Desenvolvimento de sistema de gestão e controlo de cargas

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015O atual paradigma na produção de energia elétrica, em particular com o aumento da percentagem de produção variável no tempo de fontes renováveis, introduz a necessidade de aumentar a capacidade de controlo dos agentes dos sistemas electroprodutores modernos, não só ao nível da produção, mas igualmente através da gestão do consumo por forma a manter os padrões de segurança de operação e estabilidade do sistema electroprodutor. O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de gestão e controlo ao nível dos equipamentos elétricos domésticos capaz de realizar, não somente a monitorização dinâmica de grandezas como a corrente e tensão eficazes, potência ativa, potência reativa, fator de potência e temperatura ambiente, mas também realizar ações de controlo das cargas. Com base em dispositivos de baixo custo e software suportado em bibliotecas de software livre, o sistema desenvolvido é constituído por uma unidade de controlo, capaz de gerir a coleta de dados e apresentar resultados aos utilizadores, e unidades auxiliares instaladas ao nível das tomadas elétricas, capazes de realizar funções de aquisição e processamento de sinais e controlo de equipamentos elétricos. Os elementos do sistema comunicam entre si através de uma rede malhada sem fios auto-reconfigurável. Os resultados obtidos, através de testes de funcionamento do sistema constituído por uma unidade de controlo e duas unidades auxiliares em ambiente laboratorial, validam a capacidade do sistema em cumprir os objetivos pretendidos. A informação é apresentada aos utilizadores ao nível da unidade de controlo, quer através de uma visualização dinâmica num monitor, quer através do armazenamento dos dados num ficheiro disponível para consulta. A leitura dos valores eficazes da tensão e corrente obtidos pelo sistema proposto apresentam uma forte correlação linear face a medições realizadas por um multímetro de precisão. O sistema ordena a ativação ou desativação das cargas corretamente com base numa variável de controlo como pretendido, alcançando todos os objetivos pretendidos, nomeadamente a sua construção recorrendo a componentes eletrónicos de baixo custo.The actual power generation paradigm, particularly with the increasing share of time variable production from renewable energy sources, prompts for better control capacity in modern power systems. The required control capacity cannot be achieved only in terms of production control, making demand side management a critical need, so as to maintain the actual safety and stability standards of the power system. The aim of this thesis is to develop a domestic load management and control system able to do the dynamic monitoring of parameters such as effective current and voltage, active power, reactive power, power factor and temperature. The proposed system is based on low-cost hardware and free software libraries and is composed of 1) a control unit, able to manage the system and present the results to users, and 2) slave units installed at electrical outlets, able to do the acquisition and processing signal functions. All these elements communicate with each other through a self-reconfigurable wireless mesh network. The results obtained by testing the operating system with a control unit and two slave units in a laboratory condition, show its capacity to meet the main objectives. The information is presented to users at the control unit through a dynamic preview on a monitor and by storing data in a file available for users. The acquisition of an effective voltage and current values has a strong linear relationship from measurements made by a precision multimeter. The system orders the activation or deactivation of the loads correctly based on a control variable as intended, achieving all the goals of the work, namely the construction of the load control system using low-cost electronic components