Stochastic Model Predictive Control and Machine Learning for the Participation of Virtual Power Plants in Simultaneous Energy Markets

The emergence of distributed energy resources in the electricity system involves new scenarios in which domestic consumers (end-users) can be aggregated to participate in energy markets, acting as prosumers. Every prosumer is considered to work as an individual energy node, which has its own renewable generation source, its controllable and non-controllable energy loads, or even its own individual tariffs to trade. The nodes can build aggregations which are managed by a system operator. The participation in energy markets is not trivial for individual prosumers due to different aspects such as the technical requirements which must be satisfied, or the need to trade with a minimum volume of energy. These requirements can be solved by the definition of aggregated participations. In this context, the aggregators handle the difficult task of coordinating and stabilizing the prosumers' operations, not only at an individual level, but also at a system level, so that the set of energy nodes behaves as a single entity with respect to the market. The system operators can act as a trading-distributing company, or only as a trading one. For this reason, the optimization model must consider not only aggregated tariffs, but also individual tariffs to allow individual billing for each energy node. The energy node must have the required technical and legal competences, as well as the necessary equipment to manage their participation in energy markets or to delegate it to the system operator. This aggregation, according to business rules and not only to physical locations, is known as virtual power plant. The optimization of the aggregated participation in the different energy markets requires the introduction of the concept of dynamic storage virtualization. Therefore, every energy node in the system under study will have a battery installed to store excess energy. This dynamic virtualization defines logical partitions in the storage system to allow its use for different purposes. As an example, two different partitions can be defined: one for the aggregated participation in the day-ahead market, and the other one for the demand-response program. There are several criteria which must be considered when defining the participation strategy. A risky strategy will report more benefits in terms of trading; however, this strategy will also be more likely to get penalties for not meeting the contract due to uncertainties or operation errors. On the other hand, a conservative strategy would result worse economically in terms of trading, but it will reduce these potential penalties. The inclusion of dynamic intent profiles allows to set risky bids when there exist a potential low error of forecast in terms of generation, load or failures; and conservative bids otherwise. The system operator is the agent who decides how much energy will be reserved to trade, how much to energy node self consumption, how much to demand-response program participation etc. The large number of variables and states makes this problem too complex to be solved by classical methods, especially considering the fact that slight differences in wrong decisions would imply important economic issues in the short term. The concept of dynamic storage virtualization has been studied and implemented to allow the simultaneous participation in multiple energy markets. The simultaneous participations can be optimized considering the objective of potential profits, potential risks or even a combination of both considering more advanced criteria related to the system operator's know-how. Day-ahead bidding algorithms, demand-response program participation optimization and a penalty-reduction operation control algorithm have been developed. A stochastic layer has been defined and implemented to improve the robustness inherent to forecast-dependent systems. This layer has been developed with chance-constraints, which includes the possibility of combining an intelligent agent based on a encoder-decoder arquitecture built with neural networks composed of gated recurrent units. The formulation and the implementation allow a total decouplement among all the algorithms without any dependency among them. Nevertheless, they are completely engaged because the individual execution of each one considers both the current scenario and the selected strategy. This makes possible a wider and better context definition and a more real and accurate situation awareness. In addition to the relevant simulation runs, the platform has also been tested on a real system composed of 40 energy nodes during one year in the German island of Borkum. This experience allowed the extraction of very satisfactory conclusions about the deployment of the platform in real environments.La irrupción de los sistemas de generación distribuidos en los sistemas eléctricos dan lugar a nuevos escenarios donde los consumidores domésticos (usuarios finales) pueden participar en los mercados de energía actuando como prosumidores. Cada prosumidor es considerado como un nodo de energía con su propia fuente de generación de energía renovable, sus cargas controlables y no controlables e incluso sus propias tarifas. Los nodos pueden formar agregaciones que serán gestionadas por un agente denominado operador del sistema. La participación en los mercados energéticos no es trivial, bien sea