Rannsókn á stýringarkerfi fyrir orkugjaldsáætlun í heimili á grundvelli dreifðra ljósarverks og ESS

Echo

Svæði: Endurvirkjunar greining

China

1 ZigBee - Based Smart Home System

Með óhlíðanlegu þróun tölvunarfræði og upplýsingastjórnunar teknar hefur sérstakt hús eftir hversdagsmála verið að flækja. Smárækt hús geyma ekki eingöngu heimilisföll en leyfa einnig notendum að stjórna heimilisvélum auðveldlega. Jafnvel utan heimsins geta notendur fjartengt skoðað staðgengni innan, sem auðveldar stjórnun á orkunotkun og stærkar mikið lífsgæði.

Þessi ritgerð höfnar smárækt hússkerfi á grunni ZigBee, sem samanstendur af þremur hlutum: heimilissambandi, heimilisserveri og snertifóni. Kerfið er einfalt, kraftgert og mjög útfært, með uppbyggingu sýnd í Mynd 1.

1 Uppbygging smárækt húss á grunni ZigBee
1.1 Heimilissamband

Sem kernefni tengist heimilissamband fyrir stjórnunargreinir sem hniti til innri gögnasenda og margorkustjórnunar. Þegar valið er draugsamband (ZigBee) yfir sílsamband er fleksibiliteti, öruggleiki og útfærslu stökkuð. ZigBee, byggt á IEEE 802.15.4, býður við lág kostnað, orku og flóknleika með hærra öryggis. Afhættulegar spilarnir draga niður kerfiskostnað. Sambandið inniheldur:

Stjórnari: Stjórnar ZigBee netinu (byggt á CC2530, IAR-kompilað), sem dekkir vanaleg hús með beint tengt uppsetningu.
Endanóður: Sameinuð með mælingar/relé (sem smárækt sokkar), safna gögnum og framkvæma skipanir fyrir „stjórnun + skoðun“ lokun.

1.2 Heimilisserver

Serverinn virkar sem kerfisins „gagnastjórnunarkerfi“, sem tekur á sig:

Gagnahub: Skiptast af gögnum milli ZigBee (við serlæti) og snertifóna (við Socket).
Aðgerðarskoðun: Fylgir stöðu greina, stjórna reléum og geymir rafmagnsgögn.
Orkunotkunarráðgjafi: Greinir grein/sólarorka gögn til að optimaða skedul, sem lokuð orkustjórnun.

1.3 Snertifón

Byggt á Android (Eclipse + Java), leyfir terminalinn:

Skoðun stöðu: Rauntímasýning af serveri send rafmagnaupplýsingar.
Fjartengd stjórnun: Send skipanir til að stjórna greinindir beint.
Fleksibelt skedul: Settu sjálfskapað greinatímasetningar (t.d. fyrir tímabundið verð).

2 Hönnun stjórnunar á orkunotkun í heimi
2.1 Kerfisuppbygging & rök

Með samþættingu „smárækt hús + sólarorka + orkuvarðveisla“, setur kerfið efni í server, sem mynda „safna → módel → optimaða“ lokun:

Gagnaslóð: Sameina greina og sólarorka gögn.
Módelsslóð: Jafna sólarorka, varðveislu og greina með bestu aðferðum.
Stjórnunarslóð: Samstarf sólarorka/varðveislu og greina skedul fyrir „kostnaðarlegt“ markmið (uppbygging í Mynd 2).

2.2 Kynningarkerfi & samstarf

Kynningarkerfi (sólarorka raðir, batery, inverter, server, greinar) vinna eins og:

Sólarorka raðir: MPPT-virkur með inverter, send rauntíma útteki til servers.
Orkuvarðveisla: Tengdur við rás, hleða við sólarorka yfirflóð og sleppa við brottur (mæld fyrir rásar samstarf).
Server: Tengur inverter/sokkar, breyta tæki eftir efni reglum til að optimaða orkuflæði.

2.3 Flokkun greina & skedul

Greinar splittast í trí tegundir fyrir tímabundið verð-leiðbeinta skedul:

Kynningarger greinar (t.d. ljós): Fast tími, óbreytanleg.
Breytanlegar greinar (t.d. loftkæling): Breytanleg dreifni, orkubreytanleg.
Fleygbæ greinar (t.d. vaskar): Tímabreytanleg, kynningarkerfi fyrir efni.

Serverinn stjórnar fleygbæra greina með smárækt sokkar, skera toppa/fylla dalir til að draga niður kostnað og stöðva rás.

3 Stærðfræðilegt módel og stjórnunaráætlun fyrir stjórnun á orkunotkun í heimi
3.1 Stærðfræðilegt módel fyrir stjórnun á orkunotkun í heimi

Til að ná nákvæm stjórnun á orkunotkun í heimi, verður að setja upp stærðfræðilegt módel fyrir heildarrafmagnskostnað. Þessi ritgerð notar „daglegt“ stjórnunarþing, sem skiptir 24 klukkustundum í n jafntölur. Með diskretiseringu samfelldra vandamála (þegar n er nógu stórt, hver tímabil nær að „lykillitili“ og breytur geta verið tekin sem fast innan tímabilsins). Í t-tímabilinu, byggð á dynamísku jafnvægi „heimilisgreinaorka, sólarorka, batery hleðsla/lát, og rásar samstarf“, er leidd frá orkujafnvægi:

Í t-tímabilinu eru orkubreytur skilgreindar eins og eftirfarandi:

$P_{G t}$ : Rásarsamstarfsvirkni ( jákvæð fyrir orkutöku, neikvæð fyrir orkuskift);
$P A t$ : Heildarheimilisgreinaorka;
$P b t$ : Batery hleðsla/lát ( jákvæð fyrir lát, neikvæð fyrir hleðsla);
$P PV t$ : Sólarorka (einfald í ljósstrálu, hita, fukt, o.s.frv., og forspáanleg með sólarorkaforspáarmódelum).

