Stochastic management framework of distribution network systems featuring large-scale variable renewable energy sources and flexibility options

The concerns surrounding climate change, energy supply security and the growing demand are forcing changes in the way distribution network systems are planned and operated, especially considering the need to accommodate large-scale integration of variable renewable energy sources (vRESs). An increased level of vRESs creates technical challenges in the system, bringing a huge concern for distribution system operators who are given the mandate to keep the integrity and stability of the system, as well as the quality of power delivered to end-users. Hence, existing electric energy systems need to go through an eminent transformation process so that current limitations are significantly alleviated or even avoided, leading to the so-called smart grids paradigm. For distribution networks, new and emerging flexibility options pertaining to the generation, demand and network sides need to be deployed for these systems to accommodate large quantities of variable energy sources, ensuring an optimal operation. Therefore, the management of different flexibility options needs to be carefully handled, minimizing the sideeffects such as increasing costs, worsening voltage profile and overall system performance. From this perspective, it is necessary to understand how a distribution network can be optimally operated when featuring large-scale vRESs. Because of the variability and uncertainty pertinent to these technologies, new methodologies and computational tools need to be developed to deal with the ensuing challenges. To this end, it is necessary to explore emerging and existing flexibility options that need to be deployed in distribution networks so that the uncertainty and variability of vRESs are effectively managed, leading to the real-time balancing of demand and supply. This thesis presents an extensive analysis of the main technologies that can provide flexibility to the electric energy systems. Their individual or collective contributions to the optimal operation of distribution systems featuring large-scale vRESs are thoroughly investigated. This is accomplished by taking into account the stochastic nature of intermittent power sources and other sources of uncertainty. In addition, this work encompasses a detailed operational analysis of distribution systems from the context of creating a sustainable energy future. The roles of different flexibility options are analyzed in such a way that a major percentage of load is met by variable RESs, while maintaining the reliability, stability and efficiency of the system. Therefore, new methodologies and computational tools are developed in a stochastic programming framework so as to model the inherent variability and uncertainty of wind and solar power generation. The developed models are of integer-mixed linear programming type, ensuring tractability and optimality.As mudanças climáticas, a crescente procura por energia e a segurança de abastecimento estão a modificar a operação e o planeamento das redes de distribuição, especialmente pela necessidade de integração em larga escala de fontes de energia renováveis. O aumento desses recursos energéticos sustentáveis gera enormes desafios a nível técnico no sistema, atendendo a que o operador do sistema de distribuição tem o dever de manter a integridade e a estabilidade da rede, bem como a qualidade de energia entregue aos consumidores. Portanto, os sistemas de energia elétrica existentes devem passar por um eminente processo de transformação para que as limitações atuais sejam devidamente atenuadas ou mesmo evitadas, esperando-se assim chegar ao paradigma das redes elétricas inteligentes. Para as redes de distribuição acomodarem fontes variáveis de energia renovável, novas e emergentes opções de flexibilidade, que dizem respeito à geração, carga e à própria rede, precisam de ser desenvolvidas e consideradas na operação ótima da rede de distribuição. Assim, a gestão das opções de flexibilidade deve ser cuidadosamente efetuada para minimizar os efeitos secundários como o aumento dos custos, agravamento do perfil de tensão e o desempenho geral do sistema. Desta perspetiva, é necessário entender como uma rede de distribuição pode operar de forma ótima quando se expõe a uma integração em larga escala de fontes variáveis de energia renovável. Devido à variabilidade e incerteza associadas a estas tecnologias, novas metodologias e ferramentas computacionais devem ser desenvolvidas para lidar com os desafios subsequentes. Desta forma, as opções de flexibilidade existentes e emergentes devem ser implantadas para gerir a incerteza e variabilidade das fontes de energia renovável, mantendo o necessário balanço entre carga e geração. Nesta tese é feita uma análise extensiva das principais tecnologias que podem providenciar flexibilidade aos sistemas de energia elétrica, e as suas contribuições para a operação ótima dos sistemas de distribuição, tendo em consideração a natureza estocástica dos recursos energéticos intermitentes e outras fontes de incerteza. Adicionalmente, este trabalho contém investigação detalhada sobre como o sistema pode ser otimamente gerido tendo em conta estas tecnologias de forma a que a uma maior percentagem de carga seja fornecida por fontes variáveis de energia renovável, mantendo a fiabilidade, estabilidade e eficiência do sistema. Por esse motivo, novas metodologias e ferramentas computacionais usando programação estocástica são desenvolvidas para modelizar a variabilidade e incerteza inerente à geração eólica e solar. A convergência para uma solução ótima é garantida usando programação linear inteira-mista para formular o problema

