Smart energy management in residential consumers

Orientador: Luiz Carlos Pereira da SilvaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho apresenta ferramentas de gerenciamento de energia em consumidores residenciais que sugerem alterações de hábitos de consumo aos usuários, visando à redução de custos com a conta de energia elétrica. A simulação sugere os melhores horários de utilização para equipamentos que podem ter seu uso deslocado e ajustes horários dos parâmetros para equipamentos com parâmetros ajustáveis. O modelo desenvolvido também inclui o uso de microgeração distribuída, que pode ser solar ou eólica. Para prever a quantidade de energia gerada, são utilizados dados climáticos de um ano meteorológico típico. Essa quantidade é calculada através de um software de simulação chamado GridLAB-D. O GridLAB-D também é usado para calcular o consumo do HVAC, que depende dos dados climáticos e dos ajustes sugeridos. Para equipamentos que não são considerados na simulação (cargas não controláveis) utiliza-se o consumo médio da região, de acordo com a Pesquisa de Equipamentos e Hábitos de Uso do Procel. Dois tipos de tarifas são considerados: convencional e branca (horária). Para testar os métodos em diferentes climas, duas cidades foram escolhidas: Santa Maria ¿ RS e Belém ¿ PA. A simulação usa Otimização por Enxame de Partículas e sua variante cooperativa para encontrar as soluções. Foram desenvolvidos três métodos complementares ao longo do projeto. O primeiro método foca no gerenciamento do consumo de um sistema HVAC (Heating, Cooling and Air Conditioning). O segundo método faz o gerenciamento, de forma não coordenada, do consumo do HVAC e de outras cargas (bomba da piscina, chuveiro elétrico, secador de cabelo, lavadora de roupas, lavadora de louças, panela elétrica e equipamentos recarregáveis) em uma interface, onde os usuários podem configurar suas características e obter como resposta as sugestões de consumo. O terceiro método visa integrar o gerenciamento do consumo da bomba da piscina, do chuveiro elétrico, da lavadora de roupas e da lavadora de louças, com o gerenciamento do consumo do HVAC e de baterias de armazenamento. Os resultados mostraram que fazer o gerenciamento do consumo de uma residência pode reduzir significativamente os gastos com a conta de energia elétricaAbstract: This work presents energy management tools for residential consumers that suggest ways of consumption to the users in order to reduce costs in the electricity bill. The simulation procedures suggest the best time of use for equipments which can be shifted and hourly adjustments of parameters for equipments with adjustable parameters. The developed model also includes the use of distributed microgeneration, which can be photovoltaic or wind systems. In order to preview the amount of power generation, weather data of a typical meteorological year are used. This amount is calculated by a simulation software called GridLAB-D. GridLAB-D is also used to calculate the HVAC consumption, which depends on the weather data and the adjustment suggests. For equipments that are not considered in the simulation, the Procel-Eletrobras report on Consumer Habits and Ownership of Appliances Research is used. Two tariff types are used: Conventional and White (time of use). To test the methods in different weathers, two cities were chosen: Santa Maria ¿ RS and Belém ¿ PA. The simulation uses Particle Swarm Optimization and its cooperative variant to find the solutions. Three complementary methods were developed during the project. The first method focuses on consumption management of a HVAC (Heating, Cooling and Air Conditioning) system. The second method makes the consumption management, in an uncoordinated way, of the HVAC and other loads (pool pump, electric shower, hair dryer, washing machine, dishwasher, rice cooker and rechargeable equipments) using an interface, where the users configure their characteristics and get an answer with the consumption suggestions. The third method aims to coordinate the consumption management of the pool pump, electric shower, washing machine and dishwasher to the consumption management of the HVAC and storage batteries. The results showed that managing the consumption of a home can significantly reduce the spent with the electric energy billMestradoEnergia EletricaMestra em Engenharia ElétricaCAPE