Submitted by Alexandre Machado null (alexandre_machado1902@hotmail.com) on 2016-10-13T20:54:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.Alexandre.Machado.pdf: 4881715 bytes, checksum: ebcbe62b1034b5b2d73983e1e9be4d2e (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-19T17:53:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_a_me_prud.pdf: 4881715 bytes, checksum: ebcbe62b1034b5b2d73983e1e9be4d2e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-19T17:53:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_a_me_prud.pdf: 4881715 bytes, checksum: ebcbe62b1034b5b2d73983e1e9be4d2e (MD5) Previous issue date: 2016-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho apresenta e prova um resultado sobre a existência e unicidade de um ponto-fixo para contrações locais sem assumir que a família de coeficientes seja uniformemente limitada por um número estritamente menor que a unidade, bem como sem restringir a cardinalidade desta família. Mais importante, mostra como este resultado de ponto-fixo pode ser aplicado a fim de estudar a existência e unicidade de soluções para equações recursivas que aparecem em economia dinâmica.

En el contexto actual, donde el calentamiento climático es cada vez más importante, existe la necesidad de limitar el consumo de combustibles fósiles. De esta manera, el transporte es uno de los sectores en los que más se están generando cambios en cuanto a la sostenibilidad. El vehículo eléctrico aparece como una solución para este cambio paulatino ya que no contamina localmente y su balance energético es muy eficiente. Así, se han propuesto diferentes programas para el crecimiento del vehículo eléctrico en el parque automotor. Sin embargo, el cambio de vehículos de gasolina por vehículos eléctricos genera desafíos en varios aspectos, como el impacto que ocasiona en la red eléctrica una implantación masiva: caídas de tensión, pérdidas de potencia, problemas con la calidad de la electricidad, inversiones importantes, etc. Se han planteado algunas soluciones en la parte operativa, pero muchas de ellas no han tomado en cuenta la flexibilidad de los usuarios, lo cual es muy importante para la adopción de vehículos eléctricos. De igual manera, en muchas ocasiones, en la literatura se asumen valores para ciertas variables (estado de carga, recorrido, tipo de batería, etc) que pueden cambiar según el comportamiento de cada usuario, lo que modificaría las previsiones realizadas. Finalmente, pocos trabajos han estudiado el impacto de lo vehículos eléctricos en redes eléctricas cuya gestión energética es más complicada debido a su aislamiento de una macrored y con alta penetración de energías renovables, como lo son las microredes. En este marco, esta tesis propone un enfoque novedoso en cuanto a la participación de los usuarios de vehículos eléctricos en la operación y planificación de diferentes sistemas eléctricos de potencia. Esta trata de algunos aspectos principales: disminución de costos de carga, participación en servicios de regulación, aprovechamiento de energía renovable, así como la planificación de generación de una microred incorporando vehículos eléctricos. En una primera parte, se presenta un análisis del vehículo eléctrico y su interacción en sistemas de potencia. De igual manera, se presentan los trabajos de investigación relacionados sobre la temática. En base al análisis de dichos trabajos, esta tesis propone una nueva metodología para optimizar la carga de los vehículos eléctricos. Se propone la participación de un nuevo agente del mercado eléctrico, el Agregador de vehículos eléctricos. Tendrá que gestionar la carga de dichos vehículos en una importante zona, coordinar con el operador de la red para evitar fallos y minimizar los costos de carga. De igual manera, se considera la diferente flexibilidad de los usuarios ya qu podrán escoger una tarifa que se adapte a su disponibilidad en espera y pagar el precio por aquello. La metodología ha sido aplicada a un caso de estudio a la red de Quito, Ecuador. Se propone también la participación en servicios de regulación, necesitando esta vez de usuarios que sean más flexibles al dejar su vehículo conectado a la red. Se considera las tarifas de la parte anterior para realizar dicho estudio. De igual manera, se aplicó al caso de estudio de la red de Quito, Ecuador. Con el crecimiento de las energías renovables, como solar y eólica, la gestión de la electricidad se vuelve más compleja. Con vistas a utilizar el exceso de energía renovable, se propone una tarifa de electricidad que permita al agregador de cargar los diferentes vehículos, tomando en cuenta precios bajos en periodos en donde la energía renovable esté en exceso. Finalmente, se plantea a