por requerimientos técnicos de instalación o debido a la necesidad de cubrir un volumen mínimo de energía por transacción, que cada nodo debe cumplir individualmente. Estas limitaciones hacen casi imposible la participación individual, pero pueden ser salvadas mediante participaciones agregadas. El agregador llevará a cabo la ardua tarea de coordinar y estabilizar las operaciones de los nodos de energía, tanto individualmente como a nivel de sistema, para que todo el conjunto se comporte como una unidad con respecto al mercado. Las entidades que gestionan el sistema pueden ser meras comercializadoras, o distribuidoras y comercializadoras simultáneamente. Por este motivo, el modelo de optimización sobre el que basarán sus decisiones deberá considerar, además de las tarifas agregadas, otras individuales para permitir facturaciones independientes. Los nodos deberán tener autonomía legal y técnica, así como el equipamiento necesario y suficiente para poder gestionar, o delegar en el operador del sistema, su participación en los mercados de energía. Esta agregación atendiendo a reglas de negocio y no solamente a restricciones de localización física es lo que se conoce como Virtual Power Plant. La optimización de la participación agregada en los mercados, desde el punto de vista técnico y económico, requiere de la introducción del concepto de virtualización dinámica del almacenamiento, para lo que será indispensable que los nodos pertenecientes al sistema bajo estudio consten de una batería para almacenar la energía sobrante. Esta virtualización dinámica definirá particiones lógicas en el sistema de almacenamiento para dedicar diferentes porcentajes de la energía almacenada para propósitos distintos. Como ejemplo, se podría hacer una virtualización en dos particiones lógicas diferentes: una de demand-response. Así, el sistema podría operar y satisfacer ambos mercados de manera simultánea con el mismo grid y el mismo almacenamiento. El potencial de estas particiones lógicas es que se pueden definir de manera dinámica, dependiendo del contexto de ejecución y del estado, tanto de la red, como de cada uno de los nodos a nivel individual. Para establecer una estrategia de participación se pueden considerar apuestas arriesgadas que reportarán más beneficios en términos de compra-venta, pero también posibles penalizaciones por no poder cumplir con el contrato. Por el contrario, una estrategia conservadora podría resultar menos beneficiosa económicamente en dichos términos de compra-venta, pero reducirá las penalizaciones. La inclusión del concepto de perfiles de intención dinámicos permitirá hacer pujas que sean arriesgadas, cuando existan errores de predicción potencialmente pequeños en términos de generación, consumo o fallos; y pujas más conservadoras en caso contrario. El operador del sistema es el agente que definirá cuánta energía utiliza para comercializar, cuánta para asegurar autoconsumo, cuánta desea tener disponible para participar en el programa de demand-response etc. El gran número de variables y de situaciones posibles hacen que este problema sea muy costoso y complejo de resolver mediante métodos clásicos, sobre todo teniendo en cuenta que pequeñas variaciones en la toma de decisiones pueden tener grandes implicaciones económicas incluso a corto plazo. En esta tesis se ha investigado en el concepto de virtualización dinámica del almacenamiento para permitir una participación simultánea en múltiples mercados. La estrategia de optimización definida permite participaciones simultáneas en diferentes mercados que pueden ser controladas con el objetivo de optimizar el beneficio potencial, el riesgo potencial, o incluso una combinación mixta de ambas en base a otros criterios más avanzados marcados por el know-how del operador del sistema. Se han desarrollado algoritmos de optimización para el mercado del day-ahead, para la participación en el programa de demand-response y un algoritmo de control para reducir las penalizaciones durante la operación mediante modelos de control predictivo. Se ha realizado la definición e implementación de un componente estocástico para hacer el sistema más robusto frente a la incertidumbre inherente a estos sistemas en los que hay tanto peso de una componente de tipo forecasing. La formulación de esta capa se ha realizado mediante chance-constraints, que incluye la posibilidad de combinar diferentes componentes para mejorar la precisión de la optimización. Para el caso de uso presentado se ha elegido la combinación de métodos estadísticos por probabilidad junto a un agente inteligente basado en una arquitectura de codificador-decodificador construida con redes neuronales compuestas de Gated Recurrent Units. La formulación y la implementación utilizada permiten que, aunque todos los algoritmos estén completamente desacoplados y no presenten dependencias entre ellos, todos se actual como la estrategia seleccionada. Esto permite la definición de un contexto mucho más amplio en la ejecución de las optimizaciones y una toma de decisiones más consciente, real y ajustada a la situación que condiciona al proceso. Además de las pertinentes pruebas de simulación, parte de la herramienta ha sido probada en un sistema real compuesto por 40 nodos domésticos, convenientemente equipados, durante un año en una infraestructura implantada en la isla alemana de Borkum. Esta experiencia ha permitido extraer conclusiones muy interesantes sobre la implantación de la plataforma en entornos reales

