Ev Kasalarında Dağıtık FV Elektrik İstasyonları ve ESS Bazında Enerji Verimliliği İdaresi Üzerine Araştırma

1 ZigBee - Based Smart Home System

Kompyuter texnologiyalarının və məlumat idarəetmə texnologiyalarının daimi inkişafı ilə birgə, ağıllı evlər tez-tez inkişaf etmişlər. Ağıllı evlər yalnız gərgin ev funksiyalarını saxlayır, lakin istifadəçilərin ev cihazlarını rahatlıqla idarə edə bilərlər. Hətta evdən kənar da, istifadəçilər evin daxili vəziyyətinə səciq monitorinq edə bilərlər, bu da ev enerjisi effektiv idarəetməsinə kömək edir və həyat keyfiyyətini nəticələri olumlu şəkildə artırır.

Bu məqalə, üç komponentdən ibarət ZigBee - based ağıllı ev sistemi tərtib etmişdir: ev şəbəkəsi, ev serveri və mobil terminal. Sistem sadə, effektiv və yüksək dərəcədə genişləndirilə bilən, strukturu Şəkil 1-də göstərilmişdir.

1 ZigBee - Based Ağıllı Ev Arxitekturası
1.1 Ev Şəbəkəsi

Ev şəbəkəsi, kontrollü yükün düymələri kimi qoşulmuş, daxili verilənlərin nəqlində və çox enerji idarəetməsində əsas nəvədir. Qablaşdırılmış (ZigBee) həllin seçilməsi, gəliblənən kablolu həllərə nisbətən esnekliyi, güvənci və genişləndirilə bilənliliyi artırır. IEEE 802.15.4 əsasında tikilmiş ZigBee, aşağı qiymət, enerji və mürəkkəbliklə birgə yüksək təhlükəsizlik təmin edir. Uyğun qiymətləndirilmiş çiplər sistem hardver maliyyətini azaldır. Şəbəkə aşağıdakılardan ibarətdir:

• Koordinator: ZigBee şəbəkəsini idarə edir (CC2530 - əsas, IAR - kompilyasiya), tipik evləri birləşdirici topologiya ilə örtür.

• Terminal Nöqtələri: Ölçüm/relaylarla (aqillı socqetlər kimi) birləşdirilmiş, “idarəetmə + monitorinq” kapkanı üçün verilənlər toplayır və əmrər yerinə yetirir.

1.2 Ev Serveri

Server, sistemin “verilən-idarəetmə nöqtəsi” kimi xidmət edir, aşağıdakı işləri həyata keçirir:

• Verilənlər Mərkəzi: ZigBee (serial port vasitəsilə) və mobil terminal (Socket vasitəsilə) arasında məlumat mübadiləsi edir.

• İşləmə Monitorinqi: Yük vəziyyətini izləyir, anahtarlara idarə edir və elektrik məlumatını saxlayır.

• Enerji Effektivliyi Mənası: Yük/fotovoltaik məlumatları analiz edərək optimallaşdırmaq, enerji idarəetmə kapkanını bağlayır.

1.3 Mobil Terminal

Android əsas (Eclipse + Java), terminal aşağıdakı imkanları təmin edir:

• Vəziyyət Görünürlüyü: Serverin göndərdiyi elektrik məlumatlarının real zamanlı göstərilməsi.

• Uzaqdan İdarəetmə: Yükləri dolaylı olaraq idarə etmək üçün əmr göndərmək.

• Esaslı Planlama: Təyin olunmuş yük vaxtı (məsələn, fərdi saat bazası).

2 Ev Enerji Effektivliyi İdarəetməsindən Tərtibat
2.1 Sistem Arxitekturası və Məntiqi

“Ağıllı ev + PV + enerji saxlama” inteqrasiyası, serverdə effektiv strategiyaları quraşdırır, “toplamın alması → modelin yaratılması → optimallaşdırılması” kapkanı yaradır:

• Verilənlər Katmanı: Yük və PV məlumatlarını birləşdirir.

• Model Katmanı: PV istifadəsini, saxlamayı və yükü optimal həlllərlə balanslaşdırır.

• İdarəetmə Katmanı: “Qiymət-effektivlik” məqsədləri üçün PV/saxlama əməliyyatlarını və yük planlamasını koordinasiya edir (Şəkil 2-də göstərilmiş struktur).

2.2 Asan Komponentlər və İşbirliyi

Əsas komponentlər (PV massivləri, bataryalar, inversorlar, server, yük) aşağıdakı kimi işləyirlər:

• PV Massivləri: Inversorlar vasitəsilə MPPT aktivləşdirilmiş, servere real vaxtlı çıxışını göndərir.

• Enerji Saxlama: Şəbəkəyə qoşulmuş, PV artığı zaman şarjlanır və eksiklik zamanı deşərj olunur (şəbəkə ilə interaksiyanın ölçülənməsi).

• Server: Inversorlar/socketlər arasında bağlantı qurur, effektivlik qaydalarına uyğun olaraq cihazları tənzimləyir və enerjinin axını optimallaşdırır.

2.3 Yük Sinifləndirməsi və Planlama

Yük, fərdi saat bazası ilə idarə edilən üç növə bölünür:

• Kritik Yük (məsələn, aydınlatma): Sabit vaxt, dəyişdirilə bilməz.

• Dəyişdirilə bilən Yük (məsələn, Kondisioner): Dəyişən tələb, enerji tənzimlənə bilən.

• Zaman Esasında Dəyişdirilə bilən Yük (məsələn, maşın zolaqları): Zaman esasında esnek, effektivlik üçün asan.

Server, akıllı socketlər vasitəsilə zaman esasında dəyişdirilə bilən yükü idarə edir, zirvələri silər və dərinləri doldururlar ki, maliyyət azaldılır və şəbəkə stabiilləşir.

3 Ev Enerji Effektivliyi İdarəetməsi Üçün Riyazi Model və İdarəetmə Strategiyası
3.1 Ev Enerji Effektivliyi İdarəetməsi Üçün Riyazi Model

Ev enerji effektivliyi idarəetməsinin dəqiqlik ilə həyata keçirilməsi üçün, ümumi elektrik maliyyəti üçün riyazi model tərtib etmək lazımdır. Bu məqalə, “günlük” idarəetmə dövrünü istifadə edir, 24 saatı n eşit zaman intervalına bölür. Süreklilik problemlərinin diskretləşdirilməsi (n yeterincə böyük olduqda, hər interval “miqros element”ə yaxınlaşır və dəyişənlər intervalda sabit olaraq qəbul edilə bilər). t-ci intervalda, “ev yükünün gücü, fotovoltaik nəzarət gücü, batarya şarj/deşərj gücü və şəbəkə ilə interaksiyanın gücü” dinamik balansına əsasən, sistem enerji balansı tənliyi təyin edilir:

t-ci zaman intervalında, enerji dəyişənləri aşağıdakı kimi təyin edilir:

• P_G^t: Şəbəkə ilə interaksiyanın gücü (enerji qəbulu üçün müsbət, enerji qoyuluşu üçün mənfi);

• P_A^t: Ümumi ev yükünün gücü;

• P_b^t: Batarya şarj/deşərj gücü (deşərj üçün müsbət, şarj üçün mənfi);

• P_PV^t: Fotovoltaik (PV) gücün çıxışı (günəş işığının şiddəti, temperatur, nemlik və s. təsiri altında, PV gücü proqnoz modeli ilə öngörülməlidir).

Ev PV sistemi, “öz istifadə + artıq enerjinin şəbəkəyə qoyuluşu” modelində işləyir, burada artıq enerji şəbəkəyə qoyuluşundan gəlir generasiya edir və PV nəzarətinin dövlət dəstəyi alması mümkündür. Fərdi saat bazası qiymətləndirməsini (zirvə saatlarında daha yüksək qiymətlər, oksidan saatlarda daha aşağı qiymətlər) nəzərə alsaq, ümumi elektrik maliyyəti hesablanır:Ümumi Maliyyət=Şəbəkədən Alış Maliyyəti−Şəbəkəyə Qoyuluş Gəliyi−PV Dövlət Dəstəyi

Günlük dövr n intervala diskretləşdirildikdə, ümumi maliyyət modeli intervala aid olan maliyyətlərin cəmi kimi daha da ayrılıb, dinamik qiymətləndirmə scenariyalarına dəqiqlik ilə uyğunlaşdırılır.

