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.

A user-centered interface for scheduling problem definition

In this paper we present a user-centered interface for a scheduling system. The purpose of this interface is to provide graphical and interactive ways of defining a scheduling problem. To create such user interface an evaluation-centered user interaction development method was adopted: the star life cycle. The created prototype comprises the Task Module and the Scheduling Problem Module. The first one allows users to define a sequence of operations, i.e., a task. The second one enables a scheduling problem definition, which consists in a set of tasks. Both modules are equipped with a set of real time validations to assure the correct definition of the necessary data input for the scheduling module of the system. The usability evaluation allowed us to measure the ease of interaction and observe the different forms of interaction provided by each participant, namely the reactions to the real time validation mechanism.

Ant colony search algorithm for the optimal power flow problem

To maintain a power system within operation limits, a level ahead planning it is necessary to apply competitive techniques to solve the optimal power flow (OPF). OPF is a non-linear and a large combinatorial problem. The Ant Colony Search (ACS) optimization algorithm is inspired by the organized natural movement of real ants and has been successfully applied to different large combinatorial optimization problems. This paper presents an implementation of Ant Colony optimization to solve the OPF in an economic dispatch context. The proposed methodology has been developed to be used for maintenance and repairing planning with 48 to 24 hours antecipation. The main advantage of this method is its low execution time that allows the use of OPF when a large set of scenarios has to be analyzed. The paper includes a case study using the IEEE 30 bus network. The results are compared with other well-known methodologies presented in the literature.

Solving a signalized traffic intersection problem with an hyperbolic penalty function

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds many applications in fields such as engineering design, economic equilibrium and mathematical programming theory itself. A queueing system model resulting from a single signalized intersection regulated by pre-timed control in traffic network is considered. The model is formulated as an MPCC problem. A MATLAB implementation based on an hyperbolic penalty function is used to solve this practical problem, computing the total average waiting time of the vehicles in all queues and the green split allocation. The problem was codified in AMPL.

On the use of IEEE 802.15.4/Zigbee for time-sensitive wireless sensor network applications

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Algoritmos genéticos: aplicação na síntese de alguns algoritmos de controlo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização de Automação e Sistemas.

Aplicações e algoritmos de segurança rodoviária com o uso de sistemas de GPS e de comunicações WAVE

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Cooperative framework for open real-time systems

Actualmente, os sistemas embebidos estão presentes em toda a parte. Embora grande parte da população que os utiliza não tenha a noção da sua presença, na realidade, se repentinamente estes sistemas deixassem de existir, a sociedade iria sentir a sua falta. A sua utilização massiva deve-se ao facto de estarem practicamente incorporados em quase os todos dispositivos electrónicos de consumo, telecomunicações, automação industrial e automóvel. Influenciada por este crescimento, a comunidade científica foi confrontada com novos problemas distribuídos por vários domínios científicos, dos quais são destacados a gestão da qualidade de serviço e gestão de recursos - domínio encarregue de resolver problemas relacionados com a alocação óptima de recursos físicos, tais como rede, memória e CPU. Existe na literatura um vasto conjunto de modelos que propõem soluções para vários problemas apresentados no contexto destes domínios científicos. No entanto, não é possível encontrar modelos que lidem com a gestão de recursos em ambientes de execução cooperativos e abertos com restrições temporais utilizando coligações entre diferentes nós, de forma a satisfazer os requisitos não funcionais das aplicações. Devido ao facto de estes sistemas serem dinâmicos por natureza, apresentam a característica de não ser possível conhecer, a priori, a quantidade de recursos necessários que uma aplicação irá requerer do sistema no qual irá ser executada. Este conhecimento só é adquirido aquando da execução da aplicação. De modo a garantir uma gestão eficiente dos recursos disponíveis, em sistemas que apresentam um grande dinamismo na execução de tarefas com e sem restrições temporais, é necessário garantir dois aspectos fundamentais. O primeiro está relacionado com a obtenção de garantias na execução de tarefas de tempo-real. Estas devem sempre ser executadas dentro da janela temporal requirida. O segundo aspecto refere a necessidade de garantir que todos os recursos necessários à execução das tarefas são fornecidos, com o objectivo de manter os níveis de performance quer das aplicações, quer do próprio sistema. Tendo em conta os dois aspectos acima mencionados, o projecto CooperatES foi especificado com o objectivo de permitir a dispositivos com poucos recursos uma execução colectiva de serviços com os seus vizinhos, de modo a cumprir com as complexas restrições de qualidade de serviço impostas pelos utilizadores ou pelas aplicações. Decorrendo no contexto do projecto CooperatES, o trabalho resultante desta tese tem como principal objectivo avaliar a practicabilidade dos conceitos principais propostos no âmbito do projecto. O trabalho em causa implicou a escolha e análise de uma plataforma, a análise de requisitos, a implementação e avaliação de uma framework que permite a execução cooperativa de aplicações e serviços que apresentem requisitos de qualidade de serviço. Do trabalho desenvolvido resultaram as seguintes contribuições: Análise das plataformas de código aberto que possam ser utilizadas na implementação dos conceitos relacionados com o projecto CooperatES; Critérios que influenciaram a escolha da plataforma Android e um estudo focado na análise da plataforma sob uma perspectiva de sistemas de tempo-real; Experiências na implementação dos conceitos do projecto na plataforma Android; Avaliação da practicabilidade dos conceitos propostos no projecto CooperatES; Proposta de extensões que permitam incorporar características de sistemas de tempo real abertos na plataforma Android.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

