Health index for power transformer condition assessment: A comparison of three different techniques

In practice, the condition state of Power Transformers (PT) is quantified by using Health Index (HI). This paper analyzes and compares three different state-of-the-art algorithms to compute HI. The first one uses a Weighted Sum Model (WSM), the second is based on a Fuzzy Inference System (FIS), and the third combines both techniques, i.e., WSM and FIS. These three approaches are tested in a PT fleet composed of 30 units. Results show that each approach produces different HI values for the same PTs. Therefore, decision making regarding the PT fleet will depend on the selected approach for HI calculation. This work proposes merging the knowledge involved in each analyzed approach by using a K-means clustering technique to overcome this drawback. This solution could help the asset manager to make adequate decisions regarding the maintenance scheduling of PT when there is uncertainty about the appropriate approach to be selected.Fil: Zaldivar Sanchez, Diego Armando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Análisis de armónicos variando en el tiempo en sistemas eléctricos de potencia con parques eólicos, a través de la teoría de la posibilidad

This paper focuses on the analysis of the connection of wind farms to the electric power system and their impact on the harmonic load-flow. A possibilistic harmonic load-flow methodology, previously developed by the authors, allows for modeling uncertainties related to linear and nonlinear load variations. On the other hand, it is well known that some types of wind turbines also produce harmonics, in fact, time-varying harmonics. The purpose of this paper is to present an improvement of the former method, in order to include the uncertainties due to the wind speed variations as an input related with power generated by the turbines. Simulations to test the proposal are performed in the IEEE 14-bus standard test system for harmonic analysis, but replacing the generator, at bus two, by a wind farm composed by ten FPC type wind turbines.En este trabajo se analiza el impacto de la conexión de parques eólicos, en el flujo de cargas armónicas en un sistema de potencia. Algunos generadores eólicos producen armónicos debido a la electrónica de potencia que utilizan para su vinculación con la red. Estos armónicos son variables en el tiempo ya que se relacionan con las variaciones en la velocidad del viento. El propósito de este trabajo es presentar una mejora a la metodología para el cálculo de incertidumbre en el flujo de cargas armónicas, a través de la teoría de la posibilidad, la cual fue previamente desarrollada por los autores. La mejora consiste en incluir la incertidumbre debida a las variaciones de la velocidad del viento. Para probar la metodología, se realizan simulaciones en el sistema de prueba de 14 barras de la IEEE, conectando en una de las barras un parque eólico compuesto por diez turbinas del tipo FPC. Los resultados obtenidos muestran que la incertidumbre en la velocidad del viento tiene un efecto considerable en las incertidumbres asociadas a las magnitudes de las tensiones armónicas calculadas.Fil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Zini, Humberto Cassiano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Ratta, Giuseppe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Impact of nonlinear lighting loads on the neutral conductor current of low voltage residential grids

In the last decade, mainly due to political incentives towards energy efficiency, the share of lamps with power electronic interfaces, like Compact Fluorescent Lamps (CFL) and Light Emitting Diode (LED) lamps, has significantly increased in the residential sector. Their massive use might have a substantial impact on harmonic currents and, consequently, on the current flowing in the neutral conductor. This paper analyzes the impact of modern energy-efficient lighting technologies on the neutral conductor current by using a synthetic Low Voltage residential grid. Different load scenarios reflecting the transition from incandescent lamps, via CFL, to LED lamps are compared concerning the neutral conductor current at different points in the network. The inherent randomness related to the use of lighting devices by each residential customer is considered employing a Monte Carlo simulation. Obtained results show that the use of CFL has a greater impact on the neutral conductor current of Low Voltage (LV) residential grids and that, with increasing use of LED lamps, a decreasing impact can be expected in the future.Fil: Hernández, Jairo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Meyer, Jan. Technische Universität; AlemaniaFil: Blanco, Ana María. Technische Universität; Alemani

