Online database of Power Hardware In-the-Loop tests

The online database presented in this article provides information about Power Hardware In-the-Loop (PHIL) tests to allow the reproducibility of the experiments. The data were collected through published papers and manufacturer data sheets. The database is hosted on an open subversion platform, which allows a continuous improvement of the data. Furthermore, a GUI interface has been developed to ensure the integrity of the database and its traceability. The access to PHIL test data will facilitate reliable findings for the reproducibility of PHIL experiments

A review of PHIL testing for smart grids—selection guide, classification and online database analysis

The Smart Grid is one of the most important solutions to boost electricity sharing from renewable energy sources. Its implementation adds new functionalities to power systems, which increases the electric grid complexity. To ensure grid stability and security, systems need flexible methods in order to be tested in a safe and economical way. A promising test technique is Power Hardware In-the-Loop (PHIL), which combines the flexibility of Hardware-In-the-Loop (HIL) technique with power exchange. However, the acquisition of PHIL components usually represents a great expense for laboratories and, therefore, the setting up of the experiment involves making hard decisions. This paper provides a complete guideline and useful new tools for laboratories in order to set PHIL facilities up efficiently. First, a PHIL system selection guide is presented, which describes the selection process steps and the main system characteristics needed to perform a PHIL test. Furthermore, a classification proposal containing the desirable information to be obtained from a PHIL test paper for reproducibility purposes is given. Finally, this classification was used to develop a PHIL test online database, which was analysed, and the main gathered information with some use cases and conclusions are shown

Design and Experimental Validation of Power Electric Vehicle Emulator for Testing Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) with Vehicle-to-Grid (V2G) Capability

Nowadays, the global decarbonization and electrification of the world’s energy demands have led to the quick adoption of Electric Vehicle (EV) technology. Therefore, there is an urgent need to provide a wide network of fast Vehicle-to-Grid (V2G) charging stations to support the forecast demand and to enable enough autonomy of such devices. Accordingly, V2G charging stations must be prepared to work properly with every manufacturer and to provide reliable designs and validation processes. In this way, the development of power electric vehicle emulators with V2G capability is critical to enable such development. The paper presents a complete design of a power electric vehicle emulator, as well as an experimental testbench to validate the behaviour of the proposal

A New Approach to Pruning Volterra Models for Power Amplifiers

The objective of this paper is to present an approach to behavioral modeling that can be applied to predict the nonlinear response of power amplifiers with memory. Starting with the discrete-time, complex-baseband full Volterra model, we define a novel methodology that retains only radial branches that can be implemented with one-dimensional finite impulse response filters. This model is subsequently simplified by selecting a subset of directions using an ad hoc procedure. Both models are evaluated in terms of accuracy in the time and frequency domains and complexity, and are compared with other models described in the literature. The evaluation is conducted using a low-voltage silicon RF driver amplifier and a 5-W PA, which are characterized at different levels with diverse modulation formats, including wideband code-division multiple-access (WCDMA) and orthogonal frequency-division multiplexed (OFDM) signals. In all cases, comparison of the measured and simulated responses confirms the effectiveness of the proposed approach.CICYT TEC2008-06259/TECJunta de Andalucía P07-TIC-0264

A New Fast Peak Current Controller for Transient Voltage Faults for Power Converters

Power converters are the basic unit for the transient voltage fault ride through capability for most renewable distributed generators (DGs). When a transient fault happens, the grid voltage will drop suddenly and probably will also suffer a phase-jump event as well. State-of-the-art voltage fault control techniques regulate the current injected during the grid fault. However, the beginning of the fault could be too fast for the inner current control loops of the inverter, and transient over-current would be expected. In order to avoid the excessive peak current of the methods presented in the literature, a new fast peak current control (FPCC) technique is proposed. Controlling the peak current magnitude avoids undesirable disconnection of the distributed generator in a fault state and improves the life expectancy of the converter. Experimental and simulation tests with high power converters provide the detailed behaviour of the method with excellent results

Novel utility-scale photovoltaic plant electroluminescence maintenance technique by means of bidirectional power inverter controller