EWASTEU Programme: proposals to minimise the problem of e‑waste

Hoje em dia muitos dos equipamentos elétricos e eletrónicos que compramos ficam obsoletos num curto espaço de tempo por causa dos rápidos avanços tecnológicos neste campo. Equipamentos como computadores, telemóveis e equipamentos elétricos e eletrónicos de pequeno e grande porte são transformados em lixo eletrónico e muitos deles são despejados no lixo comum. Para alterar este cenário, a União Europeia publicou diretivas neste domínio com o intuito de controlar o crescimento do lixo eletrónico e reduzir o seu impacto. Neste contexto, a Universidade de Yaşar (Turquia) submeteu à União Europeia um projeto (EWASTEU) com o objetivo de fornecer uma visão do que está acontecer com o equipamento transformado em lixo eletrónico e de apresentar algumas propostas para minimizar este problema. Uma das principais questões a ser respondida será a adequação das diretivas europeias.

Run-time monitoring in real-time operating systems

Embedded systems are increasingly complex and dynamic, imposing progressively higher developing time and costs. Tuning a particular system for deployment is thus becoming more demanding. Furthermore when considering systems which have to adapt themselves to evolving requirements and changing service requests. In this perspective, run-time monitoring of the system behaviour becomes an important requirement, allowing to dynamically capturing the actual scheduling progress and resource utilization. For this to succeed, operating systems need to expose their internal behaviour and state, making it available to external applications, and a runtime monitoring mechanism must be available. However, such mechanism can impose a burden in the system itself if not wisely used. In this paper we explore this problem and propose a framework, which is intended to provide this run-time mechanism whilst achieving code separation, run-time efficiency and flexibility for the final developer.

Fractional dynamics of genetic algorithms using hexagonal space tessellation

The paper formulates a genetic algorithm that evolves two types of objects in a plane. The fitness function promotes a relationship between the objects that is optimal when some kind of interface between them occurs. Furthermore, the algorithm adopts an hexagonal tessellation of the two-dimensional space for promoting an efficient method of the neighbour modelling. The genetic algorithm produces special patterns with resemblances to those revealed in percolation phenomena or in the symbiosis found in lichens. Besides the analysis of the spacial layout, a modelling of the time evolution is performed by adopting a distance measure and the modelling in the Fourier domain in the perspective of fractional calculus. The results reveal a consistent, and easy to interpret, set of model parameters for distinct operating conditions.

Root-locus practical sketching rules for fractional-order system

For integer-order systems, there are well-known practical rules for RL sketching. Nevertheless, these rules cannot be directly applied to fractional-order (FO) systems. Besides, the existing literature on this topic is scarce and exclusively focused on commensurate systems, usually expressed as the ratio of two noninteger polynomials. The practical rules derived for those do not apply to other symbolic expressions, namely, to transfer functions expressed as the ratio of FO zeros and poles. However, this is an important case as it is an extension of the classical integer-order problem usually addressed by control engineers. Extending the RL practical sketching rules to such FO systems will contribute to decrease the lack of intuition about the corresponding system dynamics. This paper generalises several RL practical sketching rules to transfer functions specified as the ratio of FO zeros and poles. The subject is presented in a didactic perspective, being the rules applied to several examples.

