Previsão de produção de energia eléctrica através de fontes de energia renováveis

Com o passar do tempo, a aposta em energias renováveis tem vindo a aumentar. De forma a prever o que se irá produzir com os sistemas de energias renováveis, é necessário desenvolver modelos preditivos, específicos para cada situação. No Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) encontra-se um sistema fotovoltaico e um sistema eólico em funcionamento, e assim de forma a ter uma estimativa da produção de energia de ambos os sistemas, propôs-se nesta dissertação desenvolver um modelo de previsão de produção de energia eléctrica para os sistemas fotovoltaico e eólico. Para desenvolver o modelo preditivo pretendido, em primeiro lugar recolheram-se os dados meteorológicos e de produção de energia no ano 2013 e realizou-se um processamento desses mesmos dados, com a linguagem de programação Java, uma vez que não se encontravam na melhor forma para serem analisados e utilizados para construção do modelo. Após realizado o processamento, como os dados do ano de 2014 existentes não eram suficientes para testar o modelo depois de ser desenvolvido, geraram-se dados meteorológicos para 2014 tendo em consideração os dados de 2013. Para os dados de energia produzida, criaram-se superfícies de aproximação a partir dos dados de 2013, e utilizando os dados meteorológicos gerados para 2014 obteve-se uma aproximação da energia produzida. Tendo todos os dados necessários para a construção do modelo e posteriormente para o testar, iniciouse o pré-processamento dos dados com recurso a filtros e à Análise em Componentes Principais. Por fim, construíram-se duas estruturas diferentes de Redes Neuronais Artificiais de modo a verificar qual se adequa melhor aos sistemas existentes. Para validar o modelo construído com base em redes neuronais testou-se o modelo com os dados de 2014, diferentes dos utilizados na sua construção. Com os resultados obtidos concluiu-se que o filtro mais adequado para o pré-processamento é o filtro Savitzky-Golay e a estrutura do modelo mais indicada para o pretendido será a Rede Neuronal Artificial (RNA) com apenas uma camada intermédia.

Comercialização de energia em mercados em bolsa: simulador multi-agente e análise do impacto da geração variável nos preços diários

O processo de reestruturação do setor elétrico deu origem à criação de diferentes estruturas de mercado, tendo como objetivo o aumento da competitividade e eficiência. Atualmente, a comercialização de energia elétrica pode ser realizada com recurso a mercados em bolsa ou através da celebração de contratos bilaterais. Sendo o mercado em bolsa caraterizado por uma forte volatilidade de preços, e considerando a atribuição de incentivos para o crescimento da geração renovável não controlada, revela-se importante analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. Neste contexto, a presente dissertação tem como principais objetivos estudar e implementar os algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, normalmente utilizados no mercado em bolsa, bem como dotar o simuladormultiagente MANREM com um módulo para simular os mercados diário e intradiário, e analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. O estudo detalhado de um caso prático e os resultados obtidos com recurso ao simuladormulti-agente permitiram replicar, em computador, o impacto esperado, sendo possível observar uma redução de preços e uma alteração dos compromissos de produção dos produtores convencionais. O estudo contemplou a simulação do mercado diário com recurso aos algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, podendo constatar-se que a ferramenta multi-agente constitui um auxiliar importante à tomada de decisão nos mercados de eletricidade.

Previsão de produção de energia elétrica através de fontes de energia renováveis

A capacidade de prever precisamente a produção de energia renovável é extremamente relevante tanto do ponto de vista económico como para controlo da estabilidade da rede elétrica. Para tal, é necessário realizar uma previsão das condições meteorológicas adjacentes à produção de energia a partir de fontes de energia renovável. Vários modelos de previsão têm sido utilizados para este fim, desde modelos atmosféricos a modelos estatísticos, onde se destacam métodos como Redes Neuronais Artificiais ou a Metodologia de Box & Jenkins. Lidar com dados meteo-rológicos pode revelar algumas complicações devido à possível instabilidade das medições, com-plicando o desenvolvimento de um modelo de previsão adequado. Neste trabalho pretende-se realizar a previsão de produção a partir de uma instalação fotovoltaica e um gerador eólico através do uso da Metodologia de Box & Jenkins para desenvolver um modelo capaz de realizar a previsão das condições meteorológicas para diferentes horizontes temporais medidos no topo do edifício do Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade Nova de Lisboa (UNL), e usando esses valores para calcular a produção de energia. Os resultados obtidos revelaram um bom desempenho quando comparados os resultados previstos com os resultados reais para o mesmo período de tempo, garantindo que podem ser utilizados para calcular a previsão de potência produzida através das instalações presentes no local e encorajando novos estudos no tema.

