Strategic bidding in electricity markets: an agent-based simulator with game theory for scenario analysis

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting in a dynamic scene. Game-theory has been widely used to support decisions in competitive environments; therefore its application in electricity markets can prove to be a high potential tool. This paper proposes a new scenario analysis algorithm, which includes the application of game-theory, to evaluate and preview different scenarios and provide players with the ability to strategically react in order to exhibit the behavior that better fits their objectives. This model includes forecasts of competitor players’ actions, to build models of their behavior, in order to define the most probable expected scenarios. Once the scenarios are defined, game theory is applied to support the choice of the action to be performed. Our use of game theory is intended for supporting one specific agent and not for achieving the equilibrium in the market. 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. The scenario analysis algorithm has been tested within MASCEM and our experimental findings with a case study based on real data from the Iberian Electricity Market are presented and discussed.

Residential characteristics aggravating infestation by Culex quinquefasciatus in a region of Northeastern Brazil

OBJECTIVE: Analyse how basic sanitation conditions, water supply and housing conditions affect the concentration of Culex quinquefasciatus METHODS: Populations of C. quinquefasciatus in 61 houses in the municipality of Olinda, PE, were monitored between October 2009 and October 2010. Observations were carried out in homes without the presence of preferred breeding sites in order to identify characteristics that may be aggravating factors for the development of the mosquito. Five aggravating factors were analysed: vegetation cover surrounding the home, number of residents/home, water storage, sewage drainage and water drainage. These characteristics were analysed in terms of presence or absence and as indicators of the degree of infestation, which was estimated through monitoring the concentration of eggs (oviposition traps - BR-OVT) and adults (CDC light traps). RESULTS: Sewage drainage to a rudimentary septic tank or to the open air was the most frequent aggravating factor in the homes (91.8%), although the presence of vegetation was the only characteristic that significantly influenced the increase in the number of egg rafts (p = 0.02). The BR-OVT achieved positive results in 95.1% of the evaluations, with the presence of at least one egg raft per month. A total of 2,366 adults were caught, with a mosquito/room/night ratio of 32.9. No significant difference was found in the number of mosquitoes caught in the homes. CONCLUSIONS: Although the sanitation and water supply influence the population density of C. quinquefasciatus, residence features that are not usually considered in control measures can be aggravating factors in sustaining the mosquito population.

Multi-agent Simulation of Bilateral Contracting in Competitive Electricity Markets

Traditional vertically integrated power utilities around the world have evolved from monopoly structures to open markets that promote competition among suppliers and provide consumers with a choice of services. Market forces drive the price of electricity and reduce the net cost through increased competition. Electricity can be traded in both organized markets or using forward bilateral contracts. This article focuses on bilateral contracts and describes some important features of an agent-based system for bilateral trading in competitive markets. Special attention is devoted to the negotiation process, demand response in bilateral contracting, and risk management. The article also presents a case study on forward bilateral contracting: a retailer agent and a customer agent negotiate a 24h-rate tariff. © 2014 IEEE.

Power Producers Trading Electricity in Both Pool and Forward Markets

The electricity industry throughout the world, which has long been dominated by vertically integrated utilities, has experienced major changes. Deregulation, unbundling, wholesale and retail wheeling, and real-time pricing were abstract concepts a few years ago. Today market forces drive the price of electricity and reduce the net cost through increased competition. As power markets continue to evolve, there is a growing need for advanced modeling approaches. This article addresses the challenge of maximizing the profit (or return) of power producers through the optimization of their share of customers. Power producers have fixed production marginal costs and decide the quantity of energy to sell in both day-ahead markets and a set of target clients, by negotiating bilateral contracts involving a three-rate tariff. Producers sell energy by considering the prices of a reference week and five different types of clients with specific load profiles. They analyze several tariffs and determine the best share of customers, i.e., the share that maximizes profit. © 2014 IEEE.

Memória de longo prazo nos retornos acionistas dos índices de referência da euronext, implicações para a hipótese de mercados eficientes e contributo fractal para aperfeiçoamento do capital asset pricing model

