été menées, visant à identifier les sources d'hémolyse dans l'appareil. Les simulations ont été validées sur la base de tests de boucle de corrélation et de mesures PIV, et les résultats ont montré un bon accord entre les données numériques et expérimentales. Le modèle d'hémolyse validé a été ajouté aux simulations et les paramètres hémolytiques ont été calculés, comparés et validés avec les données FineHeart pour deux configurations de fonctionnement de la pompe. Les sources d'hémolyse comme des espaces entre les pièces rotatives et fixes et les bords d'attaque et de fuite des pales ont été identifiées. quelques suggestions pour améliorer la conception des pompes à sang axiales sur la base de ces résultats ont également été fournis

Modélisation du phénomène d’hémolyse au sein d’un dispositif d’assistance ventriculaire gauche (LVAD)

In recent years, the idea of using a mechanical pump as a left ventricle assist device is being well developed by several groups. Meanwhile, one of the challenges in this field is the occurrence of biological phenomena such as hemolysis. From an engineering point of view, a solution to this problem is to provide an accurate and efficient numerical method to predict the phenomenon. Hemolysis models are typically based on equivalent scalar stress and exposure time. Meanwhile, they are inaccurate in predicting the absolute values of the hemolytic parameters. The main objective of this thesis is to provide a model that can forecast the phenomena precisely. This work aims to study the impact of considering extensional stresses as the main reason for hemolysis in the three test cases: FDA nozzle benchmark, FDA pump benchmark, and FineHeart innovative blood pump (the ICOMS). For the first two geometries, the standard models provided by FDA, the objective is to validate the numerical methodology. While for the more realistic test case, the FineHeart blood pump, the final goal is to provide some pieces of advice to reduce the hemolysis level.For the FDA nozzle benchmark, firstly, the accuracy of the steady flow simulation was validated by comparing the predicted normalized axial velocity in several sections with the experimental data. For that purpose, the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations in conjunction with three different turbulence models k-ϵ, k-ω, and k-ω SST were employed. As expected, the k-ω SST turbulence model was found to be the most accurate model. In the next step, hemolysis indexes were calculated using different expressions for the equivalent stress. In this case, the impact of scaling up the extensional stresses on predicted hemolysis is studied by adding a coefficient C_n to equivalent stress. It is concluded that the hemolysis index would be in a reliable range of 18<C_n<30. Moreover, the impact of different C_n values have been studied for several species. Comparing the results, the C_n coefficient can make a wide range of hemolysis, especially for higher values of it.For the FDA pump benchmark, transient simulations were conducted with the k-ω SST as the turbulence model. In the first step, hemodynamic parameters, velocity, and pressure were validated by comparing CFD results with FDA experimental data. Secondly, the hemolysis power-law model was added to the simulations using the same expression for the equivalent stress. Comparisons with experimental measurements have indicated that the new methodology provides accurate hemolysis predictions. In addition, the impact of C_n is studied and it is shown that the hemolysis index is highly impacted by the C_n value, and 18<C_n<27 is found to be an appropriate range.Finally, the study conducted transient simulations using identical configurations for FineHeart innovative blood pump, the ICOMS. Hemodynamic parameters, such as velocity and pressure, were compared and validated using two types of experimental data provided by the company: correlation loop tests and particle image velocimetry tests. Subsequently, predictions of hemolysis were compared and verified using in vitro data. The study presents and discusses the local values of hemolysis levels, which allowed for the identification of suggestions to decrease hemolytic levels for the blood pump.Les défis du développement des pompes à sang incluent l'apparition de phénomènes naturels indésirables tels que l'hémolyse et la thrombose. Une solution potentielle consiste à utiliser des modèles mathématiques pour prédire et éliminer les sources de ces phénomènes, en particulier la modélisation de l'hémolyse pour les dispositifs d'assistance ventriculaire gauche (LVAD). Cette thèse présente une nouvelle méthodologie pour simuler le phénomène d'hémolyse basée sur des mesures expérimentales, avec l'objectif principal d'évaluer le nouveau modèle à l'aide d'outils numériques dans différentes géométries. Trois cas de test ont été examinés : Le cas test de la tuyère FDA, le cas test de la pompe FDA et la pompe à sang FineHeart (ICOMS), dans le but de fournir des recommandations pour réduire l'indice d'hémolyse de la pompe à sang FineHeart.L'étude a commencé par des simulations numériques pour valider le nouveau modèle d'hémolyse pour le cas test de la tuyère FDA. Les simulations ont été effectuées à l'aide de trois modèles turbulents, et le modèle k-ω SST s'est avéré le plus fiable. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant trois expressions différentes de la contrainte de cisaillement équivalente et les valeurs obtenues ont été comparées aux données expérimentales. Les résultats ont montré que l'expression τ_n était la plus fiable. l'effet de la constante C_n a été étudié dans l'expression de τ_n pour différentes espèces avait un impact significatif sur l'hémolyse, en particulier pour le sang bovin et le sang humain. Enfin, une plage appropriée pour la constante a été déterminée comme étant 18 < C_n < 30 en comparant la courbe obtenue avec du sang bovin à la plage expérimentale de MIH dans trois conditions de fonctionnement différentes.La deuxième partie de l'étude s'est concentrée sur le développement de méthodes numériques pour prédire l'hémodynamique et l'hémolyse du flux sanguin à l'intérieur pompe FDA. Le modèle Power-law a été utilisé avec l'approche eulérienne et la même expression de contrainte de cisaillement équivalente que la première partie de l'étude a été testée.. Les prédictions numériques ont été validées en comparant les résultats CFD aux mesures FDA PIV pour trois conditions opérationnelles. L'indice d'hémolyse a été calculé en utilisant la contrainte équivalente τ_n et s'est avéré fournir des résultats précis malgré les incertitudes expérimentales. L'impact de la constante C_n sur l'hémolyse pour différentes espèces conclu que la plage appropriée pour la constante est 18<C_n<27.Des simulations en régime permanent et transitoire pour prédire les aspects hémodynamiques et hémolytiques de la pompe à sang FineHeart (ICOMS) ont été menées, visant à identifier les sources d'hémolyse dans l'appareil. Les simulations ont été validées sur la base de tests de boucle de corrélation et de mesures PIV, et les résultats ont montré un bon accord entre les données numériques et expérimentales. Le modèle d'hémolyse validé a été ajouté aux simulations et les paramètres hémolytiques ont été calculés, comparés et validés avec les données FineHeart pour deux configurations de fonctionnement de la pompe. Les sources d'hémolyse comme des espaces entre les pièces rotatives et fixes et les bords d'attaque et de fuite des pales ont été identifiées. quelques suggestions pour améliorer la conception des pompes à sang axiales sur la base de ces résultats ont également été fournis

