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

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Melhoria do processo produtivo

A dissertação descreve o levantamento e otimização do processo de fabrico de uma peça plástica para um automóvel. A otimização deste processo produtivo tem em vista a rentabilização de recursos humanos, a redução de custos associados e a redução de atividades ao longo do processo, tais como armazenamento de produto semiacabado, uma vez que este deixa de existir, a eliminação de fluxos logísticos e a eliminação do posto de montagem de componentes desta peça. A metodologia utilizada neste projeto centra-se na aplicação de ferramentas que permitem a análise e melhoria de processos produtivos, tais como o diagrama de processo, o diagrama spaghetti, o PDCA, a cronometragem dos tempos por tarefa e a aplicação de uma heurística para o balanceamento do futuro posto de trabalho da peça em estudo. O diagrama de processo, o diagrama de spaghetti e a cronometragem dos tempos por tarefas mostraram o estado atual do processo produtivo. Da análise do atual estado verifica-se que existe muito desperdício de mão-de-obra nas duas estações de trabalho, injeção e montagem. A eliminação do posto de trabalho exclusivo para montagem e junção dos processos de injeção e montagem no mesmo posto de trabalho, com a aplicação de uma heurística para balanceamento do novo posto de trabalho, demonstra que os ganhos são muito significativos. A aplicação do ciclo PDCA, na base da qual está a elaboração de um plano de ações, tornará esta mudança possível e bem-sucedida. A intenção deste projeto é demonstrar que o estado atual pode sempre ser melhorado se se usarem as ferramentas corretas para análise e proposta de melhorias que trarão ganhos à empresa a curto prazo. Usando esta sugestão, a empresa poderá dar início a um novo ciclo em que o espírito de melhoria esteja presente todos os dias em toda a organização.

Simulação de um Pool Simétrico com validação técnica do despacho provisório e apresentação de medidas corretivas baseadas num despacho ótimo

Os mercados de energia elétrica são atualmente uma realidade um pouco por todo o mundo. Contudo, não é consensual o modelo regulatório a utilizar, o que origina a utilização de diferentes modelos nos diversos países que deram início ao processo de liberalização e de reestruturação do sector elétrico. A esses países, dado que a energia elétrica não é um bem armazenável, pelo menos em grandes quantidades, colocam-se questões importantes relacionadas com a gestão propriamente dita do seu sistema elétrico. Essas questões implicam a adoção de regras impostas pelo regulador que permitam ultrapassar essas questões. Este trabalho apresenta um estudo feito aos mercados de energia elétrica existentes um pouco por todo o mundo e que o autor considerou serem os mais importantes. Foi também feito um estudo de ferramentas de otimização essencialmente baseado em meta-heurísticas aplicadas a problemas relacionados com a operação dos mercados e com os sistemas elétricos de energia, como é o exemplo da resolução do problema do Despacho Económico. Foi desenvolvida uma aplicação que simula o funcionamento de um mercado que atua com o modelo Pool Simétrico, em que são transmitidas as ofertas de venda e compra de energia elétrica por parte dos produtores, por um lado, e dos comercializadores, consumidores elegíveis ou intermediários financeiros, por outro, analisando a viabilidade técnica do Despacho Provisório. A análise da viabilidade técnica do Despacho Provisório é verificada através do modelo DC de trânsito de potências. No caso da inviabilidade do Despacho Provisório, por violação de restrições afetas ao problema, são determinadas medidas corretivas a esse despacho, com base nas ofertas realizadas e recorrendo a um Despacho Ótimo. Para a determinação do Despacho Ótimo recorreu-se à meta-heurística Algoritmos Genéticos. A aplicação foi desenvolvida no software MATLAB utilizando a ferramenta Graphical User Interfaces. A rede de teste utilizada foi a rede de 14 barramentos do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). A aplicação mostra-se competente no que concerne à simulação de um mercado com tipo de funcionamento Pool Simétrico onde são efetuadas ofertas simples e onde as transações ocorrem no mercado diário, porém, não reflete o problema real relacionado a este tipo de mercados. Trata-se, portanto, de um simulador básico de um mercado de energia cujo modelo de funcionamento se baseia no tipo Pool Simétrico.