Intent Profile Strategy for Virtual Power Plant Participation in Simultaneous Energy Markets With Dynamic Storage Management

The emergence of distributed energy resources in the electricity system involves new scenarios in which domestic consumers can be aggregated in virtual power plants to participate in energy markets. In this paper, a reconfigurable hierarchical multi-time scale framework is developed by combining the concepts of dynamic storage virtualization and intent profiling with model predictive control. The combined implementation of these concepts allows the simultaneous weighted participation in different energy markets, not only according to some aggregators’ criteria, but also to several risk factors. In a first stage, the framework optimizes the strategy for bidding in day-ahead market whereas the second one consists of a control stage to mitigate deviations and potential penalties. The smart management of individual storage virtualization enables the participation in the demand-response program, which improves the forecasted economical profit related to the day-ahead participation. The changes in the schedule are performed considering new potential penalties. The framework is reconfigurable at every sample time at control stage. This enables to make dynamic participations depending on node availability or system peaks. The proposed case studies cover day-ahead and demand-response participations, but the framework is open to other multi-service configurations. The results have been assessed with satisfactory conclusions.Ministerio de Ciencia e Innovación - Agencia Estatal de Investigación (AEI) PID2019-104149RB-I00/10.13039/50110001103

Ventilation and blood lactate in children during a maximal incremental cycling test

Este estudio analiza la respuesta ventilatoria en 46 niños varones (8,28 ± 1 años) durante una prueba máxima incremental en cicloergómetro y las concentraciones de lactato sanguíneo al final de la prueba. El incremento fue de 10 vatios cada minuto y se inició a 25 vatios. Durante la prueba el aire espirado se recolectó a través de una mascarilla facial y se analizó respiración a respiración. El segundo umbral ventilatorio (VT 2 ) se determinó según los métodos de intercambio de gases. Todos los niños alcanzaron una potencia máxima (P máx ) de 82,4 ± 1,6 W y un consumo pico de oxígeno (VO 2 ) de 44,69 ± 3,01 ml/kg/min. El VT 2 estaba en el 86,5% del VO 2pico . El lactato sanguíneo al final de la prueba fue de 9,65 ± 1,58 mM/l. Las concentraciones de lactato sanguíneo son mucho mayores que las registradas en la mayoría de los estudios previos y no parecen ser diferentes a las observadas en deportistas bien entrenados al final de una prueba similar. La ecuación que obtuvimos de la relación entre producción de dióxido de carbono (VCO 2 ) y ventilación (VE) fue lineal (y = 0,0324x - 0,008; R 2 = 0,999). En comparación con adultos evaluados previamente en nuestro laboratorio (y = 0,0347x + 0,1452; R 2 = 0,9854) fueron prácticamente idénticas. Esto puede ser un argumento válido para considerar que la capacidad de eliminar CO 2 en niños es tan alta como la de los adultos.This study analyzes the ventilatory response in 46 male children (8.28 ± 1 year) during a maximal incremental test in cycle ergometer and the blood lactate concentrations at the end of the test. The increase was 10 watts every minute starting at 25 watts. During the test the expired air was collected through a facial mask and analyzed breath by breath. The second ventilatory threshold (VT 2 ) was determined according to gas exchange methods. All children carried out a maximum power (P max ) of 82.4 ± 1.6 W and a peak oxygen consumption (VO 2 ) of 44.69 ± 3.01 mL/kg/min. The VT 2 was at 86.5% of peak VO 2 . The blood lactate at the end of the test was 9.65 ± 1.58 mM/L. The blood lactate concentrations are much higher than those reported in most studies and they do not seem to be different to those observed in well-trained sportsmen at the end of a similar test. We obtained the equation for the relationship between carbon dioxide production (VCO 2 ) and ventilation (VE) and it was linear (y = 0.0324x - 0.008; R2 = 0.999). When compared with adults previously assessed in our laboratory (y = 0.0347x + 0.1452; R 2 = 0.9854) they were practically identical. This may be a good argument to consider the ability for eliminating carbon dioxide in children as high as that in ad

