AI in power systems and energy markets

In a world increasingly conscientious about environmental effects, power and energy systems are undergoing huge transformations. Electric energy produced from power plants is transmitted and distributed to end users through a power grid. The power industry performs the engineering design, installation, operation, and maintenance tasks to provide a high-quality, secure energy supply while accounting for its systems’ abilities to withstand uncertain events, such as weather-related outages. Competitive, deregulated electricity markets and new renewable energy sources, however, have further complicated this already complex infrastructure.Sustainable development has also been a challenge for power systems. Recently, there has been a signifi cant increase in the installation of distributed generations, mainly based on renewable resources such as wind and solar. Integrating these new generation systems leads to more complexity. Indeed, the number of generation sources greatly increases as the grid embraces numerous smaller and distributed resources. In addition, the inherent uncertainties of wind and solar energy lead to technical challenges such as forecasting, scheduling, operation, control, and risk management. In this special issue introductory article, we analyze the key areas in this field that can benefi t most from AI and intelligent systems now and in the future.We also identify new opportunities for cross-fertilization between power systems and energy markets and intelligent systems researchers.

Cycle time properties of the PROFIBUS timed-token protocol

A recent trend in distributed computer-controlled systems (DCCS) is to interconnect the distributed computing elements by means of multi-point broadcast networks. Since the network medium is shared between a number of network nodes, access contention exists and must be solved by a medium access control (MAC) protocol. Usually, DCCS impose real-time constraints. In essence, by real-time constraints we mean that traffic must be sent and received within a bounded interval, otherwise a timing fault is said to occur. This motivates the use of communication networks with a MAC protocol that guarantees bounded access and response times to message requests. PROFIBUS is a communication network in which the MAC protocol is based on a simplified version of the timed-token protocol. In this paper we address the cycle time properties of the PROFIBUS MAC protocol, since the knowledge of these properties is of paramount importance for guaranteeing the real-time behaviour of a distributed computer-controlled system which is supported by this type of network.

Reorganização do controlo postural em indivíduos com AVE. Intervenção em fisioterapia

Objectivos: Identificar as alterações no controlo postural do tronco e repercussões na independência funcional de indivíduos com acidente vascular encefálico (AVE), bem como averiguar se ocorreram mudanças a esse nível após a intervenção, baseada na abordagem segundo o Conceito de Bobath. Metodologia: Foram seleccionados para este estudo dois indivíduos com alterações no controlo postural, resultantes de um AVE, em fase aguda. A avaliação foi realizada em dois momentos (M0 e M1), antes e após quatro semanas da realização da intervenção através da análise do movimento, da aplicação da Escala de Avaliação Postural para Pacientes com Sequelas de AVE (PASS), da Escala de Equilíbrio de Berg (EEB), da Escala Modificada de Barthel (BEM), do Teste Timed Up & Go (TUG) e da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde (CIF). Resultados: Os scores obtidos em M1 nos vários instrumentos aplicados, bem como a análise de movimento traduzem a evolução favorável no controlo postural do tronco e na independência nas actividades da vida diária (AVD), observada em ambos os casos clínicos. Verificou-se uma evolução mais evidente na EMB e EEB onde o indivíduo A evoluiu na EMB de 51 em M0 para 94 pontos em M1e o indivíduo B de 51 para 89 pontos. Na EEB o indivíduo A progrediu de 22 para 41 pontos e o indivíduo B de 10 para 36 pontos. Conclusão: Os participantes em estudo evidenciaram modificações no controlo postural com repercussões positivas na independência funcional, após a intervenção com base numa abordagem segundo o conceito de Bobath.

Avaliação da posição ortostática em plataforma de forças de dois indivíduos com acidente vascular encefálico antes e após uma intervenção baseado no conceito Bobath

