ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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- Aferição do desempenho operacional de parques eólicos (Referência: D0708-047)Publication . Oliveira, Henrique de Almeida; Vale, Zita; Castanheira, Luís Filipe CaeiroA verificação das Características Garantidas associadas aos equipamentos, em especial dos aerogeradores, incluídos no fornecimento de Parques Eólicos, reveste-se de particular importância devido, principalmente, ao grande volume de investimento em jogo, ao longo período necessário ao retorno do mesmo, à incerteza quanto à manutenção futura das actuais condições de remuneração da energia eléctrica produzida e ainda à falta de dados históricos sobre o período de vida útil esperado para os aerogeradores. Em face do exposto, é usual serem exigidas aos fornecedores, garantias do bom desempenho dos equipamentos, associadas a eventuais penalidades, quer para o período de garantia, quer para o restante período de vida útil, de modo a minimizar o risco associado ao investimento. No fornecimento de Parques Eólicos existem usualmente três tipos de garantias, nomeadamente, garantia de Curva de Potência dos aerogeradores, garantia de Disponibilidade dos equipamentos ou garantia de Produção de Energia. Estas poderão existir isoladamente ou em combinação, dependendo das condições contratuais acordadas entre o Adjudicatário e o Fornecedor. O grau de complexidade e/ou trabalho na implementação das mesmas é variável, não sendo possível afirmar qual delas é a mais conveniente para o Adjudicatário, nem qual a mais exacta em termos de resultados. Estas dúvidas surgem em consequência das dificuldades inerentes à recolha dos próprios dados e também da relativamente ampla margem de rearranjo dos resultados permitido pelas normas existentes, possibilitando a introdução de certo tipo de manipulações nos dados (rejeições e correlações), as quais podem afectar de forma considerável as incertezas dos resultados finais dos ensaios. Este trabalho, consistiu no desenvolvimento, execução, ensaio e implementação de uma ferramenta informática capaz de detectar de uma forma simples e expedita eventuais desvios à capacidade de produção esperada para os aerogeradores, em função do recurso verificado num dado período. Pretende ser uma ferramenta manuseável por qualquer operador de supervisão, com utilização para efeitos de reparações e correcção de defeitos, não constituindo contudo uma alternativa a outros processos abrangidos por normas, no caso de aplicação de penalidades. Para o seu funcionamento, são utilizados os dados mensais recolhidos pela torre meteorológica permanente instalada no parque e os dados de funcionamento dos aerogeradores, recolhidos pelo sistema SCADA. Estes são recolhidos remotamente sob a forma de tabelas e colocados numa directoria própria, na qual serão posteriormente lidos pela ferramenta.
- Agregação de Produção Renovável no Âmbito da Produção em Regime de Mercado em PortugalPublication . Chaves, Jéssica Lisandra; Azevedo, Manuel Maria Pereira deAs relações comerciais presentes no mercado elétrico português têm sofrido várias transformações, verificando-se um afastamento ao longo dos anos da intervenção do Estado Português. A adesão de Portugal à Comunidade Económica Europeia (CEE), em 1985, possibilitou a criação de medidas que permitiram a livre concorrência dos intervenientes da produção e comercialização de energia elétrica, consubstanciando a abertura do setor, produzindo eletricidade de forma distribuída a qualquer cidadão ou empresa. (1). Atualmente, verifica-se a completa liberalização do setor, sendo possível, independentemente da potência contratada, que qualquer cliente escolha o seu fornecedor de energia. Assim, à semelhança de outros países europeus, foi criada uma figura de mercado no desígnio de facilitar as relações comerciais entre produtor e comercializador (vulgo agente de negociação). Este agente de negociação, aquando em ambiente de mercado, é conhecido como agente agregador, que minimiza custos ao comercializador e maximiza os proveitos dos produtores. O agregador terá de conhecer o perfil energético e o risco associado a cada produtor, calculando a previsão resultante da sua negociação de venda no mercado ibérico. Dito isto, a presente dissertação tem como desígnio o desenvolvimento de um sistema capaz de auxiliar a previsão da produção de energia através de fontes renováveis, cuja aplicação seja útil para a redução de desvios energéticos.