Voltage balancing in three-level neutral-point-clamped converters via Luenberger observer

This paper addresses the problems associated with the dc-link capacitor voltages of the three-level neutral-point-clamped power converter: the imbalance of the capacitor voltages as well as the presence of an ac-voltage low-frequency oscillation in the dc link of the converter. In order to cope with them, a mathematical analysis of the capacitor voltage difference dynamics, based on a direct average continuous model, is carried out, considering a singular perturbation approach. The analysis leads to a final expression where a sinusoidal disturbance appears explicitly. Consequently, the two problems can be handled together using the ordinary formulation of a problem of regulating the output of a system subject to sinusoidal disturbances, applying classical control theory to design the controller. In this way, the controller is designed including the disturbance estimate provided by a Luenberger observer to asymptotically cancel the disturbance, while keeping also balanced the capacitor voltages. Experiments for a synchronous three-level neutral-point-clamped converter prototype are carried out to evaluate the performance and usefulness of the converter working as a grid-connected inverter under the proposed control law.MICINN-FEDER DPI2009-09661Junta de Andalucía P07-TIC-0299

Targeted lipidomic profiling of West Nile virus infection unveils alterations of sphingolipid metabolism in a mouse model and human patients

West Nile virus (WNV) is a neurotropic flavivirus transmitted by the bites of infected mosquitoes. Severe forms of West Nile disease (WND) can curse with meningitis, encephalitis, or acute flaccid paralysis. A better understanding of the physiopathology associated with disease progression is mandatory to find biomarkers and effective therapies. In this scenario, blood derivatives (plasma and serum) constitute the more commonly used biofluids due to their ease of collection and high value for diagnostic purposes. Therefore, the potential impact of this virus in the circulating lipidome was addressed by combining the analysis of samples from experimentally infected mice and naturally WND patients. Our results unveil dynamic alterations in the lipidome that define specific metabolic fingerprints of different infection stages. Concomitant with neuroinvasion in mice, the lipid landscape was dominated by a metabolic reprogramming that resulted in significant elevations of circulating sphingolipids (ceramides, dihydroceramides and dihydrosphingomyelins), along with some phosphatidylethanolamines and triacylglycerols. Remarkably, patients suffering from WND also displayed an elevation of ceramides, dihydroceramides, and lactosylceramides in their sera. The dysregulation of sphingolipid metabolism by WNV may provide new therapeutic opportunities and supports the potential of certain lipids as novel peripheral biomarkers of WND progression

Administration of taurolidine-citrate lock solution for prevention of central venous catheter infection in adult neutropenic haematological patients: a randomised, double-blinded, placebo-controlled trial (TAURCAT)

Background: Catheter-related bloodstream infection (CRBSI) is one of the most frequent complications in patients with cancer who have central venous catheters (CVCs) implanted and is associated with substantial morbidity and mortality. Taurolidine is a non-antibiotic agent with broad-spectrum antimicrobial activity, which has been used as a lock solution to prevent CRBSI in some settings. However, little is known about its usefulness in high-risk adult neutropenic patients with cancer. This prospective randomised clinical trial aims to test the hypothesis that taurolidine-citrate lock solution is more effective than placebo for preventing catheter infection in neutropenic haematological patients.Methods: This study is a prospective, multicentre, randomised, double-blinded, parallel, superiority, placebo-controlled trial. Patients with haematological cancer who are expected to develop prolonged neutropenia (>7 days) and who have a non-tunnelled CVC implanted will be randomised to receive prophylactic taurolidine-citrate-heparin solution using a lock technique (study group) or heparin alone (placebo group). The primary endpoint will be bacterial colonisation of the CVC hubs. The secondary endpoints will be the incidence of CRBSI, CVC removal, adverse events, and 30-day case-fatality rate.Discussion: The lock technique is a preventive strategy that inhibits bacterial colonisation in the catheter hubs, which is the initial step of endoluminal catheter colonisation and the development of infection. Taurolidine is a nontoxic agent that does not develop antibiotic resistance because it acts as an antiseptic rather than an antibiotic. Taurolidine has shown controversial results in the few trials conducted in cancer patients. These studies have important limitations due to the lack of data on adult and/or high-risk neutropenic patients, the type of catheters studied (tunnelled or ports), and the lack of information regarding the intervention (e.g. dwelling of the solution, time, and periodicity of the lock technique). If our hypothesis is proven, the study could provide important solid evidence on the potential usefulness of this preventive procedure in a population at high risk of CRBSI, in whom this complication may significantly impair patient outcome