Não existe uma definição única de processo de memória de longo prazo. Esse processo é geralmente definido como uma série que possui um correlograma decaindo lentamente ou um espectro infinito de frequência zero. Também se refere que uma série com tal propriedade é caracterizada pela dependência a longo prazo e por não periódicos ciclos longos, ou que essa característica descreve a estrutura de correlação de uma série de longos desfasamentos ou que é convencionalmente expressa em termos do declínio da lei-potência da função auto-covariância. O interesse crescente da investigação internacional no aprofundamento do tema é justificado pela procura de um melhor entendimento da natureza dinâmica das séries temporais dos preços dos ativos financeiros. Em primeiro lugar, a falta de consistência entre os resultados reclama novos estudos e a utilização de várias metodologias complementares. Em segundo lugar, a confirmação de processos de memória longa tem implicações relevantes ao nível da (1) modelação teórica e econométrica (i.e., dos modelos martingale de preços e das regras técnicas de negociação), (2) dos testes estatísticos aos modelos de equilíbrio e avaliação, (3) das decisões ótimas de consumo / poupança e de portefólio e (4) da medição de eficiência e racionalidade. Em terceiro lugar, ainda permanecem questões científicas empíricas sobre a identificação do modelo geral teórico de mercado mais adequado para modelar a difusão das séries. Em quarto lugar, aos reguladores e gestores de risco importa saber se existem mercados persistentes e, por isso, ineficientes, que, portanto, possam produzir retornos anormais. O objetivo do trabalho de investigação da dissertação é duplo. Por um lado, pretende proporcionar conhecimento adicional para o debate da memória de longo prazo, debruçando-se sobre o comportamento das séries diárias de retornos dos principais índices acionistas da EURONEXT. Por outro lado, pretende contribuir para o aperfeiçoamento do capital asset pricing model CAPM, considerando uma medida de risco alternativa capaz de ultrapassar os constrangimentos da hipótese de mercado eficiente EMH na presença de séries financeiras com processos sem incrementos independentes e identicamente distribuídos (i.i.d.). O estudo empírico indica a possibilidade de utilização alternativa das obrigações do tesouro (OT’s) com maturidade de longo prazo no cálculo dos retornos do mercado, dado que o seu comportamento nos mercados de dívida soberana reflete a confiança dos investidores nas condições financeiras dos Estados e mede a forma como avaliam as respetiva economias com base no desempenho da generalidade dos seus ativos. Embora o modelo de difusão de preços definido pelo movimento Browniano geométrico gBm alegue proporcionar um bom ajustamento das séries temporais financeiras, os seus pressupostos de normalidade, estacionariedade e independência das inovações residuais são adulterados pelos dados empíricos analisados. Por isso, na procura de evidências sobre a propriedade de memória longa nos mercados recorre-se à rescaled-range analysis R/S e à detrended fluctuation analysis DFA, sob abordagem do movimento Browniano fracionário fBm, para estimar o expoente Hurst H em relação às séries de dados completas e para calcular o expoente Hurst “local” H t em janelas móveis. Complementarmente, são realizados testes estatísticos de hipóteses através do rescaled-range tests R/S , do modified rescaled-range test M - R/S e do fractional differencing test GPH. Em termos de uma conclusão única a partir de todos os métodos sobre a natureza da dependência para o mercado acionista em geral, os resultados empíricos são inconclusivos. Isso quer dizer que o grau de memória de longo prazo e, assim, qualquer classificação, depende de cada mercado particular. No entanto, os resultados gerais maioritariamente positivos suportam a presença de memória longa, sob a forma de persistência, nos retornos acionistas da Bélgica, Holanda e Portugal. Isto sugere que estes mercados estão mais sujeitos a maior previsibilidade (“efeito José”), mas também a tendências que podem ser inesperadamente interrompidas por descontinuidades (“efeito Noé”), e, por isso, tendem a ser mais arriscados para negociar. Apesar da evidência de dinâmica fractal ter suporte estatístico fraco, em sintonia com a maior parte dos estudos internacionais, refuta a hipótese de passeio aleatório com incrementos i.i.d., que é a base da EMH na sua forma fraca. Atendendo a isso, propõem-se contributos para aperfeiçoamento do CAPM, através da proposta de uma nova fractal capital market line FCML e de uma nova fractal security market line FSML. A nova proposta sugere que o elemento de risco (para o mercado e para um ativo) seja dado pelo expoente H de Hurst para desfasamentos de longo prazo dos retornos acionistas. O expoente H mede o grau de memória de longo prazo nos índices acionistas, quer quando as séries de retornos seguem um processo i.i.d. não correlacionado, descrito pelo gBm(em que H = 0,5 , confirmando- se a EMH e adequando-se o CAPM), quer quando seguem um processo com dependência estatística, descrito pelo fBm(em que H é diferente de 0,5, rejeitando-se a EMH e desadequando-se o CAPM). A vantagem da FCML e da FSML é que a medida de memória de longo prazo, definida por H, é a referência adequada para traduzir o risco em modelos que possam ser aplicados a séries de dados que sigam processos i.i.d. e processos com dependência não linear. Então, estas formulações contemplam a EMH como um caso particular possível.

