Disturbance detection for optimal database storage in electrical distribution systems using artificial immune systems with negative selection

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Medidores inteligentes: o primeiro passo em direção as redes inteligentes

Smart grids are the focus of major study today because of the necessity of modernization in electrical systems and reduction of greenhouse gas emissions that increases global warming. Reaching the best deployment method, you must first of all know the current electrical system and how to use them for the benefit of this new technology. Preparing the action plan we should be aware of the main points of smart grids in each step of the electricity system - generation, transmission and distribution. Analyzed these topics, this work will focus on the first step in the implementation of the smart grids: the smart meters, tool which is already being implemented in Brazil. The main characteristics and applications of these devices, as well as their communication structure with the core distributors will be showed during the paper. Finally, we present a case study which will be discussed and analyzed based in the results obtained with the implementation of smart meters in the city of Vancouver, Canada, where we have a considerable savings already in the first year, with fully paying the initial investment and still have a profit

Aplicação do conceito de geração distribuída a um sistema fotovoltaico residencial

This work presents a study about distributed generation using photovoltaic systems in the context of smart grids. The characteristics of a Smart Grid and the several aspects this concept involves - distributed generation among them - are discussed. There are also examples of equipment, like smart meters, and of national and international projects. The specificities of distributed generation and the rules and standards necessary in this sort of installation are talked through with focus in the solar energy generation method. Regarding photovoltaic systems, the working principles of the panels are presented, along with its main electrical characteristics and the technologies available. Finally there is a study concerning the sizing of a distributed generation system that involves photovoltaic panels in a residential plant. An analysis of the costs and return of investment period is made about the specific case in consideration.

Active power reserve for frequency control provided by distributed generators in distribution networks

In a smart grid environment, attention should be paid not only to the power supplied to satisfy loads and system losses but also to the services necessary to provide security and stability to the system: the so-called ancillary services. As they are well known the benefits that distributed generation can bring to electrical systems and to the environment, in this work the possibility that active power reserve for frequency control could be provided by distributed generators (DGs) in an efficient and economical way is explored. The proposed methodology was tested using the IEEE 34-bus distribution test system. The results show improvements in the capacity of the system for this ancillary service and decrease in system losses and payments of the distribution system operator to the DGs.

O papel dos consumidores residencias no ambiente das redes inteligentes: medidores eletrônicos de energia

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

A participação dos medidores eletrônicos na rede inteligente de energia elétrica

Depuis que l'électricité a été découverte et que le secteur électrique s'est considérablement développé dans le XVIIIe siècle, jamais l'homme n'a pu se détacher de cette énergie. Pendant longtemps le système d'énergie électrique a fonctionné sans grand changement, mais avec le développement rapide des technologies, de nouvelles améliorations apparaissent. Ce mémoire traite des nouveaux concepts de réseaux d'énergie électrique appelés Réseaux intelligents ou Smart Grid. À travers un panorama de leurs développements dans le monde, cette étude porte d'une part, sur l'avancée des projets dans quelques pays et d'autre part, du niveau de développement de ce réseau au Brésil et de son intérêt pour le pays. L'étude a comme point central un des composants de ce réseau intelligent, le compteur communicant, qui est l'élément essentiel des interconnexions entre consommateurs et producteurs. Ce rapport apporte un éclaircissement sur les compteurs conventionnels et les compteurs intelligents et sur leur mode de fonctionnement. Enfin il aborde la question des consommateurs : par quels moyens leur transmettre tous ces changements à venir, puisque jusqu'à présent, leur seule participation était de payer l'énergie consommée. Avec le nouveau réseau, ils deviendront de véritables acteurs puisqu'ils seront informés en temps réel de leur consommation d'énergie électrique. Pour terminer, le mémoire montrera comment ils pourront s'adapter à cette nouvelle façon de gérer leur consommation en ésperant les inciter à une utilisation plus raisonnable de l'énergie et à modifier leur comportement en gérant de manière active leur consommation en intégrant notamment les énergies renouvelables