planificación de generación de una microred que incluya la introducción masiva de vehículos eléctricos. Se aplicó al caso de las islas de Santa Cruz y Baltra, Galápagos, Ecuador, estudiando el impacto en los costos y en el medio ambiente de nueva generación y considerando la variación del precio del diésel debido a su incertidumbre. / In the current context, where global warming is growing progressively, it is fundamental to limit fossil fuels consumption. Hence, transportation is one of the sectors in which several changes are occurring considering the sustainability. The Electric Vehicle appears as a new solution for this gradual change; it does not pollute locally and its energy's balance is very efficient. So, different programs have been proposed for the growth of electric vehicles in the automotive market. Nevertheless, the change from internal combustion vehicles to electric vehicles generates challenges in several aspects, such as the impact in the electric grid of a massive introduction of electric vehicles: voltage drops, power losses, quality of electricity issues, important investments, among others. Several solutions in operation have been formulated, but most of them do not consider the flexibility of users, which is a significant criterion for the electric vehicle acquisition. Moreover, in several works of the literature, many variables are assumed (stateof- charge, routes, type of battery, etc), which can vary significantly depending on the user, so also the results. Finally, few works have studied the impact of electric vehicles in very complex power systems, as the ones that are isolated from a macrogrid and because of significant penetration of renewable energy sources, such as microgrids. In this context, this thesis proposes a novel approach to the participation of the electric vehicle users in operation and planning of different electric power systems. This thesis is intended to cover various topics: charging costs decrease, regulation services participation, use of an excess of renewable energy, and the power generation planning of a microgrid considering the introduction of electric vehicles. In a first part, an analysis of the electric vehicle and its interaction with power systems is presented. Additionally, the principal works on the topic are summarized. Based on the analysis of these works, this thesis proposes a new methodology for optimizing the charge of electric vehicles. The participation of a new agent of the electricity market, the electric vehicle aggregator, is proposed. It has the ability to manage the charge of the electric vehicles in a zone with significant size, to coordinate with the grid operator in order to avoid troubles and to minimize charging costs. Furthermore, the different flexibility of electric vehicle users is considered because they will choose an EV customer choice product (CCP) that is adapted to their waiting needs and to the cost they can pay. The methodology has been applied to a case study in the grid of Quito, Ecuador. The participation in regulation services has been also considered to discuss this participation in Ancillary services. The CCPs from the part before are considered for performing such study but assuming more involvement from the electric vehicle users. The case study of Quito, Ecuador, was also studied. With the growth of renewable energies, such as solar and wind, the electricity management becomes more complicated. In order to use the excess of renewable energy, an EV charging mechanism for the aggregator is proposed, based on low prices when the renewable energy is in excess. Finally, a power generation planning for a microgrid is proposed, considering the massive introduction of electric vehicles. The case of the Santa Cruz and Baltra islands, Galapagos, Ecuador are studied to determine its costs and environmental impacts, based on diesel costs sensitivity studies to account for its uncertainty. / En el context actual, on l'escalfament climàtic és cada vegada més important, hi ha la necessitat de limitar el consum de combustibles fòssils. El transport és un dels sectors en els quals més s'estan generant canvis pel que fa a la sostenibilitat. El vehicle elèctric apareix com una solució per a aquest canvi gradual ja que no contamina localment i el seu balanç energètic és molt eficient. Així, s'han proposat diferents programes per al creixement del vehicle elèctric al parc automotor. No obstant això, el canvi de vehicles de gasolina per vehicles elèctrics generen desafiaments en diversos aspectes, com son l'impacte que ocasiona a la xarxa elèctrica una implantació massiva: caigudes de tensió, pèrdues de potència, problemes amb la qualitat de l'electricitat, inversions