Multi-Agent Based Smart Grid Management and Simulation: Situation Awareness and Learning in a Test Bed with Simulated and Real Installations and Players

The rising usage of distributed energy resources has been creating several problems in power systems operation. Virtual Power Players arise as a solution for the management of such resources. Additionally, approaching the main network as a series of subsystems gives birth to the concepts of smart grid and micro grid. Simulation, particularly based on multi-agent technology is suitable to model all these new and evolving concepts. MASGriP (Multi-Agent Smart Grid simulation Platform) is a system that was developed to allow deep studies of the mentioned concepts. This paper focuses on a laboratorial test bed which represents a house managed by a MASGriP player. This player is able to control a real installation, responding to requests sent by the system operators and reacting to observed events depending on the context.

Reinforcement Learning Based on the Bayesian Theorem for Electricity Markets Decision Support

This paper presents the applicability of a reinforcement learning algorithm based on the application of the Bayesian theorem of probability. The proposed reinforcement learning algorithm is an advantageous and indispensable tool for ALBidS (Adaptive Learning strategic Bidding System), a multi-agent system that has the purpose of providing decision support to electricity market negotiating players. ALBidS uses a set of different strategies for providing decision support to market players. These strategies are used accordingly to their probability of success for each different context. The approach proposed in this paper uses a Bayesian network for deciding the most probably successful action at each time, depending on past events. The performance of the proposed methodology is tested using electricity market simulations in MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets). MASCEM provides the means for simulating a real electricity market environment, based on real data from real electricity market operators.

Data Extraction Tool to Analyse, Transform and Store Real Data from Electricity Markets

The study of electricity markets operation has been gaining an increasing importance in the last years, as result of the new challenges that the restructuring process produced. Currently, lots of information concerning electricity markets is available, as market operators provide, after a period of confidentiality, data regarding market proposals and transactions. These data can be used as source of knowledge to define realistic scenarios, which are essential for understanding and forecast electricity markets behavior. The development of tools able to extract, transform, store and dynamically update data, is of great importance to go a step further into the comprehension of electricity markets and of the behaviour of the involved entities. In this paper an adaptable tool capable of downloading, parsing and storing data from market operators’ websites is presented, assuring constant updating and reliability of the stored data.

MASCEM Restructuring: Ontologies For Scenarios Generation in Power Systems Simulators

The electricity market restructuring, along with the increasing necessity for an adequate integration of renewable energy sources, is resulting in an rising complexity in power systems operation. Various power system simulators have been introduced in recent years with the purpose of helping operators, regulators, and involved players to understand and deal with this complex environment. This paper focuses on the development of an upper ontology which integrates the essential concepts necessary to interpret all the available information. The restructuring of MASCEM (Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets), and this system’s integration with MASGriP (Multi-Agent Smart Grid Platform), and ALBidS (Adaptive Learning Strategic Bidding System) provide the means for the exemplification of the usefulness of this ontology. A practical example is presented, showing how common simulation scenarios for different simulators, directed to very distinct environments, can be created departing from the proposed ontology.

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.

An automatic tool to Extract, Transform and Load data from real electricity markets

The study of Electricity Markets operation has been gaining an increasing importance in the last years, as result of the new challenges that the restructuring produced. Currently, lots of information concerning Electricity Markets is available, as market operators provide, after a period of confidentiality, data regarding market proposals and transactions. These data can be used as source of knowledge, to define realistic scenarios, essential for understanding and forecast Electricity Markets behaviour. The development of tools able to extract, transform, store and dynamically update data, is of great importance to go a step further into the comprehension of Electricity Markets and the behaviour of the involved entities. In this paper we present an adaptable tool capable of downloading, parsing and storing data from market operators’ websites, assuring actualization and reliability of stored data.

Towards a unified European electricity market: The contribution of data-mining to support realistic simulation studies

Worldwide electricity markets have been evolving into regional and even continental scales. The aim at an efficient use of renewable based generation in places where it exceeds the local needs is one of the main reasons. A reference case of this evolution is the European Electricity Market, where countries are connected, and several regional markets were created, each one grouping several countries, and supporting transactions of huge amounts of electrical energy. The continuous transformations electricity markets have been experiencing over the years create the need to use simulation platforms to support operators, regulators, and involved players for understanding and dealing with this complex environment. This paper focuses on demonstrating the advantage that real electricity markets data has for the creation of realistic simulation scenarios, which allow the study of the impacts and implications that electricity markets transformations will bring to the participant countries. A case study using MASCEM (Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets) is presented, with a scenario based on real data, simulating the European Electricity Market environment, and comparing its performance when using several different market mechanisms.