Impacto da redução do nível de tensão na iluminação residencial em uma rede inteligente

In this paper, we will present an overview of the smart grid defining the three main systems that compose it: smart infrastructure system, smart management system and smart protection system. We will conceptualize a functionality of smart management system, the conservative voltage reduction, citing its benefits and its history of application. And, finally, we'll cover a test in which we reduce the nominal voltages on incandescent bulbs, CFL and LED, in the context of residential lighting, and on LED and HPS, in the context of public lighting. The test aims to check whether the voltage reduction adversely affects sources of lighting by measuring the temperature manually with a thermal imaging camera FLIR and illuminance with a LUX meter. The set of power factor, total harmonic distortion, and input power values will be collected automatically through the power quality Analyzer Fluke 345 with a probe Fluke Hall Effect Current. For residential lighting, it was found that both CFL and LED had good performance with the smallest variations in illuminance. Between both, the LED source had the lowest harmonics and the lowest power consumption, on the other hand incandescent bulbs had a bad performance as expected. Public light sources also had a good performance and obtained power factors within the standards, as opposed to the CFL and LED residential sources. The data collected clearly shows the feasibility for nominal voltage reductions. Even with small reductions, there are possibilities of savings which can be passed on to the utilities and consumers

A participação dos medidores eletrônicos na rede inteligente de energia elétrica

Depuis que l'électricité a été découverte et que le secteur électrique s'est considérablement développé dans le XVIIIe siècle, jamais l'homme n'a pu se détacher de cette énergie. Pendant longtemps le système d'énergie électrique a fonctionné sans grand changement, mais avec le développement rapide des technologies, de nouvelles améliorations apparaissent. Ce mémoire traite des nouveaux concepts de réseaux d'énergie électrique appelés Réseaux intelligents ou Smart Grid. À travers un panorama de leurs développements dans le monde, cette étude porte d'une part, sur l'avancée des projets dans quelques pays et d'autre part, du niveau de développement de ce réseau au Brésil et de son intérêt pour le pays. L'étude a comme point central un des composants de ce réseau intelligent, le compteur communicant, qui est l'élément essentiel des interconnexions entre consommateurs et producteurs. Ce rapport apporte un éclaircissement sur les compteurs conventionnels et les compteurs intelligents et sur leur mode de fonctionnement. Enfin il aborde la question des consommateurs : par quels moyens leur transmettre tous ces changements à venir, puisque jusqu'à présent, leur seule participation était de payer l'énergie consommée. Avec le nouveau réseau, ils deviendront de véritables acteurs puisqu'ils seront informés en temps réel de leur consommation d'énergie électrique. Pour terminer, le mémoire montrera comment ils pourront s'adapter à cette nouvelle façon de gérer leur consommation en ésperant les inciter à une utilisation plus raisonnable de l'énergie et à modifier leur comportement en gérant de manière active leur consommation en intégrant notamment les énergies renouvelables

Impacto da redução do nível de tensão na iluminação residencial em uma rede inteligente

In this paper, we will present an overview of the smart grid defining the three main systems that compose it: smart infrastructure system, smart management system and smart protection system. We will conceptualize a functionality of smart management system, the conservative voltage reduction, citing its benefits and its history of application. And, finally, we'll cover a test in which we reduce the nominal voltages on incandescent bulbs, CFL and LED, in the context of residential lighting, and on LED and HPS, in the context of public lighting. The test aims to check whether the voltage reduction adversely affects sources of lighting by measuring the temperature manually with a thermal imaging camera FLIR and illuminance with a LUX meter. The set of power factor, total harmonic distortion, and input power values will be collected automatically through the power quality Analyzer Fluke 345 with a probe Fluke Hall Effect Current. For residential lighting, it was found that both CFL and LED had good performance with the smallest variations in illuminance. Between both, the LED source had the lowest harmonics and the lowest power consumption, on the other hand incandescent bulbs had a bad performance as expected. Public light sources also had a good performance and obtained power factors within the standards, as opposed to the CFL and LED residential sources. The data collected clearly shows the feasibility for nominal voltage reductions. Even with small reductions, there are possibilities of savings which can be passed on to the utilities and consumers