Producción CientíficaNowadays, photovoltaic (PV) silicon plants dominate the growth in renewable energies generation. Utility-scale photovoltaic plants (USPVPs) have increased exponentially in size and power in the last decade and, therefore, it is crucial to develop optimum maintenance techniques. One of the most promising maintenance techniques is the study of electroluminescence (EL) images as a complement of infrared thermography (IRT) analysis. However, its high cost has prevented its use regularly up to date. This paper proposes a maintenance methodology to perform on-site EL inspections as efficiently as possible. First, current USPVP characteristics and the requirements to apply EL on them are studied. Next, an increase over the automation level by means of adding automatic elements in the current PV plant design is studied. The new elements and their configuration are explained, and a control strategy for applying this technique on large photovoltaic plants is developed. With the aim of getting on-site EL images on a real plant, a PV inverter has been developed to validate the proposed methodology on a small-scale solar plant. Both the electrical parameters measured during the tests and the images taken have been analysed. Finally, the implementation cost of the solution has been calculated and optimised. The results conclude the technical viability to perform on-site EL inspections on PV plants without the need to measure and analyse the panel defects out of the PV installation.Ministerio de Industria, Economía y Competitividad (grant number RTC-2017-6712-3)Junta de Castilla y León (grant VA283P18

Mortality from gastrointestinal congenital anomalies at 264 hospitals in 74 low-income, middle-income, and high-income countries: a multicentre, international, prospective cohort study

Summary Background Congenital anomalies are the fifth leading cause of mortality in children younger than 5 years globally. Many gastrointestinal congenital anomalies are fatal without timely access to neonatal surgical care, but few studies have been done on these conditions in low-income and middle-income countries (LMICs). We compared outcomes of the seven most common gastrointestinal congenital anomalies in low-income, middle-income, and high-income countries globally, and identified factors associated with mortality. Methods We did a multicentre, international prospective cohort study of patients younger than 16 years, presenting to hospital for the first time with oesophageal atresia, congenital diaphragmatic hernia, intestinal atresia, gastroschisis, exomphalos, anorectal malformation, and Hirschsprung’s disease. Recruitment was of consecutive patients for a minimum of 1 month between October, 2018, and April, 2019. We collected data on patient demographics, clinical status, interventions, and outcomes using the REDCap platform. Patients were followed up for 30 days after primary intervention, or 30 days after admission if they did not receive an intervention. The primary outcome was all-cause, in-hospital mortality for all conditions combined and each condition individually, stratified by country income status. We did a complete case analysis. Findings We included 3849 patients with 3975 study conditions (560 with oesophageal atresia, 448 with congenital diaphragmatic hernia, 681 with intestinal atresia, 453 with gastroschisis, 325 with exomphalos, 991 with anorectal malformation, and 517 with Hirschsprung’s disease) from 264 hospitals (89 in high-income countries, 166 in middleincome countries, and nine in low-income countries) in 74 countries. Of the 3849 patients, 2231 (58·0%) were male. Median gestational age at birth was 38 weeks (IQR 36–39) and median bodyweight at presentation was 2·8 kg (2·3–3·3). Mortality among all patients was 37 (39·8%) of 93 in low-income countries, 583 (20·4%) of 2860 in middle-income countries, and 50 (5·6%) of 896 in high-income countries (p<0·0001 between all country income groups). Gastroschisis had the greatest difference in mortality between country income strata (nine [90·0%] of ten in lowincome countries, 97 [31·9%] of 304 in middle-income countries, and two [1·4%] of 139 in high-income countries; p≤0·0001 between all country income groups). Factors significantly associated with higher mortality for all patients combined included country income status (low-income vs high-income countries, risk ratio 2·78 [95% CI 1·88–4·11], p<0·0001; middle-income vs high-income countries, 2·11 [1·59–2·79], p<0·0001), sepsis at presentation (1·20 [1·04–1·40], p=0·016), higher American Society of Anesthesiologists (ASA) score at primary intervention (ASA 4–5 vs ASA 1–2, 1·82 [1·40–2·35], p<0·0001; ASA 3 vs ASA 1–2, 1·58, [1·30–1·92], p<0·0001]), surgical safety checklist not used (1·39 [1·02–1·90], p=0·035), and ventilation or parenteral nutrition unavailable when needed (ventilation 1·96, [1·41–2·71], p=0·0001; parenteral nutrition 1·35, [1·05–1·74], p=0·018). Administration of parenteral nutrition (0·61, [0·47–0·79], p=0·0002) and use of a peripherally inserted central catheter (0·65 [0·50–0·86], p=0·0024) or percutaneous central line (0·69 [0·48–1·00], p=0·049) were associated with lower mortality. Interpretation Unacceptable differences in mortality exist for gastrointestinal congenital anomalies between lowincome, middle-income, and high-income countries. Improving access to quality neonatal surgical care in LMICs will be vital to achieve Sustainable Development Goal 3.2 of ending preventable deaths in neonates and children younger than 5 years by 2030

