Short-term Wind Speed Forecasting using Support Vector Machines

Wind speed forecasting has been becoming an important field of research to support the electricity industry mainly due to the increasing use of distributed energy sources, largely based on renewable sources. This type of electricity generation is highly dependent on the weather conditions variability, particularly the variability of the wind speed. Therefore, accurate wind power forecasting models are required to the operation and planning of wind plants and power systems. A Support Vector Machines (SVM) model for short-term wind speed is proposed and its performance is evaluated and compared with several artificial neural network (ANN) based approaches. A case study based on a real database regarding 3 years for predicting wind speed at 5 minutes intervals is presented.

Distributed Intelligent Management of Microgrids using a Multi-Agent Simulation Platform

Multi-agent approaches have been widely used to model complex systems of distributed nature with a large amount of interactions between the involved entities. Power systems are a reference case, mainly due to the increasing use of distributed energy sources, largely based on renewable sources, which have potentiated huge changes in the power systems’ sector. Dealing with such a large scale integration of intermittent generation sources led to the emergence of several new players, as well as the development of new paradigms, such as the microgrid concept, and the evolution of demand response programs, which potentiate the active participation of consumers. This paper presents a multi-agent based simulation platform which models a microgrid environment, considering several different types of simulated players. These players interact with real physical installations, creating a realistic simulation environment with results that can be observed directly in the reality. A case study is presented considering players’ responses to a demand response event, resulting in an intelligent increase of consumption in order to face the wind generation surplus.

A New Heuristic Providing an Effective Initial Solution for a Simulated Annealing approach to Energy Resource Scheduling in Smart Grids

An intensive use of dispersed energy resources is expected for future power systems, including distributed generation, especially based on renewable sources, and electric vehicles. The system operation methods and tool must be adapted to the increased complexity, especially the optimal resource scheduling problem. Therefore, the use of metaheuristics is required to obtain good solutions in a reasonable amount of time. This paper proposes two new heuristics, called naive electric vehicles charge and discharge allocation and generation tournament based on cost, developed to obtain an initial solution to be used in the energy resource scheduling methodology based on simulated annealing previously developed by the authors. The case study considers two scenarios with 1000 and 2000 electric vehicles connected in a distribution network. The proposed heuristics are compared with a deterministic approach and presenting a very small error concerning the objective function with a low execution time for the scenario with 2000 vehicles.

Energy Resource Management under the Influence of the Weekend Transition Considering an Intensive use of Electric Vehicles

Energy resource scheduling is becoming increasingly important, as the use of distributed resources is intensified and of massive electric vehicle is envisaged. The present paper proposes a methodology for day-ahead energy resource scheduling for smart grids considering the intensive use of distributed generation and Vehicle-to-Grid (V2G). This method considers that the energy resources are managed by a Virtual Power Player (VPP) which established contracts with their owners. It takes into account these contracts, the users' requirements subjected to the VPP, and several discharge price steps. The full AC power flow calculation included in the model takes into account network constraints. The influence of the successive day requirements on the day-ahead optimal solution is discussed and considered in the proposed model. A case study with a 33-bus distribution network and V2G is used to illustrate the good performance of the proposed method.

Contextual and Environmental Awareness Laboratory for Energy Consumption Management

The recent changes on power systems paradigm requires the active participation of small and medium players in energy management. With an electricity price fluctuation these players must manage the consumption. Lowering costs and ensuring adequate user comfort levels. Demand response can improve the power system management and bring benefits for the small and medium players. The work presented in this paper, which is developed aiming the smart grid context, can also be used in the current power system paradigm. The proposed system is the combination of several fields of research, namely multi-agent systems and artificial neural networks. This system is physically implemented in our laboratories and it is used daily by researchers. The physical implementation gives the system an improvement in the proof of concept, distancing itself from the conventional systems. This paper presents a case study illustrating the simulation of real-time pricing in a laboratory.

Resource Scheduling in Residential Microgrids Considering Energy Selling to External Players

The operation of distribution networks has been facing changes with the implementation of smart grids and microgrids, and the increasing use of distributed generation. The specific case of distribution networks that accommodate residential buildings, small commerce, and distributed generation as the case of storage and PV generation lead to the concept of microgrids, in the cases that the network is able to operate in islanding mode. The microgrid operator in this context is able to manage the consumption and generation resources, also including demand response programs, obtaining profits from selling electricity to the main network. The present paper proposes a methodology for the energy resource scheduling considering power flow issues and the energy buying and selling from/to the main network in each bus of the microgrid. The case study uses a real distribution network with 25 bus, residential and commercial consumers, PV generation, and storage.

