ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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- Estratégias de implementação de plataformas de e-maintenance na indústria: desenvolvimento de uma aplicação para um sistema logístico de viaturasPublication . Abreu, Rui; Vale, Zita; Santos, Adriano Manuel de AlmeidaA evolução tecnológica, com particular incidência nas tecnologias de informação, e a necessidade de uma integração cada vez mais profunda do sector da manutenção na gestão estratégica global da empresa, contribuíram para o aparecimento do fenómeno denominado e-maintenance. Para ir ao encontro das necessidades da empresa do futuro, os conceitos associados à manutenção deverão ser cada vez mais refinados e explorados, tais como a manutenção proactiva, a manutenção baseada em condições, a manutenção remota ou a manutenção colaborativa, entre outras. Neste trabalho o termo e-maintenance foi entendido como uma componente de suporte à manutenção, onde se incluem os recursos, serviços e actividades de gestão necessários para habilitar a execução de processos de decisão proactivos. O desenvolvimento de plataformas de e-maintenance, entendidas como a agregação de software, hardware e outras tecnologias que, integradas, oferecem um determinado serviço, foi determinante para a evolução deste conceito, na medida em que permitiu a estudantes, grupos de investigação ou empresas o aprofundamento das suas diversas valências. Contudo, quando se analisam as realidades concretas de algumas unidades industriais, verifica-se que a implementação de plataformas de emaintenance na indústria não é um processo simples, devido a vários factores, como a heterogeneidade de sistemas em funcionamento, custos envolvidos ou resistência à mudança. O presente trabalho tem por objectivo desenvolver uma aplicação que irá transformar um sistema automatizado de pesagem de viaturas, usado na indústria cimenteira em vários países, numa plataforma de e-maintenance. O sistema é baseado na monitorização constante da degradação dos componentes críticos e através de um sistema de alertas permite antecipar as falhas, enviando ordens de serviço a equipas de trabalho previamente definidas e com habilitações específicas. É ainda enviada a informação documental referente à intervenção, bem como ao conjunto de acessórios e peças de substituição necessários. A aplicação denomina-se SLV_EMAINT e foi desenvolvida na Framework SLV Cement da empresa Cachapuz. Foram desenvolvidos vários módulos, denominados e-team, e-doc e e-sparts, bem como o módulo de gestão da manutenção que permite definir e controlar todo o fluxo de informação. Um sistema de aquisição de dados faz o interface entre a componente física e o módulo de gestão. Foi desenvolvido um simulador digital para permitir verificar o comportamento do sistema em situação de degradação dos componentes ou de avaria efectiva.
- Estratégias de oferta em leilões simétricos no âmbito dos mercados liberalizados de electricidadePublication . Ribeiro, Ana Catarina Silva; Vale, Zita; Ferreira, M. JuditeAs mudanças ocorridas em diversos países no final dos anos 80, levaram a uma reestruturação da regulação e da organização dos mercados de energia eléctrica. Os produtores passam a vender energia e serviços directamente aos consumidores ou por intermédio de um mercado bolsista. Esta nova dimensão dos sistemas eléctricos acarreta novos desafios ao nível da coordenação entre a componente técnica e a comercial. Contudo as restrições técnicas nem sempre permitem a um agente de mercado tirar o maior proveito ao nível económico, isto acontece devido à complexa relação que existe entre os sistemas de energia e os mercados de energia, uma área ainda em desenvolvimento, onde existe pouca experiência e com pouca informação histórica. O objectivo deste trabalho consistiu em definir estratégias de oferta para os agentes participantes nos mercados de leilões simétricos de energia. São descritos aspectos económicos relacionados com a arquitectura de mercados competitivos, reconhecendo a importância da organização dos mercados e é descrita a experiência da reestruturação em mercados europeus. O trabalho inclui o desenvolvimento de metodologia no Excel que permite prever o preço de mercado, e na qual foram definidas cinco estratégias. A primeira estratégia utiliza a média ponderada de todas as quartas-feiras de Outubro de 2008, a segunda utiliza a média ponderada dos últimos 7 dias