Técnicas de detección y control de faltas para convertidores de potencia de sistemas de generación distribuida

Electric power is typically produced at a wide range of generation plants. In particular, the renewable energies are a specific electric power generation type. Due to its nature, this technology is possible only where the appropriate conditions happen. Currently, the growth on renewable energies technology development has led to an increment in its penetration factor. Therefore, the electric power grid classic concept with big centralized generation plants is not valid anymore. Moreover, the electric power grids worldwide are changing their centralized models to distributed generation models. By the way, improvement on the renewable energies development has led to a significant growth on the new plants size. Previous cited two factors have obliged to the utility grid to modify the international legislation, adding new minimum technical requirements for the new scenario. The link between the renewable energy plants and the electric power grid usually is done with electronic power converters; therefore they are in charge to comply with the current legislation. Some of the most important requirements are those related to the plant behaviour against several types of grid faults. The objective of this work is the development of power converters control techniques to improve the units response against the specified minimum technical requirements defined in the international legislation. In one hand, due to renewable energy plants usually are near the consumption centres, the detection of possible islanding cases is very important in these plants. An islanding case happens when a part of the electric grid is disconnected, and the resulting subgrid remains energized because the working conditions do not change significantly. Therefore, a new anti-islanding method has been developed to improve significantly the unit response compared with others presented in the literature. Between the advantages of the new method are: it works under any operation set-point; adds fewer perturbations to the system than others; its non-detection-zone is null; and it has a good clearing time behaviour for all islanding cases. On the other hand, the power converters control against transient voltage faults has been described widely in the literature. Most part of research efforts in this phenomenon is centred on the control during the fault itself. However, the beginning of the transient voltage fault usually is faster than the control system frequency, so a possible instability case could happened. As a result, an unexpected output peak current up the security thresholds would be produced. According to this difficulty, a new method has been developed to prevent and control that the output current security thresholds are not reached, avoiding breakdowns and not desired disconnections.La generación de energía en la red eléctrica está compuesta por un amplio rango de plantas de generación de diverso tamaño y naturaleza. En particular, un tipo de generación de energía eléctrica es el relacionado con las energías renovables. Debido a la naturaleza de este tipo de tecnología, las plantas se ubican dónde solo dónde se den las condiciones para ello. Actualmente, el desarrollo de las tecnologías asociadas a las energías renovables ha provocado un aumento considerablemente de su índice de penetración, por lo que ya no es válida la concepción clásica de la red eléctrica. Por lo tanto, las redes eléctricas a nivel mundial están cambiando su modelo hacia uno con un tipo de generación más distribuida. Por otro lado, la mejora en las tecnologías empleadas, está permitiendo un aumento significativo del tamaño de las nuevas plantas construidas. Los dos factores indicados anteriormente han provocado la necesidad en los operadores de red de modificar la legislación internacional, incluyendo nuevos requisitos mínimos técnicos que cumplir para contemplar el nuevo escenario. En las plantas de energía renovable, el enlace entre la planta de generación y la red eléctrica suele realizarse a través de convertidores de electrónica de potencia, por lo que son éstos, en última instancia, los responsables de cumplir la legislación vigente. Una parte muy importante dentro de los requisitos son los referentes al comportamiento de la planta frente a diversos tipos de faltas en la red. El objetivo de este trabajo ha sido el desarrollo de técnicas de detección y control sobre convertidores de potencia que ayuden a mejorar la respuesta de los equipos para cumplir mejor con los requisitos mínimos técnicos impuestos. Por un lado, debido a la proximidad de las plantas de energía renovable cerca a los centros de consumo, provoca que sea muy importante el control en estas plantas de posibles situaciones de islanding. Por lo tanto, se ha desarrollado una nueva técnica anti-islanding que mejora significativamente las prestaciones frente a otras presentes en la literatura. Entre las ventajas del nuevo método están que se puede aplicar en cualquier punto de trabajo, introduce menores perturbaciones al sistema, su zona de no detección es nula, y conserva un buen tiempo de detección de situaciones de islanding. Por otro lado, el control de convertidores de potencia frente a faltas de tensión ha sido tratado ampliamente en la literatura. Gran parte de la investigación en este campo está centrada en el control durante la falta en sí misma. Sin embargo, el transitorio en el inicio de la falta suele ser mucho más rápido que la frecuencia de control del sistema, lo que puede llevar a una posible situación de inestabilidad en la que la máquina observe un pico de corriente por encima de los límites de seguridad permitidos. Atendiendo a esta problemática, se ha desarrollado un nuevo método que vigile y controle que no se alcancen los valores de seguridad límite establecidos, evitando posibles averías y desconexiones