Optimal fuzzy PID control tuned with genetic algorithms

Fuzzy logic controllers (FLC) are intelligent systems, based on heuristic knowledge, that have been largely applied in numerous areas of everyday life. They can be used to describe a linear or nonlinear system and are suitable when a real system is not known or too difficult to find their model. FLC provide a formal methodology for representing, manipulating and implementing a human heuristic knowledge on how to control a system. These controllers can be seen as artificial decision makers that operate in a closed-loop system, in real time. The main aim of this work was to develop a single optimal fuzzy controller, easily adaptable to a wide range of systems – simple to complex, linear to nonlinear – and able to control all these systems. Due to their efficiency in searching and finding optimal solution for high complexity problems, GAs were used to perform the FLC tuning by finding the best parameters to obtain the best responses. The work was performed using the MATLAB/SIMULINK software. This is a very useful tool that provides an easy way to test and analyse the FLC, the PID and the GAs in the same environment. Therefore, it was proposed a Fuzzy PID controller (FL-PID) type namely, the Fuzzy PD+I. For that, the controller was compared with the classical PID controller tuned with, the heuristic Ziegler-Nichols tuning method, the optimal Zhuang-Atherton tuning method and the GA method itself. The IAE, ISE, ITAE and ITSE criteria, used as the GA fitness functions, were applied to compare the controllers performance used in this work. Overall, and for most systems, the FL-PID results tuned with GAs were very satisfactory. Moreover, in some cases the results were substantially better than for the other PID controllers. The best system responses were obtained with the IAE and ITAE criteria used to tune the FL-PID and PID controllers.

Afetação de recursos em sistemas de produção

O problema do escalonamento, por ser um dos factores fundamentais na tomada de decisão para uma boa gestão das operações, tem sido alvo de um amplo estudo, tanto na sua componente teórica como na sua componente prática. A importância de um escalonamento correto das operações é preponderante, quando as pequenas diferenças, em termos de tempos de produção, podem ter um grande impacto na competitividade da organização. Em muitas unidades produtivas, existem máquinas capazes de realizar as mesmas operações com diferentes desempenhos. Isto pode dever-se à necessidade de flexibilizar os recursos ou mesmo a uma atualização da capacidade produtiva. Embora os problemas de máquinas diferentes em paralelo tenham sido alvo de um vasto estudo, muitos deles não são passíveis de ser resolvidos através de métodos exatos. O problema de minimização do makespan (Rm||Cmax), é NP-hard, sendo habitualmente abordado através de heurísticas. Entre as heurísticas utilizadas em problemas de minimização do makespan em máquinas diferentes em paralelo, é possível identificar duas filosofias de afectação: a que utiliza os tempos de processamento para alocar as tarefas e a que utiliza as datas de conclusão. Nesta dissertação, pretende-se dar uma contribuição para a resolução do problema de afectação de recursos em sistemas de produção. Para tal, foram propostas as heurísticas OMTC 3 e Suffrage One. A contribuição consiste na proposta de versões híbridas e modificadas das heurística MCT e Suffrage, uma vez identificadas várias características que podem limitar o seu desempenho, como o facto da heurística MCT alocar as tarefas numa ordem aleatória ou a heurística Suffrage alocar mais que uma tarefa por iteração. Finalmente, procedeu-se à realização de testes computacionais, para avaliar o desempenho das heurísticas propostas. Os testes realizados permitiram concluir que a heurística OMTC 3 apresentou um melhor desempenho que a heurística MCT.

Examination timetabling automation using hybrid meta-heuristics

Trabalho de projeto realizado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Modelo de avaliação da usabilidade de interfaces Web

A investigação aqui descrita explora a avaliação da usabilidade de interfaces de sítios Web sustentada nos fundamentos da IHC e apresenta um novo metamodelo universal de avaliação da usabilidade, designado por UsaWeb, aplicável a qualquer interface Web, sendo uma proposta completa e coerente que representa um novo paradigma de avaliação da usabilidade de interfaces Web.

Análise e avaliação da interacção dos utilizadores com um software de gestão de empresas

Dissertação apresentada no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Destruction of the tar present in syngas by combustion in porous media

