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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Optimal management of energy consumption and comfort for smart buildings connected to a microgrid = Gestão ótima do consumo de energia e do conforto em edificações inteligentes ligadas a uma microrrede
Title Alternative: Gestão ótima do consumo de energia e do conforto em edificações inteligentes ligadas a uma microrrede
Author: Pinzon Amorocho, Jerson Alexis, 1990-
Advisor: Silva, Luiz Carlos Pereira da, 1972-
Abstract: Resumo: As edificações consomem cerca de 32% da energia elétrica total e são responsáveis por cerca de 30% das emissões de CO2 em todo o mundo. Estes fatos tem promovido o desenvolvimento de sistemas de gerenciamento de energia em edificações (BEMS), que integram sistemas de geração distribuída (DG), resposta à demanda (DR) e o gerenciamento de condições internas, a fim de reduzir o consumo de energia garantindo requisitos de conforto para os ocupantes. Além disso, se a operação do BEMS é coordenada com a rede elétrica, eventos como geração renovável reduzida, flutuações de preços de energia, violações de limites de tensão, entre outros, podem ser mitigados. Assim, esta dissertação de mestrado apresenta uma estratégia para coordenar, de forma centralizada, a operação de múltiplas edificações em uma microgrid. Inicialmente, é desenvolvido um BEMS para coordenar a operação de um edifício inteligente, com base em um modelo de programação não linear inteira mista (MINLP), considerando a gestão de unidades de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC), aparelhos de iluminação, geração fotovoltaica (PV) e sistema de armazenamento de energia (ESS), a fim de minimizar o custo total do consumo de energia. Condições confortáveis para os ocupantes são asseguradas por um conjunto de restrições matemáticas. Em seguida, a representação matemática da rede elétrica é integrada no modelo MINLP proposto para ampliar a estratégia para permitir que um operador central gerencie o consumo de energia e a geração de múltiplas edificações em uma microgrid, com o objetivo de minimizar o custo total da energia importada da rede principal, enquanto as restrições operacionais da rede elétrica são garantidas. Além disso, é apresentada uma estratégia que simplifica o modelo não linear proposto, com base em um conjunto de técnicas de linearização e representações equivalentes, obtidas através de um estágio de pré-processamento executado no EnergyPlus. Esta estratégia permite aproximar o modelo MINLP proposto por meio de uma formulação de programação linear inteira mista (MILP), que pode ser resolvida usando softwares comerciais. No primeiro cenário de estudo, a abordagem proposta foi testada individualmente em três edificações com características diferentes, sem considerar a rede elétrica.O segundo cenário de estudo incluiu toda a modelagem, analisando uma microgrid de 13 barras com cargas não gerenciáveis e edificações inteligentes. Finalmente, uma estratégia de horizonte rolante (RH) é proposta para levar em conta a incerteza dos dados, bem como reduzir a quantidade de dados de previsão necessários. Assim, no terceiro cenário de estudo, o esquema de RH proposto foi testado na microgrid de 13 barras, comparando os resultados com a solução encontrada através da abordagem determinística do segundo cenário

Abstract: Buildings consume about 32% of the total electrical energy and are responsible for approximately 30% of CO2 emissions worldwide. These facts have promoted the development of building energy management systems (BEMS), which integrate distributed generation (DG), demand response (DR) schemes and management of indoor conditions, to reduce energy consumption guaranteeing comfort requirements of the occupants. Additionally, if the BEMS operation is coordinated in conjunction with the electrical grid, events such as insufficient renewable-based generation, energy price fluctuations, voltage limits violations, among others, can be mitigated. Thereby, this master's dissertation presents a strategy to coordinate, in a centralized fashion, the operation of multiple buildings in a microgrid. Initially, a BEMS to coordinate the operation of a smart building is developed, based on a mixed integer non-linear programming (MINLP) model, considering the management of heating, ventilation and air conditioning (HVAC) units, lighting appliances, photovoltaic generation (PV) and energy storage system (ESS), in order to minimize the total cost of energy consumption. Comfortable indoor conditions for the occupants are ensured by a set of mathematical constraints. Then, the mathematical representation of the electrical grid is integrated into the proposed MINLP model to extend the strategy to allow a central operator to manage the power consumption and generation of multiple buildings in a microgrid, with the aim of minimizing the total cost of the energy imported from the main utility, while operational constraints of the electrical grid are guaranteed. Additionally, a strategy that simplifies the original non-linear proposed model is presented, based on a set of linearization techniques and equivalent representations, obtained through a pre-processing stage executed in EnergyPlus. This strategy allows approximating the proposed MINLP model into a mixed integer linear programming (MILP) formulation, that can be solved using commercial solvers. In the First scenario of study, the proposed approach was tested individually in three buildings with different characteristics, without considering the electrical grid. The Second scenario of study included the entire model, analyzing a 13-bus microgrid with non-manageable loads and smart buildings. Finally, a rolling horizon (RH) strategy is proposed to address the uncertainty of the data, as well as reduce the amount of forecasting data required. Thus, in the Third scenario of study, the proposed RH scheme was tested in the same 13-bus microgrid, comparing the results with the solution found through the deterministic approach of the Second scenario
Subject: Edificações
Sistemas de gestão de energia
Otimização
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: PINZON AMOROCHO, Jerson Alexis. Optimal management of energy consumption and comfort for smart buildings connected to a microgrid = Gestão ótima do consumo de energia e do conforto em edificações inteligentes ligadas a uma microrrede. 2018. 1 recurso online (71 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331228>. Acesso em: 3 set. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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