Mejora de sistemas de electrónica de potencia para el despliegue masivo de recursos energéticos distribuidos y vehículo eléctrico en redes de distribución de baja tensión

Con el objetivo de reducir los gases contaminantes un 55 % para el año 2030, la Comisión Europea ha establecido como objetivos prioritarios un aumento de la generación renovable hasta el 32 % de la generación energética total y un incremento de la eficiencia energética del 32,5 %. El cumplimiento de estos objetivos acarrea una serie de desafíos para el sistema eléctrico que deben ser considerados durante este proceso de transformación. El cierre de los grandes generadores síncronos, fuente de estabilidad para la red, y su reemplazo por fuentes renovables, de gran variabilidad y escasa o nula aportación inercial, están centrando gran parte del esfuerzo de la comunidad investigadora en el sector.En este contexto, los convertidores de electrónica de potencia están despertando un gran interés debido a dos factores determinantes. En primer lugar, el gran número de convertidores que se espera sean instalados en los próximos años. Desde los grandes inversores fotovoltaicos a dispositivos más pequeños, pero mucho más numerosos, como equipos de climatización o cargadores de vehículo eléctrico. Por otro lado, la gran controlabilidad de estos sistemas incrementa la posibilidad de implementar técnicas que contribuyan a asegurar la estabilidad de la red eléctrica durante el proceso de cierre de las centrales térmicas.La presente tesis doctoral contribuye al estado del arte del sector por medio de las aportaciones en el estudio de los convertidores de electrónica de potencia, los nuevos materiales que prometen ampliar las capacidades de estos dispositivos y la implementación de técnicas para la prestación de servicios auxiliares a la red. Debido al creciente protagonismo de la red distribución, así como el interés despertado por la creación de comunidades energéticas y las redes inteligentes, más conocidas como Smart Grids, este trabajo se centra en la aplicación de servicios orientados a la casuística de las redes de distribución en baja tensión.En este documento se presta especial atención al problema de los desequilibrios, un problema frecuente en las redes de distribución. Este evento tiene lugar cuando la tensión o la corriente diverge entre las tres fases, ocasionando perjuicios en los usuarios de la red, así como posibles daños en distintos elementos del sistema, como los conductores y transformadores.A continuación, se realiza el diseño y fabricación de un convertidor D-STATCOM de 30 kVA para la atenuación de desequilibrios en la red de baja tensión. El prototipo ha sido validado en un entorno real perteneciente a una línea de la red de distribución. De los resultados obtenidos durante el periodo de evaluación se han cuantificando los beneficios de la mitigación de desequilibrios, tales como la mejora de la calidad de red y la reducción de las pérdidas técnicas en la línea.Posteriormente, se propone la aplicación de esta solución a diferentes convertidores comerciales tales como cargadores de vehículo eléctrico, inversores fotovoltaicos y sistemas de baterías. El trabajo concluye con el desarrollo de un cargador de vehículo eléctrico de 50 kW con la capacidad de proveer los servicios auxiliares propuestos en el estudio.<br /

