Present electric grids are advanced to integrate smart grids, distributed resources, high-speed sensing and control, and other advanced metering technologies. Cybersecurity is one of the challenges of the smart grid and nuclear plant digital system. It affects the advanced metering infrastructure (AMI), for grid data communication and controls the information in real-time. The research article is emphasized solving the nuclear and smart grid hardware security issues with the integration of field programmable gate array (FPGA), and implementing the latest Time Authenticated Cryptographic Identity Transmission (TACIT) cryptographic algorithm in the chip. The cryptographic-based encryption and decryption approach can be used for a smart grid distribution system embedding with FPGA hardware. The chip design is carried in Xilinx ISE 14.7 and synthesized on Virtex-5 FPGA hardware. The state of the art of work is that the algorithm is implemented on FPGA hardware that provides the scalable design with different key sizes, and its integration enhances the grid hardware security and switching. It has been reported by similar state-of-the-art approaches, that the algorithm was limited in software, not implemented in a hardware chip. The main finding of the research work is that the design predicts the utilization of hardware parameters such as slices, LUTs, flip-flops, memory, input/output blocks, and timing information for Virtex-5 FPGA synthesis before the chip fabrication. The information is extracted for 8-bit to 128-bit key and grid data with initial parameters. TACIT security chip supports 400 MHz frequency for 128-bit key. The research work is an effort to provide the solution for the industries working towards embedded hardware security for the smart grid, power plants, and nuclear applications.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.1
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pp.61-68
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2021
The application of renewable energies such as wind and solar has become an inevitable choice for many countries in order to achieve the reduction of greenhouse gases and healthy economic development. However, due to the intermittent characteristics of renewable energy, the issue with integrating a larger proportion of renewable energy into the grid becomes more prominent. A complex energy system, usually consists of two or more renewable energy sources used together to provide increased system efficiency as well as greater balance in energy supply. Compared with the power system, control and optimization of the complex energy system become more difficult in terms of modeling, operation, and planning. The main purpose of the complex energy system retrofit for samado island with microgrid system is to coordinate the operation with various distributed energy resources, energy storage systems, and power grids to ensure its reliability, while reducing the operating costs and achieving the optimal economic benefits. This paper suggests the improved complex energy system of samado island with optimal microgrid system. The results of test operation show about 12% lower SOC variation band of ESS, elimination of operation limit in PV and reduction of operation time in diesel generator.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.46
no.9
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pp.16-23
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2009
In this paper, we propose a new distributed Alamouti space-time block coding scheme using cooperative relay system composed of one source node, three relay nodes and one destination node. The source node is assumed to be equipped with two antennas which respectively use a 2-beam array to communicate with two nodes selected from the three relay nodes. During the first time slot, the two signals which respectively were transmitted by one antenna at the source, are selected by one relay node, added, amplified, and forwarded to the destination. During the second time slot, the other two relay nodes implement the conjugate and minusconjugate operations to the two received signals, respectively, each in turn is amplified and forwarded to the destination node. This transmission scheme represents a new distributed Alamouti space-time block code that can be constructed at the relay-destination channel. Through an equivalent matrix expression of symbols, we analyze the performance of this proposed space-time block code in terms of the chernoff upper bound pairwise error probability (PEP). In addition, we evaluate the effect of the coefficient $\alpha$ ($0{\leq}{\alpha}{\leq}1$) determined by power allocation between the two antennas at the source on the received signal performance. Through computer simulation, we show that the received signals at the three relays have same variance only when the value of $\alpha$ is equal to $\frac{2}{3}$, as a consequence, a better performance is obtained at the destination. These analysis results show that the proposed scheme outperforms conventional proposed schemes in terms of diversity gain, PEP and the complexity of relay nodes.
Kim, Sun-Jae;Jo, Hyang-Eun;Jeong, Gi-Woo;Kil, Gyung-Suk;Kim, Sung-Wook
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.28
no.1
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pp.40-45
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2015
Electrode systems: a protrusion on conductor (POC), a protrusion on enclosure (POE), a crack in epoxy plate and a free particle (FP) were fabricated to simulate insulation defects in a gas insulated switchgear (GIS). $SF_6$ gas was filled in the electrode systems by 3 bar and/or 5 bar, respectively. Partial discharge (PD) pulses were detected through a $50{\Omega}$ non-inductive resistor. A calibration test was carried out according to IEC 60270, and the sensitivity was 0.25 pC/mV. PD pulses were distributed in the phase of $50^{\circ}{\sim}135^{\circ}$ and over 95% of them existed in the phase of $55^{\circ}{\sim}120^{\circ}$ for the POC. PD pulses were distributed in the phase of $230^{\circ}{\sim}310^{\circ}$ and over 90% of them existed in phase of $220^{\circ}{\sim}300^{\circ}$ for the POE. PD pulses occurred in the phase of $40^{\circ}{\sim}60^{\circ}$ and $220^{\circ}{\sim}300^{\circ}$ for the crack, and pulse counts were 25% higher in negative polarity than in positive polarity. PD pulses were distributed in every phase unlike to other three electrode systems and the peak magnitude was measured at $118^{\circ}$ and $260^{\circ}$ for the FP. As described above, PD pulses were observed in positive polarity for the POC, in negative one for the POE, in both one for the crack and the FP. In conclusion, it is expected that the identification rate of defect type can be improved by considering the polarity ratio of PD pulses on the PRPDA method.