úteis, entre 20 e 28 de Outubro de 2008, a terceira utiliza o método de regressão linear considerando todos os dias úteis entre 1 a 28 de Outubro de 2008, a quarta utiliza a média ponderada de todos os dias úteis entre 1 a 28 de Outubro de 2008 e a quinta utiliza a regressão linear considerando os últimos 7 dias úteis, entre 20 e 28 de Outubro de 2008. As estratégias de previsão de preço, utilizaram como base o histórico do OMEL, assim permitiram analisar as tendências de mercado e evolução de preços em quatro momentos distintos, ao longo dos dias, com a utilização de médias e regressões que consideram um intervalo de dias seguidos; ao longo de cada dia da semana separadamente, considerando apenas o mesmo dia das semanas anteriores; mudanças rápidas de mercado, considerando apenas os dias mais recentes; comportamento do mercado a mais longo prazo, considerando intervalos de dados de vários meses. Todas as estratégias são testadas no simulador MASCEM o que permite fazer uma análise de resultados num ambiente de mercado. No final é feita ainda, recorrendo à aplicação MatLab, a análise do comportamento dos agentes utilizando clusters por dia e por período. O texto expõe as possibilidades e limitações destas estratégias e mais-valias que proporcionam.
- Sistema de treino para pilotos de parapentePublication . Silva, Sérgio Miguel Duarte da; Gomes, NunoO trabalho aqui apresentado teve como principal objectivo o desenvolvimento de um simulador de voo de parapente. O trabalho pode ser dividido em três partes. Na primeira foi desenvolvida uma pesquisa, desenvolvimento e construção de uma estrutura física que permita a movimentação do utilizador do simulador. Depois de uma pesquisa sobre simuladores de voo de parapente na World Wide Web foram encontradas algumas, embora poucas, estruturas para simuladores deste tipo. Foram estudadas várias soluções, sendo escolhidas três. Das escolhidas foi feito o estudo físico e mecânico de duas delas a partir do qual foi escolhida uma, por ser a que reúne as características pretendidas nomeadamente simples construção, fácil montagem e portabilidade. Por fim realizou-se a construção da estrutura que é baseada num baloiço de criança, que foi reforçado e alterado de forma a permitir a movimentação do utilizador em profundidade e lateralmente. Na segunda, foi feita a escolha dos equipamentos que permitem a movimentação do utilizador. Após análise a escolha recaiu sobre motores de passo-a-passo e equipamentos adjacentes, drive e fontes de alimentação. Por fim, desenvolveram-se alguns programas informáticos de controlo de posição e variação de velocidade que interagem com o utilizador através dum teclado ou um joystick.
- Resolução do problema do escalonamento da produção de energia eléctrica usando programação lógica por restriçõesPublication . Malheiro, Rui Pedro Teixeira; Gomes, NunoA operação dos Mercados de Energia Eléctrica passa, actualmente, por uma profunda reestruturação, com o principal foco nas transacções do sistema de transmissão entre os diferentes agentes. Tendo isso em conta, o serviço de transmissão neste novo esquema de funcionamento do Mercado de Energia Eléctrica deve ser provido de máxima eficiência económica, atendendo sempre às restrições de segurança do sistema. Com esta reorganização do sector eléctrico da última década surgiu também a necessidade de rever os modelos tradicionais de optimização económica do Sistema Eléctrico de Energia, como por exemplo o despacho e prédespacho (unit commitment). A reestruturação e liberalização dos mercados de energia eléctrica trouxeram novas restrições a alguns dos problemas tradicionais associados aos Sistemas Eléctricos de Energia. Um desses problemas é o Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica, que no contexto actual, implica quase sempre negociação entre os diferentes agentes do mercado e consequentemente reescalonamento. A maioria dos métodos usados para a resolução do problema não permitem reformular o prédespacho, algo para que a Programação Lógica por Restrições é extremamente adequada. O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa criar uma aplicação computacional com base na Programação Lógica por Restrições, através da plataforma ECLiPSe, para resolver o problema do Escalonamento da Produção de Energia Eléctrica dos grupos térmicos, demonstrando assim a versatilidade e flexibilidade deste tipo de programação aplicada a problema combinatoriais deste género.