Effect of P2O5 on Crystallization Behavior and Chemical Resistance of Dental Glasses in the Li2O-SiO2-ZrO2 System

Commercial dental lithium disilicate based glass-ceramics containing various amounts of P2O5 were synthesized. Regarding the crystallization behavior and physico-chemical properties of the glasses, the optimum percent of P2O5 was determined.as 8 %wt. Crystallization behavior of the glasses was investigated by X-ray diffraction (XRD) and differential thermal analysis (DTA). The micro-hardness and chemical resistance of both glass and glass-ceramic searies were also determined. According to our results, lithium phosphate was precipitated prior to crystallization of the main phases, i.e lithium meta silicate and lithium disilicate. This early precipitation led to evacuation of residual glass phase from lithium ions, which caused increasing the viscosity of glass and so shifting of crystallization to higher temperatures. In addition, increasing in P2O5 amounts and consequently increasing in Li3PO4, led to significant decrease in the crystallite size and aspect ratio&nbsp; of crystals. Furthermore, while the chemical resistance of the glasses was decreased with P2O5, it was increased with P2O5 after heat treatment process. The chemical solubility of these three glass-ceramics was between 2080~1188 &mu;g/cm2

A Robust Computational Framework for Mid-Term Techno-Economical Assessment of Energy Storage

Rapid expansion and integration of wind energy is restrained due to transmission capacity constraints and conventional generation technologies limited operational flexibility in today's power systems. Energy storage is an attractive option to integrate and utilise more renewable energy without major and timely upgrade of existing transmission infrastructure. Moreover, it can be considered as a means for differing the reinforcement plans. The evaluation of energy storage deployment projects is a challenging task due to severe uncertainty of wind power generation. In this study, a robust techno-economic framework is proposed for energy storage evaluation based on information gap decision theory for handling wind generation uncertainty. The total social cost of the system including conventional generators’ fuel and pollution cost and wind power curtailment cost is optimised considering generators operational constraints and transmission system capacity limitations based on the DC model of the power grid. The effect of storage devices on system performance is evaluated taking into account wind power uncertainty. The proposed method is conducted on the modified IEEE reliability test system and the modified IEEE-118-bus test system to assess its applicability and performance in mid-term robust evaluation of energy storage implementation plans