- Agregação e utilização eficiente de produção distribuída e de flexibilidade das cargas no âmbito das Smart GridsPublication . Spínola, João Afonso Paixão; Vale, Zita Maria Almeida doO paradigma atual dos sistemas de energia é relativo à implementação do conceito de smart grids nas redes existentes, requerendo novas ferramentas de gestão de recursos energéticos. A inclusão de novos tipos de recursos como a produção distribuída e flexibilidade das cargas (demand response), implica o desenvolvimento de metodologias que permitam às entidades já existentes e às que serão introduzidas pelo conceito de smart grids, lidar com os dive providenciando ferramentas de gestão, agregação, e remuneração de recursos, através da consideração de vários programas de demand response e produção distribuída. A simulação é parametrizável, possibilitando assim à entidade agregadora uma maior versatilidade de operação e exploração dos recursos. Alguns exemplos da parametrização incluem a consideração de horizontes temporais distintos, preferências do utilizador quanto ao escalonamento, número mínimo e máximo de grupos obtidos da agregação e o tipo de agregação utilizado, bem como o tipo de remuneração a aplicar. Através da utilização das metodologias propostas nesta dissertação, o agregador obtém os resultados das suas atividades numa única ferramenta, realizando a gestão, agregação, e remuneração, possuindo os resultados com mais antecedência. A ferramenta permite uma ponderação mais cuidada por parte do agregador relativamente à operação dos recursos na rede. A validação das metodologias propostas é realizada com recurso a três casos de estudo, de diferentes dimensões e características, possibilitando assim uma avaliação robusta das metodologias tendo em conta diversos tipos de cenários de aplicação. Assim, é possível traduzir o comportamento de uma entidade agregadora face à disponibilidade de vários recursos e as características que estes apresentam. Em cada caso de estudo, são consideradas diferentes abordagens às atividades do agregador, nomeadamente, através do uso de diversas restrições e da mudança da função objetivo. Apresentam-se também as limitações das metodologias propostas, as quais foram encontradas durante a simulação dos casos de estudo.
- Algoritmo de controlo inteligente de microprodução para regulação de tensão em redes de baixa tensãoPublication . Ferreira, Rui Miguel Fernandes; Fernandes, Fernando Manuel Domingues; Silva, Nuno Filipe Gonçalves daCom o constante desenvolvimento da sociedade, o consumo de energia elétrica tem aumentado gradualmente, por outro lado a preocupação com o meio ambiente e a necessidade de um desenvolvimento sustentável, faz com que a legislação atual favoreça a introdução de fontes de energia de origem renovável em detrimento de fontes de energia de origem fóssil. Cada vez mais têm surgido incentivos para a implementação de pequenos sistemas de produção em instalações de utilização, estes consumidores/produtores são denominados de prosumers, sendo este tipo de produtores ligados à rede elétrica de baixa tensão. Com a introdução deste tipo de produtores é necessário dotar a rede elétrica de meios que permitam ao operador da rede monitorizar e controlar em tempo real o estado da rede assim como destes novos produtores. No âmbito desta dissertação, foi desenvolvido um algoritmo de controlo inteligente de microprodução. Avaliando o consumo, a produção, entre outros parâmetros de gestão da rede, este algoritmo calculará um conjunto de set-points que deverão ser enviados para os microprodutores de modo a limitar a potência injetada na rede e assim controlar a tensão. Também foi realizado um estudo económico do impacto que as medidas propostas teriam do ponto de vista dos gestores da rede bem como do ponto de vista dos microprodutores.
- Algoritmos de machine learning aplicados em edifícios inteligentes com elevada penetração de veículos elétricosPublication . Rosa, Thiago Cesar; Soares, João André PintoA presente dissertação discute o desenvolvimento de um método de previsão de ocupação para dois parques de estacionamentos residenciais no contexto de um edifício inteligente, a fim de se conhecer, antecipadamente, qual a taxa de ocupação desses parques de estacionamentos. Para concretizar tal objetivo, utilizaram-se dados históricos realísticos coletados por observação empírica e extrapolado para um ano. O modelo de previsão desenvolvido utiliza técnicas de machine learning com diversos algoritmos testados, entre eles, Decision Tree, Extra Tree, Logistic Regression, Random Forest, Naive Bayes, K-Nearest Neighbors e Support Vector Machine. No modelo proposto foi identificado qual destes algoritmos obteve melhor desempenho. Vários tipos de modelos foram testados com o objetivo de melhorar os resultados obtidos, bem como compreender o impacto de cada um dos tratamentos dos dados utilizados. A solução final teve seu desempenho validado, com métricas de avaliação com bons resultados, exatidão e precisão superiores a 80%, e se mostrou eficaz considerando os dados analisados e ainda o horizonte temporal da previsão.