Introdução: O acidente vascular encefálico (AVE) é uma importante e frequente condição de saúde que se repercute na funcionalidade do indivíduo. No sentido de reabilitar a função perdida, é comum o recurso a intervenções de fisioterapia baseado o conceito de Bobath. Como tal, importa verificar, as modificações no âmbito do controlo postural, através da migração do centro de pressão na base de suporte, face à aplicação de uma intervenção segundo abordagem baseada no conceito de Bobath em dois indivíduos com AVE. Métodos e participantes: Foram recrutados dois indivíduos com diagnóstico de AVE num hospital da zona do grande Porto. Dados referentes ao equilíbrio estático na condição de medição “olhos abertos ou fechados” e “calçado ou descalço” foram obtidos através de plataforma de forças, antes e após uma intervenção baseado no conceito de Bobath durante 13 semanas (M0 e M1). Nestes dois momentos foram ainda avaliados a mobilidade, função cognitiva, participação, equilíbrio através do teste Timed Up & Go (TUG) e Timed Up & Go Modificado (TUGM), e das escalas Mini Mental State Examination (MMSE), Postural Assessment for Stroke Scale (PASS), Escala de Berg (EB) e Índice de Barthel Modificado (IBM). Resultados: Os participantes obtiveram em ambos os momentos pontuação máxima no MMSE. Ambos os indivíduos atingiram o valor máximo no IBM em M1 (Mo: A: 78; B: 65). Ambos os indivíduos aumentaram o score entre M0 e M1, relativamente ao PASS (A: M0:21; M1:33; B: M0: 26; M1:34) e EB (A: M0:48; M1:54; B: M0: 30; M1:50). O tempo de realização do TUG e do TUGM diminuíram entre momentos em ambos os indivíduos (respectivamente: A: 15''13'' a 13''27''; B: 24''13'' a 13''88'' e A: 19''08''' a 13''27''; B: 29''60''' a 17''64'''). A área de deslocação do centro de pressão (CP) variou entre momentos em todas as condições de avaliação, sendo menor na condição “olhos abertos e descalço” em ambos os participantes (“olhos abertos e calçado”: A: M0= 1,364, M1=2,796; B: M0=1,892, M1=2,979; “olhos abertos e descalço”: A: M0= 0,758, M1=0,727; B: M0=3,064, M1=1,952; “olhos fechados e calçado”: A: M0= 2,360, M1=2,998; B: M0=2,232, M1= 4,392; “olhos fechados e descalço”: A: M0= 1,347, M1=2,388; B: M0=1,652, M1= 1,016). O desvio padrão das deslocações anteroposteriores variou entre momentos, sendo tendencialmente maior em M1 e na condição “descalço e olhos abertos”(“olhos abertos e calçado”: A: M0= 0,201, M1=0,500; B: M0=0,252, M1=0,310; “olhos abertos e descalço”: A: M0= 0,118, M1=0,165; B: M0=0,282, M1=0,276; “olhos fechados e calçado”: A: M0= 0,308, M1=0,398; B: M0=0,274, M1= 0,471; “olhos fechados e descalço”: A: M0= 0,158 , M1=0,373; B: M0=0,230, M1= 0,172), o desvio padrão das deslocações médio-lateral seguem a mesma tendência (“olhos abertos e calçado”: A: M0= 0,370 , M1=0,473; B: M0=0,454, M1=0,517; “olhos abertos e descalço”: A: M0= 0,354, M1=0,236 ; B: M0=0,584, M1=0,381; “olhos fechados e calçado”: A: M0= 0,425, M1=0,463; B: M0=0,462, M1= 0,583; “olhos fechados e descalço”: A: M0= 0,475, M1=0,416; B: M0=0,389, M1= 0,342). A velocidade de oscilação na direcção antero – posterior variou entre momentos, sendo tendencialmente menor em M1, em ambos os participantes e em todas as condições de avaliação: “olhos abertos e calçado”: A: M0= 0,886 , M1=0,532; B: M0=2,507, M1=01,072; “olhos abertos e descalço”: A: M0= 2,562, M1=3,815 ; B: M0=4,367, M1=0,262; “olhos fechados e calçado”: A: M0= 2,689, M1=1,757; B: M0=2,821, M1= 0,769; “olhos fechados e descalço”: A: M0= 2,984, M1=2,525; B: M0=4,100, M1= 0,265), a velocidade de oscilação na direcção médio – lateral seguem a mesma tendência para as condições de “olhos abertos e calçado”: A: M0= 6,524 , M1=6,218; B: M0=0,467, M1=0,404; “olhos fechados e calçado”: A: M0= 6,387, M1=1,927; B: M0=0,351, M1= 0,505; mas a velocidade de oscilação aumenta para as condições de “olhos abertos e descalço”: A: M0= 3,108, M1=7,806 ; B: M0=1,150, M1=8,054; “olhos fechados e descalço”: A: M0= 3,444, M1=3,839; B: M0=1,434, M1= 7,891). Conclusão: Entre os dois momentos os indivíduos melhoraram a sua mobilidade, equilíbrio, participação e actividades, potencialmente devido à intervenção baseado no conceito de Bobath.

