Objetivos Gerais:

1 - Introduzir o conceito de sistema inteligente de energia elétrica, a sua motivação e a sua estrutura.
2 - Estudar os sistemas de telecomunicações de suporte à interligação da produção descentralizada de energia: infra-estrutura da rede, tecnologias e protocolos de comunicação.
3 - Cyber-security: abordar os aspetos relacionados com a segurança da informação transacionada e a proteção dos dados dos atores (consumidores, produtores, agentes de mercado, ...) nas redes inteligentes de energia.
4 - Analisar os sistemas avançados de medição de energia e as infra-estruturas de comunicação e protocolos associados.
5 - Estudar o conceito da gestão eficiente da procura de energia (demand side management) bem como os incentivos necessários à moderação da procura da energia do lado do consumidor.
6 - Estudar as noções básicas sobre sistemas de proteção em rede de energia como fundamentação do estudo dos aspetos relacionados com a proteção em sistemas de produção distribuída e à mudança de paradigma da proteção em redes inteligentes de energia.
7 - Descrever o processo de automatização da rede de distribuição: equipamentos, tipos de avarias, regulação da tensão por meio de transformadores com tomadas para regulação em carga, a subestação digital.
8 - Estudar os sistemas propostos para a gestão da rede de distribuição no contexto das redes inteligentes de energia: fontes de informação, extensão das ferramentas de análise tradicionais, algumas aplicações tipo e aspetos relacionados com a integração da produção distribuída nas redes de distribuição tradicionais.
9 - Descrever o processo de controlo em larga escala do subsistema de transmissão com base na implementação de sensores e atuadores, interligados por uma infra-estrutura de comunicação apropriada, automatização da distribuição, os sistema de deteção inteligente de falhas, e algumas aplicações tipo.
10 - Apresentar os cenários tipo de aplicação da eletrónica de potência ao controlo do trânsito de energia em redes inteligentes e ao transporte eficiente de energia a grandes distâncias: FACTS e HVDC.
11 - Abordar os conceitos avançados das redes inteligentes de energia: as micro-redes de produção de energia; as centrais de geração virtual (virtual power plants); a gestão ativa das redes de distribuição (ANM - Active Network Management).

Conteúdos / Programa:

1 - Introdução às redes inteligentes de energia: definição e motivação; aplicações; ponto de vista dos governos e da indústria; regulamentação; o cenário em Portugal.
2 - Redes e sistemas de comunicação aplicados às redes inteligentes de energia: (i) infra-estrutura de comunicação, a mudança de paradigma para a comunicação bidirecional; (ii) tecnologias de comunicação: série IEEE 802, comunicações móveis e sem fios, comunicação em Power Line; (iii) standards para o intercâmbio da informação entre as redes de comunicação e as redes de energia: medidores inteligentes de energia, Modbus 63, DNP3, IEC 61850; (iv) arquitecturas de rede: arquitetura aberta para plug and play das aplicações a nível residencial, os veículos elétricos e a microgeração.
3 - Segurança da informação em redes inteligentes de energia: (i) encriptação e desencriptação; (ii) autenticação; (iii) assinaturas digitais; (iv) standards da cyber-segurança: IEEE 1686: IEEE standard for substation intelligent electronic, devices (IEDs) cyber security capabilities, IEC 62351: Power systems management and associated information; (v) desafios à cyber security em redes inteligentes de energia; (vi) ataques do tipo modificação das cargas (load altering attacks); (vii) ataques do tipo introdução falsa de dados na rede (false data injection); (viii) mecanismos de defesa; (ix) desafios à manutenção da privacidade.
4 - Sistemas Avançados de Medição de Energia (Smart Meters): (i) medição inteligente da energia: conceito, formas de tarifação da energia evolução, diagrama de blocos e descrição funcional de um medidor inteligente de energia; (ii) infra-estrutura de comunicação e protocolos associados para interligação à rede elétrica dos medidores inteligentes de energia: home-area network, neighbourhood area network, data concentrator, sistema de gestão da informação: protocolos.
5 - Gestão da Procura por Energia (DSI - Demand Side Integration): (i) noções básicas sobre diagrama de carga e previsão do consumo (load forecasting); (ii) serviços fornecidos a partir do DSI; (iii) modelos de produção de energia com base em renováveis; (iv) hardware de suporte ao DSI: modelos de cargas controláveis; (v) implementação do DSI: incentivos à gestão da procura de energia e escalonamento das aplicações que consomem energia, (vi) veículos elétricos, a sua integração e consequências na rede elétrica.
6 - Introdução aos Sistemas de Proteção: (i) noções sobre sistemas de proteção (ii) aspetos da proteção com produção distribuída; (iii) proteção contra avarias internas dos geradores distribuídos (iv) impacto da produção distribuída nos sistemas de proteção existentes da rede de distribuição.
7 - Automatização da rede de distribuição de energia: (i) equipamento das subestações inteligentes de energia: transformadores de corrente e tensão, dispositivos eletrónicos inteligentes (IEDs), Bay controllers; unidades terminais remotas (RTIs) (ii) avarias nos sistemas de distribuição em redes inteligentes de energia: dispositivos de deteção, isolamento e restauro de avarias, mecanismo de deteção inteligentes das avarias (iii) regulação da tensão na rede de distribuição; (iv) a subestação de energia digital; (v) controlo e automatismos da subestação de energia.
8 - Sistemas de Gestão da Rede de Distribuição em redes inteligentes de energia: (i) fontes de informação e sistemas externos associados: SCADA, sistemas de gestão da informação associada ao consumidor; (ii) ferramentas de modelização e análise tradicionais e extensão às redes inteligentes de energia: modelo do sistema de distribuição, análise da topologia, previsão de cargas, solução do trânsito de energia, estimação das correntes de curto-circuito, estimação de estados; (iii) aplicações: supervisão e gestão, sistema integrado de gestão de avarias e interrupções no fornecimento de energia; (iv) noções sobre aspetos relacionados com a produção distribuída de energia: impacto da produção distribuída no subsistema de distribuição das redes tradicionais de energia, alterações a nível da tensão, aumento no número de avarias e falsos alarmes, influência na qualidade da energia fornecida, aspetos relacionados com a proteção, estabilidade e fault ride through.
9 - Medições e controlo em larga escala do subsistema de transmissão em redes inteligentes de energia: (i) redes de sensores; (ii) infra-estrutura de comunicação; (iii) dispositivos elétricos e eletrónicos inteligentes: sistemas de proteção distribuídos, autónomos e em tempo real; (iv) Automação da distribuição (distribution automation); (v) sistema de deteção de falhas e de auto-cura (self healing); (vi) unidades de medição fasorial sincronizada (Phasor Measurement Units - PMUs); (vii) sistemas de monitorização, proteção e controlo de área ampla (WAMPAC - Wide Area Monitoring, Protection and Control) baseados em medição fasorial sincronizada; (viii) aplicações tipo; on-line transient stability controller, pole-slipping preventive controller, formas de visualização da informação em 2D e 3D.
10 - Aplicação da Eletrónica de Potências ao controlo do trânsito de energia em redes inteligentes de energia: (i) FACTS motivação e princípio de funcionamento: cenários de Aplicação: compensação por derivação, D-STATCOM (filtros activos e compensação por derivação com armazenamento de energia), compensação do fator de potência com o STATCOM, compensação em série da linha de energia, transformador desfasador controlado por tirístores, controlador Universal (Unified power flow controller), controlo do trânsito de energia em Redes Interligadas (Interline power flow controller), (ii) HVDC: motivação e princípio de funcionamento.
11 - Aspetos Avançados das Redes Inteligentes de Energia: (i) microredes: definição e características; desafios à implementação prática do conceito de microrede, visão da arquitetura tipo de uma microrede, controlo da microrede em modo interligado e em modo isolado; (ii) centrais de geração virtual (VPP - Virtual Power Plants): conceito e motivação de uma VPP, grelhas Virtuais de Produção de Energia, aspetos técnicos e comerciais das VPPs; (iii) gestão active da rede de distribuição de energia (ANM Active Network Management): controlo hierárquico de uma ANM, sistema de proteção, sistema automático de controlo (distribuído), nível da área de controlo (centralizado), sistema de informação do centro de controlo, arquitetura IT, sistemas de automação.

Bibliografia / Fontes de Informação:

Alberto Nascimento , Apontamentos do docente ,
J. Ekanayake , K. Liyanage, J. Wu, A. , 2012 , Smart Grid - Technology and Application , Wiley
N. Jenkis, J.B. Ekanayake and G. Strbac, , 2009 , IET Renewable Energy , IET
S. Chowdhury, S.P. Chowdhury and Peter Crossley, , 2009 , IET Microgrids and Active Distribution Networks , IET
A.G. Phadke and J.S. Thorp , 2008 , Synchronized Phasor Measurements and Their Applications , Springer
Felix A. Farret, M. Godoy Simões , 2006 , Integration of Alternative Sources of Energy , Wiley?IEEE Press
James Momoh, , 2012 , Smart Grid ? Fundamentals of Design and Analysis , Wiley-IEEE Press
Ekram Hossain, Zhu Han, H. Vincent Poor , 2012 , Smart Grid Communications and Networking , Cmbridge University Press
Ali Keyhani , 2011 , Design of Smart Power Grid Renewable Energy Systems , Wiley?IEEE Press
J. Machowski , J. W. Bialek and J. R. Bumby , 2008 , Power System Dynamics , John Wiley & Sons
Alstrom , 2012 , Network Protection & Automation Guide , Alstrom

Métodos e Critérios de Avaliação:

Tipo de Classificação: Quantitativa (0-20)

Metodologia de Avaliação:
Aulas expositivas Resolução de exercícios Trabalho individual de pesquisa Apresentação do trabalho.