importants, disminució de la vida útil dels transformadors, etc. S'han plantejat algunes solucions a la part operativa, però moltes d'elles no han tingut en compte la flexibilitat dels usuaris, la qual cosa és molt important per a l'adopció de vehicles elèctrics. De la mateixa manera, en moltes ocasions, en la literatura s'assumeixen valors per certes variables (estat de càrrega, recorregut, tipus de bateria, etc.) que poden canviar segons el comportament de cada usuari, el que modificaria les previsions realitzades. Finalment indicar que pocs treballs han estudiat l'impacte del que vehicles elèctrics en xarxes elèctriques on la gestió energètica és més complicada a causa del seu aïllament d'una macroxarxa i amb alta penetració d'energies renovables, com ho són les microxarxes. En aquest marc, aquesta tesi proposa un enfocament nou pel que fa a la participació dels usuaris de vehicles elèctrics en l'operació i planificació de diferents sistemes elèctrics de potència. Aquesta tracta alguns aspectes principals: disminució de costos de càrrega, participació en serveis de regulació, aprofitament d'energia renovable, així com la planificació de generació d'una microxarxa incorporant vehicles elèctrics. En una primera part, es presenta una anàlisi del vehicle elèctric i la seva interacció en sistemes de potència. De la mateixa manera, es presenten els treballs de recerca relacionats sobre la temàtica. En base a l'anàlisi d'aquests treballs, aquesta tesi proposa una nova metodologia per optimitzar la càrrega dels vehicles elèctrics. Es proposa la participació d'un nou agent del mercat elèctric, el Agregador de vehicles elèctrics. Haurà de gestionar la càrrega d'aquests vehicles en una important zona, coordinar amb l'operador de la xarxa per evitar fallades i minimitzar els costos de càrrega. De la mateixa manera es considera la diferent flexibilitat dels usuaris ja que podran escollir una tarifa que s'adapti a la seva disponibilitat en espera i pagar el preu per allò. La metodologia ha estat aplicat a un cas d'estudi a la xarxa de Quito, Equador. Es proposa també la participació en serveis de regulació, necessitant aquest cop d'usuaris que siguin més flexibles en deixar el seu vehicle connectat a la xarxa. Es consideren les tarifes de la part anterior per a realitzar dit estudi. De la mateixa manera, es va aplicar al cas d'estudi de la xarxa de Quito, Equador. Amb el creixement de les energies renovables, com solar i eòlica, la gestió de l'electricitat es torna més complexa. Amb vista a utilitzar l'excés d'energia renovable, es proposa un tarifa d'electricitat que permeti a l'agregador de carregar els diferents vehicles, especialment en períodes on l'energia renovable estigui en excés. Finalment, es planteja la planificació de generació d'una microxarxa que inclogui la introducció massiva de vehicles elèctrics. En concret, es va aplicar al cas de la illes de Santa Cruz i Baltra, Galápagos, Equador, estudiant l'impacte de la nova generació en els costos i en el medi ambient i considerant la variació del preu del dièsel, causa de la seva incertesa. / Clairand Gómez, JM. (2018). New strategies for the massive introduction of electric vehicles in the operation and planning of Smart Power Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110971

En los últimos años la función de la planificación de la distribución se ha venido haciéndose más compleja como consecuencia de la elevada integración de recursos energéticos distribuidos (DER, por sus siglas en inglés) en los escenarios a considerar, principalmente de generación distribuida (DG, por sus siglas en inglés), almacenamiento de energía distribuido y gestión de la demanda (DR; por sus siglas en inglés). Esta situación se ha acentuado con la aparición de nuevos elementos de consumo como el vehículo eléctrico, que podrían causar un impacto elevado en las redes de distribución si no se gestionan adecuadamente. Esta tesis presenta un enfoque innovador hacia una planificación dinámica en la cual se integra la gestión, la capacidad y el control de los recursos energéticos distribuidos con objeto de proporcionar soluciones de planificación óptimas que permitan la consecución de ahorros significativos en los costos asociados. En primer lugar, se describe detalladamente la evolución y situación actual de la previsión de la demanda y de las metodologías de planificación basadas en redes inteligentes que se ha encontrado en la literatura. De la realización de este estudio, se puede concluir que hay numerosos modelos de previsión de la demanda y de planificación, así como diferentes formas de resolverlos, pero todos tienen un denominador en común, ya que en ninguno de estos estudios se ha planteado en profundidad la