Gestão Inteligente de uma Habitação considerando o Controlo de Cargas, de Microgeração e Veículos Elétricos em Função do seu Perfil de Utilização

Os consumidores finais são vistos, no novo paradigma da operação das redes elétricas, como intervenientes ativos com capacidade para gerir os seus recursos energéticos, nomeadamente as cargas, as unidades de produção, os veículos elétricos e a participação em eventos de Demand Response. Tem sido evidente um aumento do consumo de energia, sendo que o setor residencial representa uma importante parte do consumo global dos países desenvolvidos. Para que a participação ativa dos consumidores seja possível, várias abordagens têm vindo a ser propostas, com ênfase nas Smart Grids e nas Microgrids. Diversos sistemas têm sido propostos e desenvolvidos com o intuito de tornar a operação dos sistemas elétricos mais flexível. Neste contexto, os sistemas de gestão de instalações domésticas apresentam-se como um elemento fulcral para a participação ativa dos consumidores na gestão energética, permitindo aos operadores de sistema coordenarem a produção mas também a procura. No entanto, é importante identificar as vantagens da implementação e uso de sistemas de gestão de energia elétrica para os consumidores finais. Nesta dissertação são propostas metodologias de apoio ao consumidor doméstico na gestão dos recursos energéticos existentes e a implementação das mesmas na plataforma de simulação de um sistema de gestão de energia desenvolvido para consumidores domésticos, o SCADA House Intelligent Management (SHIM). Para tal, foi desenvolvida uma interface que permite a simulação em laboratório do sistema de gestão desenvolvido. Adicionalmente, o SHIM foi incluído no simulador Multi-Agent Smart Grid Simulation Plataform (MASGriP) permitindo a simulação de cenários considerando diferentes agentes. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos diferentes algoritmos de gestão dos recursos energéticos existentes numa habitação, considerando utilizadores com diferentes tipos de recursos (cargas; cargas e veículos elétricos; cargas, veículos elétricos e microgeração). Adicionalmente é proposto um método de gestão dinâmica das cargas para eventos de Demand Response de longa duração, considerando as características técnicas dos equipamentos. Nesta dissertação são apresentados cinco casos de estudos em que cada um deles tem diferentes cenários de simulação. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias propostas para o SHIM. Adicionalmente são apresentados na dissertação perfis reais dos vários recursos energéticos e de consumidores domésticos que são, posteriormente, utilizados para o desenvolvimento dos casos de estudo e aplicação das metodologias.

Estrutura metálica do teto falso da sala de comando da central Venda Nova III – acompanhamento da conceção, fabrico e montagem

O primeiro objetivo deste relatório, que adiante se desenvolve, é apresentar o trabalho realizado para a obtenção de conhecimentos que justifiquem a atribuição do grau de mestre em engenharia, no ramo das construções. O estágio, que a este trabalho dá sustentação, foi feito na empresa Metaloviana, onde foi possível acompanhar as várias fases de conceção, fabrico e montagem de um teto falso, designadamente na sala de comando da central Venda Nova III, de aproveitamento hidroelétrico. Tendo Portugal objetivos cada vez mais ambiciosos na utilização de energias renováveis, aproveitando, entre outros, os recursos hídricos para a produção de eletricidade, a EDP Produção fez estudos onde verificou que a realização de reforços de potência em aproveitamento já existentes, seria uma forma economicamente bastante atrativa e ao mesmo tempo responderia às crescentes solicitações energéticas. É neste âmbito que se insere o Reforço de Potência em Venda Nova III. A empresa Metaloviana, com instalações fabris em Viana do Castelo, tem todo um historial e capacidade, reconhecida nacional e internacionalmente. Este, confere a certeza de ter acompanhado um trabalho de ponta, devidamente creditado e fundamentado numa qualidade e mérito, por demais reconhecido.