Previsão de avarias em transformadores de potência através da análise de ensaios físico-químicos

Os Transformadores de potência são máquinas de elevada importância ao nível dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE) uma vez que são estas máquinas que possibilitam a interligação dos diferentes níveis de tensão da rede e a transmissão de energia elétrica em Corrente Alternada (CA). Geralmente, estas máquinas são de grandes dimensões e de elevado nível de complexidade construtiva. Caracterizam-se por possuírem períodos de vida útil bastante elevados (vinte a trinta anos) e preços elevados, o que conduz a um nível de exigência de fiabilidade muito elevada, uma vez que não e viável a existência de muitos equipamentos de reserva nos SEE. Com o objetivo de tentar maximizar o período de vida útil dos transformadores de potência e a sua fiabilidade, tenta-se, cada vez mais, implementar conceitos de manutenção preventiva a este tipo de máquinas. No entanto, a gestão da sua vida útil e extremamente complexa na medida em que, estas máquinas têm vários componentes cruciais e suscetiveis de originar falhas e, quase todos eles, encontram-se no interior de uma cuba. Desta forma, não e possível obter uma imagem do seu estado, em tempo real, sem colocar o transformador fora de serviço, algo que acarreta custos elevados. Por este motivo, desenvolveu-se uma técnica que permite obter uma indicação do estado do transformador, em tempo real, sem o retirar de serviço, colhendo amostras do óleo isolante e procedendo a sua análise físico-química e Analise Gases Dissolvidos (DGA). As análises aos óleos isolantes tem vindo a adquirir uma preponderância muito elevada no diagnóstico de falhas e na analise do estado de conservação destes equipamentos tendo-se desenvolvido regras para interpretação dos parâmetros dos óleos com carácter normativo. Considerando o conhecimento relativo a interpretação dos ensaios físico-químicos e DGA ao oleol, e possível desenvolver ferramentas capazes de otimizar essas mesmas interpretações e aplicar esse conhecimento no sentido de prever a sua evolução, assim como o surgimento de possíveis falhas em transformadores, para assim otimizar os processos de manutenção. Neste campo as Redes Neuronais Artificiais (RNAs) têm um papel fundamental

Auditorias energéticas em ambiente industrial

Gestão de Energia e Sustentabilidade são os pilares em que assenta esta dissertação, realizada no âmbito da Energia Elétrica em Ambiente Industrial. Neste sentido, deve entender-se “Gestão de Energia” como o planeamento de operações nas unidades de produção e de consumo. Tem como objetivos a conservação dos recursos, proteção climática e redução de custos, para que seja possível o acesso permanente à energia de que necessitamos. “Sustentabilidade”, por definição, é uma caraterística ou condição de um processo ou de um sistema que permite a sua permanência, até um determinado nível, por um determinado prazo. A Indústria Têxtil, da região do Vale do Ave, por ser extensa e muito heterogénea, quer na qualidade, quer na dimensão e nos recursos que utiliza, apresentou-se como uma oportunidade para aplicar os conhecimentos adquiridos, nas diversas disciplinas do Mestrado em Engenharia Electrotécnica - Área de Sistemas Eléctricos de Energia e como meio condutor à tentativa de optimização e racionalização do consumo de Energia Elétrica no Sector. O modelo encontrado para dar uma resposta satisfatória ao inicialmente proposto foi a Auditoria Energética. Neste sentido, foram realizadas visitas às instalações industriais, para o levantamento e recolha de informação, que posteriormente viria a ser analisada e, com base na mesma, tentou apresentar-se um conjunto de soluções que visassem a eficiência Energética do sector. Com o decorrer das visitas, surgiu a necessidade de criar um modelo, que servisse de guia da auditoria. Algo que seria um bloco de notas, mas específico, de forma a não perder a informação recolhida. Então foi desenvolvida uma aplicação para IPAD/IPHONE, o que permite também a recolha e armazenamento de fotografias, que aqui tem um papel fundamental. Salienta-se que as expectativas foram ao encontro do esperado, pois o que se encontrou foi um número significativo de empresas a precisar deste contributo. Atuando no “combate” ao consumo desnecessário e ao desperdício, é estar a contribuir ativa e positivamente, no desenvolvimento próspero da temática de Sustentabilidade Energética.