planificación considerando la generación distribuida a nivel de consumidores, la gestión de la demanda y la introducción masiva de nuevas cargas de consumo como el vehículo eléctrico o cocinas de inducción. Se ha podido observar que la planificación de la red eléctrica ha evolucionado desde un ambiente determinístico centralizado hacía una red estocástica o aleatoria distribuida. En orden a mantener los objetivos de una red inteligente, se requiere capturar este comportamiento estocástico a través de una nueva metodología de planificación, es por este motivo por el cual en este estudio se ha considerado un modelo probabilístico con objeto de estimar el comportamiento del consumo de los citados nuevos elementos (vehículo eléctrico y cocinas de inducción), teniendo en cuenta los hábitos de uso de los consumidores para obtener el comportamiento del factor de simultaneidad. Como resultado esta tesis propone el desarrollo de un nuevo modelo de planificación donde se consideren todos estos componentes activos partiendo del diseño de un modelo conceptual, e incluyendo el diseño de la red de comunicaciones y de las tecnologías de la información que darán soporte a este modelo basado en redes inteligentes para lograr los mejores beneficios. Esta metodología consiste en la integración de todos estos elementos y la posibilidad de gestión que ofrece el nuevo concepto de redes inteligentes, satisfaciendo el crecimiento de la demanda con los nuevos consumos durante el tiempo planificado, determinando las acciones futuras y las inversiones asociadas para poder alcanzar unos niveles de servicio a nivel de consumidor adecuados. Finalmente, este modelo de Planificación Eficiente de Redes Inteligentes que incluye las potenciales mejoras introducidas gracias a la Gestión Activa de la Demanda, fue aplicado a una zona determinada dentro del área metropolitana de Guayaquil (Ecuador). Esta área está principalmente compuesta de consumidores residenciales y comerciales, y presenta unas necesidades de aire acondicionado elevadas, lo que caracteriza fundamentalmente el comportamiento de la demanda eléctrica de dicha zona. Como resultado de esta aplicación, se ha podido comprobar que mediante la utilización de los programas de respuesta de la demanda se podrían reducir los costos de inversión a mediano plazo. / In recent years, the distribution planning activity has become more complex because of the high integration of distributed energy resources (DER) in the considered scenarios, mainly distributed generation (DG), distributed energy storage and demand response (DR). The arising of new consumption elements such as the electric vehicle, which could produce a high impact on the distribution networks if it not properly managed, has highlighted this situation. This doctoral dissertation presents an innovative approach focused on the dynamic planning of the power grid, where the management, capacity and control of distributed energy resources is integrated in order to provide optimal planning solutions, which would provide significant savings in the associated costs. In first place, the evolution and current situation of demand forecasting and planning methodologies based on smart grids that available in the literature are described in detail. As a result, it can be concluded that there are numerous models of demand forecasting and planning, as well as different ways of solving the. However, the planning considering the distributed generation at the consumer level, the demand side management or the massive introduction of new loads of consumption such as electric vehicles or induction cookers have not been considered in depth in any of these studies. It has been observed that the planning of electrical networks has evolved from a centralized and deterministic environment to a distributed stochastic or random network. In order to maintain the objectives of a smart grid, it is necessary to capture this stochastic behavior through a new planning methodology. This is why in this study, a probabilistic model has been considered in order to estimate the consumption behavior of the aforementioned new elements (electric vehicles and induction cookers), taking into account consumers' habits in order to obtain the simultaneity factors. As a result, this dissertation proposes the development of a new planning model where all these active components are considered, starting from the development of a conceptual model and including the design of the communications network and the information technologies that will support this model based on smart grids to achieve the best benefits. This methodology includes the integration of all these elements and the possibility of management offered by the