Impatto della propagazione elettromagnetica sulle prestazioni delle reti M3N

Con il termine Smart Grid si intende una rete urbana capillare che trasporta energia, informazione e controllo, composta da dispositivi e sistemi altamente distribuiti e cooperanti. Essa deve essere in grado di orchestrare in modo intelligente le azioni di tutti gli utenti e dispositivi connessi al fine di distribuire energia in modo sicuro, efficiente e sostenibile. Questo connubio fra ICT ed Energia viene comunemente identificato anche con il termine Smart Metering, o Internet of Energy. La crescente domanda di energia e l’assoluta necessità di ridurre gli impatti ambientali (pacchetto clima energia 20-20-20 [9]), ha creato una convergenza di interessi scientifici, industriali e politici sul tema di come le tecnologie ICT possano abilitare un processo di trasformazione strutturale di ogni fase del ciclo energetico: dalla generazione fino all’accumulo, al trasporto, alla distribuzione, alla vendita e, non ultimo, il consumo intelligente di energia. Tutti i dispositivi connessi, diventeranno parte attiva di un ciclo di controllo esteso alle grandi centrali di generazione così come ai comportamenti dei singoli utenti, agli elettrodomestici di casa, alle auto elettriche e ai sistemi di micro-generazione diffusa. La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione che fornisca non solo la connettività fra i dispositivi, ma anche l’abilitazione di nuovi servizi energetici a valore aggiunto. In questo scenario, la strategia di comunicazione sviluppata per lo Smart Metering dell’energia elettrica, può essere estesa anche a tutte le applicazioni di telerilevamento e gestione, come nuovi contatori dell’acqua e del gas intelligenti, gestione dei rifiuti, monitoraggio dell’inquinamento dell’aria, monitoraggio del rumore acustico stradale, controllo continuo del sistema di illuminazione pubblico, sistemi di gestione dei parcheggi cittadini, monitoraggio del servizio di noleggio delle biciclette, ecc. Tutto ciò si prevede possa contribuire alla progettazione di un unico sistema connesso, dove differenti dispositivi eterogenei saranno collegati per mettere a disposizione un’adeguata struttura a basso costo e bassa potenza, chiamata Metropolitan Mesh Machine Network (M3N) o ancora meglio Smart City. Le Smart Cities dovranno a loro volta diventare reti attive, in grado di reagire agli eventi esterni e perseguire obiettivi di efficienza in modo autonomo e in tempo reale. Anche per esse è richiesta l’introduzione di smart meter, connessi ad una rete di comunicazione broadband e in grado di gestire un flusso di monitoraggio e controllo bi-direzionale esteso a tutti gli apparati connessi alla rete elettrica (ma anche del gas, acqua, ecc). La M3N, è un’estensione delle wireless mesh network (WMN). Esse rappresentano una tecnologia fortemente attesa che giocherà un ruolo molto importante nelle futura generazione di reti wireless. Una WMN è una rete di telecomunicazione basata su nodi radio in cui ci sono minimo due percorsi che mettono in comunicazione due nodi. E’ un tipo di rete robusta e che offre ridondanza. Quando un nodo non è più attivo, tutti i rimanenti possono ancora comunicare tra di loro, direttamente o passando da uno o più nodi intermedi. Le WMN rappresentano una tipologia di rete fondamentale nel continuo sviluppo delle reti radio che denota la divergenza dalle tradizionali reti wireless basate su un sistema centralizzato come le reti cellulari e le WLAN (Wireless Local Area Network). Analogamente a quanto successo per le reti di telecomunicazione fisse, in cui si è passati, dalla fine degli anni ’60 ai primi anni ’70, ad introdurre schemi di rete distribuite che si sono evolute e man mano preso campo come Internet, le M3N promettono di essere il futuro delle reti wireless “smart”. Il primo vantaggio che una WMN presenta è inerente alla tolleranza alla caduta di nodi della rete stessa. Diversamente da quanto accade per una rete cellulare, in cui la caduta di una Base Station significa la perdita di servizio per una vasta area geografica, le WMN sono provviste di un’alta tolleranza alle cadute, anche quando i nodi a cadere sono più di uno. L'obbiettivo di questa tesi è quello di valutare le prestazioni, in termini di connettività e throughput, di una M3N al variare di alcuni parametri, quali l’architettura di rete, le tecnologie utilizzabili (quindi al variare della potenza, frequenza, Building Penetration Loss…ecc) e per diverse condizioni di connettività (cioè per diversi casi di propagazione e densità abitativa). Attraverso l’uso di Matlab, è stato quindi progettato e sviluppato un simulatore, che riproduce le caratteristiche di una generica M3N e funge da strumento di valutazione delle performance della stessa. Il lavoro è stato svolto presso i laboratori del DEIS di Villa Grifone in collaborazione con la FUB (Fondazione Ugo Bordoni).