Modelo de seleção de fornecedores baseado em dados reais – plataforma informática e dados de suporte ao modelo

Atualmente, as estratégias que as empresas optam por seguir para a maximização de recursos materiais e humanos, podem representar a diferença entre o sucesso e o fracasso. A seleção de fornecedores é um fator bastante crítico para o desempenho da empresa compradora, sendo por vezes necessária a resolução de problemas que apresentam um elevado grau de complexidade. A escolha dos métodos a ser utilizados e a eleição dos critérios mais relevantes foi feito com base no estudo de diversos autores e nas repostas obtidas a um inquérito online difundido por uma amostra de empresas portuguesas, criado especificamente para compreender quais os fatores que mais peso tinham nas decisões de escolha de parceiros. Além disso, os resultados adquiridos desta forma foram utilizados para conceder mais precisão às ponderações efetuadas na ferramenta de seleção, na escolha dos melhores fornecedores introduzidos pelos utilizadores da mesma. Muitos estudos literários propõem o uso de métodos para simplificar a tarefa de seleção de fornecedores. Esta dissertação aplica o estudo realizado nos métodos de seleção, nomeadamente o Simple Multi-Attribute Rating Technique (SMART) e Analytic Hierarchy Process (AHP), necessários para o desenvolvimento de uma ferramenta de software online que permitia, a qualquer empresa nacional, obter uma classificação para os seus fornecedores perante um conjunto de critérios e subcritérios.

Virtual Power Players Internal Negotiation and Management in MASCEM

Electricity Markets are not only a new reality but an evolving one as the involved players and rules change at a relatively high rate. Multi-agent simulation combined with Artificial Intelligence techniques may result in very helpful sophisticated tools. This paper presents a new methodology for the management of coalitions in electricity markets. This approach is tested using the multi-agent market simulator MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), taking advantage of its ability to provide the means to model and simulate Virtual Power Players (VPP). VPPs are represented as coalitions of agents, with the capability of negotiating both in the market and internally, with their members in order to combine and manage their individual specific characteristics and goals, with the strategy and objectives of the VPP itself. A case study using real data from the Iberian Electricity Market is performed to validate and illustrate the proposed approach.

Elspot: Nord Pool Spot Integration in MASCEM Electricity Market Simulator

The energy sector in industrialized countries has been restructured in the last years, with the purpose of decreasing electricity prices through the increase in competition, and facilitating the integration of distributed energy resources. However, the restructuring process increased the complexity in market players' interactions and generated emerging problems and new issues to be addressed. In order to provide players with competitive advantage in the market, decision support tools that facilitate the study and understanding of these markets become extremely useful. In this context arises MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), a multi-agent based simulator that models real electricity markets. To reinforce MASCEM with the capability of recreating the electricity markets reality in the fullest possible extent, it is crucial to make it able to simulate as many market models and player types as possible. This paper presents a new negotiation model implemented in MASCEM based on the negotiation model used in day-ahead market (Elspot) of Nord Pool. This is a key module to study competitive electricity markets, as it presents well defined and distinct characteristics from the already implemented markets, and it is a reference electricity market in Europe (the one with the larger amount of traded power).

Application-Specific Modified Particle Swarm Optimization for energy resource scheduling considering vehicle-to-grid

This paper presents a modified Particle Swarm Optimization (PSO) methodology to solve the problem of energy resources management with high penetration of distributed generation and Electric Vehicles (EVs) with gridable capability (V2G). The objective of the day-ahead scheduling problem in this work is to minimize operation costs, namely energy costs, regarding the management of these resources in the smart grid context. The modifications applied to the PSO aimed to improve its adequacy to solve the mentioned problem. The proposed Application Specific Modified Particle Swarm Optimization (ASMPSO) includes an intelligent mechanism to adjust velocity limits during the search process, as well as self-parameterization of PSO parameters making it more user-independent. It presents better robustness and convergence characteristics compared with the tested PSO variants as well as better constraint handling. This enables its use for addressing real world large-scale problems in much shorter times than the deterministic methods, providing system operators with adequate decision support and achieving efficient resource scheduling, even when a significant number of alternative scenarios should be considered. The paper includes two realistic case studies with different penetration of gridable vehicles (1000 and 2000). The proposed methodology is about 2600 times faster than Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) reference technique, reducing the time required from 25 h to 36 s for the scenario with 2000 vehicles, with about one percent of difference in the objective function cost value.

