O conceito de Smart Grid tem sido cada vez mais falado e a ideia de uma rede de distribuição de energia elétrica inteligente é cada vez mais apelativa e necessária. A liberalização dos mercados energéticos, o crescimento das formas de energia renováveis, a geração de energia distribuída e o advento dos veículos elétricos tornam necessária uma evolução na rede de distribuição de energia. Esta evolução apresenta-se na forma de uma rede de energia elétrica flexível, capaz de promover a eficiência (operacional e económica), a sustentabilidade, a robustez, aumentar os serviços prestados ao utilizador e ao mesmo tempo promover uma maior contribuição deste para o bom funcionamento da rede [1].

Para que isto seja possível é necessário que este novo tipo de rede de distribuição seja dotado de uma maior capacidade de recolha de dados, da capacidade de transferência de informação de forma bidirecional e de gestão automatizada e remota.

A recolha de dados deve abranger todos, ou quase todos os aspetos que influenciam a rede, tais como, consumos, como estes são distribuídos ao longo do tempo, a qualidade da energia ao longo da rede, a quantidade de energia que está a ser produzida, o preço da energia, os tipos de cargas ligadas à rede, dados meteorológicos para ajudar a prever os níveis de produção dos diferentes tipos de energia renováveis e até o estado dos componentes da própria rede. Toda esta informação deve ser adquirida em períodos de tempo curtos para que os agentes que atuam sobre a rede, o possam fazer em tempo útil, não só para manter o bom funcionamento da rede mas também para tirar o máximo proveito possível desta.

No cenário em que a distribuição de energia é feita através de uma Smart Grid, a gestão que é feita sobre a rede terá de sofrer alterações em relação ao que é feito atualmente. Esta passará a ser baseada numa quantidade de informação muito maior do que anteriormente e a frequência com que a informação é adquirida será também aumentada. Isto permitirá novas possibilidades de intervenções na rede, uma vez que ao ter informação acerca de um maior conjunto de parâmetros também será possível estes mesmos parâmetros serem controlados. Com este aumento no fluxo de informação e em parâmetros a controlar, torna-se necessário que a gestão sobre a rede seja não só remota, mas também automatizada para que as ações de gestão possam ser realizadas de forma mais rápida e eficiente. Como exemplo do que foi mencionado anteriormente temos a gestão de cargas ligadas à rede. As cargas ligadas à rede podem ser geridas por forma a tirar o melhor proveito possível dos preços de eletricidade, mas também para aliviar a carga da rede em momentos em que o consumo atinge o seu pico. Esta estratégia irá evitar gastos em capacidade de produção para satisfazer esses picos de consumo. Este tipo de gestão tem de ter em conta não só as necessidades da rede, mas principalmente as preferências do cliente ao qual a carga pertence [2,3,4,5,6].

Estas novas características das redes de distribuição de energia inteligentes implicam uma grande troca de dados entre dispositivos que fazem a monitorização da rede, os dispositivos que fazem o controlo, os mercados, o gestor da rede e os utilizadores. Todas estas trocas de dados vão originar um grande fluxo de informação a circular paralelamente ao fluxo de energia. Como as informações a circular serão de grande importância é absolutamente necessário que se tomem medidas para as proteger [5]. Devido a isto, todos os dispositivos envolvidos nas operações deste tipo de rede, terão obrigatoriamente de possuir comunicações seguras de forma que os dados que circulam não possam ser intercetados, acedidos ou até mesmo alterados de forma indevida. Os próprios dispositivos devem apresentar também um elevado nível de segurança pelas mesmas razões.

A segurança será um dos aspetos fundamentais nos equipamentos das redes inteligentes, visto que estes serão responsáveis pela monitorização da rede e de grande parte da atuação, ou seja, qualquer ataque a estes, ou ao fluxo de informação proveniente destes, terá um grande impacto na rede e como consequência na sociedade em geral.

O trabalho desta dissertação consistirá no desenvolvimento de um equipamento para fazer a gestão de diversos tipos de componentes ligados à rede, desde cargas domésticas, como por exemplo carros elétricos, até cargas industriais, como bancos de condensadores e filtros ativos, etc. A gestão que este equipamento irá efetuar tem como objetivo melhorar o funcionamento da rede através da gestão de cargas e também permitir que o cliente tire o melhor proveito possível dos diferentes preços da energia ao longo do dia. No caso de se alterar o funcionamento de um determinado aparelho para satisfazer as necessidades da rede ou para tirar proveito dos períodos em que a energia é mais barata, é necessário ter em conta as preferências do utilizador e saber até que ponto este permite a alteração do seu funcionamento. Isto é igualmente importante para atingir um dos objetivos das Smart Grids, que é a possibilidade do cliente contribuir para o bom funcionamento da rede. Assim, é necessário que o dispositivo a desenvolver seja capaz de interagir com o cliente e armazenar as suas preferências, para que sejam tidas em conta no processo de decisão. O dispositivo será também capaz de receber e enviar informações de e para a rede. Após o término do processo de decisão que compara as indicações do cliente com as necessidades da rede, será transmitida a esta a ação que irá ser realizada.

Para aumentar o desempenho e velocidade deste dispositivo, a sua implementação será feita em hardware, o que permitirá que todos os processos de decisão sejam efetuados de forma muito mais rápida, para possibilitar que a rede de uma forma geral seja também capaz de se adaptar rapidamente a qualquer acontecimento. Para ultrapassar algumas das limitações das implementações em hardware, será utilizada uma FPGA. Esta tecnologia torna este tipo de implementação mais versátil uma vez que permite upgrades e a inclusão de novas funcionalidades caso isto seja necessário.

Com estas funcionalidades, espera-se que este equipamento seja capaz de satisfazer uma das necessidades principais das Smart Grids, que é a intervenção remota e automatizada sobre os aspetos que influenciam a rede, através da intervenção em alguns tipos de cargas com potencial para contribuir de forma mais significativa para o bom funcionamento da rede [7].