Multi-objective optimal power resources planning of microgrids with high penetration of intermittent nature generation and modern storage systems

Microgrids are self-controlled entities at the distribution voltage level that interconnect distributed energy resources (DERs) with loads and can be operated in either grid-connected or islanded mode. This type of active distribution network has evolved as a powerful concept to guarantee a reliable, efficient and sustainable electricity delivery as part of the power systems of the future. However, benefits of microgrids, such as the ancillary services (AS) provision, are not possible to be properly exploited before traditional planning methodologies are updated. Therefore, in this doctoral thesis, a named Probabilistic Multi-objective Microgrid Planning methodology with two versions, POMMP and POMMP2, is proposed for effective decision-making on the optimal allocation of DERs and topology definition under the paradigm of microgrids with capacity for providing AS to the main power grid. The methodologies are defined to consider a mixed generation matrix with dispatchable and non-dispatchable technologies, as well as, distributed energy storage systems and both conventional and power-electronic-based operation configurations. The planning methodologies are formulated based on a so-called true-multi-objective optimization problem with a configurable set of three objective functions. Accordingly, the capacity to supply AS is optimally enhanced with the maximization of the available active residual power in grid-connected operation mode; the capital, maintenance, and operation costs of microgrid are minimized, while the revenues from the services provision and participation on liberalized markets are maximized in a cost function; and the active power losses in microgrid´s operation are minimized. Furthermore, a probabilistic technique based on the simulation of parameters from their probabilistic density function and Monte Carlo Simulation is adopted to model the stochastic behavior of the non-dispatchable renewable generation resources and load demand as the main sources of uncertainties in the planning of microgrids. Additionally, POMMP2 methodology particularly enhances the proposal in POMMP by modifying the methodology and optimization model to consider the optimal planning of microgrid's topology with the allocation of DERs simultaneously. In this case, the concept of networked microgrid is contemplated, and a novel holistic approach is proposed to include a multilevel graph-partitioning technique and subsequent iterative heuristic optimization for the optimal formation of clusters in the topology planning and DERs allocation process. This microgrid planning problem leads to a complex non-convex mixed-integer nonlinear optimization problem with multiple contradictory objective functions, decision variables, and diverse constraint conditions. Accordingly, the optimization problem in the proposed POMMP/POMMP2 methodologies is conceived to be solved using multi-objective population-based metaheuristics, which gives rise to the adaptation and performance assessment of two existing optimization algorithms, the well-known Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGAII) and the Multi-objective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition (MOEA/D). Furthermore, the analytic hierarchy process (AHP) is tested and proposed for the multi-criteria decision-making in the last step of the planning methodologies. The POMMP and POMMP2 methodologies are tested in a 69-bus and 37-bus medium voltage distribution network, respectively. Results show the benefits of an a posteriori decision making with the true-multi-objective approach as well as a time-dependent planning methodology. Furthermore, the results from a more comprehensive planning strategy in POMMP2 revealed the benefits of a holistic planning methodology, where different planning tasks are optimally and simultaneously addressed to offer better planning results.Las microrredes son entes autocontrolados que operan en media o baja tensión, interconectan REDs con las cargas y pueden ser operadas ya sea en modo conectado a la red o modo isla. Este tipo de red activa de distribución ha evolucionado como un concepto poderoso para garantizar un suministro de electricidad fiable, eficiente y sostenible como parte de los sistemas de energía del futuro. Sin embargo, para explotar los beneficios potenciales de las microrredes, tales como la prestación de servicios auxiliares (AS), primero es necesario formular apropiadas metodologías de planificación. En este sentido, en esta tesis doctoral, una metodología probabilística de planificación de microrredes con dos versiones, POMMP y POMMP2, es propuesta para la toma de decisiones efectiva en la asignación óptima de DERs y la definición de la topología de microrredes bajo el paradigma de una microrred con capacidad para proporcionar AS a la red principal. Las metodologías se definen para considerar una matriz de generación mixta con tecnologías despachables y no despachables, así como sistemas distribuidos para el almacenamiento de energía y la interconnección de recursos con o sin una interfaz basada en dispositivos de electrónica de potencia. Las metodologías de planificación se formulan sobre la base de un problema de optimización multiobjetivo verdadero con un conjunto configurable de tres funciones objetivo. Con estos se pretende optimizar la capacidad de suministro de AS con la maximización de la potencia activa residual disponible en modo conectado a la red; la minimización de los costos de capital, mantenimiento y funcionamiento de la microrred al tiempo que se maximizan los ingresos procedentes de la prestación de servicios y la participación en los mercados liberalizados; y la minimización de las pérdidas de energía activa en el funcionamiento de la microrred. Además, se adopta una técnica probabilística basada en la simulación de parámetros a partir de la función de densidad de probabilidad y el método de Monte Carlo para modelar el comportamiento estocástico de los recursos de generación renovable no despachables. Adicionalmente,la POMMP2 mejora la propuesta de POMMP modificando la metodología y el modelo de optimización para considerar simultáneamente la planificación óptima de la topología de la microrred con la asignación de DERs. Así pues, se considera el concepto de microrredes interconectadas en red y se propone un novedoso enfoque holístico que incluye una técnica de partición de gráficos multinivel y optimización iterativa heurística para la formación óptima de clusters para el planeamiento de la topología y asignación de DERs. Este problema de planificación de microrredes da lugar a un complejo problema de optimización mixto, no lineal, no convexos y con múltiples funciones objetivo contradictorias, variables de decisión y diversas condiciones de restricción. Por consiguiente, el problema de optimización en las metodologías POMMP/POMMP2 se concibe para ser resuelto utilizando técnicas multiobjetivo de optimización metaheurísticas basadas en población, lo cual da lugar a la adaptación y evaluación del rendimiento de dos algoritmos de optimización existentes, el conocido Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGAII) y el Evolutionary Algorithm Based on Decomposition (MOEA/D). Además, se ha probado y propuesto el uso de la técnica de proceso analítico jerárquico (AHP) para la toma de decisiones multicriterio en el último paso de las metodologías de planificación. Las metodologías POMMP/POMMP2 son probadas en una red de distribución de media tensión de 69 y 37 buses, respectivamente. Los resultados muestran los beneficios de la toma de decisiones a posteriori con el enfoque de optimización multiobjetivo verdadero, así como una metodología de planificación dependiente del tiempo. Además, los resultados de la estrategia de planificación con POMMP2 revelan los beneficios de una metodología de planificación holística, en la que las diferentes tareas de planificación se abordan de manera óptima y simultánea para ofrecer mejores resultados de planificación.Línea de investigación: Planificación de redes inteligentes We thank to the Administrative Department of Science, Technology and Innovation - Colciencias, Colombia, for the granted National Doctoral funding program - 647Doctorad