Produção Fotovoltaica em Autoconsumo e Pequena Produção: Caso de Estudo do ISEP

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular de “Dissertação/Projeto/Estágio”, do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o crescente aumento do consumo energético a nível mundial, e consequente esgotamento dos recursos fósseis, surge a necessidade de procurar soluções alternativas para a produção de energia. As energias renováveis aparecem como uma solução sustentável na produção de eletricidade, pois a sua produção representa um menor custo. Este trabalho tem como principais objetivos o dimensionamento de uma central de produção fotovoltaica para o ISEP nos regimes de exploração em autoconsumo e pequena produção, tendo em conta o atual Decreto-Lei (DL) n.º 153/2014, e também a análise de viabilidade económica dessa mesma instalação. O sistema fotovoltaico usado no dimensionamento em autoconsumo e pequena produção foi realizado com recurso ao software PVsyst. Tendo em conta que os consumos do ISEP são bastante inferiores nos períodos de férias escolares e fins-de-semana, e também por haver uma limitação de área disponível para a colocação dos módulos fotovoltaicos, a melhor opção a adotar será um sistema fotovoltaico de 237 kWp, tanto para autoconsumo como para pequena produção. Outro objetivo é a realização de um estudo de viabilidade económica do sistema fotovoltaico dimensionado. Os resultados obtidos permitem então clarificar qual dos regimes de exploração é mais viável para o ISEP, sendo que esses resultados poderão servir de apoio a uma futura decisão, caso o ISEP decida instalar um sistema deste tipo.

Decision Support for Energy Contracts Negotiation with Game Theory and Adaptive Learning

This paper presents a decision support methodology for electricity market players’ bilateral contract negotiations. The proposed model is based on the application of game theory, using artificial intelligence to enhance decision support method’s adaptive features. This model is integrated in AiD-EM (Adaptive Decision Support for Electricity Markets Negotiations), a multi-agent system that provides electricity market players with strategic behavior capabilities to improve their outcomes from energy contracts’ negotiations. Although a diversity of tools that enable the study and simulation of electricity markets has emerged during the past few years, these are mostly directed to the analysis of market models and power systems’ technical constraints, making them suitable tools to support decisions of market operators and regulators. However, the equally important support of market negotiating players’ decisions is being highly neglected. The proposed model contributes to overcome the existing gap concerning effective and realistic decision support for electricity market negotiating entities. The proposed method is validated by realistic electricity market simulations using real data from the Iberian market operator—MIBEL. Results show that the proposed adaptive decision support features enable electricity market players to improve their outcomes from bilateral contracts’ negotiations.

Estratégias de Comercialização de Potência como Medida de Eficiência Energética

A presente dissertação insere-se no âmbito da unidade curricular “ Dissertação” do 2º ano do mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia. Com o aumento crescente do número de consumidores de energia, é cada vez mais imperioso a adoção de medidas de racionalização e gestão dos consumos da energia elétrica. Existem diferentes tipos de dificuldades no planeamento e implementação de novas centrais produtoras de energia renovável, pelo que também por este motivo é cada vez mais importante adoção de medidas de gestão de consumos, quer ao nível dos clientes alimentados em média tensão como de baixa tensão. Desta forma será mais acessível a criação de padrões de eficiência energética elevados em toda a rede de distribuição de energia elétrica. Também a economia é afetada por uma fraca gestão dos consumos por parte dos clientes. Elevados desperdícios energéticos levam a que mais energia tenha que ser produzida, energia essa que contribui ainda mais para a elevada taxa de dependência energética em Portugal, e para o degradar da economia nacional. Coloca-se assim a necessidade de implementar planos e métodos que promovam a eficiência energética e a gestão racional de consumos de energia elétrica. Apresenta-se nesta dissertação várias propostas, algumas na forma de projetos já em execução, que visam sensibilizar o consumidor para a importância da utilização eficiente de energia e, ao mesmo tempo, disponibilizam as ferramentas tecnológicas adequadas para auxiliar a implementação dos métodos propostos. Embora os planos apresentados, sobejamente conhecidos, tenham imensa importância, a implementação nos vários consumidores de sistemas capazes de efetivamente reduzir consumos tem um papel fundamental. Equipamentos de gestão de consumos, que são apresentados nesta dissertação, permitem ao consumidor aceder diretamente ao seu consumo. Podem aceder não apenas ao consumo global da instalação mas também ao consumo específico por equipamento, permitindo perceber onde se verifica a situação mais desfavorável. Funcionalidades de programação de perfis tipo, com limitações de potência em vários períodos horários, bem como possibilidades de controlo remoto com recurso a aplicações para Smartphones permitem a redução de consumos ao nível da rede de distribuição e, desta forma, contribuir para a redução dos desperdícios e da dependência energética em Portugal. No âmbito do trabalho de dissertação é desenvolvida uma metodologia de comercialização de potência, que é apresentada nesta tese. Esta metodologia propõem que o consumidor, em função dos seus consumos, pague apenas a quantidade de potência que efetivamente necessita num certo período de tempo. Assim, o consumidor deixa de pagar uma tarifa mensal fixa associada á sua potência contratada, e passará a pagar um valor correspondente apenas à potência que efetivamente solicitou em todas as horas durante o mês. Nesta metodologia que é apresentada, o consumidor poderá também fazer uma análise do seu diagrama de cargas e simular uma alteração da sua tarifa, tarifa esta que varia entre tarifa simples, bi-horária semanal, bi-horária diária, tri-horária semanal ou tri-horária diária, de forma a perceber em qual destas pagará um menor valor pela mesma energia. De forma a que o consumidor possa perceber se haverá vantagem de uma alteração para uma potência contratada flexível, ou para uma outra tarifa associada á energia, tem ao seu dispor uma ferramenta, que em função dos seus consumos, permite retirar conclusões sobre o preço final a pagar na fatura, após cada tipo de alteração. Esta ferramenta foi validada com recurso a várias simulações, para diferentes perfis de consumidores. Desta forma, o utilizador fica a perceber que realmente pode poupar com uma potência contratada flexível, ao mesmo tempo que pode identificar-se com um perfil de simulação e, mais facilmente, perceber para que alteração tarifária pode usufruir de uma maior poupança.

