Etxeko Energiaren Efizientzia Kudeaketa Estrategia Ikasketak Banatutako PV Plante eta ESS Oinarrituta

1 ZigBee - oinarritutako aditu etxeko sistema

Konputagailu teknologiaren eta informazio kontrol teknologiaren garapen jarraituarekin, aditu etxeak azkar garatu dira. Aditu etxeak ez duzue bakarrik mantentzen etxe tradizionalen funtzioak, baina erabiltzaileei agindu egiten dute eskubide horiek erraztasun handiagoaz. Etxean kanpo ere, erabiltzaileek harremana kanporantz doitzakeen egoera barneko estatua, etxearen energia efizientzia kudeaketarako laguntzeko, bizi nahia handituz.

Artikuluxu honek ZigBee - oinarritutako aditu etxeko sistema diseinatu du, hiru osagai dituena: etxeko sarea, etxeko zerbitzaria eta mugikorra terminala. Sistema sinplea, efizientea eta zabaltzeragarria da, bere egitura irudian 1 ikusgaitzen da.

1 ZigBee - oinarritutako aditu etxeko arquitectura
1.1 Etxeko sare

Oinarri garrantzitsuan, etxeko sareak kontrolatzen diren kargak nodo gisa lotzen ditu datu transmitentziaren eta energia anitz kudeaketarako barnean. Kableatuta (ZigBee) aurkitu behar da, zirkuitu elektrikoari alderantzikatzen dio esker askotasa, fidagarritasuna eta zabaltzeragarritasuna. ZigBee, IEEE 802.15.4 gainean eraikituta, kostu txikiak, indarra eta konplexutasuna eskaintzen ditu segurtasun handiarekin. Bere chipak ordainduko dituzte sistemaren hardware kostuak. Sarea hauetan daude:

• Koordinatzailea: ZigBee sareak kudeatzen ditu (CC2530 - oinarrituta, IAR - kompilatuta), etxe arruntak topologia zuzenean konektatuta.

• Nodo amaitza: Kontsumo-neurriak/bihurtzaileak (aditu plug-etan), datu bildu eta komandoak exekutatzeko “kontrol + monitorizazio” itxi.

1.2 Etxeko zerbitzaria

Zerbitzaria sistema’s “datu-kontrol nukleoa” bezala jardatzen du, hau egin duen:

• Datu Hub: Informazioa trukatzen du ZigBee (serialeko portutan) eta mugikor terminalen artean (Socket bidez).

• Erabiltzailearen kontsultak: Karga egoera jarraitzen ditu, sakelariak kontrolatzen ditu eta elektrizitate datuak gorde.

• Energia Efizientzia Gehitu: Analitika karga/fotovoltaiko datuak optimizatzeko programazioa, energia kudeaketarako itxi.

1.3 Mugikorra terminala

Android - oinarritua (Eclipse + Java), terminalak ahalbidetzen du:

• Egoera Ikusgarria: Elektrizitate informazioa serveretik orokorrean pantailaratu.

• Harremana Kanpora: Komandoak bidali kargak kontrolatzeko kanporantz.

• Programazio Esploratu: Ezarri denborak kargak (adibidez, prezio aldizko).

2 Etxeko energia efizientzia kudeaketaren diseinua
2.1 Sistema Arquitectura & Logika

“Aditu etxea + PV + energiaren bistaratzea” integrazioa, sistema estrategiak zerbitzarian, formamodura “bildu → model → optimizatu”:

• Datu Lerroa: Karga eta PV datuak batu.

• Model Lerroa: PV erabilera, bistaratzea eta karga optimalen eskuematen bidez.

• Kontrol Lerroa: PV/bistaratzearen operazioak eta karga programazioa “cost-efficiency” helburuetarako (egitura Irudi 2).

2.2 Nukleo Osagaiak & Elkarlana

Osagai nagusiak (PV arrayak, batteriak, inbertsortzaileak, zerbitzaria, kargak) lan egiten dute:

• PV Arrayak: MPPT - aktibatuta inbertsortzaile bidez, emaitza errealak zerbitzariari igarotzen ditu.