Quadrature generators based on ring oscillators and shift registers

Quadrature oscillators are key elements in modern radio frequency (RF) transceivers and very useful nowadays in wireless communications, since they can provide: low quadrature error, low phase-noise, and wide tuning range (useful to cover several bands). RC oscillators can be fully integrated without the need of external components (external high Q-inductors), optimizing area, cost, and power consumption. The conventional structure of ring oscillator offers poor frequency stability and phasenoise, low quality factor (Q), and besides being vulnerable to process, voltage and temperature (PVT) variations, its performance degrades as the frequency of operation increases. This thesis is devoted to quadrature oscillators and presents a detailed comparative study of ring oscillator and shift register (SR) approaches. It is shown that in SRs both phase-noise and phase error are reduced, while ring oscillators have the advantage of occupying less area and less consumption due to the reduced number of components in the circuit. Thus, although ring oscillators are more suitable for biomedical applications, SRs are more appropriate for wireless applications, especially when specification requirements are more stringent and demanding. The first architecture studied consists in a simple CMOS ring oscillator employing an odd number of static single-ended inverters as delay cells. Subsequently, the quadrature 4-stage ring oscillator concept is shown and post-layout simulations are presented. The 3 and 4-phase single-frequency local oscillator (LO) generators employing SRs are presented, the latter with 50% and 25% duty-cycles. The circuits operate at 600 MHz and 900 MHz, and were designed in a 130 nm standard CMOS technology with a voltage supply of 1.2 V.

Contratos bilaterais em mercados de energia elétrica multiagente: protocolo de rede de contratos

O setor elétrico tem assistido a mudanças profundas na sua estrutura e organização, devido à sua liberalização, o que levou a uma maior competitividade nos mercados de energia elétrica. Uma gestão eficiente dos mercados de energia torna-se cada vez mais uma prioridade devido aos riscos que estes podem apresentar, aliado à elevada volatilidade dos preços e volumes nos diferentes períodos horários (incertezas na produção e consumo). A liberalização do setor elétrico levou à criação de simuladores computacionais com o objetivo de representarem os mercados de energia e as entidades nele representados. Estes são uma ferramenta essencial no apoio e compreensão do funcionamento dos mercados. A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver um simulador de apoio à decisão na negociação de contratos bilaterais baseado no protocolo de rede de contratos. O simulador foi analisado e testado com recurso a um caso prático envolvendo quatro comercializadores (retalhistas) e um consumidor industrial real (fábrica KERION Ceramics) do distrito de Aveiro. Foi efetuada uma análise à fábrica com o intuito de identificar e propor mediadas de eficiência energética. Foi também simulada a negociação de um novo contrato, com vista à redução dos custos energéticos da fábrica. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador desenvolvido é uma ferramenta importante no apoio à negociação de contratos bilaterais e, mais importante, que o consumidor industrial KERION Ceramics pode beneficiar com a negociação de um novo contrato.

Product extension services deployment platform

Due to the progresses made in the branch of embedded technologies, manufacturers are becoming able to pack their shop floor level manufacturing resources with even more complex functionalities. This technological progression is radically changing the way production systems are designed and deployed, as well as, monitored and controlled. The dissemination of smart devices inside production processes confers new visibility on the production system while enabling for a more efficient and effective management of the operations. By turning the current manufacturing resources functionalities into services based on a Service Oriented Architecture (SOA), in order to expose them as a service to the user, the binomial manufacturing resource/service will push the entire manufacturing enterprise visibility to another level while enabling the global optimization of the operations and processes of a production system while, at the same time, supporting its accommodation to the operational spike easily and with reduced impact on production. The present work implements a Cloud Manufacturing infrastructure for achieving the resource/service value-added i.e. to facilitate the creation of services that are the composition of currently available atomic services. In this context, manufacturing resource virtualization (i.e. formalization of resources capabilities into services accessible inside and outside the enterprise) and semantic representation/description are the pillars for achieving resource service composition. In conclusion, the present work aims to act on the manufacturing resource layer where physical resources and shop floor capabilities are going to be provided to the user as a SaaS (Software as a Service) and/or IaaS (Infrastructure as a Service).