- Software de apoio à implementação de sistemas híbridos de produção de energia eléctrica baseados em energias renováveisPublication . Santos, Hélder Daniel da Rocha; Dias, Custódio João PaisO aumento da população Mundial, particularmente em Países emergentes como é o caso da China e da Índia, tem-se relevado um problema adicional no que confere às dificuldades associadas ao consumo mundial de energia, pois esta situação limita inequivocamente o acesso destes milhões de pessoas à energia eléctrica para os bens básicos de sobrevivência. Uma das muitas formas de se extinguir esta necessidade, começa a ser desenvolvida recorrendo ao uso de recursos renováveis como fontes de energia. Independentemente do local do mundo onde nos encontremos, essas fontes de energia são abundantes, inesgotáveis e gratuitas. O problema reside na forma como esses recursos renováveis são geridos em função das solicitações de carga que as instalações necessitam. Sistemas híbridos podem ser usados para produzir energia em qualquer parte do mundo. Historicamente este tipo de sistemas eram aplicados em locais isolados, mas nos dias que correm podem ser usados directamente conectados à rede, permitindo que se realize a venda de energia. Foi neste contexto que esta tese foi desenvolvida, com o objectivo de disponibilizar uma ferramenta informática capaz de calcular a rentabilidade de um sistema híbrido ligado à rede ou isolado. Contudo, a complexidade deste problema é muito elevada, pois existe uma extensa panóplia de características e distintos equipamentos que se pode adoptar. Assim, a aplicação informática desenvolvida teve de ser limitada e restringida aos dados disponíveis de forma a poder tornar-se genérica, mas ao mesmo tempo permitir ter uma aplicabilidade prática. O objectivo da ferramenta informática desenvolvida é apresentar de forma imediata os custos da implementação que um sistema híbrido pode acarretar, dependendo apenas de três variáveis distintas. A primeira variável terá de ter em consideração o local de instalação do sistema. Em segundo lugar é o tipo de ligação (isolado ou ligado à rede) e, por fim, o custo dos equipamentos (eólico, solar e restantes componentes) que serão introduzidos. Após a inserção destes dados a aplicação informática apresenta valores estimados de Payback e VAL.
- Estudo técnico relativo à instalação de micro eólicas em edifícios urbanos para microprodução de energia eléctricaPublication . Faria, Ricardo Jorge Outor Castro; Dias, Custódio João PaisO Planeta Terra tem vindo a ser fustigado pelas alterações climáticas resultado da poluição ambiental provocada pelo Homem. Com o objectivo de minimizar estes efeitos deletérios, os países mais desenvolvidos estabeleceram compromissos relativamente às emissões de gases com efeito de estufa, tendo por base o Protocolo de Kyoto. A iniciativa «Renováveis na Hora» é uma das medidas previstas no plano para a política de energia e alterações climáticas, apresentado em Fevereiro de 2008, pelo Ministério da Economia e da Inovação Português. Actualmente, em Portugal, existe um mercado emergente para a microgeração, que se rege segundo a legislação aplicada recentemente, que estabelece o novo regime jurídico aplicável à produção de energia por intermédio de unidades de microprodução. Esta iniciativa levará à criação de um novo paradigma de exploração e utilização de energia. Deste modo, é fundamental avançar com alguns alertas das condições de exploração. A energia eólica é umas das fontes renováveis em que o rendimento de conversão pode atingir valores interessantes (poderá ser superior a 50%) e em determinadas regiões o seu potencial é bastante bom, nomeadamente em zonas litorais e em zonas montanhosas. Em ambiente urbano é impraticável a instalação de grandes torres eólicas, mas a micro produção baseada em pequenas turbinas eólicas é perfeitamente possível e desejável. O propósito deste trabalho é realizar um estudo de cariz técnico acerca da instalação de um mini parque eólico num edifício urbano, tendo em conta todas as condicionantes (velocidade do vento, obstáculos na zona, altura de montagem, inter-distância entre aerogeradores). Foi realizado um software que irá auxiliar a escolha dos aerogeradores e inversores para o tipo de local onde vai ser instalado o parque eólico.