• Energia Bistaratzea: Sarearekin konektatuta, PV gehieneko aldiotan bihurtzeko eta falta aldiotan eramanean (grid interakzioa neurtzeko).

• Zerbitzaria: Inbertsortzaile/plug-etak lotzen ditu, taula efizientzia arauetatik geroztik gertatzen ditu energia fluxua optimizatzeko.

2.3 Karga Klasifikazioa & Programazioa

Kargak hiru motatan banatzen dira prezio aldizko programazio - hedapenetarako:

• Karga Garrantzitsuak (adibidez, argiak): Denbora finkoa, ez da justifikagarria.

• Aldakorrak (adibidez, aire kondisionatua): Demanda aldakorra, indarra justifikagarria.

• Denbora Aldakorra (adibidez, garagardo): Denbora esker, efizientzia garrantzitsua.

Zerbitzaria kargak denbora aldakorren bidez smart plug-et bidez kontrolatzen ditu, puntu altuak/ahalbidetu ahullak kostuak murriztuz eta grid estabilizatuz.

3 Etxeko Energia Efizientzia Kudeaketarako Matematikako Modeloa eta Kontrol Estrategia
3.1 Etxeko Energia Efizientzia Kudeaketarako Matematikako Modeloa

Etxeko energia efizientzia kudeaketarako zehaztasuna lortzeko, elektrizitate guztien kostuaren matematikako modeloa sortu behar da. Artikulu honetan "eguneko" kontrol zikloa erabili da, 24 orduak n denbora berdinez banatzen ditu. Problema jarraituak diskretizatzen ditu (n askotan, denbora bakoitzak "micro-elementu" hurbiltzen du, eta aldagaiek balio berdina hartzen dute). t-garren intervaluan, "etxeko kargaren indarra, fotovoltaiko sortuaren indarra, bateriaren kargatze/deskargatze indarra eta sarearekin elkarrekintza indarra" dinamikoki orekatuta, sistema indararen orekatze ekuazioa lortzen da:

t-garren denbora-tartearen barruan, indar aldagaiek honela definitzen dira:

• P_G^t: Sarearekin elkarrekintza-indarra (positiboa indarra onartzerakoan, negatiboa indarra inartzerakoan);

• P_A^t: Etcheoko kargaren indar osoa;

• P_b^t: Bateria kargatze/deskargatze indarra (positiboa deskargatzerakoan, negatiboa kargatzerakoan);

• P_PV^t: Fotovoltaiko (PV) indar-emaitza (eguzki irradiazioaren, tenperaturaren, humiditatearen eta beste faktoreen eragina, eta PV indararen aurreikustea posible da).

Etcheoko PV sistema ""auto-konsumo + sobrante indar sarean"" moduan funtzionatzen du, non sobrante elektrizitatea sarean inartze-inguruko benetako eta PV sortzaileentzat laguntza eskuratzen den. Eguzki irradiazioaren eta tenperaturaren eragina kontuan hartuz, elektrizitate guztien kostua hau da:Guztira Cost=Sareko Erakusketa Cost−Sareko - Inartzeko Benetako−PV Laguntza

Eguneko ziklo bat n tartetan diskretizatuta, kostu guztien modeloa tarteen kostuen batuketa gisa deskonposa daiteke, dinamikoki prezio aldizko eskema adierazten duten.

Formula honetan: C etxe bateko eguneroko elektrizitate kostu osoa adierazten du; f_PV  fotovoltaiko indar sortzaileentzako unitate-prezioa da; 24/n denbora bakoitzaren iraupena da.
Formula (2)an f_t  adierazpena hau da

Formula honetan: f^t_C erabiltzailearentzako t-garren denbora-tartean elektrizitate-prezioa da, zenbakitan eguneroko prezioko elektrizitate-prezioa eta eguneroko prezioko elektrizitate-prezioa zehazten ditu; f_R sarean inartzen den sobrante elektrizitate-prezioa da. f_C^t, f_R eta f_PV eguneroko uneko balioak daude. Etcheoko kargaren indar osoa P_A^t denbora-tartean denbora-tartean aldakorra da.

