Submitted by Carmen Torres (carmensct@globo.com) on 2018-02-06T17:40:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiasPlanejamentoOtimizacao.pdf: 6363892 bytes, checksum: 54af44d2043efdd661b641b9c67e1d29 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-02-16T13:09:13Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiasPlanejamentoOtimizacao.pdf: 6363892 bytes, checksum: 54af44d2043efdd661b641b9c67e1d29 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-16T13:09:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstrategiasPlanejamentoOtimizacao.pdf: 6363892 bytes, checksum: 54af44d2043efdd661b641b9c67e1d29 (MD5) Previous issue date: 2017-08-04 / O consumo energético residencial vem crescendo de forma contínua ao longo das últimas décadas, em contrapartida, o fornecimento de energia elétrica não acompanha a mesma taxa de crescimento, tornando-se uma dificuldade a ser tratada pelas empresas do setor elétrico, aos consumidores e ao próprio meio ambiente. Os sistemas de distribuição existentes não são suficientes e possuem limitações no fornecimento de informação adequada, em tempo real, sobre o consumo e outras variáveis elétricas. Também não estão preparados para lidar com custos da energia variáveis, num contexto de um mercado que tende a estabelecer preços dinâmicos, que dependem de um conjunto de fatores endógenos e exógenos ao setor elétrico. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo a proposição, implementação e teste de um sistema de monitoramento inteligente, via smartphone, para controle de energia, utilizando-se formas inteligentes de tomada de decisão, com o intuito de fornecer ao usuário formas de manter seu consumo energético, a partir de perfis de consumo, dentro dos padrões de consumo pré-definidos e desejados pelo usuário. Como consequências positivas, ter-se-á a redução da demanda energética, por meio dos perfis de consumo que levam em consideração o grau de dependência do indivíduo em relação aos equipamentos elétricos presente na residência, apresentando um menor impacto no bem-estar e no dia a dia do usuário final do sistema. / Residential energy consumption has grown steadily over the last decades, becoming a problem for companies in the electricity sector, for consumers and for the environment. The traditional measurement systems are not sufficient and have limitations in providing adequate real-time information about consumption. As also, they are not prepared to deal with variable energy costs in the context of a market with dynamic prices that depend on the energy mix. The future of electric grid, called Smart Grid, will not only be designed with measurements based on the residences, but also on the individualized equipment consumption level. From the residential side, consumers generally suffer from a lack of information on the specific equipment energy consumption impact and, consequently, on the required behavior to reduce its consumption. In this context, this work aims on a smartphone monitoring system concept, to control energy using fuzzy logic, in order to provide to the user ways to maintain his energy consumption, through consumption profiles, within the user-defined consumption patterns. The energy reduction demand through the consumption profiles working with habitant dependence degree on the electrical equipment present in the residence, promote a smaller impact on inhabitant well-being and the daily life.

CAPES / Nesta Tese de Doutorado propõe-se um modelo de consumo de energia para redes acústicas subaquáticas que leva em consideração as especificidades do ambiente subaquático, como a comunicação utilizando ondas acústicas, a dependência da largura de banda do canal com a perda de percurso, que varia tanto com a distância quanto com a frequência, e o ruído. O desvanecimento, resultado do multipercurso, normalmente modelado pelas distribuições Rayleigh e Rice nas transmissões terrestres, é modelado pela distribuição K, que melhor representa a severidade do ambiente subaquático. O modelo considera uma rede subaquática linear de múltiplos saltos e a possibilidade de retransmissões para calcular a energia total consumida para cada bit de informação transmitido com sucesso entre a fonte e o destino. A fim de obter o menor consumo de energia, a SNR e a frequência de operação também são otimizadas, sendo considerado o uso de códigos convolucionais, cuja taxa ótima que leva ao menor consumo é determinada. Uma análise teórica é desenvolvida para cenários com e sem limitação de atraso. No primeiro caso avalia-se o consumo de energia quando retransmissões não são permitidas ou devem ser limitadas e, portanto, uma