Building intelligence open systems (BIOS)

Os edifícios estão a ser construídos com um número crescente de sistemas de automação e controlo não integrados entre si. Esta falta de integração resulta num caos tecnológico, o que cria dificuldades nas três fases da vida de um edifício, a fase de estudo, a de implementação e a de exploração. O desenvolvimento de Building Automation System (BAS) tem como objectivo assegurar condições de conforto, segurança e economia de energia. Em edifícios de grandes dimensões a energia pode representar uma percentagem significativa da factura energética anual. Um BAS integrado deverá contribuir para uma diminuição significativa dos custos de desenvolvimento, instalação e gestão do edifício, o que pode também contribuir para a redução de CO2. O objectivo da arquitectura proposta é contribuir para uma estratégia de integração que permita a gestão integrada dos diversos subsistemas do edifício (e.g. aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), iluminação, segurança, etc.). Para realizar este controlo integrado é necessário estabelecer uma estratégia de cooperação entre os subsistemas envolvidos. Um dos desafios para desenvolver um BAS com estas características consistirá em estabelecer a interoperabilidade entre os subsistemas como um dos principais objectivos a alcançar, dado que o fornecimento dos referidos subsistemas assenta normalmente numa filosofia multi-fornecedor, sendo desenvolvidos usando tecnologias heterogéneas. Desta forma, o presente trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma que se designou por Building Intelligence Open System (BIOS). Na implementação desta plataforma adoptou-se uma arquitectura orientada a serviços ou Service Oriented Architecture (SOA) constituída por quatro elementos fundamentais: um bus cooperativo, denominado BIOSbus, implementado usando Jini e JavaSpaces, onde todos os serviços serão ligados, disponibilizando um mecanismo de descoberta e um mecanismo que notificada as entidades interessadas sobre alterações do estado de determinado componente; serviços de comunicação que asseguram a abstracção do Hardware utilizado da automatização das diversas funcionalidades do edifício; serviços de abstracção de subsistemas no acesso ao bus; clientes, este podem ser nomeadamente uma interface gráfica onde é possível fazer a gestão integrada do edifício, cliente de coordenação que oferece a interoperabilidade entre subsistemas e os serviços de gestão energética que possibilita a activação de algoritmos de gestão racional de energia eléctrica.

On the Problem of Balancing the DC Capacitor Voltage Divider in Back-to-Back Multilevel Converters

This paper presents a new generalized solution for DC bus capacitors voltage balancing in back-to-back m level diode-clamped multilevel converters connecting AC networks. The solution is based on the DC bus average power flow and exploits the switching configuration redundancies. The proposed balancing solution is particularized for the back-to-back multilevel structure with m=5 levels. This back-to-back converter is studied working with bidirectional power flow, connecting an induction machine to the power grid.

A practical approach for profit-based unit commitment with emission limitations

This paper proposes a practical approach for profit-based unit commitment (PBUC) with emission limitations. Under deregulation, unit commitment has evolved from a minimum-cost optimisation problem to a profit-based optimisation problem. However, as a consequence of growing environmental concern, the impact of fossil-fuelled power plants must be considered, giving rise to emission limitations. The simultaneous address of the profit with the emission is taken into account in our practical approach by a multiobjective optimisation (MO) problem. Hence, trade-off Curves between profit and emission are obtained for different energy price profiles, in a way to aid decision-makers concerning emission allowance trading. Moreover, a new parameter is presented, ratio of change, and the corresponding gradient angle, enabling the proper selection of a compromise commitment for the units. A case study based on the standard IEEE 30-bus system is presented to illustrate the proficiency Of Our practical approach for the new competitive and environmentally constrained electricity supply industry.

Unit Commitment in a Competitive and Emission Constrained Environment

This paper is on the unit commitment problem, considering not only the economic perspective, but also the environmental perspective. We propose a bi-objective approach to handle the problem with conflicting profit and emission objectives. Numerical results based on the standard IEEE 30-bus test system illustrate the proficiency of the proposed approach.