new concept of smart grids, satisfying the growth of demand with new consumptions during the planned time, determining the future actions and the required investments for reaching adequate levels of service at the consumer level. In order to prove the effectiveness of the proposed model of Efficient Planning of Smart Grids, that includes the potential improvements introduced thanks to the Active Management of Demand, it has been applied to a specific zone located within the metropolitan area of Guayaquil (Ecuador). This area is mainly composed of residential and commercial consumers, and it has high air conditioning needs, which fundamentally characterizes the behavior of the electricity demand there. As a result of this application, it has been possible to verify that using the demand response programs could reduce investment costs in the medium term. / En els últims anys la funció de la planificació de la distribució ha vingut fent-se més complexa com a conseqüència de l'elevada integració de recursos energètics distribuïts (DER, per les sigles en anglès) en els escenaris a considerar, principalment de generació distribuïda (DG, per les sigles en anglès), emmagatzemament d'energia distribuïda i gestió de la demanda (DR; per les sigles en anglès). Aquesta situació s'ha accentuat amb l'aparició de nous elements de consum com el vehicle elèctric, que podrien causar un impacte elevat en les xarxes de distribució si no es gestionen adequadament. Aquesta tesi presenta un enfocament innovador cap a una planificació dinàmica en la qual s'integra la gestió, la capacitat i el control dels recursos energètics distribuïts a fi de proporcionar solucions de planificació òptimes que permeten la consecució d'estalvis significatius en els costos associats. En primer lloc, es descriu detalladament l'evolució i situació actual de la previsió de la demanda i de les metodologies de planificació basades en xarxes intel·ligents que s'ha trobat en la literatura. De la realització d'aquest estudi, es pot concloure que hi ha nombrosos models de previsió de la demanda i de planificació, així com diferents formes de resoldre'ls, però tots tenen un denominador en comú, ja que en cap d'estos estudis s'ha plantejat en profunditat la planificació considerant la generació distribuïda a nivell de consumidors, la gestió de la demanda i la introducció massiva de noves càrregues de consum com el vehicle elèctric o cuines d'inducció. S'ha pogut observar que la planificació de la xarxa elèctrica ha evolucionat des d'un ambient determinístic centralitzat cap a una xarxa estocàstica o aleatòria distribuïda. Amb vista a mantindre els objectius d'una xarxa intel·ligent, es requereix capturar aquest comportament estocàstic a través d'una nova metodologia de planificació, és per aquest motiu pel qual en aquest estudi s'ha considerat un model probabilístic a fi d'estimar el comportament del consum dels citats nous elements (vehicle elèctric i cuines d'inducció) , tenint en compte els hàbits d'ús dels consumidors per a obtindre el comportament del factor de simultaneïtat. Com a resultat aquesta tesi proposa el desenvolupament d'un nou model de planificació on es consideren tots aquests components actius partint del disseny d'un model conceptual, i incloent el disseny de la xarxa de comunicacions i de les tecnologies de la informació que donaran suport a aquest model basat en xarxes intel·ligents per a aconseguir els millors beneficis. Aquesta metodologia consisteix en la integració de tots aquests elements i la possibilitat de gestió que ofereix el nou concepte de xarxes intel·ligents, satisfent el creixement de la demanda amb els nous consums durant el temps planificat, determinant les accions futures i les inversions associades per a poder aconseguir uns nivells de servici a nivell de consumidor adequats. Finalment, aquest model de Planificació Eficient de Xarxes Intel·ligents que inclou les potencials millores introduïdes gràcies a la Gestió Activa de la Demanda, va ser aplicat a una zona determinada dins de l'àrea metropolitana de Guayaquil (Equador). Aquesta àrea està principalment composta per consumidors residencials i comercials, i presenta unes necessitats d'aire condicionat elevades, la qual cosa caracteritza fonamentalment el comportament de la demanda elèctrica de aquesta zona. Com a resultat d'aquesta aplicació, s'ha pogut comprovar que per mitjà de la utilització dels programes de resposta de la demanda es podrien reduir els costos d'inversió a mitjà termini. / Pesantez Sarmiento, PA. (2018). Planificación Eficiente de Redes Inteligentes (Smartgrids) Incluyendo la Gestión Activa de la Demanda: Aplicación a Ecuador [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/103684