מחקר על אסטרטגיית ניהול יעילות אנרגיה ביתית מבוססת תחנות כוח פוטו-וולטאיות מפוזרות ומערכות אחסון אנרגיה

עבור מחזור יומי מפוצל ל-n פרקים, מודל עלות הכללי יכול להתפרק לסכום עלויות פרק זמן ספציפיות, מתאים בדיוק לשינויים במחירים לפי זמן שימוש.

בנוסחה: C מייצג את עלות החשמל היומית הכוללת של הבית; f_PV הוא מחיר היחיד של סקייד לייצור אנרגיה פוטovoltaic; 24/n הוא משך פרק הזמן אחד.
הביטוי עבור f_t בנוסחה (2) הוא

בנוסחה: f_C^t הוא מחיר החשמל למשתמש בפרק הזמן ה-t, המחולק לחוזר עלות בשעות שיא ועלות בשעות שאינן שיא בהתאם לתקופות שונות; f_R הוא מחיר החשמל עבור חשמל עודף שהוזרם לרשת. הערכים של f_C^t, f_R ו-f_PV בכל רגע של היום הם ידועים. הספק הכולל P_A^t של עומסי הבית שווה לסכום הספק של כל עומסים ניתנים להזזה ואחרים במהלך פרק הזמן ה-t.

בנוסחה: P_L,i הוא הספק של הפעולה של עומס ה-i הנע; T_L,i הוא זמן ההפעלה של עומס ה-i הנע; Δt_i הוא משך זמן ההפעלה של עומס ה-i הנע; [t_i^s, t_i^e] הוא טווח זמן ההפעלה של עומס ה-i הנע. P_L,i, Δt_i, t_i^s ו-t_i^e הם ערכים מוגדרים.

החשמל P_else,j^t של עומסים אחרים ידוע, בעוד שהחשמל של עומסים ניתנים להזזה משתנה בהתאם לזמן ההפעלה השונה, ו-T_L,i הוא ערך לא מוגדר. כאשר T_L,i שונה, הספק הכולל P_A^t של עומסי הבית משתנה בהתאם, מה שמשנה את עלות החשמל הכוללת C של הבית.

3.2 אסטרטגיית שליטה

המטרה העיקרית של ניהול יעילות אנרגיה בבית היא להגדיל את התועלת הכלכלית, ולפי זאת לבנות פונקציה מטרה ל"מינימום עלות החשמל הכוללת C של הבית".

על בסיס המודל של עומסים ניתנים להזזה ושילוב עם מנגנון מחירים לפי זמן שימוש, התאמה של זמן ההפעלה T_L,i של עומסים ניתנים להזזה יכולה לאופטמיז באופן דינמי את עקומת הספק הכוללת של עומסי הבית, ולקצר את עלות הכללית מנקודת מבט של זמן צריכת החשמל.

לוגיקה שליטה משולבת עבור PV ואחסון אנרגיה

עבור יצור אנרגיה פוטovoltaic (PV) וסוללות אחסון, נוסחו אסטרטגיות שליטה עבור תקופות שונות:

• תקופות שיא: העדפה לצריכת מלאה של יצור אנרגיה PV. אם יצור PV > הספק של עומס, חשמל עודף מוזרם לרשת להכנסות. אם יצור PV < הספק של עומס, הסוללה מקבלת עדיפות לספק (כאשר מצב טעינת הסוללה > ערך מינימלי). כאשר הסוללה מתרוקנת, החלק חסר מוזרם מהרשת.

• תקופות שאינן שיא: הסוללה נטענת ברמת טעינה מקסימלית לאחסון אנרגיה. כל צריכת חשמל של עומסים מסופקת מהרשת, תוך שימוש בחשמל זול בשעות שאינן שיא כדי "להמלא את העמק" ולאחסן אנרגיה עבור תקופות שיא.

מגבלות סוללה

יש להתייחס גם למגבלות הסוללה לגבי הספק של טעינה/פריקה וקיבולת כדי להגביל את התנהגות הטעינה והפריקה (מגבלות ספציפיות צריכות להיות משלימות עם נוסחאות/מודלים, לא מוצגות לחלוטין בטקסט המקורי), כדי להבטיח את בטיחות הציוד והיציבות של המערכת.

בנוסחה (6): P_b,max הוא הספק המקסימלי של טעינה/פריקה של הסוללה; בנוסחה (7), SOC^t הוא מצב הטעינה (SOC) של הסוללה במהלך פרק הזמן ה-t; SOC_min הוא הערך המינימלי של SOC של הסוללה; SOC_max הוא הערך המקסימלי של SOC של הסוללה.

