Estudo e desenvolvimento de abordagens multiobjetivo baseadas em programação linear e em metaheurísticas para otimização do custo com energia elétrica e do conforto do usuário
| Ano de defesa: | 2018 |
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Resumo: | Residential home automation is typically based on a Smart Home Controller (SHC) that controls the main loads and devices used in a home and helps reduce energy costs. This work presents a multi-objective approach to maximize energy savings and maximize comfort through a SHC with demand control in a variable rate system. The formalization of the problem was initially done through Integer Linear Programming (ILP), in which a weight aggregation function is presented for the two objectives under analysis, and finally a multiobjective meta-heuristic was implemented to treat the bi-objective, based Genetic Algorithm by means of the approximation of a Pareto frontier for automatic definition of the drive of the loads, thus offering the user options of choice, considering the criteria energy consumption and comfort. The differential of this proposal is the use of a new definition for objective function related to comfort, with the activation of loads with more than one daily operating cycle. The results of the algorithm used specify the best times to connect the loads (real household appliances) according to the constraint given by the contracted demand value and the user preferences. The efficacy of the proposed solution is demonstrated using the Weight Based Genetic Algorithm (WBGA) and Pareto Envelope-based Selection Algorithm II (PESA II) optimization techniques in a real smart home controller system in a mid-sized home. The results of the simulations demonstrated the generation of solutions that can reach an economy of more than 51% and comfort of over 96%, compared to the initial user preferences, giving the possibility of choosing the solution that best suits your needs. |
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Albuquerque, Pedro Urbano Braga dePrata, Bruno de AthaydeBarroso, Giovanni Cordeiro2019-02-06T13:01:24Z2019-02-06T13:01:24Z2018ALBUQUERQUE, P. U. B. de. Estudo e desenvolvimento de abordagens multiobjetivo baseadas em programação linear e em metaheurísticas para otimização do custo com energia elétrica e do conforto do usuário. 2018. 80 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/39409Residential home automation is typically based on a Smart Home Controller (SHC) that controls the main loads and devices used in a home and helps reduce energy costs. This work presents a multi-objective approach to maximize energy savings and maximize comfort through a SHC with demand control in a variable rate system. The formalization of the problem was initially done through Integer Linear Programming (ILP), in which a weight aggregation function is presented for the two objectives under analysis, and finally a multiobjective meta-heuristic was implemented to treat the bi-objective, based Genetic Algorithm by means of the approximation of a Pareto frontier for automatic definition of the drive of the loads, thus offering the user options of choice, considering the criteria energy consumption and comfort. The differential of this proposal is the use of a new definition for objective function related to comfort, with the activation of loads with more than one daily operating cycle. The results of the algorithm used specify the best times to connect the loads (real household appliances) according to the constraint given by the contracted demand value and the user preferences. The efficacy of the proposed solution is demonstrated using the Weight Based Genetic Algorithm (WBGA) and Pareto Envelope-based Selection Algorithm II (PESA II) optimization techniques in a real smart home controller system in a mid-sized home. The results of the simulations demonstrated the generation of solutions that can reach an economy of more than 51% and comfort of over 96%, compared to the initial user preferences, giving the possibility of choosing the solution that best suits your needs.A automação residencial normalmente é baseada em um Controlador Residencial Inteligente (Smart Home Controller - SHC) que realiza o controle das principais cargas e dispositivos utilizados em uma residência e propicia a redução dos gastos com energia. Este trabalho apresenta uma abordagem multiobjetivo para maximização da economia de energia e maximização do conforto através de um SHC com controle da demanda máxima, em um sistema de tarifas variáveis. A formalização do problema inicialmente foi feita por meio de Programação Linear Inteira em que é apresentada uma função de agregação de pesos para os dois objetivos em análise, e finalmente foi implementada uma meta-heurística multiobjetivo para tratar a natureza biobjetivo, baseada em um algoritmo genético, por meio da aproximação de uma fronteira de Pareto para definição automática do acionamento das cargas, oferecendo ao usuário opções de escolha, considerando os critérios consumo energético e conforto. O diferencial desta proposta é a utilização de uma nova definição para função objetivo relativa ao conforto, com acionamento das cargas com mais de um ciclo de funcionamento diário. Os resultados do algoritmo utilizado, especificam os melhores horários para ligar as cargas (eletrodomésticos reais) de acordo com a restrição dada pelo valor de demanda contratada e das preferências do usuário. A eficácia da solução proposta é demonstrada por meio das técnicas de otimização Weight Based Genetic Algorithm (WBGA) e Pareto Envelope-based Selection Algorithm II (PESA II) em um sistema de um controlador de residência inteligente real em uma casa de porte médio. Os resultados das simulações demonstraram a geração de soluções que podem chegar a uma economia superior a 51% e conforto superior a 96%, se comparados com as preferências iniciais do usuário, conferindo a possibilidade de escolha da solução que seja mais adequada às suas necessidades.TeleinformáticaAlgoritmo genéticoEnergia elétrica - OtimizaçãoProgramação linearSmart homesGenetic algorithmEnergy efficiencyInteger linear programmingPareto frontEstudo e desenvolvimento de abordagens multiobjetivo baseadas em programação linear e em metaheurísticas para otimização do custo com energia elétrica e do conforto do usuárioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2018_tese_pubalbuquerque.pdf2018_tese_pubalbuquerque.pdfapplication/pdf3019118http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/39409/5/2018_tese_pubalbuquerque.pdf1b471c0a456d213eec334904b76440dfMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/39409/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56riufc/394092020-09-23 09:13:29.682oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2020-09-23T12:13:29Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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