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Sistema de gerenciamento de energia para comunidades energéticas residenciais: uma proposta que agrega resposta da demanda, geração distribuída e sistemas de armazenamento

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Main Author: Santos, Stéphanie Alencar Braga dos
Publication Date: 2024
Format: Doctoral thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
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Summary: This work is part of the Community Energy, scenario, in terms of a community's energy management system. We propose a Community Energy Management System (CEMS) that uses the concept of distributed generation, with a solar energy system and a battery storage system shared with the community members, as well as the possibility of individual solar generation for each home. The proposed system also uses the price-based Demand Response (DR) strategy, using the Brazilian Time of Use (ToU) tariff system, the White Tariff. The proposed system works on two levels: the community controller level and the consumer level (active and passive). The active consumers participates directly in the DR and have an Home Energy Energy System (HEMS) that schedules controllable loads. At the consumer level, the problem is formulated as a multi-objective optimization problem, aiming to minimize both the cost of the energy bill and the user's discomfort when scheduling or shifting controllable loads. At the community controller level, the goal is to minimize the expected overall cost by optimizing the use of battery power. To solve this problem, we employ the Geofind method for cases without demand restrictions and a hybrid Geofind + Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for cases with demand constraints. At the controller level, we use Genetic Algorithm (GA) to solve the problem of scheduling the charging/discharging profile of the battery. The methodology is simulated using the Python programming language, in different scenarios. The results demonstrate the effectiveness of the CEMS, performing the optimal scheduling of the battery charge/discharge profile, achieving daily financial savings of more than 20%, considering the capacities of the proposed resources in each proposed scenario.
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The proposed system also uses the price-based Demand Response (DR) strategy, using the Brazilian Time of Use (ToU) tariff system, the White Tariff. The proposed system works on two levels: the community controller level and the consumer level (active and passive). The active consumers participates directly in the DR and have an Home Energy Energy System (HEMS) that schedules controllable loads. At the consumer level, the problem is formulated as a multi-objective optimization problem, aiming to minimize both the cost of the energy bill and the user's discomfort when scheduling or shifting controllable loads. At the community controller level, the goal is to minimize the expected overall cost by optimizing the use of battery power. To solve this problem, we employ the Geofind method for cases without demand restrictions and a hybrid Geofind + Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for cases with demand constraints. At the controller level, we use Genetic Algorithm (GA) to solve the problem of scheduling the charging/discharging profile of the battery. The methodology is simulated using the Python programming language, in different scenarios. The results demonstrate the effectiveness of the CEMS, performing the optimal scheduling of the battery charge/discharge profile, achieving daily financial savings of more than 20%, considering the capacities of the proposed resources in each proposed scenario.Esta tese está inserida no cenário de Community Energy, no que se refere ao sistema de gerenciamento de energia de uma comunidade. É proposto um Sistema de Gerenciamento de Energia para Comunidades (SGEC) que utiliza o conceito de geração distribuída, com um sistema Fotovoltaico (FV) e um sistema de armazenamento por baterias compartilhados com os integrantes da comunidade, além da possibilidade de geração FV de cada residência. O sistema proposto também utiliza a estratégia de Resposta da Demanda (RD) baseada em preços, usando o sistema de tarifas Time of Use brasileiro, a Tarifa Branca. O sistema proposto funciona em dois níveis: nível do controlador da comunidade e nível do consumidor (ativos e passivos). O consumidor ativo participa diretamente da RD e possui um Sistema de Gerenciamento de Energia Residencial que realiza o agendamento das cargas controláveis. O problema no nível do consumidor é formulado como um problema multiobjetivo, com os objetivos de minimizar o custo da conta de energia e o grau de desconforto do usuário, ao realizar o agendamento/deslocamento das cargas controláveis. O controlador, por outro lado, busca minimizar o custo geral esperado, ao otimizar o uso da energia da bateria. Para solucionar o problema no nível do consumidor, é utilizado o método Geofind e um algoritmo híbrido composto pelo Geofind + Particle Swarm Optimization (PSO), para os casos sem restrição de demanda e com restrição de demanda, respectivamente. No nível do controlador, é utilizado Algoritmo Genético para solucionar o problema de agendamento do perfil de carga/descarga da bateria da comunidade. A metodologia é simulada utilizando linguagem de programação Python, em diferentes cenários. Os resultados comprovam a eficácia do SGEC, realizando o agendamento ótimo do perfil de carga/descarga da bateria, alcançando uma economia financeira diária em torno de 20%, considerando as capacidades dos recursos propostos em cada cenário proposto.Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Sistema de gerenciamento de energia para comunidades energéticas residenciais: uma proposta que agrega resposta da demanda, geração distribuída e sistemas de armazenamentoA energy management system for residential community energy that combines demand response, distributed generation and storage systemsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisCommunity energy - CearáGerenciamento de EnergiaEficiência EnergéticaOtimizaçãoResposta da DemandaEnergia elétrica - Consumo - CearáCommunity energy - CearáEnergy ManagementEnergy EfficiencyOptimizationDemand ResponseElectric power consumption - CearáCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/2205664211815043https://orcid.org/0000-0003-2842-5222http://lattes.cnpq.br/12187831064472172025-03-10ORIGINAL2024_tese_sabsantos.pdf2024_tese_sabsantos.pdfTeseapplication/pdf2474978http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80231/1/2024_tese_sabsantos.pdf7fb8e546f102223b400569d5fd342c3eMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80231/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/802312025-03-29 23:33:11.545oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-03-30T02:33:11Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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