Progetto e valutazione di una piattaforma sperimentale di Internet of Energy per veicoli elettrici

This dissertation deals with the development of a project concerning a demonstration in the scope of the Supply Chain 6 of the Internet of Energy (IoE) project: the Remote Monitoring Emulator, which bears my personal contribution in several sections. IoE is a project of international relevance, that means to establish an interoperability standard as regards the electric power production and utilization infrastructure, using Smart Space platforms. The future perspectives of IoE have to do with a platform for electrical power trade-of, the Smart Grid, whose energy is produced by decentralized renewable sources and whose services are exploited primarily according to the Internet of Things philosophy. The main consumers of this kind of smart technology will be Smart Houses (that is to say, buildings controlled by an autonomous system for electrical energy management that is interoperable with the Smart Grid) and Electric Mobility, that is a smart and automated management regarding movement and, overall, recharging of electrical vehicles. It is precisely in the latter case study that the project Remote Monitoring Emulator takes place. It consists in the development of a simulated platform for the management of an electrical vehicle recharging in a city. My personal contribution to this project lies in development and modeling of the simulation platform, of its counterpart in a mobile application and implementation of a city service prototype. This platform shall, ultimately, make up a demonstrator system exploiting the same device which a real user, inside his vehicle, would use. The main requirements that this platform shall satisfy will be interoperability, expandability and relevance to standards, as it needs to communicate with other development groups and to effectively respond to internal changes that can affect IoE.

Impianti per la generazione distribuita di biometano e per l'immissione nelle reti di distribuzione del gas naturale.

Studio dell'avvento di nuove realtà produttive energetiche da fonti rinnovabili nel settore del gas naturale. Il settore analizzato risulta quello relativo all'allacciamento di impianti di produzione di biometano alla rete del gas naturale. La finalità è la valutazione degli effetti della generazione distribuita di biometano nel futuro sistema del gas naturale (Smart Grid Gas) in termini di progettazione e conduzione del sistema nel suo complesso.

