3.2 CARREGAMENTO DESCENTRALIZADO
3.2.1 Algoritmo proposto
O Algoritmo 1, na Tabela 3.1 apresenta o controle individual descentralizado proposto para gerenciar o carregamento dos PEVs, que utiliza apenas as medidas locais de magnitude de tensão. O algoritmo deve ser programado no controlador de carregamento de cada PEV. Cada controlador executa o Algoritmo 1 independentemente, assumindo 𝑖 como o nó onde está localizado o carregador e 𝑡 como a hora atual na qual o algoritmo está sendo executado.
Tabela 3.1: Algoritmo proposto Algoritmo 1
1: Parâmetros: 𝐶𝑥𝑖,𝑓EV, 𝐸̅𝑖EV, 𝑃̅𝑖EV, ∆𝑡
Medidas: 𝑉𝑖,𝑓,𝑡, 𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡, 𝑡𝑖arr
IoT: 𝑡min, 𝑡𝑖dep, 𝑡𝑖arr, 𝑓𝑘𝑖
Variáveis: 𝑉𝑖min, Δ𝑉 𝑖,𝑓EV, 𝑋𝑖,𝑡EV i = identificador de cada nó t = hora atual 3: para cada ∆𝑡 4: se 𝑓𝑘𝑖 = 1 e 𝑡𝑖arr< 𝑡 < 𝑡𝑖 dep 𝐞𝐧𝐭ã𝐨 5: se 𝑋𝑖,𝑡−1EV = 0 então 6: se 𝑉𝑖,𝑓,𝑡− Δ𝑉 𝑖,𝑓EV> 𝑉𝑖min e 𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡 < 𝐸̅𝑖EV ∀𝑓 ∈ Ω𝑓|𝐶𝑥𝑖,𝑓EV= 1 então 7: retornar 𝑋𝑖,𝑡EV← 1
8: caso contrário retornar 𝑋𝑖,𝑡EV← 0
9: se 𝑋𝑖,𝑡−1EV = 1
10: se 𝑉𝑖,𝑓,𝑡 > 𝑉𝑖min e 𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡< 𝐸̅𝑖EV
∀𝑓 ∈ Ω𝑓|𝐶𝑥𝑖,𝑓EV= 1 então
11: retornar 𝑋𝑖,𝑡EV← 1
12: caso contrário retornar 𝑋𝑖,𝑡EV← 0
13: se 𝑓𝑘𝑖 = 0 e 𝑡𝑖arr< 𝑡 < 𝑡𝑖 dep então 14: se ( 𝐸̅𝑖EV− 𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡) 𝑃𝑖EV ≥ 2(𝑡 min− 𝑡) ou ( 𝐸̅𝑖 EV− 𝑆𝑜𝐶 𝑖,𝑡) 𝑃𝑖EV ≥ 𝑡𝑖 dep − 𝑡 então 15: ir à linha 5
16: caso contrário retornar 𝑋𝑖,𝑡EV← 0
Os dados de entrada da rotina de carregamento proposta são mostrados na primeira linha do Algoritmo 1. De acordo com a origem da informação, são considerados quatro tipos de dados: parâmetros, medições, variáveis e informação da IoT (informação opcional). Os parâmetros são argumentos constantes estabelecidos no início do processo de coordenação de
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carregamento e permanecem constantes ao longo do processo. Assim, o parâmetro 𝐶𝑥𝑖,𝑓EV indica a configuração de conexão entre as fases do carregador, 𝐸̅𝑖EV é a capacidade de armazenamento da bateria, 𝑃̅𝑖EV é o consumo de potência do PEV durante o carregamento e ∆𝑡é o comprimento de cada período de tempo. Note que, para cada nó 𝑖, período de tempo 𝑡, e fase 𝑓 (onde esteja instalado o controlador), as grandezas como a magnitude de tensão (𝑉𝑖,𝑓,𝑡), o estado de carregamento inicial do veículo (𝑆𝑜𝐶𝑖,0), e o tempo de chegada (𝑡𝑖arr), são lidas pelo controlador.
As variáveis, tais como a magnitude de tensão mínima média (𝑉𝑖min), a queda média de magnitude de tensão (Δ𝑉 𝑖,𝑓EV), e o estado de operação no tempo 𝑡 − 1 (𝑋𝑖,𝑡−1EV ), provêm dos valores históricos da execução do algoritmo. Finalmente, se disponíveis os parâmetros tais como o tempo de custo mínimo de energia (𝑡min), o horário de partida (𝑡𝑖dep)e a prioridade do usuário (𝑓𝑘𝑖), são coletados via IoT.
A Linha 4 do Algoritmo 1 é uma condição opcional que funciona se o controlador tiver acesso à IoT. Caso contrário, a condição na Linha 5 é instantaneamente testada, deste modo são selecionados os PEVs para serem carregados tão rapidamente quanto possível.