Cost Allocation Model for Distribution Networks Considering High Penetration of Distributed Energy Resources

The high penetration of distributed energy resources (DER) in distribution networks and the competitiveenvironment of electricity markets impose the use of new approaches in several domains. The networkcost allocation, traditionally used in transmission networks, should be adapted and used in the distribu-tion networks considering the specifications of the connected resources. The main goal is to develop afairer methodology trying to distribute the distribution network use costs to all players which are usingthe network in each period. In this paper, a model considering different type of costs (fixed, losses, andcongestion costs) is proposed comprising the use of a large set of DER, namely distributed generation(DG), demand response (DR) of direct load control type, energy storage systems (ESS), and electric vehi-cles with capability of discharging energy to the network, which is known as vehicle-to-grid (V2G). Theproposed model includes three distinct phases of operation. The first phase of the model consists in aneconomic dispatch based on an AC optimal power flow (AC-OPF); in the second phase Kirschen’s andBialek’s tracing algorithms are used and compared to evaluate the impact of each resource in the net-work. Finally, the MW-mile method is used in the third phase of the proposed model. A distributionnetwork of 33 buses with large penetration of DER is used to illustrate the application of the proposedmodel.

Dynamic Approach and Testbed for Small and Medium Players Simulation in Smart Grid Environments

The Smart Grid environment allows the integration of resources of small and medium players through the use of Demand Response programs. Despite the clear advantages for the grid, the integration of consumers must be carefully done. This paper proposes a system which simulates small and medium players. The system is essential to produce tests and studies about the active participation of small and medium players in the Smart Grid environment. When comparing to similar systems, the advantages comprise the capability to deal with three types of loads – virtual, contextual and real. It can have several loads optimization modules and it can run in real time. The use of modules and the dynamic configuration of the player results in a system which can represent different players in an easy and independent way. This paper describes the system and all its capabilities.

Data Mining Approach to support the Generation of Realistic Scenarios for Multi-Agent simulation of Electricity Markets

This paper presents the Realistic Scenarios Generator (RealScen), a tool that processes data from real electricity markets to generate realistic scenarios that enable the modeling of electricity market players’ characteristics and strategic behavior. The proposed tool provides significant advantages to the decision making process in an electricity market environment, especially when coupled with a multi-agent electricity markets simulator. The generation of realistic scenarios is performed using mechanisms for intelligent data analysis, which are based on artificial intelligence and data mining algorithms. These techniques allow the study of realistic scenarios, adapted to the existing markets, and improve the representation of market entities as software agents, enabling a detailed modeling of their profiles and strategies. This work contributes significantly to the understanding of the interactions between the entities acting in electricity markets by increasing the capability and realism of market simulations.

Técnicas de deteção de dano estrutural com base na monitorização

Ao longo dos últimos anos, acompanhada da evolução tecnológica, da dificuldade da inspeção visual e da consciencialização dos efeitos de uma má inspeção, verificou-se uma maior sensibilidade para a importância da monitorização estrutural, principalmente nas grandes infra-estruturas de engenharia civil. Os sistemas de monitorização estrutural permitem o acompanhamento contínuo do comportamento de uma determinada estrutura de tal forma que com os dados obtidos, é possível avaliar alterações no comportamento da mesma. Com isso, tem-se desenvolvido e implementado estratégias de identificação de danos estruturais com o intuito de aumentar a fiabilidade estrutural e evitar precocemente que alterações na condição da estrutura possam evoluir para situações mais severas. Neste contexto, a primeira parte desta dissertação consiste numa introdução à monitorização estrutural e à deteção de dano estrutural. Relativamente à monitorização, são expostos os seus objetivos e os princípios da sua aplicação. Conjuntamente são apresentados e descritos os principais sensores e são explicadas as funcionalidades de um sistema de aquisição de dados. O segundo tema aborda a importância da deteção de dano introduzindo os métodos estudados neste trabalho. Destaca-se o método das linhas de influência, o método da curvatura dos modos de vibração e o método da transformada de wavelet. Na segunda parte desta dissertação são apresentados dois casos de estudo. O primeiro estudo apresenta uma componente numérica e uma componente experimental. Estuda-se um modelo de viga que se encontra submetida a vários cenários de dano e valida-se a capacidade do método das linhas de influência em detetar e localizar essas anomalias. O segundo estudo consiste na modelação numérica de uma ponte real, na posterior simulação de cenários de dano e na análise comparativa da eficácia de cada um dos três métodos de deteção de dano na identificação e localização dos danos simulados. Por último, são apresentadas as principais conclusões deste trabalho e são sugeridos alguns tópicos a explorar na elaboração de trabalhos futuros.