- Algoritmos Genéticos para Otimização de soluções integrando carregadores de veículos elétricos, auto-produção e armazenamento de energiaPublication . Nascimento, Fernanda Claudino Leite; Roque, Luís Augusto Correia; Mota, Alzira Maria Teixeira daÉ crescente a importância da energia renovável e da mobilidade elétrica, para enfrentar os desafios ambientais e energéticos atuais. Acerca da mobilidade elétrica, o número crescente de veículos elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos plug-in, traz a necessidade de mais infraestrutura de carregamento, destes tipos de veículos, nas cidades e nas estradas, onde tais infraestrutas precisam estar conectadas à rede elétrica de distribuição, resultando em restrições como disponibilidade de potência. Este trabalho faz uma abordagem acerca do dimensionamento de uma estação de carregamentos rápidos de veículos elétricos, lidando com esse desafio através da implementação de um sistema de armazenamento de energia baseado em bateria BESS e considerando a inserção no sistema de uma fonte de energia renovável (energia solar). Pretendemos minimizar os custos globais de energia, para evitar atualizações futuras na infraestrutura e potencializar a integração de recursos de energia renovável. A metodologia adotada baseia-se no Algoritmo BRKGA, um método aplicado em problemas de otimização combinatória, para encontrar soluções ótimas que levem em consideração a carga de carros elétricos, a geração de energia renovável local e o armazenamento eficiente de energia com custos mínimos. Através de estudos de caso com diferentes cenários, implementamos a metodologia proposta. Foram obtidos resultados para o dimensionamento de uma estação de recarga com auto produção de energia de fonte renovável que minimizam os custos de energia. Este trabalho, destaca a importância contínua da pesquisa em Algoritmos Genéticos e seu papel relevante na resolução de problemas complexos relacionados à energia e mobilidade elétrica, pavimentando o caminho para um futuro mais sustentável e ecologicamente consciente.
- Alimentação de socorro como fonte de energia complementar para a alimentação normal das instalações elétricasPublication . Almeida, Marcos Eduardo Neves de; Ramos, Sérgio Filipe CarvalhoO custo da energia elétrica, tem um elevado impacto nas diversas áreas, desde os consumidores domésticos aos industriais. Para maior resiliência, contra interrupções de abastecimento da rede, implementam-se as fontes de energia de socorro (backup), que normalmente são compostas por grupos de geradores a diesel ou a gás natural. Esta solução aplica-se, nos edifícios de recolha de dados (data center), hospitais, aeroportos, hotéis, centros comerciais e a todas as instalações críticas. Estes sistemas de backup representam um elevado investimento no projeto, dada a fiabilidade da rede elétrica pública Portuguesa, raramente a sua entrada em serviço é necessária. Esta dissertação analisa os custos e benefícios de algumas configurações possíveis de sistemas de backup. Quando conectados à rede elétrica, permitem complementar a alimentação elétrica das instalações, de forma a reduzir a potência contratada e o consumo de energia em horas de ponta/cheias. É proposto um aproveitamento do investimento já efetuado e a utilização dos grupos geradores existentes, em partilha de carga com a rede no período de maior consumo. Os geradores a diesel, têm a desvantagem do elevado custo do combustível, contudo, existem módulos de conversão para alimentação a gás. Outra solução será utilizar o sistema híbrido, diesel com painéis solares fotovoltaicos, em que obtemos a redução das emissões de dióxido de carbono (CO2) e do consumo de combustível. Para os administradores realizarem as escolhas corretas, é importante entenderem o custo e a confiabilidade, associados à solução técnica.
- Análise ao desempenho dos seccionadores instalados na rede aérea MT. Taxa de avarias/ causa raiz. Ferramenta a utilizar para a instalação/ substituiçãoPublication . Carvalho, Guilherme da Costa Parente Viseu; Nogueira, Teresa Alexandra Ferreira Mourão PintoDevido à natureza da rede de distribuição existente em Portugal, os seccionadores são um elemento vital para a gestão da mesma. Estes continuam a ser a alternativa mais rápida para efetuar o corte visível nas linhas, permitindo às equipas no terreno trabalhar em segurança. Em muitos casos, onde não existem outros elementos de corte são essenciais para a deteção de avarias nas linhas. Posto isto, é do total interesse da EDP Distribuição conhecer as taxas de avarias nestes órgãos/principais causas raiz e agilizar o processo de escolha do tipo de seccionador a instalar em locais específicos da rede MT, tripolares versus unipolares. Para responder a estes dois interesses a presente dissertação foi dividida em duas componentes core; a primeira reporta a um estudo referente às taxas de avarias anuais e às causas raiz da falha dos seccionadores instalados nas linhas aéreas de MT (Média Tensão) na AMN (Área de Manutenção Norte) durante os anos de 2013 e 2017 e a segunda reporta à criação de uma aplicação para computador para agilizar o processo de escolha do tipo de seccionador a instalar ou substituir, tendo em atenção a especificidade do local da rede. Esta aplicação vai selecionar o seccionador, tendo em atenção as diretivas internas definidas pela EDP Distribuição.
