Particle swarm optimization applied to integrated demand response resources scheduling

The concept of demand response has a growing importance in the context of the future power systems. Demand response can be seen as a resource like distributed generation, storage, electric vehicles, etc. All these resources require the existence of an infrastructure able to give players the means to operate and use them in an efficient way. This infrastructure implements in practice the smart grid concept, and should accommodate a large number of diverse types of players in the context of a competitive business environment. In this paper, demand response is optimally scheduled jointly with other resources such as distributed generation units and the energy provided by the electricity market, minimizing the operation costs from the point of view of a virtual power player, who manages these resources and supplies the aggregated consumers. The optimal schedule is obtained using two approaches based on particle swarm optimization (with and without mutation) which are compared with a deterministic approach that is used as a reference methodology. A case study with two scenarios implemented in DemSi, a demand Response simulator developed by the authors, evidences the advantages of the use of the proposed particle swarm approaches.

Intelligent energy resources management in the context of smart grids

Smart grids are envisaged as infrastructures able to accommodate all centralized and distributed energy resources (DER), including intensive use of renewable and distributed generation (DG), storage, demand response (DR), and also electric vehicles (EV), from which plug-in vehicles, i.e. gridable vehicles, are especially relevant. Moreover, smart grids must accommodate a large number of diverse types or players in the context of a competitive business environment. Smart grids should also provide the required means to efficiently manage all these resources what is especially important in order to make the better possible use of renewable based power generation, namely to minimize wind curtailment. An integrated approach, considering all the available energy resources, including demand response and storage, is crucial to attain these goals. This paper proposes a methodology for energy resource management that considers several Virtual Power Players (VPPs) managing a network with high penetration of distributed generation, demand response, storage units and network reconfiguration. The resources are controlled through a flexible SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system that can be accessed by the evolved entities (VPPs) under contracted use conditions. A case study evidences the advantages of the proposed methodology to support a Virtual Power Player (VPP) managing the energy resources that it can access in an incident situation.

Desenvolvimento do sistema de protecção, monitorização e gestão de baterias de iões de lítio do tipo LiFePO4 para aplicação em veículos eléctricos

A mobilidade é considerada um dos factores chave na sustentabilidade e desenvolvimento de qualquer economia. Em Portugal essa realidade não é diferente. Em 2011 verifica-se que 41% do consumo global de combustíveis pertence ao sector rodoviário [1] o que evidencia a sua relevância na economia do país. No que concerne aos veículos de tracção eléctrica, começaram a surgir nos finais do séc. XIX, e no início do séc. XX nos Estados Unidos da América representavam 38% dos veículos [2]. Diversos factores económicos e tecnológicos conduziram a um crescente desinteresse por parte da indústria em investir na produção deste tipo de veículos. Contudo com a introdução de baterias de iões de lítio em veículos de tracção eléctrica, torna-os viáveis e competitivos. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um sistema de gestão de baterias de iões de lítio do tipo LiFePO4 para aplicação em veículos eléctricos. O sistema deverá assegurar a protecção das baterias e indicar o estado de carga das mesmas. Este sistema permitirá uma optimização no uso deste género de baterias, proporcionará uma melhor utilização, aumentando a sua vida útil. O sistema irá ser aplicado e testado experimentalmente no veículo eléctrico ecológico (Veeco). No âmbito do projecto Veeco foi projectado e construído um banco de ensaios utilizado na análise do comportamento das baterias, e determinar quais os requisitos necessários para o sistema de gestão desenvolvido. Foi também projectado e realizado um sistema de aquisição e processamento de dados que permite obter informações acerca da bateria, dados que estarão disponíveis no interface Homem-máquina do Veeco.