Sistemas de pruebas de potencia para Smartgrid

Los problemas asociados al uso de combustibles fósiles nos están llevando como sociedad a una transición energética hacia las energías renovables. Para su integración, la red eléctrica actual está evolucionando a una red eléctrica inteligente, o también denominada Smartgrid. Pero esta evolución supone un aumento en la complejidad de su funcionamiento, sobre todo en las redes de distribución.En las redes eléctricas se van a necesitar nuevos equipos, con nuevas funcionalidades, que interactúen y comuniquen con sistemas de otros fabricantes para garantizar en todo momento la calidad y seguridad de suministro, equilibrando la balanza entre generación y consumo. Este salto disruptivo pone en riesgo la gran fiabilidad que estos nuevos equipos deben mostrar durante su operación. Por ello, el desarrollo y mejora de los métodos de prueba para la validación de estos sistemas es clave para el éxito de su despliegue.El presente trabajo de investigación tiene dos objetivos principales. El primer objetivo es la identificación, análisis y mejora de los métodos de prueba actuales para la Smartgrid, centrándose en aquellos que permitan la verificación y validación de los sistemas de potencia. El segundo objetivo es el lanzamiento de un servicio tecnológico que permita mejorar las capacidades técnicas actuales en el territorio, necesarias para el despliegue del equipamiento requerido en el desarrollo de la Smartgrid.Para ello, en primer lugar se ha realizado un revisión de los métodos de prueba para equipos de la Smartgrid, clasificándolos según su precio, fidelidad y cobertura. Esta clasificación muestra que la técnica de pruebas que ofrece la mejor relación entre cobertura y fidelidad para sistemas de potencia es Power Hardware-In-the-Loop (PHIL). Además, la disposición de esta bancada por parte de los laboratorios también ofrece otras técnicas de prueba interesantes, tales como la simulación y las restantes técnicas en bucle cerrado (MIL, SIL, PIL y HIL).Dada las capacidades de esta técnica de pruebas, se ha desarrollado un nuevo procedimiento para el dimensionamiento de una bancada PHIL, recopilando información tanto del equipamiento comercial, como de prototipos y diferentes pruebas desarrolladas en laboratorios. Además, se ha definido y clasificado la información relevante a documentar de una prueba PHIL para poder reproducir el experimento y reutilizar las configuraciones utilizadas. Esta clasificación de la información ha sido utilizada para la creación de una base de datos en línea, permitiendo a los usuarios consultar la información de las pruebas realizadas por otros laboratorios a equipos de interés común, así como incluir la información de sus nuevos experimentos.También se ha realizado un análisis de los elementos que componen el lazo cerrado de control de una bancada PHIL, proponiendo mejoras que consiguen aumentar la máxima frecuencia de emulación hasta cinco veces respecto las bancadas actuales. Para la ejecución de estas mejoras, se ha realizado el diseño conceptual de una nueva plataforma PHIL, que posibilita la prueba de equipos en varios puntos de conexión de la red eléctrica. A su vez, también se ha desarrollado un simulador embebido que permite la ejecución de modelos multiplataforma y su modelado en herramienta gráfica. Estas mejoras se cierran con la propuesta de un amplificador de corriente de gran ancho de banda, basado en la topología de un convertidor masivamente paralelo.En el análisis de los requerimientos de los sistemas de ensayo, se ha observado que para aquellas pruebas de sistemas de potencia con un protocolo de maniobra hardware y de comunicaciones muy específico y repetitivo (como por ejemplo, los cargadores de vehículo eléctrico), la utilización de emuladores de potencia puede suponer un ahorro importante en el tiempo de desarrollo y ejecución de los ensayos. Estos emuladores además ofrecen también ventajas operativas en pruebas muy acotadas o repetitivas respecto el método PHIL.Por este motivo, se presenta el desarrollo de un emulador de vehículo eléctrico V2G para la comprobación de cargadores bidireccionales. El funcionamiento de este emulador ha sido verificado en laboratorio ante un equipo real. Para la realización de este prototipo, dentro de esta tesis se ha diseñado el control de tensión de salida de batería, el filtro de salida utilizando la técnica de espacio de diseño y la implementación del código de su tarjeta de control. También se ha diseñado el control de reactiva para compensar la potencia de los cargadores durante la prueba.Para finalizar, se presenta el Laboratorio de Estudios y Ensayos de Electrónica de Potencia (LE3P) en las instalaciones de CIRCE, desarrollado en el marco de esta tesis. Este laboratorio ofrece un servicio tecnológico a las universidades, centros de investigación tecnológicos y empresas para el despliegue de nuevo equipamiento de potencia para la Smartgrid. En este servicio se define un modelo de desarrollo en V, complementándolo con el equipamiento utilizable dentro del mismo y las diferentes técnicas de prueba disponibles. Como muestra de este lanzamiento, en los anexos se describen dos pruebas realizadas dentro del LE3P a prototipos desarrollados en proyectos europeos.<br /