New tension-compression damage model for complex analysis of concrete structures

A new damage model, based on continuum damage mechanics and simulating the opening, closing, and reopening of cracks in concrete using only one surface of discontinuity, is proposed in this article. The model complies with the thermodynamics principles of nonreversible, isothermal, and adiabatic processes. Two scalar internal variables have been defined: a tensile damage variable d+d+ and a compressive damage variable d-d-; the threshold of damage is controlled by only one surface of discontinuity and a new parameter controlling the damage variable that should be activated. This new parameter represents the ratio of tensile stress to compressive stress in the damaged material. The continuity of response under complex loads, which is one of the aims of this work, is ensured. An adequate response under different types of loads leads to the conclusion that the proposed model provides a powerful tool to numerically analyze reinforced concrete structures. Validation and illustrative examples are included in the article.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

A study of electron production in proton-biomolecule collisions using additivity rules

Additivity rules are employed to estimate electron production cross sections for proton collisions with nucleobases and amino acids at collision energies 10 keV ≤ E ≤ 2 MeV. Total and differential cross sections agree with the available theoretical and experimental cross sections, and the method can be easily applied to estimate electron production cross sections for collisions with other biomolecule

New Tension-Compression Damage Model for Complex Analysis of Concrete Structures

A new damage model, based on continuum damage mechanics and simulating the opening, closing, and reopening of cracks in concrete using only one surface of discontinuity, is proposed in this article. The model complies with the thermodynamics principles of nonreversible, isothermal, and adiabatic processes. Two scalar internal variables have been defined: a tensile damage variable d+ and a compressive damage variable d−; the threshold of damage is controlled by only one surface of discontinuity and a new parameter controlling the damage variable that should be activated. This new parameter represents the ratio of tensile stress to compressive stress in the damaged material. The continuity of response under complex loads, which is one of the aims of this work, is ensured. An adequate response under different types of loads leads to the conclusion that the proposed model provides a powerful tool to numerically analyze reinforced concrete structures. Validation and illustrative examples are included in the article