Cooperative Cognitive Wireless Networks over TV White and Gray Spaces

Wireless networks rapidly became a fundamental pillar of everyday activities. Whether at work or elsewhere, people often benefits from always-on connections. This trend is likely to increase, and hence actual technologies struggle to cope with the increase in traffic demand. To this end, Cognitive Wireless Networks have been studied. These networks aim at a better utilization of the spectrum, by understanding the environment in which they operate, and adapt accordingly. In particular recently national regulators opened up consultations on the opportunistic use of the TV bands, which became partially free due to the digital TV switch over. In this work, we focus on the indoor use of of TVWS. Interesting use cases like smart metering and WiFI like connectivity arise, and are studied and compared against state of the art technology. New measurements for TVWS networks will be presented and evaluated, and fundamental characteristics of the signal derived. Then, building on that, a new model of spectrum sharing, which takes into account also the height from the terrain, is presented and evaluated in a real scenario. The principal limits and performance of TVWS operated networks will be studied for two main use cases, namely Machine to Machine communication and for wireless sensor networks, particularly for the smart grid scenario. The outcome is that TVWS are certainly interesting to be studied and deployed, in particular when used as an additional offload for other wireless technologies. Seeing TVWS as the only wireless technology on a device is harder to be seen: the uncertainity in channel availability is the major drawback of opportunistic networks, since depending on the primary network channel allocation might lead in having no channels available for communication. TVWS can be effectively exploited as offloading solutions, and most of the contributions presented in this work proceed in this direction.

Controllo della tensione della rete di distribuzione in media tensione tramite comunicazione diretta con la generazione distribuita.

Le attività riguardanti la mia tesi sono state svolte presso Hera S.p.A.. Hera ha iniziato nel 2013 un progetto sperimentale di implementazione di tecnologie cosiddette smart grid su una porzione di rete gestita. Il progetto di Hera si focalizza su diversi aspetti riguardanti sia l’automazione della rete MT, ai fini della riduzione del tempo necessario per individuare il guasto in linea, sia su aspetti riguardanti la regolazione della tensione. In particolare la mia attività di tesi si è incentrata sugli aspetti riguardanti la regolazione della tensione, partendo da una panoramica di quelli che sono ad oggi i metodi più diffusi di regolazione della tensione agendo essenzialmente sul regolatore sotto carico del trasformatore AT/MT presente in cabina primaria e descrivendo quello che è invece il metodo analizzato nel dimostrativo di Hera. In particolare mi sono soffermato sulla regolazione di tensione realizzata con il supporto dei generatori distribuiti connessi alla rete MT di Hera i quali possono, nei limiti delle loro capability, intervenire all’occorrenza assorbendo od erogando potenza reattiva. Il supporto dei generatori distribuiti può essere richiesto qualora la regolazione realizzata con la variazione del commutatore sottocarico del trasformatore in cabina primaria non sia sufficiente per ottenere il risultato desiderato. Appare sin d’ora evidente che questo tipo di regolazione presuppone l’esistenza di una infrastruttura di comunicazione tra il centro operativo del distributore e il campo, inteso come i nodi su cui sono connessi i generatori. Nell’ambito del dimostrativo Hera ha quindi progettato e sta ora realizzando l’infrastruttura di comunicazione che permette la comunicazione del centro di telecontrollo con i generatori. Questa infrastruttura ha caratteristiche particolarmente performanti non tanto per conseguire gli scopi della regolazione, che comunque non necessitano di tempi di latenza eccessivamente stringenti, quanto piuttosto per implementare un’automazione di rete veloce che permette di evitare la disalimentazione degli utenti a monte di guasto attraverso una selezione rapida e intelligente del ramo guasto.

NodePM: A Remote Monitoring Alert System for Energy Consumption Using Probabilistic Techniques

In this paper, we propose an intelligent method, named the Novelty Detection Power Meter (NodePM), to detect novelties in electronic equipment monitored by a smart grid. Considering the entropy of each device monitored, which is calculated based on a Markov chain model, the proposed method identifies novelties through a machine learning algorithm. To this end, the NodePM is integrated into a platform for the remote monitoring of energy consumption, which consists of a wireless sensors network (WSN). It thus should be stressed that the experiments were conducted in real environments different from many related works, which are evaluated in simulated environments. In this sense, the results show that the NodePM reduces by 13.7% the power consumption of the equipment we monitored. In addition, the NodePM provides better efficiency to detect novelties when compared to an approach from the literature, surpassing it in different scenarios in all evaluations that were carried out.