Remuneration Structure Definition for Distributed Generation Units and Demand Response Participants Aggregation

The implementation of competitive electricity markets has changed the consumers’ and distributed generation position power systems operation. The use of distributed generation and the participation in demand response programs, namely in smart grids, bring several advantages for consumers, aggregators, and system operators. The present paper proposes a remuneration structure for aggregated distributed generation and demand response resources. A virtual power player aggregates all the resources. The resources are aggregated in a certain number of clusters, each one corresponding to a distinct tariff group, according to the economic impact of the resulting remuneration tariff. The determined tariffs are intended to be used for several months. The aggregator can define the periodicity of the tariffs definition. The case study in this paper includes 218 consumers, and 66 distributed generation units.

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.

A proximidade de ecopontos e o comportamento ambiental

Dissertação de Mestrado em Gestão Integrada da Qualidade Ambiente e Segurança

Reformulação de um Sistema de Gestão de Consumos de Energia

Atualmente a energia é considerada um vetor estratégico nas diversas organizações. Assim sendo, a gestão e a utilização racional da energia são consideradas instrumentos fundamentais para a redução dos consumos associados aos processos de produção do sector industrial. As ações de gestão energética não deverão ficar pela fase do projeto das instalações e dos meios de produção, mas sim acompanhar a atividade da Empresa. A gestão da energia deve ser sustentada com base na realização regular de diagnósticos energéticos às instalações consumidoras e concretizada através de planos de atuação e de investimento que apresentem como principal objetivo a promoção da eficiência energética, conduzindo assim à redução dos respetivos consumos e, consequentemente, à redução da fatura energética. Neste contexto, a utilização de ferramentas de apoio à gestão de energia promovem um consumo energético mais racional, ou seja, promovem a eficiência energética e é neste sentido que se insere este trabalho. O presente trabalho foi desenvolvido na Empresa RAR Açúcar e apresentou como principais objetivos: a reformulação do Sistema de Gestão de Consumos de Energia da Empresa, a criação de um modelo quantitativo que permitisse ao Gestor de Energia prever os consumos anuais de água, fuelóleo e eletricidade da Refinaria e a elaboração de um plano de consumos para o ano de 2014 a partir do modelo criado. A reformulação do respetivo Sistema de Gestão de Consumos resultou de um conjunto de etapas. Numa primeira fase foi necessário efetuar uma caraterização e uma análise do atual Sistema de Gestão de Consumos da Empresa, sistema composto por um conjunto de sete ficheiros de cálculo do programa Microsoft Excel©. Terminada a análise, selecionada a informação pertinente e propostas todas as melhorias a introduzir nos ficheiros, procedeu-se à reformulação do respetivo SGE, reduzindo-se o conjunto de ficheiros de cálculo para apenas dois ficheiros, um onde serão efetuados e visualizados todos os registos e outro onde serão realizados os cálculos necessários para o controlo energético da Empresa. O novo Sistema de Gestão de Consumos de Energia será implementado no início do ano de 2015. Relativamente às alterações propostas para as folhas de registos manuais, estas já foram implementadas pela Empresa. Esta aplicação prática mostrou-se bastante eficiente uma vez que permitiu grandes melhorias processuais nomeadamente, menores tempos de preenchimento das mesmas e um encurtamento das rotas efetuadas diariamente pelos operadores. Através do levantamento efetuado aos diversos contadores foi possível identificar todas as áreas onde será necessário a sua instalação e a substituição de todos os contadores avariados, permitindo deste modo uma contabilização mais precisa de todos os consumos da Empresa. Com esta reestruturação o Sistema de Gestão de Consumos tornou-se mais dinâmico, mais claro e, principalmente, mais eficiente. Para a criação do modelo de previsão de consumos da Empresa foi necessário efetuar-se um levantamento dos consumos históricos de água, eletricidade, fuelóleo e produção de açúcar de dois anos. Após este levantamento determinaram-se os consumos específicos de água, fuelóleo e eletricidade diários (para cada semana dos dois anos) e procedeu-se à caracterização destes consumos por tipo de dia. Efetuada a caracterização definiu-se para cada tipo de dia um consumo específico médio com base nos dois anos. O modelo de previsão de consumos foi criado com base nos consumos específicos médios dos dois anos correspondentes a cada tipo de dia. Procedeu-se por fim à verificação do modelo, comparando-se os consumos obtidos através do modelo (consumos previstos) com os consumos reais de cada ano. Para o ano de 2012 o modelo apresenta um desvio de 6% na previsão da água, 12% na previsão da eletricidade e de 6% na previsão do fuelóleo. Em relação ao ano de 2013, o modelo apresenta um erro de 1% para a previsão dos consumos de água, 8% para o fuelóleo e de 1% para a eletricidade. Este modelo permitirá efetuar contratos de aquisição de energia elétrica com maior rigor o que conduzirá a vantagens na sua negociação e consequentemente numa redução dos custos resultantes da aquisição da mesma. Permitirá também uma adequação dos fluxos de tesouraria à necessidade reais da Empresa, resultante de um modelo de previsão mais rigoroso e que se traduz numa mais-valia financeira para a mesma. Foi também proposto a elaboração de um plano de consumos para o ano de 2014 a partir do modelo criado em função da produção prevista para esse mesmo ano. O modelo apresenta um desvio de 24% na previsão da água, 0% na previsão da eletricidade e de 28% na previsão do fuelóleo.