Estudo do impacto energético, económico e ambiental da penetração de veículos eléctricos num sistema isolado

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Projecto da suspensão do VEECO RT

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Estudo da viabilidade técnica e económica da conversão para veículo elétrico

O veículo elétrico está cada vez mais presente no mercado de veículos de transporte e apresenta-se como uma solução sustentável para a mobilidade. Reduz as emissões de gases de efeito de estufa (GEE), ruído, e elimina a dependência do petróleo presente nos veículos convencionais. Numa altura em que o sector automóvel está em franca estagnação, e os preços dos combustíveis atingem máximos históricos, a conversão de veículos convencionais em veículos elétricos ganha especial relevo e apresenta-se como uma solução para alguns utilizadores ou mesmo uma oportunidade de negócio para algumas empresas. Este trabalho consiste no estudo da viabilidade técnica e económica da conversão de veículos convencionais em veículos elétricos. São identificados equipamentos essenciais para realizar uma conversão, equipamentos alternativos e alguns opcionais, modo como os equipamentos devem ser instalados no veículo, cuidados a ter durante a instalação e legislação a considerar. No critério técnico aborda-se o desempenho do veículo, velocidade máxima, autonomia, capacidade de aceleração em subidas e desempenho de cada velocidade da caixa. No critério económico o estudo focaliza-se no tempo de retorno do investimento, ponto de inviabilidade do investimento, proveitos num prazo de 10 anos de uso do veículo, e análise do impacto de alguns equipamentos alternativos no investimento total. Abordam-se todos os aspetos a ter em consideração para que se realize uma conversão com sucesso e em simultâneo realiza-se uma conversão tipo do veículo do qual sou proprietário, um Volkswagen Golf 2 de 1988. Em sintonia com os objetivos deste trabalho, demonstra-se que o veículo elétrico é uma boa opção para utilizações citadinas, e que a tecnologia já esta suficientemente madura para este tipo de utilizações, o investimento na conversão é facilmente amortizável e portanto antecipa-se uma era onde prosperarão os veículos elétricos.

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 he 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.

Aumento de energia renovável na Ilha da Madeira: proposta integrada para o setor dos transportes e da geração de energia elétrica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Impacto económico, energético e ambiental da produção renovável na Ilha Terceira

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Renewable energy in Islands: an integrated proposal for electricity generation and transports

The purpose of this article is to analyse and evaluate the economical, energetic and environmental impacts of the increasing penetration of renewable energies and electrical vehicles in isolated systems, such as Terceira Island in Azores and Madeira Island. Given the fact that the islands are extremely dependent on the importation of fossil fuels - not only for the production of energy, but also for the transportation’s sector – it’s intended to analyse how it is possible to reduce that dependency and determine the resultant reduction of pollutant gas emissions. Different settings have been analysed - with and without the penetration of EVs. The Terceira Island is an interesting case study, where EVs charging during off-peak hours could allow an increase in geothermal power, limited by the valley of power demand. The percentage of renewable energy in the electric power mix could reach the 74% in 2030 while at the same time, it is possible to reduce the emissions of pollutant gases in 45% and the purchase of fossil fuels in 44%. In Madeira, apart from wind, solar and small hydro power, there are not so many endogenous resources and the Island’s emission factor cannot be so reduced as in Terceira. Although, it is possible to reduce fossil fuels imports and emissions in 1.8% in 2030 when compared with a BAU scenario with a 14% of the LD fleet composed by EVs.

Renewable energy in Islands: an integrated proposal for electricity generation and transports

The purpose of this article is to analyse and evaluate the economical, energetic and environmental impacts of the increasing penetration of renewable energies and electrical vehicles in isolated systems, such as Terceira Island in Azores and Madeira Island. Given the fact that the islands are extremely dependent on the importation of fossil fuels - not only for the production of energy, but also for the transportation’s sector – it’s intended to analyse how it is possible to reduce that dependency and determine the resultant reduction of pollutant gas emissions. Different settings have been analysed - with and without the penetration of EVs. The Terceira Island is an interesting case study, where EVs charging during off-peak hours could allow an increase in geothermal power, limited by the valley of power demand. The percentage of renewable energy in the electric power mix could reach the 74% in 2030 while at the same time, it is possible to reduce the emissions of pollutant gases in 45% and the purchase of fossil fuels in 44%. In Madeira, apart from wind, solar and small hydro power, there are not so many endogenous resources and the Island’s emission factor cannot be so reduced as in Terceira. Although, it is possible to reduce fossil fuels imports and emissions in 1.8% in 2030 when compared with a BAU scenario with a 14% of the LD fleet composed by EVs.

