Riċerka dwar Strategija ta' Gestjoni ta' Effiċjenza Energetika tal-Famiglie Bazata fuq Piż tal-PV Distributi u Sistemi ta' Stokkaggio ta' Enerġija

Echo

Camp: Analisi tal-Transformer

China

1 Sistem Smart Home Bazat tal-ZigBee

Fl-aħħar tmiem, il-teknoloġija tal-kumputa u l-informazzjoni kkontrollata segwitu evolvutsi bħalissa. Is-smart homes ma jirretnejx is-silġiet tradizzjonali ta’ ħaddiem, imma jippermettu l-utenti li jagħmlu managemen tas-silġiet tal-ġimgħa b’mudella. Anki barra mill-ħanut, l-utenti jistgħu jagħmlu monitoraġġ tad-dahla internament, biex jiżvilupaw l-managemen tal-enerġija tal-ħanut u j żdiedu l-ktieb tal-ħin tagħhom.

Dan id-dokument idejjega sistem smart home bazat tal-ZigBee, li jikkonsisti mill-għaxar: reġju tal-ħanut, server tal-ħanut, u terminal mobbli. Il-sistema hija senpliċi, effiċjenti, u sbilġgabbilta, b’struttura tisbuh fil-Figura 1.

1 Struttura tal-Smart Home Bazat tal-ZigBee
1.1 Reġju tal-Ħanut

Kkemm għax-xewka fundamentali, ir-reġju tal-ħanut ikkonektja l-onus kontrollabili bħala nodes għall-trasferiment tal-data internament u l-managemen multi-energetiku. L-iżbor tal-wireless (ZigBee) fuq soluzzjonijiet cabled iżdied il-flexibilità, ir-reliabilità, u s-sbilġgabbiltà. ZigBee, mibnija fuq IEEE 802.15.4, toffri kosjt, potenza, u komplikazzjoni niska, fl-iskontra tal-aħħar. Il-chips affordebli jgħellux il-kosjt tal-hardware tas-sistema. Ir-reġju inkludiv:

Coordinator: Jadministra r-reġju tal-ZigBee (CC2530 - based, IAR - compiled), kavverjiħom tal-ħanut tipiku permezz tax-topologia direttament magħquda.
Nodes Terminali: Mifħukkun mal-misuratori/relays (bħal smart sockets), jikkolleġixxu data u jieksegwu ordni għal “control + monitoring” closure.

1.2 Server tal-Ħanut

Il-server jopra bil-mod “data-control core” tas-sistema, jaffronta:

Data Hub: Jisbarra info bejn ZigBee (tramit port serjali) u terminali mobbli (tramit Socket).
Monitoring tal-operazzjon: Jitbaqa’ statu tal-onus, jkontrolla switches, u jistorna data tal-elettriċità.
Brain tal-Effettivitati Energetika: Jaanalizza data tal-onus/fotovoltaic biex toptimizza l-ischedulatura, ikkompli l-loop tal-managemen tal-enerġija.

1.3 Terminal Mobbli

Bazat fuq Android (Eclipse + Java), it-terminal ippermetti:

Status Visibility: Display real-time tal-info tal-elettriċità spinta mis-server.
Control Remote: Jisbarra ordni biex jikkontrolla onus indirettament.
Schedulatura Flessibbli: Setja timings custom tal-onus (pereżempju, għal prezz tal-użu tal-ħin).

2 Design tal-Managemen tal-Effettivitati Energetika tal-Ħanut
2.1 Struttura tas-Sistema u Logika

Integrazzjoni “smart home + PV + storage energetiku”, is-sistema ingħaqad strategiji tal-effettivitati fis-server, formant loop “kolleġixxi → model → optimizazzjoni”:

Layer Data: Jikkombina data tal-onus u PV.
Layer Model: Jibdil l-użu tal-PV, storage, u onus permezz skemi ommi.
Layer Control: Jikoordinja l-operazzjonijiet tal-PV/storage u schedulatura tal-onus għal obbjetiv “cost-efficiency” (struttura fil-Figura 2).

2.2 Komponenti Kernin u Kollaborazzjoni

Il-komponenti kernin (arrays PV, batteries, inverters, server, onus) jagħmlu kif:

Arrays PV: MPPT-enabled permezz inverters, jisbarra output real-time lis-server.
Storage Energetiku: Grid-connected, jikkariga waqt surplus tal-PV u jidiskariga waqt diffetti (metered għal interakzjoni tal-grid).
Server: Jilinkja inverters/sockets, jmodifikajapparati skond ir-regoli tal-effettivitati biex toptimizza l-flus tal-enerġija.