Overweight and obesity as a prognosis factor of desmotivation in children and adolescents

España se ha convertido en el cuarto país de la Unión Europea con mayor número de niños con sobrepeso y obesidad. Esta enfermedad afecta directamente tanto aspectos de salud físicos como psicológicos. El objetivo es evaluar el grado de motivación existente en dos grupos de adolescentes, uno cuyos sujetos se encuentran en normo-peso y un segundo grupo integrado por adolescentes con sobrepeso u obesidad. Se realizó un estudio observacional, descriptivo en un centro educativo de Guadix (Granada). El universo estuvo constituido por 200 niños con edades comprendidas entre los 10 y 14 años, de los que fueron seleccionados una muestra de 24 niños mediante el muestreo Aleatorio Simple de Proporciones con error de 0.19 distribuidos en: Grupo de niños normopeso: 12 y Grupo de niños obesos: 12. Para medir la motivación se utilizó el Test de Motivaciones en Adolescentes (SMAT) que pertenece a los instrumentos de medida derivados del modelo dinámico cattelliano. Evaluó cinco parámetros relacionados con la motivación: TAO (total autismo-optimismo), TIG (total información general), TIN (total integración), TIP (total interés personal) y TCO (total conflicto). De entre los resultados obtenidos, cabe destacar como en cada una de las variables del SMAT los niños incluidos en el grupo de sobrepeso y obesidad mostraron un resultado promedio de (4,5) con respecto a un resultado promedio en los niños normopesos de (5,9) lo que pone de manifiesto que los sujetos que padecen sobrepeso y obesidad presentan un nivel de motivación más bajo, circunstancia que se manifiesta por una mayor tendencia hacia la frustración y mayores dificultades para alcanzar sus metas.Spain has become the country in the European Union with the fourth highest number of overweight and obese children. This condition directly affects physical health as well as mental health. The objective of this research study was to evaluate motivational aspects in one group of obese or overweight adolescents and another group of normal-weight adolescents. For this purpose a descriptive observational study was carried out in an educational institution in Guadix (Granada). The universe was composed of 200 children of ages 10 to 14. A sample of 24 children was selected by means of proportional random sampling with an error of 0.19, and was divided into the following groups (i) 12 normal-weight children; (ii) 12 obese children. Motivation was measured by means of the School Motivation Analysis Test (SMAT), a multidimensional measuring instrument based on Cattell's dynamic model of motivation and emotions. Our study evaluated five motivational parameters: TAO (total autism-optimism), TGI (total general information), TIN (total integration), TPI (total personal interest), and TCO (total conflict). Our results showed that for each of the SMAT variables, the overweight and obese children obtained an average value of 4.5 in contrast to the normal-weight children, who obtained an average value of 5.9. This indicates that overweight and obese children have low motivational states and a higher level of frustration. They also tend to distort reality by alleging the existence of obstacles that prevent them from achieving their goals

Breastfeeding as a method to prevent cardiovascular diseases in the mother and the child

Introducción: La lactancia materna es una práctica recomendada desde las instituciones sanitarias nacionales e internaciones, debido a los beneficios que reporta para la salud, tanto del lactante como de la madre. Se ha comprobado que los problemas cardiovasculares de las madres que lactan son menores que las de aquellas que no lo han hecho nunca, entre ellos, la hipertensión arterial. Objetivo: El objetivo de esta revisión es analizar los estudios que han investigado la lactancia materna, como protección frente a los problemas cardiovasculares de la madre y el niño. Métodos: Se ha efectuado una búsqueda sistemática y se seleccionaron 12 meta-análisis o revisiones, 7 artículos originales de ensayos clínicos, 39 estudios de cohorte o longitudinales y 14 estudios correlacionales de muestra amplia y descriptivos. Resultados/conclusión: La enfermedad cardiovascular es la principal causa de muerte de las mujeres en todo el mundo. La dieta, el ejercicio, dejar de fumar y el control de la presión arterial son todos reconocidos como elementos clave en la prevención de las enfermedades cardiovasculares. Se ha demostrado que la lactancia materna influye positivamente en los niveles de la presión arterial materna y del niño, tanto a corto como a largo plazo. Es, pues, necesario facilitar más información a la población para promocionar la lactancia materna y conocer así sus beneficios