FER residual deve ser tolerada. No segundo caso infinitas retransmissões são permitidas até que um pacote seja recebido sem erros. Para ambos cenários o número ótimo de saltos que minimiza o consumo de energia é determinado, e na sequência o impacto do número de tentativas de transmissão é considerado. Resultados numéricos são apresentados, mostrando que o esquema de múltiplos saltos é mais eficiente em termos de consumo de energia que a transmissão direta. Além disso, os resultados mostram que um número pequeno de tentativas de transmissão é suficiente para alcançar uma redução considerável no consumo de energia em redes de múltiplos saltos, limitando o atraso médio por pacote transmitido, o que é muito interessante em aplicações reais. / In this Thesis, an energy consumption model for underwater acoustic networks is proposed. The model takes into account the specificities of the underwater environment, such as the use of acoustic waves for communication, dependence of the underwater acoustic channel bandwidth with the path loss, which varies with both the distance and frequency, and noise. The fading, usually modeled by Rayleigh and Rice distributions on terrestrial communications, in this work, is modeled by the K distribution, which best represents the severity of the underwater environment. The model considers a linear multi-hop underwater network and the possibility of retransmissions to calculate the total energy consumed for each bit of information successfully transmitted between the source and the destination. In order to obtain the minimum energy, the SNR and the operating frequency are also optimized. The use of convolutional codes is considered and the optimal code rate, which leads to the minimum energy consumption, is determined. A theoretical analysis was developed for two scenarios: delay constrained and delay unconstrained networks, indicating the optimal number of hops which minimizes energy consumption. Next, the impact of the number of transmission trials was considered. A numerical analysis was also performed for both the scenarios. The numerical results validate the theoretical analysis, showing that the multi-hop scheme is more efficient in terms of energy consumption when compared to direct transmission. Furthermore, the results show that a small number of transmission trials is sufficient to achieve a considerable reduction in energy consumption in multi-hop networks, limiting the average delay per packet transmitted, which is very interesting in real applications.

O presente trabalho aborda a aplicação de códigos fontanais em redes subaquáticas. Tais redes transmitem dados abaixo da água fazendo uso de sinais acústicos e possuem diversas aplicações. No entanto, é sabido que esse tipo de rede é caracterizado por uma baixa velocidade de propagação e largura de banda menor que as redes que operam em meios de transmissão mais conhecidos, tais como a transmissão sem fio via ondas de rádio frequência, resultando num maior atraso na entrega de pacotes. Para tentar minimizar estes atrasos e aumentar a eficiência energética das redes subaquáticas, o trabalho otimizou o sistema de transmissão inserindo um código corretor de erros fontanal no transmissor de mensagens. Dentro desse contexto, foi necessário modelar o consumo energético necessário para a transmissão correta de pacotes de dados em redes subaquáticas utilizando códigos fontanais. Dentre os resultados do trabalho, o mais relevante conclui que o uso dos códigos fontanais é capaz de reduzir em até 30% o consumo de energia quando a distância de transmissão é de 20 km para o caso com a taxa de erro de quadro alvo (FER) de Po = 10^−5, e em ate 25% para a FER alvo de Po = 10^−3. / The present work employs fountain codes in an underwater network, in which data is transmitted using acoustic signals and has many applications. However, underwater networks are usually characterized by low propagation speed and smaller bandwidth than networks that use radio frequency signals, resulting in larger transmission delays. Then, aiming at minimizing the delays and increasing the energy efficiency of underwater networks, the present work employs fountain error-correcting codes at the transmitter. To that end, it was first necessary to model the energy consumption of a success data packet transmission in an underwater network using fountain codes. Our results show that the use of fountain codes is able to reduce up to 30% of energy consumption when the transmission distance is of 20 km for the case with a target frame error rate (FER) of Po = 10^−5 , and 25% for the same distance with a target FER of Po = 10^−3.

Submitted by Cristiane Oliveira (cristiane.oliveira@fgv.br) on 2011-05-24T13:38:06Z No. of bitstreams: 1 71060100728.pdf: 12246419 bytes, checksum: cf8249056976b4597f65472aa3e65d6a (MD5) / Approved for entry into archive by Gisele Isaura Hannickel(gisele.hannickel@fgv.br) on 2011-05-24T13:40:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 71060100728.pdf: 12246419 bytes, checksum: cf8249056976b4597f65472aa3e65d6a (MD5) / Approved for entry into archive by Gisele Isaura Hannickel(gisele.hannickel@fgv.br) on 2011-05-24T13:43:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 71060100728.pdf: 12246419 bytes, checksum: cf8249056976b4597f65472aa3e65d6a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-24T13:47:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 71060100728.pdf: 12246419 bytes, checksum: cf8249056976b4597f65472aa3e65d6a (MD5) Previous issue date: 2010-04-29 / In order to evaluate the use of Electricity Consumption as a Socioeconomic Status, this research analyzes information in two levels of geographical aggregation. At the first level, under a territorial perspective, it investigates indicators of Income and Electric Energy Consumption aggregated by weighted areas (set of census sectors) in the city of São Paulo and uses the microdata of Demographic Census 2000 jointly with residential consumers’ database of AES Eletropaulo. It applies Spatial Auto-Regressive (SAR) models, Geographically Weighted Regression (GWR), and an unprecedented combined model (GWR+SAR), developed in this study. Several neighborhood matrices were used to assess the influence of space (with Downtown-Suburbs pattern) of the variables under study. The variables showed strong spatial autocorrelation (Moran's I greater than 58% for the Energy Consumption and more than 75% for the Household Income). Relations between Income and Electricity Consumption were very strong (coefficients of determination of Income reached values from 0.93 to 0.98). At the second level, the household one, it uses data collected in the Annual Satisfaction Survey of Residential Customer, coordinated by the Brazilian Electricity Distributors Association (ABRADEE) for the years 2004, 2006, 2007, 2008 and 2009. Weighted Linear Model (WLM), GWR and SAR were applied to survey data with interviews allocated on the centroid and the seat of the districts. For the year 2009, we obtained the actual locations of the households interviewed. Additionally, 6 algorithms of points distribution within the polygons of the districts have been developed. The results from models based on centroids and seats obtained a coefficient of determination R 2 of around 0.45 for the GWR technique, while the models based on scattering points within the polygons of the districts have reduced this account to about 0.40. These results suggest that the algorithms of allocation of points in polygons allow the observation of a more realistic association between the constructs analyzed. The combined use of the findings shows that the billing information of the electricity distributors has great potential to support strategic decisions. Because they are current, available and monthly updated, socioeconomic indicators based on energy consumption can be very useful as an aid to processes of classification, concentration and estimation of household income. / Com o objetivo de avaliar o uso do consumo de energia elétrica como indicador socioeconômico, esta pesquisa analisa informações em dois níveis de agregação geográfica. No primeiro, sob perspectiva territorial, investiga indicadores de Renda e Consumo de Energia Elétrica agregados por áreas de ponderação (conjunto de setores censitários) do município de São Paulo e utiliza os microdados do Censo Demográfico 2000 em conjunto com a base de domicílios da AES Eletropaulo. Aplica modelos de Spatial Auto-Regression (SAR), Geographically Weighted Regression (GWR), e um modelo inédito combinado (GWR+SAR), desenvolvido neste estudo. Diversas matrizes de vizinhança foram utilizadas na avaliação da influência espacial (com padrão Centro-Periferia) das variáveis em estudo. As variáveis mostraram forte auto-correlação espacial (I de Moran superior a 58% para o Consumo de Energia Elétrica e superior a 75% para a Renda Domiciliar). As relações entre Renda e Consumo de Energia Elétrica mostraram-se muito fortes (os coeficientes de explicação da Renda atingiram valores de 0,93 a 0,98). No segundo nível, domiciliar, utiliza dados coletados na Pesquisa Anual de Satisfação do Cliente Residencial, coordenada pela Associação Brasileira dos Distribuidores de Energia Elétrica (ABRADEE), para os anos de 2004, 2006, 2007, 2008 e 2009. Foram aplicados os modelos Weighted Linear Model (WLM), GWR e SAR para os dados das pesquisas com as entrevistas alocadas no centróide e na sede dos distritos. Para o ano de 2009, foram obtidas as localizações reais dos domicílios entrevistados. Adicionalmente, foram desenvolvidos 6 algoritmos de distribuição de pontos no interior dos polígonos dos distritos. Os resultados dos modelos baseados em centróides e sedes obtiveram um coeficiente de determinação R2 em torno de 0,45 para a técnica GWR, enquanto os modelos baseados no espalhamento de pontos no interior dos polígonos dos distritos reduziram essa explicação para cerca de 0,40. Esses resultados sugerem que os algoritmos de alocação de pontos em polígonos permitem a observação de uma associação mais realística entre os construtos analisados. O uso combinado dos achados demonstra que as informações de faturamento das distribuidoras de energia elétrica têm grande potencial para apoiar decisões estratégicas. Por serem atuais, disponíveis e de atualização mensal, os indicadores socioeconômicos baseados em consumo de energia elétrica podem ser de grande utilidade como subsídio a processos de classificação, concentração e previsão da renda domiciliar.