Instant Messaging privacy in the clouds

Instant messaging are applications that allow spontaneous communication between two or more people, enabling the relationship between them regardless of the distance that separates them. Also, social network like Facebook used to maintain contact current or old friends, to publish and view photos, to allow a closer relationship between the contacts and private instant messaging is including in its structure. Instant messaging applications are placed in the cloud to facilitate the access to users from any workstation resulting in better cooperation and exchange of information between users. Since the instant messenger needs an internet connection, there are disadvantages of privacy and security, given the risk that messages are sent to be read by strangers. This paper proposes the inclusion of a privacy mechanism to protect information sent or received and allow the personalization according to the user preferences in instant messaging in the cloud

A compression–tension concrete damage model, applied to a wind turbine reinforced concrete tower

Structures subjected to cyclic loads show alternative tension–compression stress states; in such a case,  even if certain damage (fracture) is reached during the tension cycle, the computational model of the structure should maintain its capacity to withstand subsequent compression based only on the contact effect in the damaged area (opening, closing and reopening of cracks). In order to control this behavior, a phenomenological constitutive model able to consider the contact as a structural limitation is required. From the constitutive point of view, geomaterials have different damage thresholds for tension and compression and, from the structural point of view, it must be ensured that the material damaged in tension still resist compression. In this case, it is accepted that cracks behave as a contact surface at the structural level. To meet the above mentioned phenomenology, a modification of the damage model differentiated in tension and compression proposed by Faria et al. [Faria R, Oliver J, Cervera M. A strainbased plastic viscous-damage model for massive concrete structures. Int J Solids Struct 1998; 35:1533–58] is performed in this paper, considering independent strength thresholds in each of these processes, controlled with two independent discontinuity threshold functions. Also, in this work an elasto-plastic constitutive model is used to represent the behaviour of the steel bars

La imagen de marca de los influiencers y su repercusión en el consumo a través de Instagram

Las nuevas tecnologías de comunicación, con los blogs, las redacciones digitales y las redes sociales a la cabeza, no sólo han cambiado la forma de transmitir y difundir información, sino que se han convertido en herramientas para generar nuevos procesos de construcción de imagen personal o branding generando términos como alcance y engagement entre las audiencias. En este nuevo contexto surgen novísimas figuras como los influencers o influyentes, -evolución natural del fenómeno blogger-, auténticos emisores de contenidos, productos y servicios que informan, desinforman y persuaden a las audiencias mediante diversas plataformas sociales como Instagram. La investigación presentada analiza el proceso de creación de branding de influencers especializados en sectores concretos como moda, belleza y gastronomía a través de Instagram. La metodología escogida para el trabajo es el análisis de contenido al estudiar imágenes, vídeos y actualizaciones en la citada red social con el objetivo de conocer el nivel de engagement, interacción y determinación en el proceso de consumo de bienes y productos entre los influencers y los seguidores registrados en Instagram. Los resultados obtenidos adelantan una realidad hasta hace unos años un tanto desconocida: lejos de diluirse en la amalgama tecnológica, los influencers han llegado para quedarse convirtiéndose en casos de estudio en lo que respecta a la comunicación corporativa y al marketing de influencias

Participación Política, Medios de Comunicación y Redes Sociales en los Adolescentes Catalanes

El grado de implicación política de los adolescentes es una cuestión abierta que atraviesa el debate académico generación tras generación. Actualmente, esta cuestión se ve salpicada por la irrupción de las redes sociales y los nuevos medios. El presente artículo estudia la vinculación entre el uso de medios, redes sociales y el interés por la política de una amplia muestra de estudiantes catalanes del último curso de Educación Secundaria Obligatoria. La investigación concluye que las dinámicas de participación política y las plataformas de debate de los adolescentes no difieren en exceso de las generaciones mayores y que, por tanto, las redes sociales no parecen haber afectado al grado de implicación política de los adolescentes

A comparison of pathfinding algorithms

El problema de la búsqueda de caminos o pathfinding es muy recurrente en el mundo de los videojuegos. Estos en muchas ocasiones, tienen personajes que ya sea el jugador o la máquina determinan hacia adonde tienen que ir y estos deben moverse con una ruta relativamente realista, por lo que necesitamos que el coste computacional de la búsqueda de caminos sea el menor posible. Este Trabajo Fin de Grado se centrará en el estudio, implementación y aná lisis de diferentes algoritmos de pathfinding para videojuegos. De esta manera, determinaremos cuál es el más rápido entre los comparados o cuál tiene menos coste computacional, además sirve como ampliación a los contenidos sobre path finding de la asignatura ”Inteligencia Artificial para Juegos” que he estudiado en este grado. Se han estudiado e implementado 3 algoritmos: A*, HPA* y JPS, además de una interfaz gráfica para su ejecución. Se ha escogido A* como algoritmo de referencia y HPA* y JPS por ser algoritmos que mejoran el rendimiento de A*. HPA* aunque no obtenga el camino más corto, obtendrá buenos resultados en menos tiempo que A*. JPS por su parte, que es una modificación de A*, para explotar cualidades de los mapas con mallas de 8 vecinos. Se ha desarrollado una aplicación para facilitar la interacción con los algorit mos mencionados anteriormente. La aplicación contiene 4 pestañas. Las 3 prime ras sirven para ejecutar los algoritmos A*, HPA* y JPS respectivamente, y la última contiene las comparaciones de estos algoritmos. Además se ha añadido un manual que explica el uso de la aplicación y la implementación de nuevas funcionalidades