Distribuições de eventos extremos e telecomunicações

As distribuições de Lei de Potência (PL Power Laws), tais como a lei de Pareto e a lei de Zipf são distribuições estatísticas cujos tamanhos dos eventos são inversamente proporcionais à sua frequência. Estas leis de potência são caracterizadas pelas suas longas caudas. Segundo Vilfredo Pareto (1896), engenheiro, cientista, sociólogo e economista italiano, autor da Lei de Pareto, 80% das consequências advêm de 20% das causas. Segundo o mesmo, grande parte da economia mundial segue uma determinada distribuição, onde 80% da riqueza mundial é detida por 20% da população ou 80% da poluição mundial é feita por 20% dos países. Estas percentagens podem oscilar nos intervalos [75-85] e [15-25]. A mesma percentagem poderá ser aplicada à gestão de tempo, onde apenas 20% do tempo dedicado a determinado assunto produzirá cerca de 80% dos resultados obtidos. A lei de Pareto, também designada de regra 80/20, tem aplicações nas várias ciências e no mundo físico, nomeadamente na biodiversidade. O número de ocorrências de fenómenos extremos, aliados ao impacto nas redes de telecomunicações nas situações de catástrofe, no apoio imediato às populações e numa fase posterior de reconstrução, têm preocupado cada vez mais as autoridades oficiais de protecção civil e as operadoras de telecomunicações. O objectivo é o de preparar e adaptarem as suas estruturas para proporcionar uma resposta eficaz a estes episódios. Neste trabalho estuda-se o comportamento de vários fenómenos extremos (eventos críticos) e aproximam-se os dados por uma distribuição de Pareto (Lei de Pareto) ou lei de potência. No final, especula-se sobre a influência dos eventos críticos na utilização das redes móveis. É fundamental que as redes móveis estejam preparadas para lidar com as repercussões de fenómenos deste tipo.

Sistema de apoio ao utilizador de transportes públicos

Nos dias de hoje usar o transporte público para nos deslocarmos de uma determinada origem para um determinado destino é uma realidade na vida da maioria das pessoas. Muitas destas deslocações fazem parte da rotina diária do cidadão, que depende destes transportes para as suas atividades do dia-a-dia. Nos últimos anos, o número de cidadãos que usa os transportes públicos como meio de deslocação tem vindo a aumentar consideravelmente. Contudo, a maioria dos operadores de transportes públicos pecam pela falta de pontualidade dos seus serviços, e pela falta de informação disponível ao cidadão acerca dos horários dos mesmos em tempo real. Tendo este problema em conta, foi desenvolvida uma solução capaz de realizar uma previsão do tempo de chegada de um transporte público, ao longo de todo o seu serviço. Previsão essa que é atualizada ao longo do percurso de forma a reduzir a margem de erro da informação apresentada. Com esta informação o cidadão pode planear melhor o seu dia e decidir qual é a melhor altura para se deslocar para a paragem, evitando ao máximo a perda de tempo à espera do seu transporte público. A solução final foi desenvolvida com a ajuda da empresa BEWARE e teve como objetivo a criação de uma aplicação web capaz de apresentar os tempos de espera dos autocarros em diferentes tipos de vista, bem como o acompanhamento do mesmo ao longo do percurso. Toda a informação utilizada na aplicação web foi criada por dois serviços de apoio que efetuam o controlo do autocarro ao longo do percurso, bem como os cálculos da previsão dos tempos de espera. O projeto foi dividido em quatro constituintes que foram repetidas durante o desenvolvimento da solução. A primeira constou na análise do problema, no levantamento e definição dos requisitos. A segunda incluiu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de validar a posição do autocarro ao longo do seu percurso, detetando a paragem onde este se encontra e a hora de chegada à mesma. A terceira abrangeu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de prever o tempo de chegada de um autocarro às paragens definidas na sua rota, recorrendo ao histórico de viagens realizadas anteriormente. A quarta consistiu no desenvolvimento da aplicação web, implementando todas as funcionalidades necessárias para que a aplicação consiga realizar o acompanhamento do autocarro no percurso, a consulta dos tempos de chegada e da previsão dos tempos às paragens seguintes recorrendo a três tipos de vistas diferentes, e a possibilidade de agendar notificações de forma a receber no email as previsões dos tempos de chegada nos dias e horas mais significativos para o utilizador.