Este trabalho tem por objeto de estudo a correlação entre a utilização per capita de energia elétrica e o Índice de Desenvolvimento Humano (IDH). O objetivo geral da pesquisa é avaliar a compatibilidade das premissas do Plano Nacional de Energia (PNE) brasileiro, em relação à utilização de energia elétrica, com o desafio da elevação do IDH nacional ao nível “muito alto” – o mais elevado conforme a terminologia atual das Nações Unidas. Quanto ao método, a pesquisa é, em relação aos seus objetivos, preponderantemente descritiva, e quantiqualitativa no que se refere ao estudo do problema. Realizou-se tratamento estatístico de diferentes aspectos correlacionados à energia elétrica e ao IDH, de modo a estabelecer padrões significativos e universais dessa correlação, os quais parecem possíveis de serem previstos mediante utilização de fórmula matemática, a qual tornaria então possível avaliar o desenvolvimento humano utilizando a energia elétrica como parâmetro. Verificou-se que a proporção da utilização de energia elétrica é cada vez mais intensa em relação ao total de utilização de energia primária, o que se explica pela absoluta indispensabilidade, motivada pela versatilidade e disponibilidade, da primeira, e definiu-se um valor objetivo mínimo à utilização per capita de energia elétrica, ponderado em função da intensidade energética – no caso, 222 kWh –, necessário ao status de desenvolvimento humano “muito alto”. Definiram-se ainda duas fórmulas matemáticas – a primeira delas possui maior versatilidade descritiva, pois envolve equação logarítmica, enquanto a segunda, simplificada, utiliza função potência – capazes de individualmente estimar, em função do valor de utilização de energia e compondo uma base comparativa global, o IDH correspondente do ente analisado. Ambas são capazes de auxiliar na compreensão, ainda que em cognição preliminar, acerca da situação energética do ente sob análise, podendo ser utilizadas como indicador de possíveis direcionamentos de políticas energéticas que se pretendam voltadas ao desenvolvimento humano. Comprovou-se a acurácia da fórmula logarítmica em termos globais e históricos e, na sequência, verificou-se quão compatíveis são entre si o Plano Nacional de Energia e o IDH “muito alto”, em médio prazo e tendo como cenário os estados brasileiros. Concluiu-se, quanto a este objetivo geral, que a evolução histórica de oferta e demanda de energia elétrica no País é compatível com os números projetados pelo PNE, e que estes são compatíveis com o IDH “muito alto” – para atingir tal nível seriam necessários cerca de 720 TWh anuais, enquanto o PNE projeta, para 2030, 971 TWH e a evolução histórica das últimas duas décadas indica, para o mesmo ano, aproximadamente 830 TWh. O eventual atingimento desse nível de IDH deve, contudo, ser relativizado, pois provavelmente não seria suficiente para tirar o Brasil da atual posição de catching-up em relação aos países desenvolvidos. / This work studies the correlation between the per capita use of electrical energy and the Human Development Index (HDI). The main research objective is to evaluate the compatibility between the Brazilian National Energy Plan’s (PNE) goals, regarding the use of electrical energy, and the challenge of increasing the national HDI towards the “very high” level – the highest one according to the current United Nations terminology. As for the method, the research is, regarding its objectives, predominantly descriptive, and quanti-qualitative in relation to the problem studied. Several statistical aspects correlated to electrical energy and HDI were statistically treated, in such a way as to define significant, universal patterns of this correlation, which seem to be possible to predict through a mathematical formula that would then make it possible to evaluate human development using electrical energy as a parameter. It was noted that the proportion of electrical energy is increasingly bigger in relation to the total amount of primary energy, something explained by the absolute indispensability, through versatility and availability, of the former, and an objective minimum per capita value of electrical energy use – in this case, 222 kwh –, weighted as a function of energy intensity, was defined as necessary to reach a “very high” HDI. Besides it, two formulae were developed, both capable of individually estimate an entity’s HDI from the weighted value of electrical energy use. The first of them is more descriptively versatile, by using a logarithmic equation, while the second one is a simplified version, based on a potency function. Both formulae are capable of helping, yet in a preliminary cognition, to understand the energetic situation of the entity under analysis, possibly serving as decision support for energy policies aiming at human development. The logarithmic formula was checked globally and historically for accuracy, and after that it was used to verify how compatible are the Brazilian Energy Plan and a “very high” HDI, on the medium term and on the framework of the Brazilian states. It was concluded that, regarding this general objective, the historical evolution of national electrical energy supply and demand is compatible with the PNE projected numbers, which, on their turn, are compatible with a “very high” HDI – to reach such a level would require about 720 TWh per year, while the PNE forecasts, to 2030, 971 TWh, and the historical evolution of the last two decades indicates, for the same year, approximately 830 TWh. The possible attainment of this HDI level, however, should be put into perspective, because it probably would not be enough to avoid the catching-up situation Brazil is currently facing in relation to developed countries.