Sensores “em movimento"

A domótica e a Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) são dois conceitos que estão a ter bastante impacto na sociedade e a mudar o seu quotidiano, pelo que o utilizador é mais exigente na utilização dos seus equipamentos, pretendendo, que sejam mais simples e eficazes. A IoT é também muito utilizada na vertente da qualidade de vida (verificação da qualidade do ar, temperatura etc.) pelo que é necessário a utilização de uma rede de sensores de forma que toda a informação recolhida seja disponibilizada ao utilizador. Os sensores estão ligados a nós da rede de forma a recolherem informação. Essa rede pode ser constituída por diferentes topologias, sendo que a mais usual é a rede em Malha, pois no caso de um dos nós deixar de funcionar, a mensagem é enviada através de outros nós até chegar ao nó principal. O passo seguinte consiste em enviar toda essa informação para a Cloud, sendo que, nas soluções existentes, é necessário que o utilizador tenha um ponto fixo (gateway) com acesso à internet. Quando não é possível internet por cabo, a solução é a utilização de redes sem fios ou a utilização de, por exemplo, um cartão 3G/4G que implica o pagamento de taxas às operadoras móveis. Estas soluções implicam, na sua grande maioria uma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. O grande problema surge quando o utilizador não possui nenhum acesso à Internet (no local onde são instalados os sensores), ou no caso de não existência de nenhuma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. A solução proposta nesta dissertação consiste na utilização de um telemóvel, de um utilizador aleatório, como gateway. Assim, um utilizador comum pode ligar os seus sensores onde for necessário. Esses sensores são configurados Over-The-Air através de uma camada de aplicação do dispositivo de comunicação, como por exemplo, o Synapse. Após configuração, os sensores estão prontos a recolher toda a informação e enviá-la através da rede até ao nó principal. O nó principal é constituído pelo dispositivo de comunicação referido anteriormente, ligado a um microcontrolador (Arduino, por exemplo) que tem agregado um leitor de cartões SD e um dispositivo Bluetooth (BLE). Toda a informação recolhida pelos sensores é guardada no cartão SD até que um utilizador, com um telemóvel (Smartphone Android com a aplicação desenvolvida instalada) com o Bluetooth ligado, se aproxime do nó principal. Assim que a ligação é aceite e estabelecida, a aplicação envia a data mais recente de um sensor específico presente na sua base de dados na Cloud para o Arduino, permitindo que este apague os dados mais antigos presentes no cartão e envie, como resposta para o telemóvel, a informação mais antiga recolhida pelo sensor, atualizando assim a informação. A aplicação deste conceito pode ser útil quando não existe nenhuma ligação à internet ou quando um utilizador, por exemplo uma entidade responsável pelo meio ambiente e que seja necessário inserir sensores numa floresta, para prevenção de fogos. Assim os nós vão enviar toda a informação recolhida através da sua rede. Posteriormente, cabe ao utilizador escolher um sítio estratégico, onde saiba que irão passar indivíduos com alguma frequência, de modo a que estes recebam essa informação para o seu telemóvel.

Specification of a partial replication protocol with TLA+

Nowadays, data available and used by companies is growing very fast creating the need to use and manage this data in the most efficient way. To this end, data is replicated overmultiple datacenters and use different replication protocols, according to their needs, like more availability or stronger consistency level. The costs associated with full data replication can be very high, and most of the times, full replication is not needed since information can be logically partitioned. Another problem, is that by using datacenters to store and process information clients become heavily dependent on them. We propose a partial replication protocol called ParTree, which replicates data to clients, and organizes clients in a hierarchy, using communication between them to propagate information. This solution addresses some of these problems, namely by supporting partial data replication and offline execution mode. Given the complexity of the protocol, the use of formal verification is crucial to ensure the protocol two correctness properties: causal consistency and preservation of data. The use of TLA+ language and tools to formally specificity and verify the proposed protocol are also described.

Estudo da influência do nevoeiro salino nas propriedades de calcários portugueses

O nevoeiro salino é um agente de meteorização importante para a maioria dos materiais de construção. Os produtos em pedra natural não são exceção. A estrutura das rochas geralmente apresenta características texturais (rede de poros, microfissuras, fissuras, planos de xistosidade, etc.), que facilitam a penetração do nevoeiro salino na pedra e a condensação no seu interior. A presença da solução salina pode conduzir à degradação da rocha e em casos extremos, à sua total desintegração, através de mecanismos físicos decorrentes da cristalização de sais, da hidratação destes, ou de distintas dilatações/retrações térmicas entre sal e rocha. Contudo, a pedra também pode ser alterada por processos químicos, dos quais a dissolução dos carbonatos é um exemplo. Entre os principais tipos de rocha explorados em Portugal, os calcários são particularmente suscetíveis ao nevoeiro salino, posto que geralmente apresentam porosidades abertas com valores elevados e uma rede de poros que permite uma penetração mais profunda do nevoeiro salino na estrutura da pedra. O estudo do comportamento dos calcários ao nevoeiro salino assume particular importância em Portugal, devido ao facto do país possuir uma orla costeira extensa, grande parte da qual sob a influência de nevoeiro salino. É o litoral que apresenta a maior densidade populacional e, consequentemente, onde se concentram as construções. Além disto, Portugal possui vastas reservas de calcários ornamentais, que são utilizados em larga escala como materiais de construção, desde tempos imemoriais e cuja procura pelo mercado externo, tem vindo a sofrer um incremento significativo. Para este estudo foram selecionados seis calcários portugueses amplamente aplicados e com propriedades físico-mecânicas diferentes. Depois de analisadas as suas características petrográficas, químicas e as principais propriedades tecnológicas, os calcários foram submetidos aos seguintes ensaios de envelhecimento: choque térmico, gelo e nevoeiro salino. A determinação de todas as características tecnológicas através de normas europeias, permitiu uma análise crítica dos respetivos métodos de ensaio e a elaboração de propostas de melhoria de alguns dos métodos. No nevoeiro salino, a avaliação deste ensaio foi complementada com as determinações e análises a seguir apresentadas, não exigidas pela norma europeia: variações na absorção de água e na resistência à flexão; comparação do ensaio em três acabamentos superficiais distintos; análises comparativas de imagens macroscópicas da superfície, de imagens através de lupa binocular e de imagens de eletrões secundários, obtidas com recurso a microssonda eletrónica. Os resultados permitiram avaliar a aptidão dos calcários para os principais tipos de aplicações e, dentro de cada uma, para condições específicas de uso. Assim, foi possível definir as utilizações recomendadas para cada calcário, com o objectivo de maximizar a sua durabilidade. Os ensaios de envelhecimento possibilitaram determinar a resistência dos calcários perante várias condições climáticas específicas, incluindo as existentes em zonas costeiras. A análise detalhada dos resultados do nevoeiro salino reforça o conhecimento de que a porosidade aberta desempenha um papel determinante no comportamento dos calcários neste ensaio de durabilidade. Verificou-se, também, que os acabamentos superficiais grosseiros são mais suscetíveis ao nevoeiro salino, mas menos sensíveis às alterações cromáticas provocadas por este ensaio. Constatou-se que o nevoeiro salino gera perda de brilho nas superfícies com acabamento polido. Por fim, concluiu-se que a perda de massa registada por todas as amostras de calcário ensaiadas, ficou a dever-se essencialmente a processos de dissolução do CaCO3.

User-centric product derivation in software product lines

Software Product Line (SPL) engineering aims at achieving efficient development of software products in a specific domain. New products are obtained via a process which entails creating a new configuration specifying the desired product’s features. This configuration must necessarily conform to a variability model, that describes the scope of the SPL, or else it is not viable. To ensure this, configuration tools are used that do not allow invalid configurations to be expressed. A different concern, however, is making sure that a product addresses the stakeholders’ needs as best as possible. The stakeholders may not be experts on the domain, so they may have unrealistic expectations. Also, the scope of the SPL is determined not only by the domain but also by limitations of the development platforms. It is therefore possible that the desired set of features goes beyond what is possible to currently create with the SPL. This means that configuration tools should provide support not only for creating valid products, but also for improving satisfaction of user concerns. We address this goal by providing a user-centric configuration process that offers suggestions during the configuration process, based on the use of soft constraints, and identifying and explaining potential conflicts that may arise. Suggestions help mitigating stakeholder uncertainty and poor domain knowledge, by helping them address well known and desirable domain-related concerns. On the other hand, automated conflict identification and explanation helps the stakeholders to understand the trade-offs required for realizing their vision, allowing informed resolution of conflicts. Additionally, we propose a prototype-based approach to configuration, that addresses the order-dependency issues by allowing the complete (or partial) specification of the features in a single step. A subsequent resolution process will then identify possible repairs, or trade-offs, that may be required for viabilization.