Modified particle swarm optimization for day-ahead distributed energy resources scheduling including vehicle-to-grid

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Monitorização de sistema de baterias para veículos elétricos

Uma das maiores preocupações do mundo neste momento prende-se com o facto da grande dependência do petróleo e seus aglomerados. Esta dependência causa dois problemas: novos estudos fomentam o começo da escassez deste produto, atirando para cima o preço deste material precioso, e a poluição que que este causa. Um dos sectores mais dependentes e que mais polui, é o dos transportes. Nos últimos anos, o mundo teve finalmente noção deste problema e uma das apostas neste sector é o desenvolvimento da célula de combustível, uma tecnologia que utiliza água como combustível, podendo ser reutilizada. É uma tecnologia ainda em fase de introdução pelo que, para já, a médio prazo não será solução. Uma solução intermédia é a utilização de energia elétrica como ―combustível‖. Apesar de grande parte da produção de energia elétrica ser a partir da queima de derivados de petróleo, os motores elétricos são por si só muito mais eficientes comparando com os motores de combustão. Não se vai aqui debater se são uma solução com viabilidade devido à questão da transferência da dependência do petróleo do sector dos transportes para o sector da produção de energia elétrica. O objetivo deste trabalho será desenvolver um sistema de faça a gestão do ―combustível‖ dos veículos elétricos, ou seja, baterias. Essa gestão tem como objetivo aumentar a autonomia do veículo e prolongar o tempo de vida das baterias. Na primeira fase, uma introdução à atualidade dos veículos elétricos, fazendo uma análise às diferentes soluções. Serão referidas os diferentes tipos de baterias e suas características, passando depois para exemplos de sistemas de gestão de baterias. A explicação da ideia para este sistema vem com o capítulo projeto, ficando a implementação para o capítulo seguinte.

Veículo ZEV (sem emissões)

A crescente dependência energética do Petr óleo e o impacto ambiental daí resultante, tanto como as excessivas autonomias e desempenho dos veículos perante as nossas necessidades, leva a que Portugal, a Europa, o Mundo, necessitem de apostar em inovar e alterar costumes, de forma a que o nosso planeta se mantenha sustentável e de maneira a aumentar a qualidade de vida de todos nós. As emissões proveniente dos veículos representam uma excessiva parcela na poluição atmosférica causada pela queima dos derivados do petróleo. Uma das soluções mais viáveis para a redução de emissões, passaria pela implementação de leis que fomentassem a compra dos veículos ZEV. Este trabalho pretende provar a inviabilidade do uso contínuo de combustíveis fósseis, destaca as principais características dos veículos eléctricos e os benefícios destes quando comparados com os veículos convencionais, descreve as características dos veículos eléctricos comercializados em Portugal e apresenta a sugestão, com base no estudo elaborado, de um veículo ZEV que se adapte às necessidades do cidadão europeu.

Dynamic load management in a smart home to participate in demand response events

In future power systems, in the smart grid and microgrids operation paradigms, consumers can be seen as an energy resource with decentralized and autonomous decisions in the energy management. It is expected that each consumer will manage not only the loads, but also small generation units, heating systems, storage systems, and electric vehicles. Each consumer can participate in different demand response events promoted by system operators or aggregation entities. This paper proposes an innovative method to manage the appliances on a house during a demand response event. The main contribution of this work is to include time constraints in resources management, and the context evaluation in order to ensure the required comfort levels. The dynamic resources management methodology allows a better resources’ management in a demand response event, mainly the ones of long duration, by changing the priorities of loads during the event. A case study with two scenarios is presented considering a demand response with 30 min duration, and another with 240 min (4 h). In both simulations, the demand response event proposes the power consumption reduction during the event. A total of 18 loads are used, including real and virtual ones, controlled by the presented house management system.