Gestão de Recursos Energéticos nas SmartGrids

A sustentabilidade do sistema energético é crucial para o desenvolvimento económico e social das sociedades presentes e futuras. Para garantir o bom funcionamento dos sistemas de energia actua-se, tipicamente, sobre a produção e sobre as redes de transporte e de distribuição. No entanto, a integração crescente de produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição de média e de baixa tensão, a liberalização dos mercados energéticos, o desenvolvimento de mecanismos de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas automatizados de controlo de cargas e os avanços tecnológicos das infra-estruturas de comunicação impõem o desenvolvimento de novos métodos de gestão e controlo dos sistemas de energia. O contributo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de gestão de recursos energéticos num contexto de SmartGrids, considerando uma entidade designada por VPP que gere um conjunto de instalações (unidades produtoras, consumidores e unidades de armazenamento) e, em alguns casos, tem ao seu cuidado a gestão de uma parte da rede eléctrica. Os métodos desenvolvidos contemplam a penetração intensiva de produção distribuída, o aparecimento de programas de Demand Response e o desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento. São ainda propostos níveis de controlo e de tomada de decisão hierarquizados e geridos por entidades que actuem num ambiente de cooperação mas também de concorrência entre si. A metodologia proposta foi desenvolvida recorrendo a técnicas determinísticas, nomeadamente, à programação não linear inteira mista, tendo sido consideradas três funções objectivo distintas (custos mínimos, emissões mínimas e cortes de carga mínimos), originando, posteriormente, uma função objectivo global, o que permitiu determinar os óptimos de Pareto. São ainda determinados os valores dos custos marginais locais em cada barramento e consideradas as incertezas dos dados de entrada, nomeadamente, produção e consumo. Assim, o VPP tem ao seu dispor um conjunto de soluções que lhe permitirão tomar decisões mais fundamentadas e de acordo com o seu perfil de actuação. São apresentados dois casos de estudo. O primeiro utiliza uma rede de distribuição de 32 barramentos publicada por Baran & Wu. O segundo caso de estudo utiliza uma rede de distribuição de 114 barramentos adaptada da rede de 123 barramentos do IEEE.

Projecto de Expansão do ContiSeal

Com o crescente aumento na procura de pneus com maior capacidade de mobilidade, como é caso dos pneus ContiSeal, a Continental AG iniciou um projecto de expansão da unidade industrial portuguesa onde a tecnologia ContiSeal é aplicada, projecto esse a ser desenvolvido pela Continental Mabor. Na prossecução deste projecto são necessárias diversas áreas de conhecimento da gestão industrial, nomeadamente: a análise dos fluxos produtivos, o cálculo de capacidade e respectiva análise de tempos perdidos, análise e projecto de layouts e a produção de propostas de optimização tanto ao nível de equipamentos como do fluxo produtivo. Na realização deste projecto foi necessário estudar profundamente a unidade produtiva em questão. O estudo foi realizado aos diversos subprocessos do ContiSeal, na qual a recolha e análise de dados estão fundamentadas através de extensos levantamentos obtidos por amostragem. Estes dados são vitais para uma correcta análise de custos de investimento na aquisição de novos equipamentos, sendo estes necessários para o cumprimento dos objectivos propostos para a expansão do ContiSeal. O início do projecto incidiu no estudo detalhado sobre os ciclos produtivos dos equipamentos e no levantamento e registo dos tempos perdidos da unidade industrial, que permitiu a análise das capacidades instaladas dos vários subprocessos. Após o levantamento das capacidades foram determinadas as necessidades relativas à aquisição de novos equipamentos. De notar que alguns protótipos de equipamentos necessários foram desenvolvidos em parceria com fornecedores seleccionados, assim como foram apresentadas propostas de melhoria aos equipamentos já existentes. Uma vez aprovada a aquisição dos novos equipamentos pela Continental AG, deu-se início ao desenvolvimento da expansão do layout do ContiSeal, tanto ao nível do edifício como de novos equipamentos e ainda do fluxo dos pneus com vista à sua optimização.