Accelerometer description as a method to assess physical activity in different periods of life: systematic review

Introducción: La acelerometría, se muestra como una de las técnicas más fiables, en el registro y almacenamiento de la cantidad y el nivel de actividad física, realizada por cada persona y en un periodo de tiempo determinado. Objetivo: Esta revisión tiene como objetivo describir y analizar los principales artículos que utilizan este método para valorar la actividad física. Método: Los artículos seleccionados para ser incluidos en esta revisión se identificaron a través de los siguientes motores de búsqueda especializados: SCOPUS, PUBMED, GOOGLE SCHOLAR; con un total de 56 artículos. La validez de los artículos estuvo dada por el grado de evidencias demostrado, por las recomendaciones que describen y por la aplicabilidad a nuestro contexto. Esta revisión ha considerado los estudios que evalúan la actividad física a través de acelerómetros. Resultados: Los resultados demuestran que este método se puede utilizar en edades comprendidas entre 3 y 90 años. También se puede utilizar en personas con sobrepeso/ obesidad, con lesiones articulares, niños con síndrome de Down, autistas, así como personas con problemas psicológicos. Los estudios en mujeres embarazadas muestran datos fiables. Conclusión: La literatura analizada establece la acelerometría como un método eficaz para valorar la actividad física.Introduction: The accelerometer is shown as one of the most accurate techniques in recording and saving the amount and level of physical activity, by each person in a given period of time. Aims: This review aims to describe and analyze the main items that use this method to assess physical activity. Methods: The review articles were identified through the following specialized Internet browser: SCOPUS, PUBMED, GOOGLE SCHOLAR, those were selected for inclusion with a total of 56 items. The validity of the articles was given by the degree of evidence demonstrated by describing the recommendations and the applicability to our context. This review has considered studies evaluating physical activity through accelerometers. Results: The results show that this method can be used in ages 3 to 90 years. It can also be used in subjects with overweight/obesity, articulation injuries, Down syndrome (just children), autism and people with psychological problems. Studies in pregnant women show satisfactory results. Conclusion: The literature reviewed provides the accelerometer as a reliable and effective method to assess physical activity

Obesity and its implication in breast cancer

La obesidad y el cáncer de mama constituyen dos patologías de extremada prevalencia en la actualidad y con un alto impacto en la sociedad. Numerosas investigaciones han intentado establecer una asociación entre ambos procesos, circunstancia que aún continúa en entredicho. Se llevó a cabo una recogida de datos a partir de las historias clínicas de 524 mujeres diagnosticadas y tratadas de cáncer de mama durante el período de enero de 2009 a septiembre de 2010. Los objetivos del estudio fueron verificar una posible asociación entre el estado nutricional de las mujeres y su relación con la edad de diagnóstico del tumor. En segundo lugar, determinar la posible implicación de la obesidad en relación con la edad de la menarquia y con ello en el diagnóstico de cáncer de mama. Se encontró una relación estadísticamente significativa entre el estado nutricional de las mujeres y la edad a la cual fueron diagnosticadas de cáncer de mama (p < 0,0001), así como una asociación estadísticamente significativa (p < 0,0001) entre la edad de la menarquia y el estado nutricional de las pacientes. Los resultados obtenidos en este estudio muestran que la obesidad se encuentra íntimamente asociada con el cáncer de mama.Obesity and breast cancer are two very frequent pathologies in the world today, which have a strong impact on society. Various research studies have tried linking the two. For this purpose, data was collected from the medical histories of 524 women who had been diagnosed and treated for breast cancer from January 2009 to September 2010. The objectives of the study were to find and verify a possible association between the nutritional state of these women and their age when they were diagnosed with the tumour (p < 0.0001) as well as a statistically significant association (p < 0.0001) between the age of the first menstruation and the nutritional state of the patients. The results obtained showed that obesity was closely related to breast cancer