Se 𝑋𝑖,𝑡−1EV = 0, significa que o PEV não foi carregado no período de tempo anterior; caso contrário, 𝑋𝑖,𝑡−1EV = 1 . Assim, se 𝑋𝑖,𝑡−1EV = 0 , então como mostrado nas Linhas 6 e 7, o controlador verifica se a diferença entre a magnitude da tensão medida (|𝑉𝑖,𝑓,𝑡|) e queda histórica de tensão (Δ𝑉 𝑖,𝑓EV) é maior que a magnitude de tensão mínima (𝑉𝑖mim) calculada como referência no aquele nó. Se esta condição é cumprida para todas as fases e se o PEV ainda não estiver completamente carregado (𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡 < 𝐸̅𝑖EV), então o controlador carrega a bateria do veículo durante todo o período de tempo ∆𝑡. Caso contrário, o PEV é deixado para tentar carregar no próximo período de tempo. Após um período de tempo, caso o PEV estiver carregando (𝑋𝑖,𝑡−1EV = 1), na linha 10 é verificado se a magnitude de tensão no nó 𝑖 e na fase 𝑓 ainda é maior que 𝑉𝑖min, se a condição é satisfeita é permitido que o PEV continue carregando, caso contrário o PEV é desligado. O processo é repetido até que o PEV seja totalmente carregado ou até que o período de tempo máximo seja atingido.
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3.2.1.1 IoT e Prioridade de usuário
Se os dados da IoT estiverem disponíveis, a prioridade do usuário nas Linhas 13 e 14 pode ser executada e o carregamento de baixo custo pode ser alcançado.
O algoritmo proposto é estendido através da decisão do usuário em relação às preferências de carga para seu PEV, baseado nas informações da IoT. Alguns parâmetros como a prioridade de usuário (𝑓𝑘𝑖), o tempo de custo mínimo de carga (𝑡min), e a hora de saída (𝑡𝑖
dep ), podem ser configurados pelo meio da IoT. Assim, a seleção da prioridade de usuário 𝑓𝑘𝑖,𝑡, é definida com base na energia mínima a ser carregada nos primeiros períodos de tempo (a partir dos dados históricos dos caminhos percorridos dos PEVs), no custo da energia, e na preferência de carregamento. Por exemplo, se o usuário define através da IoT que o carregamento mínimo é de 60% (carregamento necessário para realizar o percorrido do PEV no dia seguinte), o parâmetro 𝑓𝑘𝑖,𝑡 adotará o valor de 1 até que o carregamento do PEV seja igual ou maior a 60%, depois o valor de 𝑓𝑘𝑖,𝑡 mudará para 0, carregando os restantes 40% no período de tempo onde a energia tem um custo mais baixo. Os usuários que não definem suas prioridades serão carregados o mais rápido possível com o parâmetro 𝑓𝑘𝑖,𝑡 igual a 1 para todos os períodos de tempo.
Na linha 13 do Algoritmo 1, são selecionados os PEVs a serem carregados nos períodos de tempo com o menor custo da energia, de acordo com o estado de 𝑓𝑘𝑖,𝑡. Logo, na linha 14, a expressão ( 𝐸̅𝑖EV− 𝑆𝑜𝐶𝑖,𝑡) 𝑃⁄ 𝑖EVcalcula a quantidade de períodos de tempo que falta para que o PEV seja totalmente carregado, e (𝑡min− 𝑡) determina os períodos de tempo que faltam para alcançar o período no qual o custo da energia é mais barato. Portanto, a primeira condição da linha 14 obriga o PEV a ser carregado nos períodos de tempo da vizinhança de 𝑡min, daí o termo 2(𝑡min− 𝑡), que é assumido como o tempo para alcançar o momento em que o custo da energia é menor, assim a metade da energia do PEV para carregar com baixo custo é carregada antes de 𝑡min e a outra metade é carregada depois. A segunda condição da linha 14 garante que os PEVs sejam carregados antes do período 𝑡𝑖dep.
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3.2.1.2 O uso de 𝑉𝑖mim e Δ𝑉 𝑖,𝑓EV como critério de carregamento do PEV
O cálculo da magnitude da tensão mínima média, 𝑉𝑖mim, considera que quando a demanda é alta, as magnitudes das tensões locais diminuem. Assim, o parâmetro 𝑉𝑖,min é determinado independentemente por cada controlador, a partir das medidas históricas locais da magnitude de tensão. O controlador armazena a magnitude de tensão mínima medida no nó para cada dia sempre que o PEV não estiver sendo carregado com a finalidade de ignorar a influência do PEV. Por ultimo 𝑉𝑖min é atualizado como a média dos valores armazenados dos últimos dias pelo controlador. Portanto 𝑉𝑖min é um indicador empírico da tensão do nó quando a demanda convencional do SDEE é alta.
Da mesma forma, a queda da magnitude de tensão média, Δ𝑉 𝑖,𝑓EV, causada pelo carregamento do PEV, é calculada a partir dos dados históricos de magnitude de tensão medidos localmente. O controlador armazena a magnitude de tensão antes e depois que o PEV seja conectado à rede, sendo a queda de magnitude de tensão igual a diferencia entre as duas magnitudes de tensões. Δ𝑉 𝑖,𝑓EV é definido como a média das quedas de magnitudes de tensão armazenadas nos últimos dias. Assim, Δ𝑉 𝑖,𝑓EV é uma sensibilidade empírica que indica a queda esperada da magnitude da tensão no nó 𝑖 se o PEV estivesse sendo carregado.
A seleção do número de dias utilizados para o cálculo da média de 𝑉𝑖mim e Δ𝑉 𝑖,𝑓EV, chamado janela de tempo, é baseada em simulações de forma que o algoritmo responda melhor à estocasticidade das demandas convencionais, com o objetivo de minimizar as violações das magnitudes de tensão e a capacidade dos transformadores. Na seção 4.1.3 é discutida a escolha do número dias da janela de tempo.