Controlo remoto de um robô com recurso ao sistema Android

A interação homem-máquina é muitas vezes um processo excessivamente artificial. Para o homem constitui um desafio permanente a otimização dessa interação capaz de controlar a máquina de modo mais eficiente através de uma maior simplicidade de procedimentos. Este estudo sugere uma forma facilitadora desse controlo. Neste caso, pretende-se controlar um robô por meio de tele-operação, sem contacto visual direto. Um robô incorporando uma câmara é controlado através de um smartphone, que para tal, irá exibir na sua interface a visão do robô e um painel tátil para o controlar. No que diz respeito ao controlo, foram desenvolvidos dois modos de condução, um manual e outro com a velocidade assistida, recorrendo à lei de potência 2/3. Deste modo, deseja-se mostrar que o modo de condução de velocidade assistida facilita a condução ao homem. Com essa finalidade, foi implementado um sistema assente na construção de um robô e no desenvolvimento de uma aplicação Android para controlo do mesmo. Com recurso a este sistema, foi elaborada uma experiência, da qual foram recolhidos dados a fim de testar a hipótese que um robô que implementa leis biológicas no seu modo de funcionamento, facilita a interação homem-máquina.

Desempenho de técnicas de acesso distribuído em sistemas de comunicação sem fios de múltipla receção

Nas redes sem fios tradicionais, os nós recetores permitem apenas uma única receção individual. Contudo com o aumento do número de dispositivos móveis nas redes sem fios, tem-se explorado novas técnicas que permitem múltiplas receções em simultâneo (Multipacket Reception) (MPR), tais como CDMA, OFDMA e MU-MIMO. Estas técnicas permitem melhorar o desempenho dos sistemas, aumentando também os débitos de transferências de dados. Apesar deste desenvolvimento, os protocolos de controlo de acesso ao meio não estão desenhados para suportar múltiplas receções, admitindo ainda os pressupostos originais. Isto faz com que se estejam a desperdiçar recursos do canal, não aproveitando ao máximo as capacidades que os sistemas MPR têm para oferecer. Nesta dissertação estuda-se a condição de receção com sucesso de múltiplas transmissões. Isto permite obter um modelo para caracterizar o número de transmissões recebidas com sucesso tendo em conta o número de nós que transmitem em simultâneo e modelando também a probabilidade de receção com sucesso individual. A partir desta caracterização, é verificado o desempenho de cinco protocolos MAC diferentes com suporte para múltiplas receções em simultâneo. Realizando uma avaliação integrada (tendo em conta o nível físico e o nível MAC) para os diferentes protocolos estudados, realiza-se uma avaliação comparativa relativamente ao débito atingido por cada um deles. Propõem-se por fim dois novos protocolos MAC com suporte para múltiplas transmissões em simultâneo para que se faça um melhor aproveitamento das capacidades permitidas pelos sistemas MPR, atingindo também melhores débitos.

Semantic relations extraction from unstructured information for domain ontologies enrichment

Based in internet growth, through semantic web, together with communication speed improvement and fast development of storage device sizes, data and information volume rises considerably every day. Because of this, in the last few years there has been a growing interest in structures for formal representation with suitable characteristics, such as the possibility to organize data and information, as well as the reuse of its contents aimed for the generation of new knowledge. Controlled Vocabulary, specifically Ontologies, present themselves in the lead as one of such structures of representation with high potential. Not only allow for data representation, as well as the reuse of such data for knowledge extraction, coupled with its subsequent storage through not so complex formalisms. However, for the purpose of assuring that ontology knowledge is always up to date, they need maintenance. Ontology Learning is an area which studies the details of update and maintenance of ontologies. It is worth noting that relevant literature already presents first results on automatic maintenance of ontologies, but still in a very early stage. Human-based processes are still the current way to update and maintain an ontology, which turns this into a cumbersome task. The generation of new knowledge aimed for ontology growth can be done based in Data Mining techniques, which is an area that studies techniques for data processing, pattern discovery and knowledge extraction in IT systems. This work aims at proposing a novel semi-automatic method for knowledge extraction from unstructured data sources, using Data Mining techniques, namely through pattern discovery, focused in improving the precision of concept and its semantic relations present in an ontology. In order to verify the applicability of the proposed method, a proof of concept was developed, presenting its results, which were applied in building and construction sector.