Mathematical aspects of the Heisenberg uncertainty principle within local fractional Fourier analysis

In this paper, we discuss the mathematical aspects of the Heisenberg uncertainty principle within local fractional Fourier analysis. The Schrödinger equation and Heisenberg uncertainty principles are structured within local fractional operators.

Legal and political regulation of higher education in Portugal: an evolutionary perspective on the current policy issues and the problem of order

The higher education system in Europe is currently under stress and the debates over its reform and future are gaining momentum. Now that, for most countries, we are in a time for change, in the overall society and the whole education system, the legal and political dimensions have gained prominence, which has not been followed by a more integrative approach of the problem of order, its reform and the issue of regulation, beyond the typical static and classical cost-benefit analyses. The two classical approaches for studying (and for designing the policy measures of) the problem of the reform of the higher education system - the cost-benefit analysis and the legal scholarship description - have to be integrated. This is the argument of our paper that the very integration of economic and legal approaches, what Warren Samuels called the legal-economic nexus, is meaningful and necessary, especially if we want to address the problem of order (as formulated by Joseph Spengler) and the overall regulation of the system. On the one hand, and without neglecting the interest and insights gained from the cost-benefit analysis, or other approaches of value for money assessment, we will focus our study on the legal, social and political aspects of the regulation of the higher education system and its reform in Portugal. On the other hand, the economic and financial problems have to be taken into account, but in a more inclusive way with regard to the indirect and other socio-economic costs not contemplated in traditional or standard assessments of policies for the tertiary education sector. In the first section of the paper, we will discuss the theoretical and conceptual underpinning of our analysis, focusing on the evolutionary approach, the role of critical institutions, the legal-economic nexus and the problem of order. All these elements are related to the institutional tradition, from Veblen and Commons to Spengler and Samuels. The second section states the problem of regulation in the higher education system and the issue of policy formulation for tackling the problem. The current situation is clearly one of crisis with the expansion of the cohorts of young students coming to an end and the recurrent scandals in private institutions. In the last decade, after a protracted period of extension or expansion of the system, i. e., the continuous growth of students, universities and other institutions are competing harder to gain students and have seen their financial situation at risk. It seems that we are entering a period of radical uncertainty, higher competition and a new configuration that is slowly building up is the growth in intensity, which means upgrading the quality of the higher learning and getting more involvement in vocational training and life-long learning. With this change, and along with other deep ones in the Portuguese society and economy, the current regulation has shown signs of maladjustment. The third section consists of our conclusions on the current issue of regulation and policy challenge. First, we underline the importance of an evolutionary approach to a process of change that is essentially dynamic. A special attention will be given to the issues related to an evolutionary construe of policy analysis and formulation. Second, the integration of law and economics, through the notion of legal economic nexus, allows us to better define the issues of regulation and the concrete problems that the universities are facing. One aspect is the instability of the political measures regarding the public administration and on which the higher education system depends financially, legally and institutionally, to say the least. A corollary is the lack of clear strategy in the policy reforms. Third, our research criticizes several studies, such as the one made by the OECD in late 2006 for the Ministry of Science, Technology and Higher Education, for being too static and neglecting fundamental aspects of regulation such as the logic of actors, groups and organizations who are major players in the system. Finally, simply changing the legal rules will not necessary per se change the behaviors that the authorities want to change. By this, we mean that it is not only remiss of the policy maker to ignore some of the critical issues of regulation, namely the continuous non-respect by academic management and administrative bodies of universities of the legal rules that were once promulgated. Changing the rules does not change the problem, especially without the necessary debates form the different relevant quarters that make up the higher education system. The issues of social interaction remain as intact. Our treatment of the matter will be organized in the following way. In the first section, the theoretical principles are developed in order to be able to study more adequately the higher education transformation with a modest evolutionary theory and a legal and economic nexus of the interactions of the system and the policy challenges. After describing, in the second section, the recent evolution and current working of the higher education in Portugal, we will analyze the legal framework and the current regulatory practices and problems in light of the theoretical framework adopted. We will end with some conclusions on the current problems of regulation and the policy measures that are discusses in recent years.