TEA: Timing and Energy Aware compression architecture for Efficient Configuration in CGRAs

Coarse Grained Reconfigurable Architectures (CGRAs) are emerging as enabling platforms to meet the high performance demanded by modern applications (e.g. 4G, CDMA, etc.). Recently proposed CGRAs offer time-multiplexing and dynamic applications parallelism to enhance device utilization and reduce energy consumption at the cost of additional memory (up to 50% area of the overall platform). To reduce the memory overheads, novel CGRAs employ either statistical compression, intermediate compact representation, or multicasting. Each compaction technique has different properties (i.e. compression ratio, decompression time and decompression energy) and is best suited for a particular class of applications. However, existing research only deals with these methods separately. Moreover, they only analyze the compaction ratio and do not evaluate the associated energy overheads. To tackle these issues, we propose a polymorphic compression architecture that interleaves these techniques in a unique platform. The proposed architecture allows each application to take advantage of a separate compression/decompression hierarchy (consisting of various types and implementations of hardware/software decoders) tailored to its needs. Simulation results, using different applications (FFT, Matrix multiplication, and WLAN), reveal that the choice of compression hierarchy has a significant impact on compression ratio (up to 52%), decompression energy (up to 4 orders of magnitude), and configuration time (from 33 n to 1.5 s) for the tested applications. Synthesis results reveal that introducing adaptivity incurs negligible additional overheads (1%) compared to the overall platform area.

Chitosan/AuNPs Modified Graphene Electrochemical Sensor for Label-Free Human Chorionic Gonadotropin Detection

A new immunosensor is presented for human chorionic gonadotropin (hCG), made by electrodepositing chitosan/gold-nanoparticles over graphene screen-printed electrode (SPE). The antibody was covalently bound to CS via its Fc-terminal. The assembly was controlled by electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and followed by Fourier Transformed Infrared (FTIR). The hCG-immunosensor displayed linear response against the logarithm-hCG concentration for 0.1–25 ng/mL with limit of detection of 0.016 ng/mL. High selectivity was observed in blank urine and successful detection of hCG was also achieved in spiked samples of real urine from pregnant woman. The immunosensor showed good detection capability, simplicity of fabrication, low-cost, high sensitivity and selectivity.

New modified electrochemical conductive paper support for BSA detection

Chemical sensors and biosensors are widely used to detect various kinds of protein target biomolecules. Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) have raised great interest in this area, because these act as antibody-like recognition materials, with high affinity to the template molecule. Compared to natural antibodies, these are also of lower cost and higher stability. There are different types of supports used to carry MIP materials, mostly of these made of gold, favourably assembled on a Screen Printed Electrode (SPE) strategy. For this work a new kind of support for the sensing layer was developed: conductive paper. This support was made by modifying first cellulose paper with paraffin wax (to make it waterproof), and casting a carbon-ink on it afterwards, to turn it conductive. The SPAM approach previously reported in1 was employed herein to assemble to MIP sensing material on the conductive paper. The selected charged monomers were (vinylbenzyl) trimethlammonium chloride (positive charge) or vinylbenzoic acid (negative charge), used to generate binding positions with single-type charge (positive or negative). The non-specific binding area of the MIP layer was assembled by chronoamperometry-assisted polymerization (at 1 V, for 60, 120 or 180 seconds) of vinylbenzoate, cross-linked with ethylene glycol vinyl ether. The BSA biomolecules lying within the polymeric matrix were removed by Proteinase K action. All preparation stages of the MIP assembly were followed by FTIR, Raman spectroscopy and, electrochemical analysis. In general, the best results were obtained for longer polymerization times and positively charged binding sites (which was consistent with a negatively-charged protein under physiological pH, as BSA). Linear responses against BSA concentration ranged from 0.005 to 100 mg/mL, in PBS buffer standard solutions. The sensor was further calibrated in standard solutions that were prepared in synthetic or real urine, and the analytical response became more sensitive and stable. Compared to the literature, the detection capability of the developed device is better than most of the reported electrodes. Overall, the simplicity, low cost and good analytical performance of the BSA SPE device, prepared with positively charged binding positions, seems a suitable approach for practical application in clinical context. Further studies with real samples are required, as well as gathering with electronic-supporting devices to allow on-site readings.