Melhoria/simplificação ergonómica de linhas de montagem

Hoje em dia, com os avanços constantes na indústria, novas áreas começam cada vez mais a ser foco de atenção por parte das organizações. Motivados pela procura de melhores condições para os seus colaboradores e por todos os benefícios que este tipo de intervenção oferece, tanto a curto, como principalmente a médio e longo prazo, a Grohe Portugal, mais especificamente o seu departamento de montagem, achou relevante potenciar a aplicação da Ergonomia nos seus postos de trabalho. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da organização que teve como objetivo projetar e executar uma linha de montagem que tivesse em consideração os seguintes aspetos: • Ergonomia; • Automatização ou semi-automatização de operações; • Simplificação de aspetos operacionais; • Sistemas de abastecimento mais robustos e de fácil uso; • Simplificação de setups; • Definição de dimensões normalizadas para futuros projetos. As soluções encontradas tiveram como objetivo primordial satisfazer o maior número possível de colaboradores, sendo que para tal foram utilizados dados referentes a antropometria da população Portuguesa. Para a realização e conclusão deste projeto, o trabalho foi decomposto em varias etapas, de entre as quais se destacam: • Analise e estudo dos métodos de montagem; • Levantamento de todos os componentes e operações que constituem o processo de fabrico das diversas famílias onde foram implementados novos projetos; • Definição e uniformização da estrutura das novas linhas de montagem; • Estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como da sua forma de abastecimento; • Projeto da linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks (DassaultSystemes, 2014); • Montagem final da linha, bem como o acompanhamento da sua fase de arranque. Durante o estagio foi ainda pensado e implementado um projeto paralelo com vista a constante manutenção e melhoria do departamento de montagem cujo objetivo, através de “plant walks”, e detetar de entre outras, situações de falta de identificação de componentes ou equipamentos, degradação de ferramentas, fugas ou derrames nas linhas, etc. O balanco final do trabalho foi bastante positivo, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento e condições ergonómicas dos postos de trabalho que sofreram intervenção, tendo essas melhorias resultado numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que integram essas mesmas linhas.

Aplicação da filosofia Lean para melhoria do processo numa linha de produção da empresa IKEA

Devido à atual crise socioeconómica e consequente recessão dos mercados, as empresas precisam cada vez mais de melhorar os seus modelos de gestão e apostar na melhoria dos seus processos de forma a conseguirem produzir produtos de qualidade utilizando o menor custo de produção possível. O uso das ferramentas Lean Production e das ferramentas de Gestão da Qualidade permite às empresas reduzir, ou até mesmo eliminar alguns desperdícios. Desta forma é possível reduzir custos de produção e aumentar a produtividade. Neste contexto surge a presente dissertação, realizada na empresa IKEA Industry Portugal no âmbito do Mestrado em Engenharia Mecânica – Gestão Industrial, que tem como principal objetivo melhorar o processo produtivo de uma linha de produção da área EdgeBand & Drill, linha Biesse. No início deste projeto esta linha apresentava uma eficiência de 45,83%. Depois da descrição da empresa e do seu funcionamento, realizou-se um estudo sobre o estado atual do sistema produtivo da área de produção em estudo, Edgeband & Drill, mais concretamente da linha Biesse. Desse estudo resultou a identificação de alguns problemas da linha, nomeadamente a baixa eficiência, elevados tempos de paragem da linha, elevada quantidade de peças com defeitos, elevados custos associados a peças sucata, falta de polivalência dos operadores, desperdícios de matérias primas e falta de organização e limpeza da área. Depois de identificados os problemas foram apresentadas algumas propostas de melhoria para o processo produtivo da linha Biesse. Nesta fase foram utilizadas algumas ferramentas Lean e de Gestão da Qualidade. No fim do projeto obteve-se uma redução de 1,26% dos tempos de paragem, uma redução de 1317 peças com defeito e uma poupança de 1147,44€ em peças sucata. Estes valores contribuíram para uma melhoria da eficiência global em cerca de 1,06% para a área EdgeBand & Drill e uma melhoria de 3,11% para a linha em estudo, linha Biesse.