This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy efficiency combining heat and power can reach up to about 90%. Fuel cells are classified as five types based on the electrolyte, but the most suitable fuel cell types for the ${\mu}FC$-CHP system are proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and solid oxide fuel cells (SOFCs). ${\mu}FC$-CHP systems have several advantages such as decrease of the transmission-distribution loss, reduced costs of electricity due to distributed power generation, and environmental-friendliness owing to zero emission. The main drawback of the ${\mu}FC$-CHP systems is the high initial investment, however, it keeps decreasing as the technology development reduces production costs. Currently, Japan is the most leading country of the ${\mu}FC$-CHP market, however, Korea tries to expand the market by planning the deployment of 1 million units of ${\mu}FC$-CHP systems and governmental subsidiary supporting of half of the install price. In this report, integration technologies for connecting FC and CHP, and technology trends of leading countries are presented as well.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.14
no.6
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pp.1089-1096
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2019
Recently, small-scale IoT services using a small amount of information through low-performance computing have been spread. It requires low cost, low-power, and long-distance communication technologies with wide communication radius, relatively low power consumption. This paper proposes a MAC layer and routing protocol that supports multi-hop transmission in small-scale IoT environment distributed over a large area based on LoRa communication and delivering a small amount of sensing data. The terminal node is mobile and the communication type provides bidirectional transmission between the terminal node and the network application server. By applying the proposed protocol, a production line monitoring system for smart factory was implemented. It was confirmed that the basic monitoring functions are normally performed.
In this paper, a new architecture for a cost-effective power conditioning systems (PCS) using a single-sourced asymmetric cascaded H-bridge multilevel inverter (MLI) for photovoltaic (PV) applications is proposed. The asymmetric MLI topology has a reduced number of parts compared to the symmetrical type for the same number of voltage level. However, the modulation index threshold related to the drop in the number of levels of the inverter output is higher than that of the symmetrical MLI. This problem results in a modulation index limitation which is relatively higher than that of the symmetrical MLI. Hence, an extra voltage pre-regulator becomes a necessary component in the PCS under a wide operating bias variation. In addition to pre-stage voltage regulation for the constant MLI dc-links, another auxiliary pre-regulator should provide isolation and voltage balance among the multiple H-bridge cells in the asymmetrical MLI as well as the symmetrical ones. The proposed PCS uses a single-ended DC-DC converter topology with a coupled inductor and charge-pump circuit to satisfy all of the aforementioned requirements. Since the proposed integrated-type voltage pre-regulator circuit uses only a single MOSFET switch and a single magnetic component, the size and cost of the PCS is an optimal trade-off. In addition, the voltage balance between the separate H-bridge cells is automatically maintained by the number of turns in the coupled inductor transformer regardless of the duty cycle, which eliminates the need for an extra voltage regulator for the auxiliary H-bridge in MLIs. The voltage balance is also maintained under the discontinuous conduction mode (DCM). Thus, the PCS is also operational during light load conditions. The proposed architecture can apply the module-integrated converter (MIC) concept to perform distributed MPPT. The proposed architecture is analyzed and verified for a 7-level asymmetric MLI, using simulation results and a hardware implementation.
In order to apply Interior Permanet Magnet Synchronous Motor(IPMSM) to the propulsion system of the railway transit, 110kW class IPMSMs with high-power density are designed as a concentrated winding model and a distributed winding model in this study. The concentrated winding model designed in this study is 6 poles/9 slots and the distributed winding model is 6 poles/36 slots. In general, the eddy current losses in the permanent magnets of IPMSM are caused by the slot harmonics. The thermal demagnetization of the magnet by the eddy current losses at high rotational speed often becomes one of the major problems in the IPMSM with a concentrated windings especially. A design to reduce eddy current losses in permanent magnet design is important in IPMSM for the railway vehicle propulsion system which requires high-speed operation. Therefore, a method to devide the permanent magnet is proposed to reduce the eddy current losses in permanent magnet in this study. Authors analyze the variation characteristics of the eddy current losses generated in permanent magnet of the concentrated winding model by changing the number of the division of the permanent magnets.
Entering upon 21th, the internet which bring the digital era, are changing the paradigm of education and cultivating creative and challenging person, which is the core of competitive power in knowledge-information society, is more emphasized than ever. To meet the needs of the present times, it has been concentrating its effort to improve learning-environment using e-Learning in the field of teaching. E-schoolbooks that were introduced recently by way of showing an example are representative case of this intention. Though many e-learning contents are being developed, the more speedily a society grow, the shorter the life of contents are. Moreover, the contents developed are impossible to use directly for tele-education system, so standard types adjusted for various kind of system are showing up. Among them the leading standard type is SCORM(Sharable Content Object Reference Medel) made in ADL(Advanced Distributed Learning) Corporation. The KERIS' Cyber Home Education System adopted this and is using it. So, in this study, we set the goal at designing and developing an e-learning contents and an experiment-focused mathematics that suit the KERIS' Cyber Home Education System on the basis of SCORM.
Recently, integrated railway safety monitoring and control system, which is a convergence system based on data distribution service for railway safety monitoring and control, is under development. It collects safety data of vehicle, signal, power and safety monitoring facilities in real time and adopts communication middleware based on distributed service for mass data processing. However, in the case of a server device used as an existing control server, the performance of the distributed service middleware can not be exhibited due to low hardware performance due to safety reasons. In the safety control system, 200,000 packets per second were set as the transmission target, but the performance test of the LAB was not satisfied. In this paper, we analyze the characteristics of railway data to improve the data collection performance of existing equipment and apply DDS-based streaming transmission method to the data model of signal facilities and vehicle facilities with large packet amount according to the analysis result. As a result, it was confirmed that the throughput was improved about 30.4 times when the hardware performance was the same. We plan to improve the data processing performance by applying it to real-time railway safety integrated monitoring and control system in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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