ENCOURAGE architecture: support for heterogeneous smart grids

Our society relies on energy for most of its activities. One application domain inciding heavily on the energy budget regards the energy consumption in residential and non-residential buildings. The ever increasing needs for energy, resulting from the industrialization of developing countries and from the limited scalability of the traditional technologies for energy production, raises both problems and opportunities. The problems are related to the devastating effects of the greenhouse gases produced by the burning of oil and gas for energy production, and from the dependence of whole countries on companies providing gas and oil. The opportunities are mostly technological, since novel markets are opening for both energy production via renewable sources, and for innovations that can rationalize energy usage. An enticing research effort can be the mixing of these two aspects, by leveraging on ICT technologies to rationalize energy production, acquisition, and consumption. The ENCOURAGE project aims to develop embedded intelligence and integration technologies that will directly optimize energy use in buildings and enable active participation in the future smart grid environment.The primary application domains targeted by the ENCOURAGE project are non-residential buildings (e.g.: campuses) and residential buildings (e.g.: neighborhoods). The goal of the project is to achieve 20% of energy savings through the improved interoperability between various types of energy generation, consumption and storage devices; interbuilding energy exchange; and systematic performance monitoring.

A trader portfolio optimization of bilateral contracts in electricity retail markets

Electricity markets are systems for effecting the purchase and sale of electricity using supply and demand to set energy prices. Two major market models are often distinguished: pools and bilateral contracts. Pool prices tend to change quickly and variations are usually highly unpredictable. In this way, market participants often enter into bilateral contracts to hedge against pool price volatility. This article addresses the challenge of optimizing the portfolio of clients managed by trader agents. Typically, traders buy energy in day-ahead markets and sell it to a set of target clients, by negotiating bilateral contracts involving three-rate tariffs. Traders sell energy by considering the prices of a reference week and five different types of clients. They analyze several tariffs and determine the best share of customers, i.e., the share that maximizes profit. © 2014 IEEE.

Investment focused strategies in electricity markets using the ITEM-game simulator

This paper presents a methodology to establish investment and trading strategies of a power generation company. These strategies are integrated in the ITEM-Game simulator in order to test their results when played against defined strategies used by other players. The developed strategies are focused on investment decisions, although trading strategies are also implemented to obtain base case results. Two cases are studied considering three players with the same trading strategy. In case 1, all players also have the same investment strategy driven by a market target share. In case 2, player 1 has an improved investment strategy with a target share twice of the target of players 2 and 3. Results put in evidence the influence of the CO2 and fuel prices in the company investment decision. It is also observed the influence of the budget constraint which might prevent the player to take the desired investment decision.

Multi-agent simulation of bilateral contracting in competitive electricity markets

Traditional vertically integrated power utilities around the world have evolved from monopoly structures to open markets that promote competition among suppliers and provide consumers with a choice of services. Market forces drive the price of electricity and reduce the net cost through increased competition. Electricity can be traded in both organized markets or using forward bilateral contracts. This article focuses on bilateral contracts and describes some important features of an agent-based system for bilateral trading in competitive markets. Special attention is devoted to the negotiation process, demand response in bilateral contracting, and risk management. The article also presents a case study on forward bilateral contracting: a retailer agent and a customer agent negotiate a 24h-rate tariff. © 2014 IEEE.

Power producers trading electricity in both pool and forward markets

The electricity industry throughout the world, which has long been dominated by vertically integrated utilities, has experienced major changes. Deregulation, unbundling, wholesale and retail wheeling, and real-time pricing were abstract concepts a few years ago. Today market forces drive the price of electricity and reduce the net cost through increased competition. As power markets continue to evolve, there is a growing need for advanced modeling approaches. This article addresses the challenge of maximizing the profit (or return) of power producers through the optimization of their share of customers. Power producers have fixed production marginal costs and decide the quantity of energy to sell in both day-ahead markets and a set of target clients, by negotiating bilateral contracts involving a three-rate tariff. Producers sell energy by considering the prices of a reference week and five different types of clients with specific load profiles. They analyze several tariffs and determine the best share of customers, i.e., the share that maximizes profit. © 2014 IEEE.

Ferramenta de gestão de redes MESH

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização de Telecomunicações

Commercial agentes portfolio optimization in electricity markets

As it is well known, competitive electricity markets require new computing tools for power companies that operate in retail markets in order to enhance the management of its energy resources. During the last years there has been an increase of the renewable penetration into the micro-generation which begins to co-exist with the other existing power generation, giving rise to a new type of consumers. This paper develops a methodology to be applied to the management of the all the aggregators. The aggregator establishes bilateral contracts with its clients where the energy purchased and selling conditions are negotiated not only in terms of prices but also for other conditions that allow more flexibility in the way generation and consumption is addressed. The aggregator agent needs a tool to support the decision making in order to compose and select its customers' portfolio in an optimal way, for a given level of profitability and risk.