- Análise ao Sistema de Alimentação de Tração Elétrica (1x25 kV - Rede convencional, 2x25 kV –Rede convencional + Alta velocidade)Publication . Pereira, Rui de Carvalho Costa; Azevedo, Filipe Miguel Tavares deO transporte ferroviário é um meio de transporte em que o meio de deslocamento ocorre por meio de vias férreas, transportando, entre outros, pessoas e cargas. Este meio de transporte é um dos mais antigos e a sua origem está ligada directamente com a Primeira Revolução Industrial, acontecimento histórico que sucedeu na Europa no final do século XVIII e início do século XIX. Uma rede ferroviária é um sistema único no ponto de vista do uso de tração elétrica assim como no modo que se insere na sociedade por ser um meio de transporte seguro, rápido e bastante utilizado pela população. As redes de alimentação de energia (transporte e distribuição) e a rede de alta velocidade ditaram novas soluções para a alimentação elétrica ferroviária contribuindo para a sua evolução técnica, na segurança e também na compatibilidade eletromagnética no sentido de se estabelecerem critérios de controlo e prevenção dos efeitos indesejáveis provocados pela interferência magnética. O presente trabalho tem por objetivo analisar e estudar tecnicamente como se comportam as redes que alimentam os veículos de tração elétrica desde as subestações até à alimentação das locomotivas. Dada a complexidade da sua análise torna-se necessário o recurso a ferramentas de simulação mais ou menos complexas. No presente trabalho recorreu-se ao MATLABTM, nomeadamente, ao MATLABTM/Simulink. Foram analisadas as principais grandezas elétricas em cenários distintos para os sistemas de alimentação da catenária de 1x25 kV e 2x25 kV.
- Análise Bibliométrica do Estado da Arte da Energia EólicaPublication . Pereira, Sérgio Paulo da Silva; Mota, Alzira Maria Teixeira daDesde a década de 1970, tem-se verificado um aumento nos estudos relacionados com a utilização de fontes de energia renovável, em especial a energia eólica, devido à necessidade de reduzir os impactos ambientais dos combustíveis fósseis. Inicialmente estes estudos estavam restritos a sistemas de energia eólica utilizando torres e aerogeradores. No entanto, atualmente observa-se um interesse na tecnologia emergente, como os sistemas aéreos de produção de energia eólica. Desta forma realizou-se uma análise bibliométrica entre 1996 e junho de 2023 sobre a energia eólica e tecnologia emergente combinando métodos quantitativos e qualitativos na análise exploratória das produções científicas sobre estes temas, disponíveis em língua inglesa e portuguesa. Das diversas fontes existentes optou-se por só utilizar o motor de pesquisa “Google Scholar”, devido à sua capacidade de realizar pesquisas abrangentes em produções científicas, incorporando resultados de outros mecanismos de procura. Antes de iniciar a pesquisa, definiu-se as palavras-chave a utilizar, limitou-se a quantidade de produções científicas a analisar e estabeleceu-se quais os elementos a considerar na análise bibliométrica. Assim, para este estudo o tamanho da amostra é de 500 publicações em língua inglesa e 100 em língua portuguesa, nas quais foram posteriormente analisadas quanto às suas interconexões, correlações, distribuição geográfica e o número de citações. Para a análise das correlações recorreu-se ao software VOSviewer. Com base na amostra analisada, observou-se que o número de publicações científicas sobre energia eólica tradicional, em ambas as línguas, apresentou uma tendência de crescimento de 1996 a 2013, seguida por uma queda acentuada a partir de 2013. No que diz respeito às produções científicas associadas aos sistemas aéreos de geração de energia eólica, notou-se um crescimento significativo no número de publicações a partir de 2013. Conclui-se também que, no caso da energia eólica tradicional em língua inglesa, os Estados Unidos da América destacam-se como o país com o maior número de autores de produções científicas e também com a maior quantidade de publicações em revistas. No que se refere aos sistemas aéreos de geração de energia eólica, considerados como tecnologia emergente, observa-se que a Holanda lidera em termos de autores, embora as publicações sejam predominantemente realizadas em revistas dos Estados Unidos da América.