Control inteligente de semáforos mediante aprendizaje automático

Este trabajo se centra en el control de semáforos de forma inteligente. Se presentan varios sistemas funcionales en la actualidad que utilizan diversas técnicas de Inteligencia Artificial para optimizar la gestión de tráfico, desde árboles de decisión y redes de neuronas hasta algoritmos genéticos. Otra técnica de la Inteligencia Artificial altamente expandida en este campo es el aprendizaje por refuerzo. Gracias a esta técnica, los semáforos son entrenados inmersos en un entorno específico de tráfico y son capaces de aprender a través de la experiencia. En este proyecto se presenta un sistema multi-agente distribuido, donde se aplica aprendizaje por refuerzo (Q-learning) para resolver el problema de la gestión de tráfico. La particularidad de este sistema reside en que cada agente controla solamente un semáforo, basándose en la información local del mismo, como el número de vehículos o la velocidad media en su carril. Este trabajo se desarrolla en el simulador SUMO. El sistema interactúa con SUMO a través de la interfaz TraCI, que ofrece todas las herramientas necesarias para controlar la simulación a la vez que pone a disposición del usuario todas las métricas mencionadas anteriormente. Para evaluar el sistema desarrollado se ejecuta en varios escenarios, un sistema de política fija y un sistema de política aleatoria. Cada escenario dispone de un mapa y un nivel de tráfico distinto, con el objetivo de comprobar el comportamiento de cada sistema con tráfico fluido y congestionado. En base a los resultados que estos experimentos arrojan, se concluye que el sistema desarrollado gestiona de forma más eficiente el tráfico congestionado que el de política fija, aunque es menos eficiente en situaciones de tráfico fluido.This project is about creating a system that manages traffic efficiently. Big cities have some serious troubles when it comes to traffic jams and this has a big impact on both the economy and the enviroment. The study The future economic and environmental costs of gridlock in 2030 made by the CEBR (Centre for Economics and Business Research) concludes that the total cost of traffic jams in just four big countries (France, Germany, Great Britain and the United States) raises up to 200 billion dolars in 2013. But this can be lower if an intelligent system is created and implemented. The current system that is installed all around the world is a centralized system that contains traffic lights that only changes in a fixed interval. This system has the exact same behavior regardless of the situation of the traffic and it fails at avoiding traffic jams. In the recent past, some researchers have created intelligent traffic lights that make decisions based on the traffic that exists in that exact moment, improving the traffic flow and reducing the jams. But these systems are generally centralized, which means they are not scalable. In this project, we will try to create a distributed multi-agent system using machine learning, where each traffic light will be independent and will only have information about the lane they are controlling. This way, each traffic light will learn to make better decisions and the system will be highly scalable due to the possibility of installing it anywhere, regardless of where it is situated. This system will be integrated in the simulator chosen to do the tests. This simulator is SUMO, a traffic simulator that offers a realistic vehicle behavior and an easy interface called TraCI. This interface allow us to control the simulation, change any traffic light at will and get any information about number of vehicles or their speed in any lane. It also supports many programming languages: Python, Java, Matlab and C++. It has some disadvantages like the inability to rewind time, but it is the best simulator to use in this case. As it was said previously, machine learning will be used in the system that it is going to be created. Machine learning is a subfield in computer science which objective is to develop some techniques to give computers the ability to learn. These techniques are about generating behaviours from examples and they focus on solving classification, optimizations and decision-making problems. Some of its applications are: detecting credit card fraud, speech and handwriting recognition, robot locomotion and medical diagnosis. Reinforcement learning is an area of machine learning that it is based on a software agent that must learn a behavior through trial and error, interacting with an enviroment so as to maximize a reward. The reinforcement model consists of: A set of states representing the enviroment at a given time. A set of actions that the agent can perform. A reward function that defines the reward received by the agent after performing an action.Ingeniería Informátic