Diagnóstico e avaliação da segurança de estruturas de madeira existentes

A utilização da madeira enquanto material estrutural é um aspeto abordado com algum receio ou até desconhecimento por parte dos elementos intervenientes no processo de construção civil, sendo ainda uma área pouco lecionada e muitas vezes excluída dos planos curriculares em Engenharia Civil. Assim sendo é importante o surgimento de trabalhos relacionados com esta matéria, relembrando ao sector da construção civil e ao ramo de estudo relacionado, que a madeira já teve e possivelmente voltará a ter um papel importante a desempenhar na área da construção. Um dos aspetos evidenciados nos estudos realizados consiste na importância da reabilitação de edifícios e do seu papel cada vez mais determinante na sociedade. Esta metodologia de intervenção apresenta-se muitas vezes como uma vantagem económica assim como contribui para a preservação do património arquitetónico e cultural, cujo valor histórico é incalculável. A importância da reabilitação de edifícios habitacionais nas zonas históricas, bem como de monumentos de grande importância cultural apresenta-se cada vez mais como um desafio devido à falta de conservação dos mesmos ao longo da sua vida útil, e da necessidade de preservar a identidade do local, beneficiando assim a qualidade do tecido urbano. Assim sendo, este trabalho apresenta um levantamento dos danos possíveis de ocorrer em elementos de madeira, dando especial destaque aos agentes patológicos e às consequências da sua atividade na madeira assim como às metodologias de inspeção e diagnóstico que poderão ser aplicadas em estruturas de madeira existentes, favorecendo assim a vertente da reabilitação ao invés da demolição. Estas metodologias recorrem a ensaios não destrutivos, como é exemplo o Pilodyn, o Resistógrafo, o Ultra-sons, etc., referindo também o recurso a ensaios destrutivos, cuja utilização terá de ser uma questão muito bem ponderada devido às consequências que implica. Por fim, apresenta-se um caso real de estudo em que se analisa um pavimento em madeira através da aplicação de metodologias de ensaio não destrutivas e destrutivas a amostras recolhidas. O objetivo será determinar o estado de conservação da madeira e algumas características físicas tais como a sua densidade e os módulos de elasticidade, sendo posteriormente efetuada uma análise estrutural. Os resultados obtidos permitem efetuar uma avaliação qualitativa do estado geral do pavimento sendo as principais conclusões que o pavimento se encontra atacado por parte de insetos xilófagos e apresenta problemas a nível de verificação a estados limite de utilização, deformação e vibração, fator que condiciona a possível utilização do pavimento.

The impact of the 2008 and 2010 financial crises on international stock markets : contagion and long memory

Nesta tese estudamos os efeitos de contágio financeiro e de memória longa causados pelas crises financeiras de 2008 e 2010 em alguns mercados acionistas internacionais. A tese é composta por três ensaios interligados. No Ensaio 1, recorremos à teoria das cópulas para testar a existência de contágio e revelar os canais “investor induced” de transmissão da crise de 2008 aos mercados da Bélgica, França, Holanda e Portugal (grupo NYSE Euronext). Concluímos que existe contágio nestes mercados, que o canal “portfolio rebalancing” é o mecanismo mais importante de transmissão da crise, e que o fenómeno “flight to quality” está presente nos mercados. No Ensaio 2, usando novamente modelos de cópulas, avaliamos os efeitos de contágio provocados pelo mercado acionista grego nos mercados do grupo NYSE Euronext, no contexto da crise de 2010. Os resultados obtidos sugerem que durante a crise de 2010 apenas o mercado português foi objeto de contágio; além disso, conclui-se que os efeitos de contágio provocados pela crise de 2008 são claramente superiores aos efeitos provocados pela crise de 2010. No Ensaio 3, abordamos o tema da memória longa através do estudo do expoente de Hurst dos mercados acionistas da Bélgica, E.U.A., França, Grécia, Holanda, Japão, Reino Unido e Portugal. Verificamos que as propriedades de memória longa dos mercados foram afetadas pelas crises, especialmente a de 2008 – que aumentou a memória longa dos mercados e tornou-os mais persistentes. Finalmente, usando cópulas mais uma vez, verificamos que as crises provocaram, em geral, um aumento na correlação entre os expoentes de Hurst locais dos mercados foco das crises (E.U.A. e Grécia) e os expoentes de Hurst locais dos outros mercados da amostra, sugerindo que o expoente de Hurst pode ser utilizado para detetar efeitos de contágio financeiro. Em síntese, os resultados desta tese sugerem que comparativamente com períodos de acalmia, os períodos de crises financeiras tendem a provocar ineficiência nos mercados acionistas e a conduzi-los na direção da persistência e do contágio financeiro.

Long-run consumption risk with durable goods : UK evidence for equity and bond markets

"It is a widely accepted fact that the consumption-based capital asset pricing model (CCAPM) fails to provide a good explanation of many important features of the behaviour of financial market returns in a large range of countries over a long period of time. However, within a representative consumer/investor model, it is hard to see how the basic structure of the consumption based model can be safely abandoned." [introdução]