Controlo de tráfego

O crescente número de automóveis nas ruas das grandes cidades, assim como o crescente número de transportes urbanos para atender o crescimento das populações, veio fazer com que as cidades cada vez mais fiquem mais congestionadas e mais propícias para acidentes envolvendo viaturas e peões. Devido a isso, foram criados sistemas de controlo de tráfego capazes de melhorar o tráfego urbano nas cidades, sem deixar de lado as preocupações com os peões e nem com as emissões de poluentes para o ar. Baseado nesse cenário, este trabalho tem como objetivo abordar as possíveis soluções existentes no mercado para melhorar o fluxo das viaturas, principalmente dos transportes colectivos, com prioridades para viaturas de emergências e autocarros, assim como, as passagens de peões, e sistemas de mobilidade urbana. Desempenho do transporte público pode ser melhorado através de um melhor controlo e gerenciamento de tráfego em geral. Nos testes realizados em campo: foi medida a velocidade de viagem do autocarro no cruzamento fixo (Praça de Espanha), e correlacionando-os com intervalos do ciclo dos semáforos para este cruzamento. A flexibilidade do controlador actuando, com o auxílio de detectores de veículos, sendo capaz de variar os intervalos dentro do ciclo, bem como o volume de carros e de prestações em velocidade de viagem do autocarro. Resultados mostram que, durante o período em estudo, os benefícios de velocidade da viagem do autocarro, seria possível, através de um verdadeiro controlo de tempo feedback de cooperação entre as áreas urbanas de controlo de tráfego (Gertrude) e do sistema de localização de veículos de transportes públicos (SAEIP). Ao longo prazo, sugerimos a implantação de um sistema integrado. Fazendo com que o volume no carro seja reduzido. Este efeito leva também, a um aumento da velocidade comercial do autocarro urbano, da mesma forma como foi proposto em nossa experiência.

Porto: cidade amiga das pessoas idosas. Um estudo centrado na perspectiva de idosos das freguesias de S. Nicolau e Sé

Uma cidade amiga das pessoas idosas é um meio urbano onde são proporcionadas condições de saúde, segurança e participação que permitem às pessoas mais velhas envelhecerem activamente e viverem com dignidade. A nossa investigação, de natureza qualitativa e exploratória, teve como objectivo verificar se a cidade do Porto possui características de uma cidade amiga das pessoas idosas, na perspectiva de idosos residentes neste meio urbano. Para tal, realizamos dois focus groups com idosos habitantes nas Freguesias de S. Nicolau e Sé, seleccionados a partir de uma amostragem por conveniência, tendo sido utilizado um guião de entrevista constituído pelas categorias: espaços exteriores e edifícios; transportes; habitação; respeito e inclusão social; participação social; participação cívica e emprego; comunicação e informação; apoio comunitário e serviços de saúde. No nosso estudo, foi possível constatar que os participantes, apesar de se manifestarem genericamente satisfeitos com a sua vida na cidade do Porto e identificarem algumas características desse meio urbano que podem ser consideradas como amigas das pessoas idosas, descreveram um vasto conjunto de condições da cidade que limitam o seu quotidiano. Neste sentido, relativamente aos espaços exteriores, para além de os caracterizarem como inseguros quanto ao crime, reconheceram essencialmente limitações à sua mobilidade e segurança física, tais como os declives acentuados e as irregularidades do terreno de certos passeios, o curto período de tempo proporcionado para que sejam atravessadas algumas passadeiras e o aglomerar de lixo e estacionamento de veículos em locais destinados a peões. Adicionalmente, os participantes manifestaram-se insatisfeitos com o número de autocarros e paragens disponíveis na sua freguesia e identificaram nas habitações existentes na cidade do Porto um elevado nível de degradação estrutural e uma falta generalizada de condições de conforto, acessibilidade e protecção face a condições atmosféricas. Em oposição, foi possível verificar que a maior parte dos participantes se sente respeitado e incluído nas actividades e eventos realizados na sua comunidade. Da mesma forma, mostraram-se satisfeitos com a variedade de actividades em que têm oportunidade de participar, incluindo actividades de voluntariado e trabalho não remunerado. Aspectos característicos de uma cidade amiga do idoso, tais como a aglomeração geográfica dos edifícios públicos e lojas e a existência de serviços de apoio comunitário foram também identificados.