Formula honetan: P_L,i aldakorra da i-garren kargaren indarra; T_L,i hasiera-data da i-garren kargaren; Δ t_i da i-garren kargaren lan-iraupena; [t_i^s, t_i^e] da i-garren kargaren hasiera-dataren eremu. P_L,i, Δ t_i, t_i^s eta t_i^e balio zehatzak dira.

Beste karguen elektrizitate-indarra P_else,j^t da ezaguna, baina aldakorrak hasiera-dataren arabera aldatzen dira, eta T_L,i balioa ez da ezaguna. T_L,i ezberdina denean, etxeoko kargaren indar osoa P_A^t aldatzen da, hala ere, etxeoko elektrizitate kostu osoa C.

3.2 Kontrol Estrategia

Etxeko energia efizientzia kudeaketaren helburu garrantzitsua ekonomiaren oinarrizko interesak maximitzea da, hau da, "etxeoko elektrizitate kostu osoa minimizatzeko C" objektibo-funtzioa eraikitzeko.

Aldakorra kargaren modeluan eta denbora aldizko prezio mekanismoarekin, aldakorra kargaren hasiera-data \(T_{\text{L},i}\) aldatuz, etxeoko kargaren indar kurba dinamikoki optimizatu daiteke, elektrizitate konsumo-denboraren perspektibatik kostu osoa murriztuz.

PV eta Energia Bistaratzearen Koordinatzailea

Fotovoltaiko (PV) indar sortzaileentzat eta energia bistaratze baterieentzat, denbora desberdinetarako kontrol estrategiak sortu dira:

• Puntu Altuak: Lehenetsi PV indar sortuaren konsumo osoa. PV emaitza > karga-indarra bada, sobrante elektrizitatea sarean inartzen da benetako. PV emaitza < karga-indarra bada, bateria lehentasuna eman zaio (bateria egoera betetzea > balio minimoa). Bateria hustea, ez duen zatia sareak osatzen du.

• Puntu Baxuak: Bateria kargatzen da maximoko kargatze indarrarekin energia bistaratzeko. Karga elektrizitatea sareak osatzen du, prezio baxuko puntu baxuko elektrizitatea erabiliz "ahullak betetzen" eta energia bistaratzen da puntu altuen alde.

Bateria Murrizketak

Bateriaren kargatze/deskargatze indar-murrizketak eta kapasitate-murrizketak kontuan hartu behar dira, bere kargatze/deskargatze portaera murriztuz (formula/modeleko murrizketak beharrezkoak dira, ez dira oso adierazten testu originalan), gailuen segurtasuna eta sistema estabilitatea bermatuz.

Formula (6)an: P_b,max bateria kargatze/deskargatze indar handiena da; Formula (7)an, SOC^t da bateria egoera betetzea (SOC) t-garren denbora-tartean; SOC_min bateria SOC-ren balio minimoa da; SOC_max bateria SOC-ren balio maximoa da.

Kontrol estrategiaren arabera, energia bistaratze bateriaren kargatze/deskargatze indarra optimizatu eta kontrolatu behar da. Puntu altuen alde t &isin;[t₁, t₂, non t₁ elektrizitate puntu altuen hastapena eta t₂ elektrizitate puntu altuen bukaera, bateria deskargatze indarra hau da

Puntu baxuen alde t &isin; [1, t₁], bateria deskargatze indarra hau da

Energia bistaratze bateriaren egoera betetzea (SOC) kalkulatu behar da. Bateria kargatze/deskargatze prozesuan egoera betetzearen arteko harremana eta kargatze/deskargatze indarren arteko harremana hau da:

Formula