2.3 Klassifikazzjoni tal-Onus u Schedulatura

L-onus jsilġu fi tliet tipi għal schedulatura drivata mid-prezz tal-użu tal-ħin:

Onus Kritiċi (pereżempju, il-lanġas): Fixed-time, non-adjustable.
Onus Adjustabili (pereżempju, AC): Variable-demand, power-tunable.
Onus Shiftabili (pereżempju, washers): Time-flexible, kernin għal effettivitati.

Is-server jikkontrolla l-onus shiftabili permezz smart sockets, jgħadbul peaks/jifilla valleys biex jżdiedu l-kosjt u stabilizzaw il-grid.

3 Model Matematiku u Strategija tal-Kontroll għal Managemen tal-Effettivitati Energetika tal-Ħanut
3.1 Model Matematiku għal Managemen tal-Effettivitati Energetika tal-Ħanut

Biex nassiguraw l-managemen preċiż tal-energetika tal-ħanut, huwa neċessarju li nsibu model matematiku għal kosjt totali tal-elettriċità. Dan id-dokument jagħmel użu minn “ciklu tal-kontroll ta’ l-ġurnata”, jiddividi 24 saġġa f’n intervals ugwal. Bi diskretizzazzjoni tal-problemi kontinwi (meta n huwa suffiċjentement kbir, kull interval approċċa “micro-element,” u l-varjabbli jistgħu jiġu assumiti konstanti f’dan l-interval). Fl-interval t-th, permezz dinamika tal-bilànċ tal-enerġija “power tal-onus tal-ħanut, power tal-generazzjoni fotovoltaika, power tal-karig/diskarig battery, u power tal-interakzjoni tal-grid,” l-equazzjoni tal-bilànċ tas-sistema hi derivata kif:

Fil-interval t-th, il-varjabbli tal-power huma definiti kif:

$P_{G t}$ : Power tal-interakzjoni tal-grid (pozitiv għal karig, negativ għal diskarig);
$P A t$ : Power totali tal-onus tal-ħanut;
$P b t$ : Power tal-karig/diskarig battery (pozitiv għal diskarig, negativ għal karig);
$P PV t$ : Power tal-output fotovoltaika (PV) (effektwat mill-insolazzjoni solari, temperatura, umidità, etc., u predittibil permezz modelli tal-forecasting tal-PV power).

Is-sistema fotovoltaika tal-ħanut topera permezz model “self-consumption + surplus power grid-feeding”, fehmis surplus elettriċità jġeneraw revenue tal-grid-feeding u għenerazzjoni tal-PV tiqualifika għal subsidies. Fl-iktar tal-prezz tal-użu tal-ħin (prezz ta’ peak akbar, prezz ta’ off-peak infeż), il-kosjt totali tal-elettriċità huwa kalkulat kif:Total Cost=Grid Purchase Cost−Grid-Feeding Revenue−PV Subsidies

Għal ciklu ta’ l-ġurnata diskretizzat f’n intervals, il-model tal-kosjt totali jista’ jiġi decompost fil-summa tal-kosjt speċifiċi għal intervalli, adattandu preċiżament għal scenari dinamiki tal-prezz.

Fil-formula: $C$ rappreżenta l-kosjt totali ta’ l-ġurnata tal-elettriċità tal-ħanut; f_PV huwa l-prezz unitar tal-subsidy tal-għenerazzjoni tal-PV; $24/n$ huwa d-durata ta’ l-interval tal-ħin.
L-espressjoni għal $f t$ fil-Formula (2) hi

Fil-formula: $f t$ _Chuwa l-prezz tal-elettriċità għal l-utent fit-t perjod, li jiddividi fil-prezz ta’ peak-time u off-peak-time skond il-perjodi differenti; $f R$ huwa l-prezz tal-elettriċità għal surplus elettriċità feddija fit-grid. Il-valuri ta’ $f C t$ , $f R$ u $f PV$ fi żmin ta’ l-ġurnata huma dawn magħrufa. Il-power totali $P A t$ tal-onus tal-ħanut huwa l-summ ta’ power ta’ kollox onus shiftabili u onus oħra fit-t perjod.