Formulada: C evin günlük ümumi elektrik maliyyətini təsvir edir; f_PV  fotovoltaik nəzarət dövlət dəstəyi birim qiymətidir; 24/n  bir zaman intervalının müddətidir.
Formula (2)dəki f_t  ifadəsi

Formulada: f^t_C t-ci zaman aralığında istifadəçinin elektrik qiymətidir, bu, fərdi saat bazası əsasında zirvə saatlarına və oksidan saatlarına görə bölünür; f_R şəbəkəyə qoyulan artıq elektrik qiymətidir. f_C^t, f_R və f_PV  günün hər hansı bir anında bilinən dəyərlərdir. Ev yükünün ümumi gücü P_A^t  t-ci zaman aralığında hamısı dəyişə bilən yük və digər yükün gücü cəminə bərabərdir.

Formulada: P_L,i  i-ci dəyişən yükün gücü; T_L,i  i-ci dəyişən yükün başlama vaxtı; Δ t_i  i-ci dəyişən yükün işləmə müddəti; [t_i^s, t_i^e]  i-ci dəyişən yükün başlama vaxt aralığı. P_L,i, Δ t_i, t_i^s və t_i^e bütün dəyərlər dəyişə bilən dəyərlərdir.

Digər yükün elektrik gücü P_else,j^t bilinən dəyərdir, amma dəyişən yükün elektrik gücü fərqli başlama vaxtlarına görə dəyişir və T_L,i müəyyən olunmayan dəyərdir. T_L,i fərqli olduğunda, ev yükünün ümumi gücü P_A^t  dəyişir, bu da evin ümumi elektrik maliyyətini C dəyişir.

3.2 İdarəetmə Strategiyası

Ev enerji effektivliyi idarəetməsinin asan məqsədi, ekonomik faydaların maksimallaşdırılmasıdır, bu, “evin ümumi elektrik maliyyətini C minimala endirmək” məqsədinə çevrilir.

Dəyişən yük modelinə və fərdi saat bazası qiymətləndirmə mekanizminə əsaslanaraq, dəyişən yükün başlama vaxtı \(T_{\text{L},i}\)  tənzimlənilərək, evin ümumi yük gücünə dair qrafik dinamik olaraq optimallaşdırıla bilər, elektrik istifadəsi vaxtlarından nəzərən ümumi maliyyəti azaltır.

Fotovoltaik və Enerji Saxlama Koordinasiya İdarəetmə Məntiqi

Fotovoltaik (PV) nəzarət və enerji saxlama bataryaları üçün, fərqli zaman aralıkları üçün idarəetmə strategiyaları tərtib edilir:

• Zirvə Saatları: PV nəzarətinin tam istifadəsinə üstünlük verilir. Əgər PV gücü > yük gücü, artıq enerji şəbəkəyə qoyularaq gəlir elənir. Əgər PV gücü < yük gücü, batarya enerji təminatına üstünlük verilir (bataryanın şarj dərəcəsi > minimum dəyər). Batarya bitdikdən sonra, eksik hissə şəbəkədən təmin edilir.

• Oksidan Saatları: Batarya maksimum şarj gücü ilə şarjlanır. Bütün yük enerjisi şəbəkədən təmin edilir, aşağı qiymətli oksidan saat enerjisi ilə &ldquo;çukur doldurma&rdquo; və zirvə saatları üçün enerji saxlama edilir.

Batarya Məhdudlaşmaları

Bataryanın şarj/deşərj gücü limitləri və kapasitə məhdudlaşmalarını eyni anda nəzərə almalıdır, onun şarj/deşərj davranışını məhdudlaşdırarak (məhdudlaşmaların təkmilliklərlə və modellərlə tamamlanması, orijinal mətnin tam olaraq göstərilməməsi), təchizat təhlükəsizliyi və sistem stabilliyi təmin edilməlidir.

Formula (6)-da: P_b,max  bataryanın maksimum şarj/deşərj gücüdür; Formula (7)-də, SOC^t  t-ci zaman aralığında bataryanın şarj dərəcəsidir (SOC); SOC_min bataryanın SOC-nun minimum dəyəridir; SOC_max bataryanın SOC-nun maksimum dəyəridir.

İdarəetmə strategiyasına əsasən, enerji saxlama bataryasının şarj/deşərj gücü optimallaşdırılır və idarə edilir. Zirvə saatları t &isin;[