Gestão de Recursos em Regime de Autoconsumo no Setor Residencial

Abstract

The aim of this dissertation was to develop and simulate a home energy management system (HEMS) for behind-the-meter resources, seeking to minimise the consumer's energy costs, taking advantage of the flexibility that exists on the demand side and taking advantage of possible signals sent by the network operator (incentives) or supplier (prices, incentives). The system takes as its starting point the user's preferences for each energy service provided by the loads and possible restrictions associated with them, which allows optimised control of its operation with the aim of reducing costs. Considering the great diversity of loads with different control characteristics on the market, they were divided into two groups, smart appliances, and dumb appliances. With this in mind, example architectures were structured and designed for each group of equipment using home automation hardware. To this end, in the case of the dumb appliance architecture, a survey was carried out of the extra home automation hardware that needs to be purchased for these devices to communicate with HEMS. The barriers found in some of the dumb appliances that make it impossible to fully automate its operation/integration into the HEMS due to its constructive characteristics, even using extra hardware, were also discussed. As far as the system's control algorithm is concerned, a survey of the various algorithms already on the market was carried out and the reasons why they are not yet widely used and expressive on the market were discussed, with their capabilities and limitations analysed. In terms of control strategies, and in order to address some of the shortcomings found in some of the existing algorithms, it was decided to develop an algorithm that i) sought to overcome the limitations imposed by the other existing algorithms, particularly in terms of user preferences, and ii) allowed for a new approach to controlling resistive loads so that their maximum potential could be utilised. Two types of control were therefore implemented for this type of load, discrete control and continuous control, consisting of ON/OFF control and the possibility of the load assuming any power value between 0 W and its nominal power, respectively. An analysis was also carried out, including monetary analysis, of each of the control methods, in order to ascertain the balance between savings, satisfying user preferences and flexibility on the demand side.

O objetivo desta dissertação passou por desenvolver e simular um home energy management system (HEMS) de recursos behind the meter procurando minimizar os encargos de energia do consumidor, tirando partido da flexibilidade existente no lado da procura e aproveitando possíveis sinais enviados pelo operador de rede (incentivos) ou comercializador (preços, incentivos). O sistema tem como ponto de partida as preferências do utilizador para cada serviço de energia disponibilizado pelas cargas e possíveis restrições que lhes estejam associadas, o que permite o controlo otimizado do seu funcionamento tendo como objetivo a redução de custos. Considerando a grande diversidade de cargas com diferentes características em termos de controlo existentes no mercado, estas foram divididas em dois grupos, smart appliances (equipamentos inteligentes) e dumb appliances (equipamentos não inteligentes). Tendo este aspeto em consideração, foram estruturadas e desenhadas arquiteturas exemplificativas para cada grupo de equipamentos recorrendo a hardware de automação residencial. Para esse efeito, para o caso da arquitetura referente aos dumb appliances, foi efetuado um levantamento do hardware extra de automação residencial que é necessário adquirir para que estes equipamentos comuniquem com o HEMS. As barreiras encontradas em alguns dos equipamentos não inteligentes que impossibilitam a automatização total da sua operação/ integração no HEMS devido às características construtivas dos mesmos, mesmo recorrendo a hardware extra, foram também discutidas. No que toca ao algoritmo de controlo do sistema, foi efetuado um levantamento dos vários algoritmos já existentes no mercado, e abordadas as razões pelas quais os mesmos ainda não são amplamente usados e expressivos no mercado, sendo para esse efeito analisadas as suas capacidades e limitações . Em termos das estratégias de controlo, e para procurar colmatar algumas das falhas encontradas em alguns dos algoritmos já existentes, optou-se por desenvolver um algoritmo que i) procurasse ultrapassar as limitações impostas pelos restantes algoritmos já existentes, nomeadamente ao nível das preferências do utilizador, e que ii) permitisse uma nova abordagem de controlo das cargas resistivas para que fosse aproveitado o máximo potencial das mesmas. Deste modo foram implementados dois tipos de controlo para este tipo de cargas, o controlo discreto e o controlo contínuo, consistindo no controlo ON/OFF, e na possibilidade da carga assumir qualquer valor de potência entre 0 W e a sua potência nominal, respetivamente. Foi ainda efetuada uma análise, incluindo monetariamente, de cada um dos métodos de controlo, de modo a averiguar o equilíbrio entre poupança, satisfação de preferências do utilizador e flexibilidade do lado da procura.