LMP based bid formation for virtual power players operating in smart grids

Power system organization has gone through huge changes in the recent years. Significant increase in distributed generation (DG) and operation in the scope of liberalized markets are two relevant driving forces for these changes. More recently, the smart grid (SG) concept gained increased importance, and is being seen as a paradigm able to support power system requirements for the future. This paper proposes a computational architecture to support day-ahead Virtual Power Player (VPP) bid formation in the smart grid context. This architecture includes a forecasting module, a resource optimization and Locational Marginal Price (LMP) computation module, and a bid formation module. Due to the involved problems characteristics, the implementation of this architecture requires the use of Artificial Intelligence (AI) techniques. Artificial Neural Networks (ANN) are used for resource and load forecasting and Evolutionary Particle Swarm Optimization (EPSO) is used for energy resource scheduling. The paper presents a case study that considers a 33 bus distribution network that includes 67 distributed generators, 32 loads and 9 storage units.

Intelligent power system

Artificial intelligence techniques are being widely used to face the new reality and to provide solutions that can make power systems undergo all the changes while assuring high quality power. In this way, the agents that act in the power industry are gaining access to a generation of more intelligent applications, making use of a wide set of AI techniques. Knowledge-based systems and decision-support systems have been applied in the power and energy industry. This article is intended to offer an updated overview of the application of artificial intelligence in power systems. This article paper is organized in a way so that readers can easily understand the problems and the adequacy of the proposed solutions. Because of space constraints, this approach can be neither complete nor sufficiently deep to satisfy all readers’ needs. As this is amultidisciplinary area, able to attract both software and computer engineering and power system people, this article tries to give an insight into themost important concepts involved in these applications. Complementary material can be found in the reference list, providing deeper and more specific approaches.

Collective intelligence on dynamic manufacturing scheduling optimization

Swarm Intelligence (SI) is a growing research field of Artificial Intelligence (AI). SI is the general term for several computational techniques which use ideas and get inspiration from the social behaviours of insects and of other animals. This paper presents hybridization and combination of different AI approaches, like Bio-Inspired Techniques (BIT), Multi-Agent systems (MAS) and Machine Learning Techniques (ML T). The resulting system is applied to the problem of jobs scheduling to machines on dynamic manufacturing environments.

Context-aware emotion-based model for group decision making

Involving groups in important management processes such as decision making has several advantages. By discussing and combining ideas, counter ideas, critical opinions, identified constraints, and alternatives, a group of individuals can test potentially better solutions, sometimes in the form of new products, services, and plans. In the past few decades, operations research, AI, and computer science have had tremendous success creating software systems that can achieve optimal solutions, even for complex problems. The only drawback is that people don’t always agree with these solutions. Sometimes this dissatisfaction is due to an incorrect parameterization of the problem. Nevertheless, the reasons people don’t like a solution might not be quantifiable, because those reasons are often based on aspects such as emotion, mood, and personality. At the same time, monolithic individual decisionsupport systems centered on optimizing solutions are being replaced by collaborative systems and group decision-support systems (GDSSs) that focus more on establishing connections between people in organizations. These systems follow a kind of social paradigm. Combining both optimization- and socialcentered approaches is a topic of current research. However, even if such a hybrid approach can be developed, it will still miss an essential point: the emotional nature of group participants in decision-making tasks. We’ve developed a context-aware emotion based model to design intelligent agents for group decision-making processes. To evaluate this model, we’ve incorporated it in an agent-based simulator called ABS4GD (Agent-Based Simulation for Group Decision), which we developed. This multiagent simulator considers emotion- and argument based factors while supporting group decision-making processes. Experiments show that agents endowed with emotional awareness achieve agreements more quickly than those without such awareness. Hence, participant agents that integrate emotional factors in their judgments can be more successful because, in exchanging arguments with other agents, they consider the emotional nature of group decision making.

Solving a signalized traffic intersection problem with an hyperbolic penalty function

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds many applications in fields such as engineering design, economic equilibrium and mathematical programming theory itself. A queueing system model resulting from a single signalized intersection regulated by pre-timed control in traffic network is considered. The model is formulated as an MPCC problem. A MATLAB implementation based on an hyperbolic penalty function is used to solve this practical problem, computing the total average waiting time of the vehicles in all queues and the green split allocation. The problem was codified in AMPL.

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Real-time fieldbus communications using Profibus networks

This paper provides a comprehensive study on how to use Profibus fieldbus networks to support real-time industrial communications, that is, on how to ensure the transmission of real-time messages within a maximum bound time. Profibus is base on a simplified timed token (TT) protocol, which is a well-proved solution for real-time communication systems. However, Profibus differs with respect to the TT protocol, thus preventing the application of the usual TT protocol real-time analysis. In fact, real-time solutions for networks based on the TT protocol rely on the possibility of allocating specific bandwidth for the real-time traffic. This means that a minimum amount of time is always available, at each token visit, to transmit real-time messages, transversely, with the Profibus protocol, in the worst case, only one real-time message is processed per token visit. The authors propose two approaches to guarantee the real-time behavior of the Profibus protocol: (1) an unconstrained low-priority traffic profile; and (2) a constrained low-priority traffic profile. The proposed analysis shows that the first profile is a suitable approach for more responsive systems (tighter deadlines), while the second allows for increased nonreal-time traffic throughput

Guaranteeing real-time message deadlines in PROFIBUS networks

The paper provides a comprehensive study on how to use Profibus networks to support real time communications, that is, ensuring the transmission of the real time messages before their deadlines. Profibus is based on a simplified Timed Token (TT) protocol, which is a well proved solution for real time communication systems. However, Profibus differences from the TT protocol prevent the application of the usual TT analysis. The main reason is that, conversely to the TT protocol, in the worst case, only one high priority message is processed per token visit. The major contribution of the paper is to prove that, despite this shortcoming, it is possible to guarantee communication real time behaviour with the Profibus protocol

Impacto dos sistemas colaborativos nas organizações: estudo de casos de adopção e utilização de sistemas workflow

Dissertação apresentada na Universidade do Minho com vista à obtenção do grau de Doutor em Tecnologias e Sistemas de Informação (Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação)

Política de humanização em serviços de saúde – contributos para a definição de indicadores

A reforma dos cuidados de saúde primários (CSP), iniciada em 2005, visa melhorar o desempenho dos centros de saúde através da reorganização dos serviços em várias unidades funcionais, no sentido de resolver os problemas tendo em conta as necessidades a satisfazer, complementando-se entre si e assumindo compromissos de acessibilidade e qualidade nos cuidados de saúde prestados. Ao mesmo tempo, são criados órgãos de gestão e governação clínica que nunca antes existiram nos CSP, envolvendo a participação da comunidade. A optimização da gestão e da governação clínica permitiu organizar os serviços de saúde em Agrupamentos de Centros de Saúde (AGES), dando-lhes poderes e responsabilidades para solucionarem problemas e tomarem as decisões acertadas e céleres, já que conhecem melhor as necessidades de saúde das populações. As relações burocráticas são substituídas por relações de contratualidade, orientadas para obter melhores resultados em saúde. Partindo destes pressupostos, o estudo realizado pretende analisar a percepção de profissionais de saúde quanto à política de humanização dos CSP, bem como, identificar/construir indicadores que avaliem essa política, sendo um estudo de carácter exploratório e descritivo, à luz de uma abordagem qualitativa. Participaram neste estudo cinco profissionais de saúde da Administração Regional de Saúde (ARS) do Norte, lP, do Departamento de Contratualização, Departamento de Estudos e Planeamento da ARS Norte e do AGES Tâmega 11 - Vale Sousa Sul, seleccionados por conveniência e inquiridos por entrevista semi-estruturada. Os dados foram tratados através da análise de conteúdo com o apoio informático NVivo9. Os resultados apresentados, com base nas entrevistas realizadas aos participantes no estudo, sustentam que os actuais indicadores quantitativos contratualizados com as unidades funcionais, expressam a política de humanização num serviço de saúde, não coincidindo totalmente com as definições internacionais expressas neste estudo.

Desenvolvimento de Ontologia para Apoio ao Diagnóstico de Distúrbios do Humor

Mestrado em Computação e Instrumentação Médica