- Sistema de treino para ciclistasPublication . Brandão, Paulo Ricardo Pinho; Gomes, NunoNo trabalho é desenvolvido um sistema de treino para ciclistas. O sistema de treino é constituído por uma bicicleta de ―Spinning‖, um travão accionado electricamente, e por um sensor de velocidade, utilizado para medir a velocidade de rotação da roda de inércia. Nos primeiros capítulos encontra-se o estudo dos vários conceitos que envolvem o sistema de treino. É realizado um estudo sobre as principais forças que actuam numa bicicleta. Outro conceito estudado é o filtro Kalman (FK). Este será importante para o controlo do sistema de treino. O modelo do sistema de treino está dividido em duas partes. A primeira corresponde ao sistema mecânico, e a segunda o sistema de controlo e actuação. Este é constituído por um sensor de velocidade, uma unidade de estimação e o sistema de actuação do travão da bicicleta. A unidade de estimação é composta por conjunto de filtros de Kalman que estima a velocidade, a aceleração e a posição necessárias ao cálculo da força resistente ao movimento do conjunto ciclista bicicleta. Os resultados da simulação do sistema mostram que o sistema de treino modelado apresenta um desempenho bastante razoável. A estimação efectuada pelos filtros dos valores da velocidade, da aceleração e da posição do ciclista, permite a unidade de controlo do sistema calcular o valor da força resistente ao movimento.
- Leilão de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica em ambiente de mercadoPublication . Ermida, Pedro José da Fonseca Pinto; Ferreira, M. Judite; Vale, ZitaOs direitos de transmissão (Transmission Rigths – TRs) correspondem, na sua essência, a contratos que conferem aos seus proprietários o direito de transmitir energia eléctrica, por um determinado caminho, a um preço fixo. Na actualidade vive-se uma era de liberalização dos mercados de energia eléctrica nos quais, no caso concreto dos mercados de TRs, os diversos agentes podem ceder os TRs que possuem a outros agentes desde que cumpram certos requisitos impostos pelo sistema na figura do seu operador de sistema (Independent System Operator – ISO). Neste sentido, o ISO oferece, aos diversos agentes do mercado, algumas ferramentas que lhes permite transaccionar, sob sua orientação, os seus respectivos TRs fazendo-se cumprir todos os requisitos indispensáveis para o efeito. A mais popular dessas ferramentas, nos principais mercados energético da actualidade, é o leilão. Com o presente trabalho de dissertação é pretendido apresentar-se um modelo para a resolução do problema inerente a um leilão de TRs em ambiente de mercado, neste caso concreto de direitos de transmissão financeiros de energia eléctrica (Financial Transmission Rigths – FTRs). Neste sentido foi desenvolvido um simulador informático (SIM_AuctFTR) que implementa um modelo para este tipo de problemas. Este trabalho foi estruturado essencialmente em três etapas com objectivos inerentes. Assim, numa primeira fase da realização deste trabalho, foi realizado um estudo de diversos conceitos e metodologias inerentes ao problema de leilão de FTRs em ambiente de mercado, suportado por uma sólida base bibliográfica. A segunda fase tratou-se do desenvolvimento do algoritmo da aplicação computacional que solucione um problema de um leilão de FTRs. O SIM_AuctFTR foi desenvolvido sobre o pressuposto da maximização dos rendimentos financeiros provenientes da atribuição dos FTRs propostos a leilão, tendo estes últimos de coabitar no sistema respeitando as restrições técnicas a que este são inerentes, mesmo na eventualidade da ocorrência de contingências de nível ‘n-1’. Por último, numa terceira fase, partindo da aplicação desenvolvida, foram realizados 4 casos de estudos com outras tantas redes eléctricas de forma a testar a robustez da ferramenta desenvolvida.