Multipacket reception in the presence of in-band full-duplex communication

In-Band Full-DupleX (IB-FDX) is defined as the ability for nodes to transmit and receive signals simultaneously on the same channel. Conventional digital wireless networks do not implement it, since a node’s own transmission signal causes interference to the signal it is trying to receive. However, recent studies attempt to overcome this obstacle, since it can potentially double the spectral efficiency of current wireless networks. Different mechanisms exist today that are able to reduce a significant part of the Self- Interference (SI), although specially tuned Medium Access Control (MAC) protocols are required to optimize its use. One of IB-FDX’s biggest problems is that the nodes’ interference range is extended, meaning the unusable space for other transmissions and receptions is broader. This dissertation proposes using MultiPacket Reception (MPR) to address this issue and adapts an already existing Single-Carrier with Frequency-Domain Equalization (SC-FDE) receiver to IB-FDX. The performance analysis suggests that MPR and IB-FDX have a strong synergy and are able to achieve higher data rates, when used together. Using analytical models, the optimal transmission patterns and transmission power were identified, which maximize the channel capacity with the minimal energy consumption. This was used to define a new MAC protocol, named Full-duplex Multipacket reception Medium Access Control (FM-MAC). FM-MAC was designed for a single-hop cellular infrastructure, where the Access Point (AP) and the terminals implement both IB-FDX and MPR. It divides the coverage range of the AP into a closer Full-DupleX (FDX) zone and a farther Half-DupleX (HDX) zone and adds a tunable fairness mechanism to avoid terminal starvation. Simulation results show that this protocol provides efficient support for both HDX and FDX terminals, maximizing its capacity when more FDX terminals are used.

Implementação de um sistema MPPT em circuito integrado CMOS

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Estudi sobre equalització electrònica per a sistemes de comunicació per fibra òptica

Estudi realitzat a partir d’una estada a Bell Labs (Lucent Technologies), New Jersey (Estats Units), entre el 15 de setembre de 2005 i el 15 de gener de 2006. Els sistemes de transmissió per fibra òptica fonamenten les principals xarxes de comunicacions. A mesura que la demanda d’ample de banda per usuari creixi, seran necessaris nous sistemes que siguin capaços de cobrir les necessitats a curt i llarg termini. La tecnologia dels sistemes òptics limita fortament la complexitat dels sistemes de transmissió / recepció en comparació, per exemple, als sistemes d’ones de ràdio. La tendència és la de dissenyar sistemes avançats amb detecció directa i mirar d’aplicar tècniques bàsiques de processat del senyal. Una d’aquestes tècniques és l’equalització electrònica, és a dir, fer ús de les tècniques de processament del senyal per tal de compensar la distorsió introduïda pel canal, deguda per una o diverses degradacions típiques: dispersió cromàtica, efectes no lineals, dispersió del mode de polarització (PMD) ... Dins d’un entorn comercial d’empresa, s’ha avaluat el funcionament dels sistemes d’equalització FFE-DFE aixi com MLSE en presència de dispersió cromàtica i/o dispersió del mode de polarització (PMD) en transmissions NRZ/RZ.

Instal·lació d'energia fotovoltaica d'una casa de colònies

Els objectius d'aquest projecte són el disseny d'una instal·lació fotovoltaica connectada a xarxa que sigui capaç de produir la mateixa quantitat d’energia que consumeix la casa de colònies a on es troba ubicada. La particularitat d’aquesta instal·lació serà que els generadors fotovoltaics aniran sobra una plataforma giratòria que seguirà el sol buscant sempre la millor i major producció energètica. El control d'aquesta estructura anirà a càrrec d'un autòmat programable. Aprofitant l'existència de panells fotovoltaics, s'ha dissenyat un sistema d’acumulació d’energia de 2 kW de potència que dotarà de corrent una línia que, en cas de falla en el sistema d’alimentació general, es mantindrà ininterrompuda. Aquesta línia serà de 230 V i està dissenyada per tenir una autonomia de 2 hores