Sistema de gerenciamento de energia para microrredes usando multiagentes e otimização meta-heurística distribuída em ambiente de co-simulação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almada, Janaína Barbosa
Data de Publicação: 2025
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Texto Completo: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79913
Resumo: The diversity of energy resources in distribution networks requires new strategies for planning and operation. Microgrids are solutions to integrate renewable sources, energy storage, and demand response, decentralizing operation and using digital technologies for more granular energy markets. The increasing complexity demands alternatives to centralized techniques, especially for quick decisions such as very short-term load dispatch. This work proposes a distributed optimal dispatch strategy for microgrids with multiple energy resources, focusing on scalability and the use of distributed computational resources. The simulation is carried out by modeling agents on the PADE (Python Agent DEvelopment) platform, implementing the parallelism of metaheuristics, and considering distributed hardware with communication between agents. A co-simulation environment coordinated by Mosaik synchronizes information exchange, while a plug-and-play system allows for dynamic modification of the agents. The PSO (Particle Swarm Optimization) and MAPSO (Multi-Agent Particle Swarm Optimization) algorithms are the chosen metaheuristics. For comparison, the algorithms were implemented without parallelism, centralizing stages in a single agent, and simulating parallelism through a multi-agent system. Case studies show that the distributed MAPSO performs better, with lower objective function values and lower relative standard deviation (15.6%), while the centralized PSO had the highest standard deviation (106.9%). Although the resolution time of the distributed MAPSO is up to 3 times longer (average execution time of 9 seconds), this interval is compatible with dispatch performed every 5 minutes. The distributed processing capability and communication technologies make the method viable for practical application. The main contributions include the development of a plug-and-play system for very short-term optimization and the distribution of metaheuristics among agents, increasing fault tolerance. Keywords:
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spelling Almada, Janaína BarbosaLeão, Ruth Pastôra Saraiva2025-02-26T14:45:48Z2025-02-26T14:45:48Z2025-01ALMADA, Janaína Barbosa. Sistema de gerenciamento de energia para microrredes usando multiagentes e otimização meta-heurística distribuída em ambiente de co-simulação. 2025. 145 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79913The diversity of energy resources in distribution networks requires new strategies for planning and operation. Microgrids are solutions to integrate renewable sources, energy storage, and demand response, decentralizing operation and using digital technologies for more granular energy markets. The increasing complexity demands alternatives to centralized techniques, especially for quick decisions such as very short-term load dispatch. This work proposes a distributed optimal dispatch strategy for microgrids with multiple energy resources, focusing on scalability and the use of distributed computational resources. The simulation is carried out by modeling agents on the PADE (Python Agent DEvelopment) platform, implementing the parallelism of metaheuristics, and considering distributed hardware with communication between agents. A co-simulation environment coordinated by Mosaik synchronizes information exchange, while a plug-and-play system allows for dynamic modification of the agents. The PSO (Particle Swarm Optimization) and MAPSO (Multi-Agent Particle Swarm Optimization) algorithms are the chosen metaheuristics. For comparison, the algorithms were implemented without parallelism, centralizing stages in a single agent, and simulating parallelism through a multi-agent system. Case studies show that the distributed MAPSO performs better, with lower objective function values and lower relative standard deviation (15.6%), while the centralized PSO had the highest standard deviation (106.9%). Although the resolution time of the distributed MAPSO is up to 3 times longer (average execution time of 9 seconds), this interval is compatible with dispatch performed every 5 minutes. The distributed processing capability and communication technologies make the method viable for practical application. The main contributions include the development of a plug-and-play system for very short-term optimization and the distribution of metaheuristics among agents, increasing fault tolerance. Keywords:A diversidade de recursos energéticos nas redes de distribuição exige novas estratégias para planejamento e operação. As microrredes são soluções para integrar fontes renováveis, armazenamento de energia e resposta à demanda, descentralizando a operação e utilizando tecnologias digitais para mercados de energia mais granulares. A crescente complexidade demanda alternativas às técnicas centralizadas, especialmente para decisões rápidas como o espacho de carga de curtíssimo prazo. Este trabalho propõe uma estratégia de despacho ótimo distribuído para microrredes com múltiplos recursos energéticos, focando em escalabilidade. A simulação é realizada modelando agentes na plataforma PADE (Python Agent DEvelopment), considerando o uso de recursos computacionais distribuídos e comunicação entre agentes. Um ambiente de co-simulação coordenado pelo Mosaik sincroniza a troca de informações, enquanto um sistema plug-and-play permite a modificação dinâmica dos agentes. Os algoritmos PSO (Particle Swarm Optimization) e MAPSO (Multi-Agent Particle Swarm Optimization) foram escolhidos para a realização do estudo. A implementação proposta simula o paralelismo distribuído de meta-heurísticas, por meio de um sistema multiagente. Os estudos de caso mostram que o MAPSO distribuído tem melhor desempenho, com menores valores da função objetivo e menor desvio padrão relativo (15,6%), enquanto o PSO distribuído obteve maior desvio padrão (33,9%). Embora o tempo de resolução do MAPSO distribuído seja até 3 vezes maior (execução média de 9 segundos), esse intervalo é compatível com o despacho realizado a cada 5 minutos. A capacidade de processamento distribuído e tecnologias de comunicação tornam o método viável para aplicação prática. As principais contribuições incluem o desenvolvimento de um sistema plug-and-play para otimização de curtíssimo prazo e a distribuição das meta-heurísticas entre agentes, aumentando a tolerância a falhas.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 microrredes usando multiagentes e otimização meta-heurística distribuída em ambiente de co-simulaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisMetaheurísticasSistema multiagenteSimulação (Computadores)Microrredes (redes elétricas inteligentes)Otimização distribuídaMetaheuristicsMultiagent systemsComputer simulationMicrogrids (Smart power grids)Distributed optimizationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0000-0003-3644-5426http://lattes.cnpq.br/9051142244243564https://orcid.org/0000-0001-6711-7607http://lattes.cnpq.br/8551048513174462LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79913/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINAL2025_tese_jbalmada.pdf2025_tese_jbalmada.pdfapplication/pdf9794290http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79913/1/2025_tese_jbalmada.pdf193599116bf343db9e10caea3d6991f4MD51riufc/799132025-02-26 11:45:49.455oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-02-26T14:45:49Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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