Solução de gerenciamento e controle de carga distribuído para gestão de energia elétrica residencial

This work focuses on solving the management and control of distributed loads within an optmization schedule for electrical loads dispatch respecting users confort goals while minimizing the overall cost for electrical energy. An integer linear programming model was developed that controls startup times for every load whilst simultaneously keeping minimal electrical energy cost and maximum user confort. Electrical loads are categorized as controllable and non-controllable, the non-controllable loads are added to the problem restrictions, while the controllable loads are displaced in time by the smart controller. Four types of tariffs are used, each representing a different demand response of the type price-based incentive in a demand side management structure that respects an utility restriction, the maximum electrical demand for the household. Four distinct scenarios were presented based on the selected tariff models, on the first scenario the controller capacity to dispatch loads is acknoloedged, in a single and constant tariff, with a varying demand restriction to load allocation. On the second scenario a price-based incentive for a single block of time is introduced, simulating a restriction request by the utility for demand in this particular time period, the demand restriction to the household being kept the same. The third scenario focuses on the response to a free-market tariff (time of use), where the utility applies a day-ahead tariff scheme. Finally on the fourth scenario the controller response to the white tariff proposed in the brazilian electrical market is prsesented. The mathematical background proposed shows the possible dispatch for electrical loads in an optimal situation, offering global cost reduction up to 12%, without deeply interfering with comfort. The optimizer also shows the possible response methods to price based incentives in a demand side management program, thus dispatching appliances in accordance to the type of incentive given.Nesse trabalho é apresentada uma solução para o gerenciamento e controle de carga distribuído com vista à otimizar o horário de inicialização de cargas elétricas respeitando o interesse do usuário (conforto) e minimizando o custo global devido ao consumo de energia elétrica. Foi desenvido um modelo de programação linear inteira que aloca os horários de início de cada carga enquanto simultaneamente mantém os objetivos de minimização do custo e maximização do conforto. As cargas elétricas são distribuídas em conjuntos controláveis e não controláveis, estando os consumos das cargas não controláveis incorporados às restrições do problema de otimização, enquanto as cargas controláveis são efetivamente alocadas no tempo pelo controlador inteligente. Quatro tipos de respostas tarifárias são simulados, representando um instrumento de incentivo baseado em preço, em um ambiente de gerenciamento pelo lado da demanda que respeite as restrições do operador do sistema elétrico através de uma restrição de demanda. São apresentados quatro cenários com base nas tarifas selecionadas, no primeiro é comparada a capacidade do controlador inteligente de alocar as cargas elétricas em um cenário de tarifa constante cujo único limitador é a restrição de demanda pelo operador do sistema elétrico. No segundo cenário é introduzida uma tarifa diferenciada, simulando uma resposta a demanda emitida pelo operador do sistema para restringir o consumo em determinado horário, mantida a restrição de demanda. O terceiro cenário refere-se a um regime tarifário livre, em que o operador do sistema aplica políticas de preço livre um dia antes (a tarifa é definida pelo operador um dia antes e entregue aos consumidores). Finalmente no quarto cenário é apresentada a aplicação do controlador no regime de tarifa branca proposto para o mercado brasileiro. A aplicação dos métodos matemáticos propostos demonstram que é possível despachar o horário de funcionamento das cargas elétricas de forma ótima, oferece redução no custo global da energia elétrica do consumidor em até 12 %, sem, entretanto, reduzir significativamente as expectativas de conforto. A utilização do otimizador demonstra que é capaz de responder a variações causadas por incentivos baseados em preço como parte de um sistema de gerenciamento pelo lado da demanda, ao orientar o despacho dos dispositivos de forma a usufruir destas sinalizações de incentivo