The cleaning of syngas is one of the most important challenges in the development of technologies based on gasification of biomass. Tar is an undesired byproduct because, once condensed, it can cause fouling and plugging and damage the downstream equipment. Thermochemical methods for tar destruction, which include catalytic cracking and thermal cracking, are intrinsically attractive because they are energetically efficient and no movable parts are required nor byproducts are produced. The main difficulty with these methods is the tendency for tar to polymerize at high temperatures. An alternative to tar removal is the complete combustion of the syngas in a porous burner directly as it leaves the particle capture system. In this context, the main aim of this study is to evaluate the destruction of the tar present in the syngas from biomass gasification by combustion in porous media. A gas mixture was used to emulate the syngas, which included toluene as a tar surrogate. Initially, CHEMKIN was used to assess the potential of the proposed solution. The calculations revealed the complete destruction of the tar surrogate for a wide range of operating conditions and indicated that the most important reactions in the toluene conversion are C6H5CH3 + OH <-> C6H5CH2 + H2O, C6H5CH3 + OH <-> C6H4CH3 + H2O, and C6H5CH3 + O <-> OC6H4CH3 + H and that the formation of toluene can occur through C6H5CH2 + H <-> C6H5CH3. Subsequently, experimental tests were performed in a porous burner fired with pure methane and syngas for two equivalence ratios and three flow velocities. In these tests, the toluene concentration in the syngas varied from 50 to 200 g/Nm(3). In line with the CHEMKIN calculations, the results revealed that toluene was almost completely destroyed for all tested conditions and that the process did not affect the performance of the porous burner regarding the emissions of CO, hydrocarbons, and NOx.

Pozzolanic activity of oil-refining catalyst: evaluation by electron and atomic microscopy

The reuse of waste fluid catalytic cracking (FCC) catalyst as partial surrogate for cement can reduce the environmental impact of both the oil-refinery and cement production industries [1,2]. FCC catalysts can be considered as pozzolanic materials since in the presence of water they tend to chemically react with calcium hydroxide to produce compounds possessing cementitious properties [3,4]. In addition, partial replacement of cement with FCC catalysts can enhance the performance of pastes and mortars, namely by improving their compressive strength [5,6]. In the present work the reaction of waste FCC catalyst with Ca(OH)2 has been investigated after a curing time of 28 days by scanning electron microscopy (SEM) with electron backscattered signal (BSE) combined with X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) carried out with a JEOL JSM 7001F instrument operated at 15 kV coupled to an INCA pentaFetx3 Oxford spectrometer. The polished cross-sections of FCC particles embedded in resin have also been evaluated by atomic force microscopy (AFM) in contact mode (CM) using a NanoSurf EasyScan 2 instrument. The SEM/EDS results revealed that an inward migration of Ca occurred during the reaction. A weaker outward migration of Si and Al was also apparent (Fig. 1). The migration of Ca was not homogeneous and tended to follow high-diffusivity paths within the porous waste FCC catalyst particles. The present study suggests that the porosity of waste FCC catalysts is key for the migration/reaction of Ca from the surrounding matrix, playing an important role in the pozzolanic activity of the system. The topography images and surface roughness parameters obtained by atomic force microscopy can be used to infer the local porosity in waste FCC catalyst particles (Fig. 2).

Anti-HCV related to HCV PCR and risk factors analysis in a blood donor population of Central Brazil

Data concerning HCV infection in Central Brazil are rare. Upon testing 2,350 voluntary blood donors from this region, we found anti-HCV prevalence rates of 2.2% by a second generation ELISA and 1.4% after confirmation by a line immunoassay. Antibodies against core, NS4, and NS5 antigens of HCV were detected in 81.8%, 72.7%, and 57.5%, respectively, of the positive samples in the line immunoassay. HCV viremia was present in 76.6% of the anti-HCV-positive blood donors. A relation was observed between PCR positivity and serum reactivity in recognizing different HCV antigens in the line immunoassay. The majority of the positive donors had history of previous parenteral exposure. While the combination of ALT>50 IU/l and anti-HBc positivity do not appear to be good surrogate markers for HCV infection, the use of both ALT anti-HCV tests is indicated in the screening of Brazilian blood donors.

Híper-heurísticas com aprendizagem

A otimização nos sistemas de suporte à decisão atuais assume um carácter fortemente interdisciplinar relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos, sendo que a computação de soluções ótimas em muitos destes problemas é intratável. Os métodos de pesquisa heurística são conhecidos por permitir obter bons resultados num intervalo temporal aceitável. Muitas vezes, necessitam que a parametrização seja ajustada de forma a permitir obter bons resultados. Neste sentido, as estratégias de aprendizagem podem incrementar o desempenho de um sistema, dotando-o com a capacidade de aprendizagem, por exemplo, qual a técnica de otimização mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização mais adequada de um dado algoritmo num determinado cenário. Alguns dos métodos de otimização mais usados para a resolução de problemas do mundo real resultaram da adaptação de ideias de várias áreas de investigação, principalmente com inspiração na natureza - Meta-heurísticas. O processo de seleção de uma Meta-heurística para a resolução de um dado problema é em si um problema de otimização. As Híper-heurísticas surgem neste contexto como metodologias eficientes para selecionar ou gerar heurísticas (ou Meta-heurísticas) na resolução de problemas de otimização NP-difícil. Nesta dissertação pretende-se dar uma contribuição para o problema de seleção de Metaheurísticas respetiva parametrização. Neste sentido é descrita a especificação de uma Híperheurística para a seleção de técnicas baseadas na natureza, na resolução do problema de escalonamento de tarefas em sistemas de fabrico, com base em experiência anterior. O módulo de Híper-heurística desenvolvido utiliza um algoritmo de aprendizagem por reforço (QLearning), que permite dotar o sistema da capacidade de seleção automática da Metaheurística a usar no processo de otimização, assim como a respetiva parametrização. Finalmente, procede-se à realização de testes computacionais para avaliar a influência da Híper- Heurística no desempenho do sistema de escalonamento AutoDynAgents. Como conclusão genérica, é possível afirmar que, dos resultados obtidos é possível concluir existir vantagem significativa no desempenho do sistema quando introduzida a Híper-heurística baseada em QLearning.

