Pere energiaefektiivsuse haldamise strateegia uuring, mis põhineb paikalisel päikeseenergiatootmisel ja ESS-l
1 ZigBee - põhine tarkvara kodu
Arvutitehnika ja teabe juhtimistechnika järjepideva arenemisega on intelliktsed kodud kiiresti edasi arenenud. Tarkvarad kodud säilitavad mitte ainult traditsioonilisi elamisfunktsioone, vaid võimaldavad kasutajatel hõlpsasti hallata kodus olevaid seadmeid. Isegi kui kasutaja asub kodust väljaspool, saab ta eemalt jälgida siseolukorda, mis aitab majapidamise energiatõhususe haldamist ja oluliselt parandab elukvaliteeti.
See artikkel kujundab ZigBee - põhise tarkvara kodu süsteemi, mis koosneb kolmest komponendist: kodu võrgustik, kodu server ja mobiilterminal. Süsteem on lihtsas, efektiivses ja suurel määral laiendatavas struktuuris, mille struktuur on näidatud joonisel 1.
1 ZigBee - põhine tarkvara kodu arhitektuur
1.1 Kodu võrk
Kodu võrk, mis on süsteemi tuum, ühendab kontrollitavad laod võrgupunktideks sisemise andmete edastamiseks ja mitmekesise energia haldamiseks. Valikule wireless (ZigBee) vastavalt paigalühenduse lahendustele tõstab paindlikkuse, usaldusväärsuse ja laiendatavuse.ZigBee, mis on rajatud IEEE 802.15.4 standardile, pakub madalat maksumust, energia tarbimist ja keerukust kõrge turvalisusega. Selle odavaid shippe vähendatakse süsteemi hardwarikulusid. Võrk hõlmab:
1.2 Kodu server
Server töötab süsteemi "andme-juhtimise tuuma" rollis, haldades:
1.3 Mobiilterminal
Android - põhine (Eclipse + Java), terminal võimaldab:
2 Kodu energiaefektiivsuse haldamise disain
2.1 Süsteemi arhitektuur & loogika
Integreerides "tarkvara kodu + PV + energiahoidjad", sisaldab süsteem efektiivsuse strateegiaid serverisse, moodustades "koguda → modelleerida → optimiseerida" tsükli:
2.2 Üksikkomponendid & koostöö
Olulised komponendid (PV-paneelid, akud, inverterid, server, laasted) töötavad nii:
2.3 Laaste klassifitseerimine & planeerimine
Laaste jagamine kolme tüübi ajaks-tasustamisele põhinevale planeerimisele:
Server kontrollib liigutatavaid laasteid tarkade sokkide kaudu, kärpides tippude/ täites lõike, et vähendada kulusid ja stabiliseerida võrgu.
3 Matemaatiline mudel ja juhtimisstrateegia kodu energiaefektiivsuse haldamiseks
3.1 Matemaatiline mudel kodu energiaefektiivsuse haldamiseks
Kodu energiaefektiivsuse täpseks haldamiseks tuleb luua matemaatiline mudel kogu elektri kuludeks. See artikkel kasutab "päeva" juhtimisküla, jagades 24 tundi n võrdseks ajaperioodiks. Pidevate probleemide diskreetimisel (kui n on piisavalt suur, siis iga periood läheneb "mikro-elementi", ja muutujad võidakse oletada konstantseteks perioodi sees). t-perioodis, põhinedes "kodu laaste võimsuse, fotovooliku tootmise võimsuse, akude laadimise/laiendamise võimsuse ja võrgu interaktsiooni võimsuse" dünaamilisel tasakaalul, on leitud süsteemi võimsuse tasakaalu võrrand:
t-aegperioodis on võimsusmuutujad defineeritud järgmiselt:
Kodu PV-süsteem töötab ""enda tarbimine + ülejäägu võrgu tagasisaamis"" mudeli alusel, kus ülejäänud elekter genereerib võrgu tagasisaamise tulundust ja PV tootmine kvalifitseerub subsideerimiseks. Arvestades aja tasustamise (TOU) hinnakirja (kõrgemad tipuhinnad, madalamad alla-tipuhinnad), arvutatakse kogu elektri maksumus järgmiselt:Kogu maksumus=Võrgu osta maksumus−Võrgu - tagasisaamise tulundus−PV subsididid
Päevasele tsüklile, mis on diskreetitud n perioodiks, saab kogu maksumusmalli edasi dekomposeerida perioodispetsiifiliste kulude summa, täpselt kohanedes dünaamiliste hinnaolukordadega.
Valemis: C esindab kogu päeva elektri maksumust kodu jaoks; fPV on fotovooliku tootmise subsideerimise ühiku hind; 24/n on ühe aja perioodi kestus.
Valemis (2) avaldub ft kujul
Valemis: ftCon kasutaja jaoks elektri hind t-aegperioodil, mis on jagatud erinevate aja perioodidega tipuaegsetele ja alla-tipuaegsetele elektrihinnadele; fR on ülejäänud elektri võrgu tagasisaamise hind. fCt, fR ja fPV väärtused igal hetkel päeval on teada. Kodu laaste kogu võimsus PAt on võrdne kõigi liigutatavate laaste ja muude laaste võimsuse summaga t-aegperioodil.
Valemis: PL,i on i-nda liigutatava laaste töövõimsus; TL,i on i-nda liigutatava laaste käivitusaeg; Δ ti on i-nda liigutatava laaste tööaeg; [tis, tie] on i-nda liigutatava laaste käivitusaegade valdkond. PL,i, Δ ti, tis ja tie on kõik kindlad väärtused.
Muude laaste elektrivõimsus Pelse,jt on teada, samas kui liigutatavate laaste elektrivõimsus muutub erinevate käivitusaegade kohaselt, ja TL,i on määramata väärtus. Kui TL,i on erinev, muutub kodu laaste kogu võimsus PAt vastavalt, muutes nii kogu kodu elektri maksumuse C.
3.2 Juhtimisstrateegia
Kodu energiaefektiivsuse haldamise põhieesmärk on maksimeerida majanduslikku kasu, eriti viidates objektiivse funktsiooni "minimeerida kogu kodu elektri maksumust C".
Liigutatava laaste mudeli ja aja tasustamise mehhanismi kombinatsioonil, liigutatava laaste käivitusaega \(T_{\text{L},i}\) kohandades, saab dünaamiliselt optimiseerida kogu kodu laaste võimsuskäiku, vähendades kogu kuluaegi perspektiivist lähtuvalt.
Kooskõlastatud juhtimisloogika PV ja energiahoidjate jaoks
Fotovooliku (PV) tootmise ja energiahoidja akude jaoks on erinevate aja perioodide jaoks välja töötatud juhtimisstrateegiad:
Aku piirangud
On vaja samas arvestada aku laadimise/laiendamise võimsuse ja kapasiteedi piiranguid, et piirata aku laadimise ja laiendamise käitumist (konkreetseid piiranguid tuleb täiendada valemite/mudelitega, mis ei ole täielikult esitatud originaalses tekstis), tagades seadmete ohutuse ja süsteemi stabiilsuse.
Valemis (6): Pb,max on aku maksimaalne laadimise/laiendamise võimsus; valemis (7) SOCt on aku laetuse seisund (SOC) t-aegperioodil; SOCmin on aku SOC-i minimaalne väärtus; SOCmax on aku SOC-i maksimaalne väärtus.
Juhtimisstrateegia järgi optimiseeritakse ja kontrollitakse energiahoidja aku laadimise/laiendamise võimsust. Tipuperioodil t ∈[t1, t2, kus t1 on elektri tipuperioodi algusaeg ja t2 on elektri tipuperioodi lõppaeg, on aku laiendamise võimsus seatud
Alla-tipuperioodil t ∈ [1, t1], on varustushoiu aku laiendamise võimsus seatud
On vaja arvutada varustushoiu aku laetuse seisund (SOC). Varustushoiu aku laetuse seisund ja laadimise/laiendamise võimsuse vaheline suhe on järgmine:
Valem (10) kirjeldab varustushoiu aku SOC-i ja laadimise võimsuse vahelist suhet laadimisel (siin Pbt ＜ 0; valem (11) kirjeldab laiendamisel (siin Pbt ＞ 0. SOCt + 1