Harmonic load-flow approach based on the possibility theory

Harmonics in power systems are responsible for several technical problems that justify the development of models to study them. Well-established models exist to analyse the harmonic load-flow (HLF) from a deterministic point of view. Moreover, models based on the probability theory have been developed to deal with the inherent variability and random nature of loads, network configuration etc. In the last few years, possibility theory has arisen as an alternative tool that in many cases could be better suited to describe and quantify the real nature of the uncertainty involved in harmonic studies. In this study a methodology for HLF calculation based on the possibility theory is presented. Possibility distributions instead of probabilities are the input used to describe the uncertainty in the magnitude and composition of the loads. Tests presented shows that the results of the proposed model are consistent with those obtained with a probabilistic method, and that both models lead to the same ranking of the risk that the bus harmonic voltages exceed a given level. Independent possibility distributions are assumed at the development stage reported here; research is being carried out in order to overcome this constraint.Fil: Romero Quete, Andrés Arturo. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; ArgentinaFil: Zini, Humberto Cassiano. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; ArgentinaFil: Rattá, G.. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Dib, R.. No especifíca

Risk assessment algorithm for power transformer fleets based on condition and strategic importance

In every electric power system, power transformers (PT) play a critical role. Under ideal circumstances, PT should receive the utmost care to maintain the highest operative condition during their lifetime. Through the years, different approaches have been developed to assess the condition and the inherent risk during the operation of PT. However, most proposed methodologies tend to analyze PT as individuals and not as a fleet. A fleet assessment helps the asset manager make sound decisions regarding the maintenance scheduling for groups of PT with similar conditions. This paper proposes a new methodology to assess the risk of PT fleets, considering the technical condition and the strategic importance of the units. First, the state of the units was evaluated using a health index (HI) with a fuzzy logic algorithm. Then, the strategic importance of each unit was assessed using a weighting technique to obtain the importance index (II). Finally, the analyzed units with similar HI and II were arranged into a set of clusters using the k-means clustering technique. A fleet of 19 PTs was used to validate the proposed method. The obtained results are also provided to demonstrate the viability and feasibility of the assessment model.Fil: Zaldivar Sanchez, Diego Armando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Rivera, Sergio R.. Universidad Nacional de Colombia; Colombi

Frequency scan analysis supported by a possibility theory-based approach

This paper describes a procedure used to identify the states of a power system that lead to harmonic resonance. The proposed methodology results from an application of the possibility theory which aims to extend the capabilities of the classic frequency scan concept. With the proposed approach, the frequency scan provides more useful information on the harmonic behavior of a power system in contexts where load characteristics are known with uncertainty. To exemplify the potential of this proposal, a case study based on a 14-bus standard test system for harmonic analysis is presented. The states of the power system that lead to harmonic resonance are assessed within the possibility theory framework. Additionally, this paper introduces a risk measure of harmonic resonance based on possibility and necessity fuzzy measures.Fil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Caicedo Navarro, Joaquin Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Zini, Humberto Cassiano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Ratta, Giuseppe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

An improved methodology for the hierarchical coordination of PEV Charging

This paper proposes an improved methodology for the hierarchical coordination of daily Plug-in Electric Vehicle (PEV) charging. The aim is to limit the power supplied by the primary distribution transformer (PDT) while minimizing the energy costs of the aggregators. This methodology consists of an iterative optimization of the total aggregated power at the PDT level, considering the local power constraints of the aggregators and the PEVs with a reduced number of decision variables and constraints which only depend on the number of time intervals. Moreover, it defines the energy boundaries of the optimization problem in each iteration through a proposed method for simulating early charging and delayed charging, considering the power constraints of the aggregators. Otherwise, it evenly distributes the total power among the aggregators, and the local power of each aggregator among the PEVs, maximizing the feasible region of the optimization problem. The proposed methodology is applied to two case studies. The uncertainties related to the charging scenarios are considered by means of Monte-Carlo simulations. The results obtained show that the total power profile is effectively limited, while the profits of the aggregators are not significantly affected by the coordinated approach that is expected to be performed by the Distribution System Operator (DSO). Additionally, to demonstrate the reduction of the impact of PEV charging on the distribution system, the voltage profile, the transformer loss of life and the power and energy losses are reported.Fil: Sanchez, Angel Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Coria Pantano, Gustavo Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Rivera, Sergio Raúl. Universidad Nacional de Colombia; Colombi