- Gestão de Recursos Energéticos nas SmartGridsPublication . Morais, Hugo Gabriel Valente; Vale, Zita Maria Almeida do; Khodr, Hussein MustaphaA sustentabilidade do sistema energético é crucial para o desenvolvimento económico e social das sociedades presentes e futuras. Para garantir o bom funcionamento dos sistemas de energia actua-se, tipicamente, sobre a produção e sobre as redes de transporte e de distribuição. No entanto, a integração crescente de produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição de média e de baixa tensão, a liberalização dos mercados energéticos, o desenvolvimento de mecanismos de armazenamento de energia, o desenvolvimento de sistemas automatizados de controlo de cargas e os avanços tecnológicos das infra-estruturas de comunicação impõem o desenvolvimento de novos métodos de gestão e controlo dos sistemas de energia. O contributo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de gestão de recursos energéticos num contexto de SmartGrids, considerando uma entidade designada por VPP que gere um conjunto de instalações (unidades produtoras, consumidores e unidades de armazenamento) e, em alguns casos, tem ao seu cuidado a gestão de uma parte da rede eléctrica. Os métodos desenvolvidos contemplam a penetração intensiva de produção distribuída, o aparecimento de programas de Demand Response e o desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento. São ainda propostos níveis de controlo e de tomada de decisão hierarquizados e geridos por entidades que actuem num ambiente de cooperação mas também de concorrência entre si. A metodologia proposta foi desenvolvida recorrendo a técnicas determinísticas, nomeadamente, à programação não linear inteira mista, tendo sido consideradas três funções objectivo distintas (custos mínimos, emissões mínimas e cortes de carga mínimos), originando, posteriormente, uma função objectivo global, o que permitiu determinar os óptimos de Pareto. São ainda determinados os valores dos custos marginais locais em cada barramento e consideradas as incertezas dos dados de entrada, nomeadamente, produção e consumo. Assim, o VPP tem ao seu dispor um conjunto de soluções que lhe permitirão tomar decisões mais fundamentadas e de acordo com o seu perfil de actuação. São apresentados dois casos de estudo. O primeiro utiliza uma rede de distribuição de 32 barramentos publicada por Baran & Wu. O segundo caso de estudo utiliza uma rede de distribuição de 114 barramentos adaptada da rede de 123 barramentos do IEEE.
- Fuzzy Monte Carlo model for transmission power systems reliability based decision makingPublication . Canizes, Bruno Miguel da Rocha; Vale, Zita Maria Almeida do; Khodr, Hussein MustaphaThis thesis presents the Fuzzy Monte Carlo Model for Transmission Power Systems Reliability based studies (FMC-TRel) methodology, which is based on statistical failure and repair data of the transmission power system components and uses fuzzyprobabilistic modeling for system component outage parameters. Using statistical records allows developing the fuzzy membership functions of system component outage parameters. The proposed hybrid method of fuzzy set and Monte Carlo simulation based on the fuzzy-probabilistic models allows catching both randomness and fuzziness of component outage parameters. A network contingency analysis to identify any overloading or voltage violation in the network is performed once obtained the system states. This is followed by a remedial action algorithm, based on Optimal Power Flow, to reschedule generations and alleviate constraint violations and, at the same time, to avoid any load curtailment, if possible, or, otherwise, to minimize the total load curtailment, for the states identified by the contingency analysis. For the system states that cause load curtailment, an optimization approach is applied to reduce the probability of occurrence of these states while minimizing the costs to achieve that reduction. This methodology is of most importance for supporting the transmission system operator decision making, namely in the identification of critical components and in the planning of future investments in the transmission power system. A case study based on Reliability Test System (RTS) 1996 IEEE 24 Bus is presented to illustrate with detail the application of the proposed methodology.