לפי אסטרטגיית השליטה, אופטמיזציה והשליטה על הספק של טעינה/פריקה של סוללת האחסון. במהלך תקופת השיא t ∈ [t₁, t₂], כאשר t₁ הוא זמן ההתחלה של תקופת השיא של החשמל ו-t₂ הוא זמן הסיום של תקופת השיא של החשמל, הספק הפריקה של הסוללה מוגדר כך

בתקופת השיא t ∈ [1, t₁], הספק הפריקה של סוללת האחסון מוגדר כך

יש לחשב את מצב הטעינה (SOC) של סוללת האחסון. הקשר בין מצב הטעינה במהלך תהליך טעינה/פריקה של סוללת האחסון לבין הספק של טעינה/פריקה הוא כדלקמן:

נוסחה (10) מתארת את הקשר בין SOC של סוללת האחסון לבין הספק של טעינה במהלך טעינה (כאן P_b^t < 0; נוסחה (11) מתארת כי במהלך פריקה (כאן P_b^t > 0. SOC^{t + 1} הוא SOC בתקופה ה-t+1; σ (קצב הפריקה העצמית, כמעט 0% עבור פרקי זמן קטנים), η_ch (יעילות טעינה), η_dis (יעילות פריקה), ו-E_b,max (קיבולת מקסימלית) הם פרמטרים של הסוללה. לסיכום, אופטמיזציה של יעילות אנרגיה בבית מטרתה לקצר את עלות החשמל הכוללת על ידי קביעת זמן ההפעלה של עומסים ניתנים להזזה והספק של טעינה/פריקה של סוללת האחסון בכל רגע, כפי שצוין:

פונקציה מטרה

תנאי הגבלה

4 ניתוח מקרי

כדי לוודא את יעילות שיטת ניהול יעילות אנרגיה בבית המוצעת, נערכו סימולציות וניתוחים באמצעות ציוד חשמלי של בית טיפוסי בשאנגחאי. מערכת ניהול יעילות אנרגיה בבית מורכבת מלוחות פוטovoltaic, סוללות, הופכי, שרת בית ועומסים של הבית. פרמטרי קונפיגורציה של המערכת מוצגים בטבלה 1.

שאנגחאי מטמיעה מחירים לפי זמן שימוש לחשמל לחיי יום-יום, עם שעות שיא מ-6:00 עד 22:00 בשווי 0.617 CNY/kWh, וteneriffa לא שיא מ-22:00 עד 6:00 שלמחרת בשווי 0.307 CNY/kWh. tarifa לפלט עודף של PV היא 0.4048 CNY/kWh. סובסידיות יצור אנרגיה פוטovoltaic בשאנגחאי כוללות סובסידיה לאומית של 0.42 CNY/kWh וסובסידיה מקומית של 0.4 CNY/kWh, סה"כ 0.82 CNY/kWh.

נניח שהספק המכסימלי של טעינה-פריקה של הסוללה הוא 1.5 kW; מצב הטעינה המינימלי (SOC) מוגדר ל-0.2, והמקסימלי הוא 0.9. מצב הטעינה ההתחלתי (SOC¹) של הסוללה מוגדר ל-0.2; יעילות הטעינה-פריקה של הסוללה היא 0.9.

נקבע n = 144, מחלץ את יום 24 השעות באופן שווה ל-144 פרקי זמן, כשכל פרק זמן הוא 10 דקות. ציור 3 מציג את עקומת יצור החשמל של מערכת PV ביום מסוים. פרמטרי הפעולה של עומסי הבית מופיעים בטבלה 2, כאשר מכונת כביסה ומדיח מים הם עומסים ניתנים להזזה.

על בסיס הנתונים בטבלה 2, נעשה שימוש ב-Matlab כדי לבצע מחקר סימולציה על ניהול אופטימלי של עומסי הבית. בהתאם לאלגוריתם ניהול יעילות אנרגיה בבית, נקבעה תוכנית שימוש בחשמל ביתית אופטימלית כדי לקצר את עלות החשמל היומית הכוללת. תוצאות הסימולציה מוצגות בציור 4.

לאחר הסימולציות, עלות החשמל הכוללת הנמוכה ביותר בבית מתרחשת כאשר T_Li1 = 133 ו-T_Li2 = 132 (מכונת כביסה מתחילה ב-22:00, מדיח מים ב-21:50).

ציור 4 מציג את עקומת העלויות היומית. עקומה 1 (ללא ניהול אנרגיה) ועקומה 2 (עם הזזה של עומסים וניהול אחסון) חושפות: עלויות שליליות מציינות הכנסות מההפצה לרשת + סובסידיות PV > עלויות רשת. לאחר 6:00, צמיחה של PV מקצרת עלויות עד 17:00 (PV יורדת ל-0, אספקה מהרשת מגבירה עלויות), מסתיימת ב-C = -2.02 CNY בשעה 24:00.

עם ניהול אנרגיה, עקומה 2 מציגה: לאחר 0:00, טעינה של הסוללה (מגבי רשת) מגבירה עלויות במהירות. לאחר 17:00, אספק