Porto: cidade amiga das pessoas idosas: um estudo centrado na perspectiva de idosos das freguesias de Miragaia e Vitória

O presente estudo, de natureza qualitativa e exploratório, teve como objectivo verificar se a cidade do Porto possui características de uma cidade amiga das pessoas idosas, na perspectiva de idosos residentes neste meio urbano. Uma cidade amiga das pessoas idosas estimula um envelhecimento activo e com dignidade ao optimizar oportunidades para a saúde, participação e segurança. Foram realizados dois focus groups com pessoas idosas habitantes das Freguesias da Vitória e Miragaia, seleccionados a partir de uma amostragem por conveniência, recorrendo-se a um guião de entrevista constituído pelas seguintes categorias: espaços exteriores e edifícios; transportes; habitação; respeito e inclusão social; participação social; participação cívica e emprego; comunicação e informação; apoio comunitário e serviços de saúde. Desta forma, foi possível verificar que, apesar dos participantes identificarem um conjunto de condições que podem ser consideradas amigas das pessoas idosas, a maior parte das características referidas foram encaradas como negativas e com um impacto considerável no seu quotidiano. A participação social, os meios de informação disponíveis e os serviços comunitários são as condições perante as quais os participantes demonstram maior satisfação. Pelo contrário, em relação aos espaços exteriores, referem aspectos, como os grandes declives, as más condições dos pavimentos, os obstáculos nos passeios e a acumulação de lixo, que contribuem para um ambiente desagradável e inseguro. Quanto aos transportes, as modificações na identificação dos veículos, as alterações nos percursos, a pouca consciencialização dos motoristas em relação às necessidades dos mais velhos e as condições das paragens são os principais factores destacados, enquanto as habitações são consideradas antigas e com más condições estruturais e de acesso. De uma forma geral, estes idosos consideram-se pouco reconhecidos e desrespeitados pelos mais jovens e deparam-se com grandes dificuldades no acesso a actividades laborais e de voluntariado.

A congestion management and transmission price simulator for competitive electricity markets

In a liberalized electricity market, the Transmission System Operator (TSO) plays a crucial role in power system operation. Among many other tasks, TSO detects congestion situations and allocates the payments of electricity transmission. This paper presents a software tool for congestion management and transmission price determination in electricity markets. The congestion management is based on a reformulated Optimal Power Flow (OPF), whose main goal is to obtain a feasible solution for the re-dispatch minimizing the changes in the dispatch proposed by the market operator. The transmission price computation considers the physical impact caused by the market agents in the transmission network. The final tariff includes existing system costs and also costs due to the initial congestion situation and losses costs. The paper includes a case study for the IEEE 30 bus power system.

Fast optimum-predictive control and capacitor voltage balancing strategy for bipolar back-to-back NPC converters in high-voltage direct current transmission systems

Multilevel power converters have been introduced as the solution for high-power high-voltage switching applications where they have well-known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral point diode clamped converters (NPC converter) have been used inhigh-voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar-connected back-to-back NPC converters have advantages in long-distance HVDCtransmission systems over the full back-to-back connection, but greater difficulty to balance the dc capacitor voltage divider on both sending and receiving end NPC converters. This study shows that power flow control and dc capacitor voltage balancing are feasible using fast optimum-predictive-based controllers in HVDC systems using bipolar back-to-back-connected five-level NPC multilevel converters. For both converter sides, the control strategytakes in account active and reactive power, which establishes ac grid currents in both ends, and guarantees the balancing of dc bus capacitor voltages inboth NPC converters. Additionally, the semiconductor switching frequency is minimised to reduce switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy, and its capability to solve the DC capacitor voltage balancing problem of bipolar-connected back-to-back NPCconverters are evaluated.

Real-time energy resources scheduling considering intensive wind penetration

The use of distributed energy resources, based on natural intermittent power sources, like wind generation, in power systems imposes the development of new adequate operation management and control methodologies. A short-term Energy Resource Management (ERM) methodology performed in two phases is proposed in this paper. The first one addresses the day-ahead ERM scheduling and the second one deals with the five-minute ahead ERM scheduling. The ERM scheduling is a complex optimization problem due to the high quantity of variables and constraints. In this paper the main goal is to minimize the operation costs from the point of view of a virtual power player that manages the network and the existing resources. The optimization problem is solved by a deterministic mixedinteger non-linear programming approach. A case study considering a distribution network with 33 bus, 66 distributed generation, 32 loads with demand response contracts and 7 storage units and 1000 electric vehicles has been implemented in a simulator developed in the field of the presented work, in order to validate the proposed short-term ERM methodology considering the dynamic power system behavior.

Virtual power players demand response programs management based on locational marginal prices

Power systems have been suffering huge changes mainly due to the substantial increase of distributed generation and to the operation in competitive environments. Virtual power players can aggregate a diversity of players, namely generators and consumers, and a diversity of energy resources, including electricity generation based on several technologies, storage and demand response. Resource management gains an increasing relevance in this competitive context, while demand side active role provides managers with increased demand elasticity. This makes demand response use more interesting and flexible, giving rise to a wide range of new opportunities.This paper proposes a methodology for managing demand response programs in the scope of virtual power players. The proposed method is based on the calculation of locational marginal prices (LMP). The evaluation of the impact of using demand response specific programs on the LMP value supports the manager decision concerning demand response use. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 32 bus network with intensive use of distributed generation.

HVDC transmission systems: Bipolar back-to-back diode clamped multilevel converter with fastoptimum-predictive control and capacitor balancing strategy

Voltage source multilevel power converter structures are being considered for high power high voltage applications where they have well known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral diode clamped converters (NPC) have been used in high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar back-to-back connection of NPCs have advantages in long distance HVDC transmission systems, but highly increased difficulties to balance the dc capacitor voltage dividers on both sending and receiving end NPCs. This paper proposes a fast optimum-predictive controller to balance the dc capacitor voltages and to control the power flow in a long distance HVDCsystem using bipolar back-to-back connected NPCs. For both converter sides, the control strategy considers active and reactive power to establish ac grid currents on sending and receiving ends, while guaranteeing the balancing of both NPC dc bus capacitor voltages. Furthermore, the fast predictivecontroller minimizes the semiconductor switching frequency to reduce global switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy and the associated dc capacitors voltage balancing are evaluated. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Data mining techniques contributions to support electrical vehicle demand response

The introduction of Electric Vehicles (EVs) together with the implementation of smart grids will raise new challenges to power system operators. This paper proposes a demand response program for electric vehicle users which provides the network operator with another useful resource that consists in reducing vehicles charging necessities. This demand response program enables vehicle users to get some profit by agreeing to reduce their travel necessities and minimum battery level requirements on a given period. To support network operator actions, the amount of demand response usage can be estimated using data mining techniques applied to a database containing a large set of operation scenarios. The paper includes a case study based on simulated operation scenarios that consider different operation conditions, e.g. available renewable generation, and considering a diversity of distributed resources and electric vehicles with vehicle-to-grid capacity and demand response capacity in a 33 bus distribution network.

Multi-criteria short-term maintenance outage scheduling in smart distribution systems

Effective legislation and standards for the coordination procedures between consumers, producers and the system operator supports the advances in the technologies that lead to smart distribution systems. In short-term (ST) maintenance scheduling procedure, the energy producers in a distribution system access to the long-term (LT) outage plan that is released by the distribution system operator (DSO). The impact of this additional information on the decision-making procedure of producers in ST maintenance scheduling is studied in this paper. The final ST maintenance plan requires the approval of the DSO that has the responsibility to secure the network reliability and quality, and other players have to follow the finalized schedule. Maintenance scheduling in the producers’ layer and the coordination procedure between them and the DSO is modelled in this paper. The proposed method is applied to a 33-bus distribution system.

Study of distribution network demand response events in the Portuguese system

In competitive electricity markets with deep concerns for the efficiency level, demand response programs gain considerable significance. As demand response levels have decreased after the introduction of competition in the power industry, new approaches are required to take full advantage of demand response opportunities. Grid operators and utilities are taking new initiatives, recognizing the value of demand response for grid reliability and for the enhancement of organized spot markets’ efficiency. This paper proposes a methodology for the selection of the consumers that participate in an event, which is the responsibility of the Portuguese transmission network operator. The proposed method is intended to be applied in the interruptibility service implemented in Portugal, in convergence with Spain, in the context of the Iberian electricity market. This method is based on the calculation of locational marginal prices (LMP) which are used to support the decision concerning the consumers to be schedule for participation. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 937 bus distribution network with more than 20,000 consumers.