A Practical method for risk assessment in power transformer fleets

A useful tool to support the decision-making process in power transformer management is risk assessment. There are few practical methodologies to assess a Transformer Risk Index (TRI). In addition, such proposals do not consider the latest advances in techniques for transformer health valuation, and they also have other drawbacks. This paper proposes a practical method to undertake risk analysis of power transformer fleets, which deal with the stated problem. The proposal appropriately considers the best attributes of the methods reported in literature in order to compute the two components of TRI, i.e., the failure probability factor and the consequence factor. Moreover, this paper contributes to the risk analysis issue by including risk matrices and clustering techniques to support the decision-making process. The presented method was tested on a fleet of fourteen transformers. This approach serves as a practical and reliable tool for asset management in power utilities.La evaluación de riesgo es una herramienta útil para apoyar el proceso de toma de decisiones para la gestión de transformadores de potencia. Existen pocas metodologías prácticas para evaluar un índice de riesgo del transformador (TRI). Además, tales propuestas no tienen en cuenta los últimos avances en técnicas para la valoración de la salud del transformador, entre otros inconvenientes. En este artículo se propone un método práctico para el análisis de riesgo en flotas de transformadores de potencia, el cual plantea soluciones a los problemas mencionados. La propuesta incluye los mejores atributos de los métodos reportados en la literatura, con el fin de calcular los dos componentes del TRI, es decir, el factor de probabilidad de falla y el factor consecuencias de la falla. Por otra parte, este trabajo contribuye con el análisis de riesgos mediante la inclusión de matrices de riesgo y técnicas de agrupamiento que permiten apoyar de manera robusta el proceso de toma de decisiones. El método presentado es probado en una flota de catorce transformadores. Este enfoque sirve como una herramienta práctica y fiable para la gestión de los activos de las empresas eléctricas

Smart charging strategy of electric vehicles for multiple aggregators, using heuristic optimization

El presente articulo propone una solución, mediante métodos heurísticos, al problema de carga de 150 vehículos eléctricos, a través de 32 agregadores dependientes de un transformador principal. La solución propuesta esta basada en estudios realizados con anterioridad para un método de optimización analítica, que funciona hasta con un máximo de 7 agregadores. Esta solución se logra mediante el uso de ecuaciones lineales que limitan el costo y la carga disponible para el sistema, mediante el uso de la función ?fmincom? del software Matlab®, que utiliza métodos de solución analíticos de optimización. Adicionalmente, se realiza una estrategia de optimización heurística basada en el método DEEPSO (combinación de enjambre de partículas y evolución diferencial) y usando las mismas restricciones pero verificando que la estrategia cumpla el objetivo propuesto. Se muestran graficas de los resultados obtenidos en la optimización, y se realiza un análisis comparativo de los métodosFil: Méndez, Carlos. Universidad Nacional de Colombia; ColombiaFil: Mejía, Jerson. Universidad Nacional de Colombia; ColombiaFil: Rivera, Sergio. Universidad Nacional de Colombia; ColombiaFil: Coria Pantano, Gustavo Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Sanchez, Angel Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

A framework for determining a prediction-of-use tariff aimed at coordinating aggregators of plug-in electric vehicles

The objective of this article is to propose a framework for defining a day-ahead prediction-of-use tariff (POU) that promotes aggregators of the plug-in electric vehicles (PEVs) to operate as closely as possible to an optimal charging curve previously calculated by the distribution system operator (DSO). The DSO calculates this optimal charging curve to flatten the load curve of the distribution transformers as much as possible by coordinating the daily recharging of PEVs. The objective is to establish the optimal power profile of the PEV aggregators needed to flatten the power curve supplied by the transformer, so that PEV customers’ needs can be met throughout the day. The proposed framework is applied in a case study accounting for uncertainties associated with charging through Monte Carlo simulation, in order to find the POU tariff. The results demonstrate that applying the POU tariff determines the transformer’s minimum power limit necessary to meet all PEV users’ needs. Additionally, the day-ahead POU tariff does not generate new demand peaks, since it does not concentrate the energy supply of flexible loads in pre-established time bands. Finally, simulation reflects the significant effect of the PEV charging on the distribution system in terms of enhancing the voltage profile, maximizing the transformer life, and reducing the power/energy losses.Fil: Coria Pantano, Gustavo Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Sanchez, Angel Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Al-Sumaiti, Ameena S.. Khalifa University; Emiratos Árabes UnidosFil: Rattá Gutiérrez, Giuseppe Aníbal. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Rivera, Sergio Raul. Universidad Nacional de Colombia; ColombiaFil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin