Adaptive learning in agents behaviour: A framework for electricity markets simulation

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. MASCEM (Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets) is a multi-agent electricity market simulator that models market players and simulates their operation in the market. Market players are entities with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting with other players. This paper presents a methodology to provide decision support to electricity market negotiating players. This model allows integrating different strategic approaches for electricity market negotiations, and choosing the most appropriate one at each time, for each different negotiation context. This methodology is integrated in ALBidS (Adaptive Learning strategic Bidding System) – a multiagent system that provides decision support to MASCEM's negotiating agents so that they can properly achieve their goals. ALBidS uses artificial intelligence methodologies and data analysis algorithms to provide effective adaptive learning capabilities to such negotiating entities. The main contribution is provided by a methodology that combines several distinct strategies to build actions proposals, so that the best can be chosen at each time, depending on the context and simulation circumstances. The choosing process includes reinforcement learning algorithms, a mechanism for negotiating contexts analysis, a mechanism for the management of the efficiency/effectiveness balance of the system, and a mechanism for competitor players' profiles definition.

Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Adapting Meeting Tools to Agent Decision

Electricity markets are complex environments comprising several negotiation mechanisms. MASCEM (Multi- Agent System for Competitive Electricity Markets) is a simulator developed to allow deep studies of the interactions between the players that take part in the electricity market negotiations. ALBidS (Adaptive Learning Strategic Bidding System) is a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. Fully integrated with MASCEM it considers several different methodologies based on very distinct approaches. The Six Thinking Hats is a powerful technique used to look at decisions from different perspectives. This paper aims to complement ALBidS strategies usage by MASCEM players, providing, through the Six Thinking Hats group decision technique, a means to combine them and take advantages from their different perspectives. The combination of the different proposals resulting from ALBidS’ strategies is performed through the application of a Genetic Algorithm, resulting in an evolutionary learning approach.

Scenarios Generation for Multi-Agent simulation of Electricity Markets based on Intelligent Data Analysis

This document presents a tool able to automatically gather data provided by real energy markets and to generate scenarios, capture and improve market players’ profiles and strategies by using knowledge discovery processes in databases supported by artificial intelligence techniques, data mining algorithms and machine learning methods. It provides the means for generating scenarios with different dimensions and characteristics, ensuring the representation of real and adapted markets, and their participating entities. The scenarios generator module enhances the MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets) simulator, endowing a more effective tool for decision support. The achievements from the implementation of the proposed module enables researchers and electricity markets’ participating entities to analyze data, create real scenarios and make experiments with them. On the other hand, applying knowledge discovery techniques to real data also allows the improvement of MASCEM agents’ profiles and strategies resulting in a better representation of real market players’ behavior. This work aims to improve the comprehension of electricity markets and the interactions among the involved entities through adequate multi-agent simulation.

Smart Grid Market Using Joint Energy and Ancillary Services Bids

The power systems operation in the smart grid context increases significantly the complexity of their management. New approaches for ancillary services procurement are essential to ensure the operation of electric power systems with appropriate levels of stability, safety, quality, equity and competitiveness. These approaches should include market mechanisms which allow the participation of small and medium distributed energy resources players in a competitive market environment. In this paper, an energy and ancillary services joint market model used by an aggregator is proposed, considering bids of several types of distributed energy resources. In order to improve economic efficiency in the market, ancillary services cascading market mechanism is also considered in the model. The proposed model is included in MASCEM – a multi-agent system electricity market simulator. A case study considering a distribution network with high penetration of distributed energy resources is presented.

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.

Metalearner based on Dynamic Neural Network for Strategic Bidding in electricity Markets

The restructuring of electricity markets, conducted to increase the competition in this sector, and decrease the electricity prices, brought with it an enormous increase in the complexity of the considered mechanisms. The electricity market became a complex and unpredictable environment, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. Software tools became, therefore, essential to provide simulation and decision support capabilities, in order to potentiate the involved players’ actions. This paper presents the development of a metalearner, applied to the decision support of electricity markets’ negotiation entities. The proposed metalearner executes a dynamic artificial neural network to create its own output, taking advantage on several learning algorithms implemented in ALBidS, an adaptive learning system that provides decision support to electricity markets’ players. The proposed metalearner considers different weights for each strategy, depending on its individual quality of performance. The results of the proposed method are studied and analyzed in scenarios based on real electricity markets’ data, using MASCEM - a multi-agent electricity market simulator that simulates market players’ operation in the market.

Domestic Consumption Simulation and Management Using a Continuous Consumption Management and Optimization Algorithm

The recent changes concerning the consumers’ active participation in the efficient management of load devices for one’s own interest and for the interest of the network operator, namely in the context of demand response, leads to the need for improved algorithms and tools. A continuous consumption optimization algorithm has been improved in order to better manage the shifted demand. It has been done in a simulation and user-interaction tool capable of being integrated in a multi-agent smart grid simulator already developed, and also capable of integrating several optimization algorithms to manage real and simulated loads. The case study of this paper enhances the advantages of the proposed algorithm and the benefits of using the developed simulation and user interaction tool.

Realistic Traffic Scenarios Using a Census Methodology: Vila Real Case Study

This paper presents the first phase of the redevelopment of the Electric Vehicle Scenario Simulator (EVeSSi) tool. A new methodology to generate traffic demand scenarios for the Simulation of Urban MObility (SUMO) tool for urban traffic simulation is described. This methodology is based on a Portugal census database to generate a synthetic population for a given area under study. A realistic case study of a Portuguese city, Vila Real, is assessed. For this area the road network was created along with a synthetic population and public transport. The traffic results were obtained and an electric buses fleet was evaluated assuming that the actual fleet would be replaced in a near future. The energy requirements to charge the electric fleet overnight were estimated in order to evaluate the impacts that it would cause in the local electricity network.

Realistic Multi-Agent Simulation of Competitive Electricity Markets

The dynamism and ongoing changes that the electricity markets sector is constantly suffering, enhanced by the huge increase in competitiveness, create the need of using simulation platforms to support operators, regulators, and the involved players in understanding and dealing with this complex environment. This paper presents an enhanced electricity market simulator, based on multi-agent technology, which provides an advanced simulation framework for the study of real electricity markets operation, and the interactions between the involved players. MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets) uses real data for the creation of realistic simulation scenarios, which allow the study of the impacts and implications that electricity markets transformations bring to different countries. Also, the development of an upper-ontology to support the communication between participating agents, provides the means for the integration of this simulator with other frameworks, such as MAN-REM (Multi-Agent Negotiation and Risk Management in Electricity Markets). A case study using the enhanced simulation platform that results from the integration of several systems and different tools is presented, with a scenario based on real data, simulating the MIBEL electricity market environment, and comparing the simulation performance with the real electricity market results.

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.

Aplicação de um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) na expansão da rede de distribuição de energia elétrica em Angola

Em Angola, apenas cerca de 30% da população tem acesso à energia elétrica, nível que decresce para valores inferiores a 10% em zonas rurais mais remotas. Este problema é agravado pelo facto de, na maioria dos casos, as infraestruturas existentes se encontrarem danificadas ou não acompanharem o desenvolvimento da região. Em particular na capital angolana, Luanda que, sendo a menor província de Angola, é a que regista atualmente a maior densidade populacional. Com uma população de cerca de 5 milhões de habitantes, não só há frequentemente problemas relacionados com a falha do fornecimento de energia elétrica como há ainda uma percentagem considerável de municípios onde a rede elétrica ainda nem sequer chegou. O governo de Angola, no seu esforço de crescimento e aproveitamento das suas enormes potencialidades, definiu o setor energético como um dos fatores críticos para o desenvolvimento sustentável do país, tendo assumido que este é um dos eixos prioritários até 2016. Existem objetivos claros quanto à reabilitação e expansão das infraestruturas do setor elétrico, aumentando a capacidade instalada do país e criando uma rede nacional adequada, com o intuito não só de melhorar a qualidade e fiabilidade da rede já existente como de a aumentar. Este trabalho de dissertação consistiu no levantamento de dados reais relativamente à rede de distribuição de energia elétrica de Luanda, na análise e planeamento do que é mais premente fazer relativamente à sua expansão, na escolha dos locais onde é viável localizar novas subestações, na modelação adequada do problema real e na proposta de uma solução ótima para a expansão da rede existente. Depois de analisados diferentes modelos matemáticos aplicados ao problema de expansão de redes de distribuição de energia elétrica encontrados na literatura, optou-se por um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) que se mostrou adequado. Desenvolvido o modelo do problema, o mesmo foi resolvido por recurso a software de otimização Analytic Solver e CPLEX. Como forma de validação dos resultados obtidos, foi implementada a solução de rede no simulador PowerWorld 8.0 OPF, software este que permite a simulação da operação do sistema de trânsito de potências.

Verificação interna periódica de esfigmomanómetros digitais

Os equipamentos de medição utilizados nos hospitais têm uma função muito importante na deteção e diagnóstico de doenças como é o caso da pressão arterial. Entre esses equipamentos encontram-se os esfigmomanómetros digitais portáteis que são em muitos casos os primeiros a serem utilizados e a fornecerem um primeiro diagnóstico da pressão arterial do doente como é no caso das urgências hospitalares. Para que os diagnósticos prescritos pelos profissionais de saúde - médicos e enfermeiros seja o mais correto é necessário conhecer as condições de trabalho em que se encontram os esfigmomanómetros digitais existentes nas unidades de saúde. Sendo os esfigmomanómetros digitais equipamentos com uma importância relevante na vida do ser humano, estes deveriam fazer parte da lista de equipamentos que estão englobados na metrologia legal, situação que neste momento ainda não foi concretizada e cada hospital toma a decisão espontânea se efetua a calibração ou verificação internamente dos seus esfigmomanómetros digitais. Pretende-se com este trabalho dar a conhecer o estado ao nível dos erros de alguns esfigmomanómetros digitais existentes nos hospitais envolvidos no trabalho e desenvolver um procedimento de verificação interna dos mesmos com auxílio de um manómetro analógico calibrado e um estetoscópio duplo – método de medição auscultatório - e comparar esses resultados com a utilização de um simulador – método de medição oscilométrico.

Melhoria da eficiência energética nos ascensores: a recuperação de energia

A presente tese descreve diferentes soluções que permitem a reutilização da energia recuperada em ascensores eléctricos de roda de aderência dotados de conversores electrónicos de frequência e dessa forma contribuir para a melhoria da eficiência energética nos ascensores. Nos ascensores, a energia potencial é constantemente transferida enquanto a cabina está em movimento. Se a cabina se estiver a movimentar em sentido descendente com plena carga, ou em sentido ascendente, mas vazia, o motor estará em modo gerador. Quando a cabina se movimenta em sentido descendente, e o peso na cabina é superior ao peso do contrapeso, então o binário do motor encontra-se em sentido contrário à velocidade, isto é, o motor está a travar, havendo lugar à recuperação de energia. Igualmente, se a cabina subir vazia, também se poderá recuperar energia eléctrica. A energia acumulada em forma de energia potencial nas pessoas e no contrapeso pode ser recuperada, dado que o motor estará a funcionar como um gerador. De modo a estudar a viabilidade técnica e económica das diferentes soluções foram realizadas medições a uma amostra representativa de ascensores eléctricos de roda de aderência. Esta amostra é constituída por 39 ascensores que estão instalados em diferentes tipos de edifícios e que pertencem a diferentes categorias de utilização, de acordo com a norma VDI 4707:2009. Para cada ascensor foi medida a energia consumida e a energia gerada para uma manobra completa – a descida e a subida da cabina sem carga. A partir das medições, e com base na norma VDI 4707:2009 foram calculados os valores anualizados de energia eléctrica consumidos e produzidos por cada ascensor. A partir das 5 hipóteses identificadas para a utilização da energia recuperada (carregamento de bateria para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentar o barramento DC; reinjecção da energia no barramento DC de um conjunto de ascensores em grupo; reinjecção da energia na rede eléctrica do edifício onde o ascensor está instalado) foi realizada a avaliação técnica e a avaliação económico-financeira para cada um dos ascensores. Por último, foi desenvolvido um simulador que permite definir a solução de recuperação de energia que seja técnica e economicamente mais viável, para um dado ascensor eléctrico de roda de aderência instalado, mediante a introdução dos parâmetros técnicos do ascensor em avaliação.

Simuladores Fisiológicos na avaliação metrológica de esfigmomanómetros

Este documento apresenta uma avaliação sobre o uso dos simuladores fisiológicos como padrão para avaliação metrológica dos esfigmomanómetros automáticos na estimação da pressão sanguínea pelo método não invasivo (PNI). O presente estudo procurou avaliar o enquadramento destes equipamentos com os procedimentos das normas e recomendações usadas para apreciação metrológica dos esfigmomanómetros digitais. No contexto da prática metrológica existente determinou-se a existência de uma oportunidade de melhoria nos processos relacionados. O trabalho procurou obter resposta a diversas questões, relacionando a medição da pressão pelo método não invasivo, com o uso dos simuladores fisiológicos, o contexto em que estes podem ser usados, as formas de simulação, as medições e os resultados, procurando a perspetiva metrológica como enquadramento. As recomendações existentes [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8], são muito claras nos procedimentos, validação e nos desvios permitidos para os monitores da tensão arterial (MTA), equipamento que permite a avaliação dos parâmetros fisiológicos do paciente, no entanto, quando se pretende avançar para outro domínio, como o do uso dos simuladores, em particular para a simulação da PNI, não existem recomendações ou normas tão claras, e não existe sobretudo um padrão de referência que imite a natureza dinâmica que caracteriza a pressão sanguínea. O trabalho procurou ainda estabelecer a ligação entre o método clássico de auscultação (o principio de determinação da PS), a técnica digital de medição e os simuladores, para uma melhor compreensão do que é a pressão sanguínea, e como relacionar a problemática da simulação e a de um padrão de referência. Neste trabalho estão ainda presentes abordagens a diversos tópicos, como as validações clínicas, acessórios, ou a metrologia e que influenciam no final os equipamentos e o contexto que se pretende avaliar. Os diversos equipamentos testados procuraram conter amostras diversificadas, quer para os MTA de uso profissional ou doméstico, assim como para os simuladores. A avaliação dos simuladores foi realizada contra um grupo de MTAs. Foi testada a influência na medição, causada pela mudança de acessórios, ou seja, nos resultados, merecendo consideração pela perspetiva metrológica. No resumo dos testes e do estudo sobre este tema, verificou-se que esta tipologia de equipamentos pode contribuir como complemento do processo de calibração típico (estático). Não constitui por si só um método alternativo, mas permitiu estimar possíveis limites de erro e desvio padrão a partir da observação dos resultados práticos, limites esses inferiores aos processos de validação clínica. Atendendo às particularidades, estimou-se como desvio aceitável um erro mais desvio padrão de 5 + 3 mmHg para o processo de simulação. Contudo considera-se ainda importante os testes adicionais em que o simulador permite, ao verificar as medidas de segurança implementadas no equipamento e a condição dos acessórios, que como verificado afetam os resultados. No entanto nem todos os simuladores se mostram adequados a este processo pelo que a qualidade da seleção do equipamento para este fim pode eventualmente reduzir ainda mais os possíveis limites.