Non-cooperative game models for the management of distributed energy resources on the residential sector

Abstract

O controle transativo (TC) surgiu como uma forma de coordenar os múltiplos agentes dos sistemas de energia (consumidores, produtores, operadores de sistemas de distribuição, operadores de sistema de transmissão, agregadores etc.) considerando suas particularidades, prioridades, interesses e autonomia. A ideia é otimizar a alocação de recursos (por exemplo, geração, dispositivos controláveis e cargas) permitindo que os atores interajam entre si e troquem informações sobre consumo, geração, restrições e preferências até que um equilíbrio seja alcançado. Esse controle é naturalmente descentralizado e envolve um processo de tomada de decisão transparente. Essas características tornam o TC uma solução atrativa para o controle de recursos energéticos distribuídos (DERs), principalmente no setor residencial, onde a privacidade é uma das principais preocupações e existe um grande número de consumidores. Com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento e avaliação de desempenho de algoritmos de teoria dos jogos no contexto de controle transativo, esta tese propõe um arcabouço teórico de jogos para incluir cargas inteiras e com energia variante ao conjunto de aparelhos gerenciados pela abordagem TC. Os impactos teóricos da inclusão de tais cargas são estudados, considerando diferentes modelos de jogo: 1) com função de custo total quadrático e faturamento por horário; 2) com função de custo total quadrática e faturamento proporcional ao consumo; e 3) com função de custo total de preço de pico e faturamento proporcional ao consumo. Múltiplos aspectos dos jogos propostos são analisados, como existência e multiplicidade de Equilíbrios de Nash, justiça e equidade dos diferentes faturamentos e comportamento de trapaça. Os jogos são simulados usando dados reais de uma comunidade de baixa tensão no sul da Espanha com 201 consumidores, e os resultados corroboram os desenvolvimentos teóricos da tese.