Predictive Biomarkers of Bacillus Calmette-Gu´erin Immunotherapy Response in Bladder Cancer: Where AreWe Now?

The most effective therapeutic option for managing nonmuscle invasive bladder cancer (NMIBC), over the last 30 years, consists of intravesical instillations with the attenuated strain Bacillus Calmette-Gu´erin (the BCG vaccine). This has been performed as an adjuvant therapeutic to transurethral resection of bladder tumour (TURBT) and mostly directed towards patients with highgrade tumours, T1 tumours, and in situ carcinomas. However, from 20% to 40% of the patients do not respond and frequently present tumour progression. Since BCG effectiveness is unpredictable, it is important to find consistent biomarkers that can aid either in the prediction of the outcome and/or side effects development. Accordingly, we conducted a systematic critical review to identify themost preeminent predictive molecular markers associated with BCG response. To the best of our knowledge, this is the first review exclusively focusing on predictive biomarkers for BCG treatment outcome. Using a specific query, 1324 abstracts were gathered, then inclusion/exclusion criteria were applied, and finally 87 manuscripts were included. Several molecules, including CD68 and genetic polymorphisms, have been identified as promising surrogate biomarkers. Combinatory analysis of the candidate predictive markers is a crucial step to create a predictive profile of treatment response.

Análise de desempenho de algoritmos de otimização para extração de parâmetros em modelos semicondutores de potência

Apresenta-se nesta tese uma revisão da literatura sobre a modelação de semicondutores de potência baseada na física e posterior análise de desempenho de dois métodos estocásticos, Particle Swarm Optimizaton (PSO) e Simulated Annealing (SA), quando utilizado para identificação eficiente de parâmetros de modelos de dispositivos semicondutores de potência, baseado na física. O conhecimento dos valores destes parâmetros, para cada dispositivo, é fundamental para uma simulação precisa do comportamento dinâmico do semicondutor. Os parâmetros são extraídos passo-a-passo durante simulação transiente e desempenham um papel relevante. Uma outra abordagem interessante nesta tese relaciona-se com o facto de que nos últimos anos, os métodos de modelação para dispositivos de potência têm emergido, com alta precisão e baixo tempo de execução baseado na Equação de Difusão Ambipolar (EDA) para díodos de potência e implementação no MATLAB numa estratégia de optimização formal. A equação da EDA é resolvida numericamente sob várias condições de injeções e o modelo é desenvolvido e implementado como um subcircuito no simulador IsSpice. Larguras de camada de depleção, área total do dispositivo, nível de dopagem, entre outras, são alguns dos parâmetros extraídos do modelo. Extração de parâmetros é uma parte importante de desenvolvimento de modelo. O objectivo de extração de parâmetros e otimização é determinar tais valores de parâmetros de modelo de dispositivo que minimiza as diferenças entre um conjunto de características medidas e resultados obtidos pela simulação de modelo de dispositivo. Este processo de minimização é frequentemente chamado de ajuste de características de modelos para dados de medição. O algoritmo implementado, PSO é uma técnica de heurística de otimização promissora, eficiente e recentemente proposta por Kennedy e Eberhart, baseado no comportamento social. As técnicas propostas são encontradas para serem robustas e capazes de alcançar uma solução que é caracterizada para ser precisa e global. Comparada com algoritmo SA já realizada, o desempenho da técnica proposta tem sido testado utilizando dados experimentais para extrair parâmetros de dispositivos reais das características I-V medidas. Para validar o modelo, comparação entre resultados de modelo desenvolvido com um outro modelo já desenvolvido são apresentados.

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.