Heimilissólarorkakerfið fer eftir „sjálfsnotkun + yfirflóð rásar-skift“ módel, þar sem yfirflóð gefur rásarskiftsinntekt og sólarorka fá subvenciar. Með tilliti til tímabundaðs verðs (hærra toppar, lægri dalkar), reiknuð er heildarrafmagnskostnaður eins og:Heildar kostnaður=Rásar keypisverð−Rásarskiftsinntekt−Subvenciar

Fyrir daglegt þing diskretiserað í n tímabil, getur heildarverðmódelið verið afturtekið í summuna af tímabilaverðmönnum, sem fullnægja nákvæmlega dynámískum verðsástandum.

Í formúlunni: $C$ táknar heildardaglega rafmagnskostnað heimilsins; f_PV er einingaverð subvenciar fyrir sólarorka; $24/n$ er lengd eitt tímabils.
Útryddi fyrir $f t$ í Formúlunni (2) er

Í formúlunni: $f t$ _Cer rafmagnsverð notanda í t-tímabilinu, sem er skipt í hæðverð á toppum og lágvæð á dalkum eftir mismunandi tímabilum; $f R$ er rafmagnsverð fyrir yfirflóð sem er skipt í rás. Gildi $f C t$ , $f R$ og $f PV$ eru allir vitaðir á allar tímar á degnum.Heildarorka $P A t$ heimilisgreina er jafnt summu orku allra fleygbæra greina og annarra greina í t-tímabilinu.

Í formúlunni: $P L,i$ er virkorka i-ta fleygbæra greinar; $T L,i$ er byrjunartími i-ta fleygbæra greinar; Δ $t i$ er virktími i-ta fleygbæra greinar; $[t i s, t i e]$ er ranga af byrjunartíma i-ta fleygbæra greinar. $P L,i$ , Δ $t i$ , $t i s$ og $t i e$ eru allir vitaðir gildi.

Raforka $P else,j t$ annarra greina er vitað, en raforka fleygbæra greina breytast eftir mismunandi byrjunartíma, og $T L,i$ er óvitað gildi. Þegar $T L,i$ er mismunandi, breytast heildarorka $P A t$ heimilisgreina og þannig breytast heildarrafmagnskostnaður heimilsins $C$ .

3.2 Stjórnunaráætlun

Kynningarkerfi stjórnunar á orkunotkun í heimi er að maxa viðskiptaefni, sem er skilgreint sem að setja upp markmiðsfall fyrir „minnka heildarrafmagnskostnað heimilsins C".

Byggð á fleygbæra greina módeli og samþætt við tímabundið verðs system, getur breytt byrjunartíma $T_{\text{L},i}$ fleygbæra greina breytt heildarorkuhljóð heimilsins, minnkað heildarkostnað frá sjónarhorni orkunotkunar.

Samþætt stjórnunarrök fyrir sólarorka og orkuvarðveislu

Fyrir sólarorka (PV) og orkuvarðveislu, eru stjórnunaráætlunir settar upp fyrir mismunandi tímabil:

Toppatímabil: Gefa fyrir um fulla notkun sólarorka. Ef sólarorka > greinaorka, yfirflóð er skipt í rás fyrir inntekt. Ef sólarorka < greinaorka, er batery fyrir orkutöku (þegar baterystaða > lægsta gildi). Þegar batery er tómt, er ofbrugðið fyllt af rás.
Dalkatímabil: Batery er hleðið með hámarks hleðslu fyrir orkuvarðveislu. All raforka greina er færð af rás, sem notar lágvæð dalkar til að „fylla dal“ og halda orku fyrir toppatímabil.

Batery takmarkanir

Þarf að athuga bæði hleðslu/lát takmarkanir og kapasítatakmarkanir baterysins til að takmarka hleðslu/lát (sérstök takmarkanir þarf að leggja til með formúlum/módelum, ekki sýnd í upprunalegu textanum), til að tryggja öruggleika tæka og kerfisstöðugleika.

Í Formúlunni (6): $P b,max$ er hámarks hleðslu/lát baterysins; í Formúlunni (7), $SOC t$ er baterystaða (SOC) baterysins í t-tímabilinu; $SOC min$ er lægsta gildi SOC baterysins; $SOC max$ er hámarks gildi SOC baterysins.

Eftir stjórnunaráætlun, optimaða og stjórna hleðslu/lát orkuvarðveislu. Á toppatímabil $t ∈[t 1, t 2$ , þar sem $t 1$ er byrjunartími rafmagnstopps og $t 2$ er endartími rafmagnstopps, er látorka baterysins stillt sem

Á dalkatímabil $t ∈ [1, t 1]$ , er látorka varðveislu stillt sem

Þarf að reikna baterystaða (SOC) varðveislus. Samhengið milli baterystaða við hleðslu/lát orkuvarðveislu og hleðslu/lát orku er eins og eftirfarandi:

Formúla (10) lýsir samhenginu milli SOC orkuvarðveislu og hleðsluorku við hleðslu (hér $P b t ＜ 0$ ; Formúla (11) lýsir samhenginu við lát (hér $P b t ＞ 0$ . $SOC t + 1$ er SOC í t+1 tímabilinu; &