Políticas de Copyright de Publicações Científicas em Repositórios Institucionais: O Caso do INESC TEC

A progressiva transformação das práticas científicas, impulsionada pelo desenvolvimento das novas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), têm possibilitado aumentar o acesso à informação, caminhando gradualmente para uma abertura do ciclo de pesquisa. Isto permitirá resolver a longo prazo uma adversidade que se tem colocado aos investigadores, que passa pela existência de barreiras que limitam as condições de acesso, sejam estas geográficas ou financeiras. Apesar da produção científica ser dominada, maioritariamente, por grandes editoras comerciais, estando sujeita às regras por estas impostas, o Movimento do Acesso Aberto cuja primeira declaração pública, a Declaração de Budapeste (BOAI), é de 2002, vem propor alterações significativas que beneficiam os autores e os leitores. Este Movimento vem a ganhar importância em Portugal desde 2003, com a constituição do primeiro repositório institucional a nível nacional. Os repositórios institucionais surgiram como uma ferramenta de divulgação da produção científica de uma instituição, com o intuito de permitir abrir aos resultados da investigação, quer antes da publicação e do próprio processo de arbitragem (preprint), quer depois (postprint), e, consequentemente, aumentar a visibilidade do trabalho desenvolvido por um investigador e a respetiva instituição. O estudo apresentado, que passou por uma análise das políticas de copyright das publicações científicas mais relevantes do INESC TEC, permitiu não só perceber que as editoras adotam cada vez mais políticas que possibilitam o auto-arquivo das publicações em repositórios institucionais, como também que existe todo um trabalho de sensibilização a percorrer, não só para os investigadores, como para a instituição e toda a sociedade. A produção de um conjunto de recomendações, que passam pela implementação de uma política institucional que incentive o auto-arquivo das publicações desenvolvidas no âmbito institucional no repositório, serve como mote para uma maior valorização da produção científica do INESC TEC.The progressive transformation of scientific practices, driven by the development of new Information and Communication Technologies (ICT), which made it possible to increase access to information, gradually moving towards an opening of the research cycle. This opening makes it possible to resolve, in the long term, the adversity that has been placed on researchers, which involves the existence of barriers that limit access conditions, whether geographical or financial. Although large commercial publishers predominantly dominate scientific production and subject it to the rules imposed by them, the Open Access movement whose first public declaration, the Budapest Declaration (BOAI), was in 2002, proposes significant changes that benefit the authors and the readers. This Movement has gained importance in Portugal since 2003, with the constitution of the first institutional repository at the national level. Institutional repositories have emerged as a tool for disseminating the scientific production of an institution to open the results of the research, both before publication and the preprint process and postprint, increase the visibility of work done by an investigator and his or her institution. The present study, which underwent an analysis of the copyright policies of INESC TEC most relevant scientific publications, allowed not only to realize that publishers are increasingly adopting policies that make it possible to self-archive publications in institutional repositories, all the work of raising awareness, not only for researchers but also for the institution and the whole society. The production of a set of recommendations, which go through the implementation of an institutional policy that encourages the self-archiving of the publications developed in the institutional scope in the repository, serves as a motto for a greater appreciation of the scientific production of INESC TEC

NASA Tech Briefs, March 1992

Topics include: New Product Ideas; Electronic Components and Circuits; Electronic Systems; Physical Sciences; Materials; Computer Programs; Mechanics; Machinery; Fabrication Technology; Mathematics and Information Sciences; Life Sciences