Fil-formula: $P L,i$ huwa l-power operattiv tal-i onus shiftabili; $T L,i$ huwa l-ħin tal-start-up tal-i onus shiftabili; Δ $t i$ huwa l-durata tal-operazzjoni tal-i onus shiftabili; $[t i s, t i e]$ huwa l-range tal-ħin tal-start-up tal-i onus shiftabili. $P L,i$ , Δ $t i$ , $t i s$ u $t i e$ huma valuri definiti.

Il-power elettriku $P else,j t$ tal-onus oħra huwa magħruf, waqt li l-power tal-onus shiftabili jbidel skond start-up times differenti, u $T L,i$ huwa valur mhux determinat. Meta $T L,i$ huwa differenti, il-power totali $P A t$ tal-onus tal-ħanut bidel lill-kosjt totali tal-elettriċità tal-ħanut $C$ .

3.2 Strategija tal-Kontroll

Il-goċ tal-managemen tal-effettivitati energetika tal-ħanut huwa maximizazzjoni tal-benefiċċji ekonomiċi, speċifikament translatat fil-konstrukazzjoni ta’ funzjoni obbjetiv għal “minimizazzjoni tal-kosjt totali tal-elettriċità tal-ħanut $C$ ”.

Bazat fuq modell tal-onus shiftabili u kombinat mal-mekkanismu tal-prezz tal-użu tal-ħin, l-adjustament tal-ħin tal-start-up $T_{\text{L},i}$ tal-onus shiftabili jistgħu joptimizaw dinamiċament il-curva tal-power totali tal-onus tal-ħanut, b’minimizazzjoni tal-kosjt totali mill-perspettiva tal-timing tal-konsum tal-elettriċità.

Logika tal-Kontroll Koordinat għal PV u Storage Energetiku

Għal għenerazzjoni fotovoltaika (PV) u batteries tal-storage, strategiji tal-kontroll huma formulati għal perjodi differenti:

Perjodi ta’ Peak: Priorità għal consum full tal-għenerazzjoni tal-PV. Jekk l-output tal-PV > power tal-onus, surplus elettriċità jfeddija fit-grid għal revenue. Jekk l-output tal-PV < power tal-onus, il-battery hija prioritizzata għal fornitur (meta l-state of charge > valur minimu). Meta l-battery tkun ħalqa, il-parti insufficijenti jiġu supplita mil-grid.
Perjodi ta’ Off-Peak: Il-battery tikkariga b’power tal-karig massimu għal storage. Tuti l-elettriċità tal-onus tuġġa minn l-grid, utilizzandu l-elettriċità ta’ off-peak prezz ta’ bassu biex “fill the valley” u storja l-enerġija għal perjodi ta’ peak.

Konstraints tal-Battery

Huwa neċessarju li nkunsidraw simultanament l-limiti tal-power tal-karig/diskarig u l-konstraints tal-capacity tal-battery biex nkonsidraw il-karig u diskarig (konstraints speċifiċi jistgħu jiġu supplementati b’formule/models, mhux prezentati fit-test orixinal), assigurandu s-sigurtà tal-apparat u stabilità tas-sistema.

Fil-Formula (6): $P b,max$ huwa l-power massimu tal-karig/diskarig tal-battery; fil-Formula (7), $SOC t$ huwa l-state of charge (SOC) tal-battery fit-t perjod; $SOC min$ huwa l-valur minimu tal-SOC tal-battery; $SOC max$ huwa l-valur massimu tal-SOC tal-battery.

Skond is-strategija tal-kontroll, optimizzaw u kontrollo l-power tal-karig/diskarig tal-battery tal-storage. Fit-t perjod ta’ peak $t ∈[t 1, t 2$ , meta $t 1$ huwa l-ħin tal-start tal-perjod ta’ peak u $t 2$ huwa l-ħin tal-end tal-perjod ta’ peak, il-power tal-diskarig tal-battery huwa settat bħal

Fit-t perjod ta’ off-peak $t ∈ [1, t 1]$ , il-power tal-diskarig tal-battery huwa settat bħal

Huwa neċessarju li nkalkulaw l-state of charge (SOC) tal-battery tal-storage. Il-relazzjoni bejn l-SOC fit-process tal-karig/diskarig tal-battery u l-power tal-karig/diskarig hi kif: