Yoqilish energetikasi samaradorligini boshqarish strategiyasini o‘rganish PV ta’sirli elektr stansiyalari va ESS asosida

1 ZigBee - asosida Smart Home Tizimi

Kompyuter texnologiyalari va ma'lumotlar boshqarish texnologiyalarining mustaqil tarzda rivojlanishi bilan, aqlli uy-lar tez-tez rivojlanmoqda. Aqlli uy-lar aniq qolgan traditsionallar funktsiyasini saqlaydi, shuningdek foydalanuvchilar uylarni qurilmalari orqali oson boshqarishi mumkin. Hatta uydan tashqarida ham, foydalanuvchilar ichki holatni masofadan kuzatishlari mumkin, bu esa uy energiyasini samarali boshqarishga yordam beradi va hayot sifatini oshiradi.

Bu maqola ZigBee - asosidagi smart home tizimini ishlab chiqaradi, unda uycha tarmog', uycha server va mobil terminal uch komponent mavjud. Tizim sodda, samarali va juda kengaytiriladigan, uning strukturasini Rasm 1 da ko'rsatilgan.

1 ZigBee - asosidagi Smart Home Arxitekturasi
1.1 Uycha tarmoq

Uycha tarmoq, nazorat ostidagi yuklarni uzluksiz ma'lumotlarni uzatish va bir nechta energiya boshqarish uchun noduslar sifatida ulaydi. Sig'li (ZigBee) variant tanlanishi, sig'li echimlardan farqli ravishda nazoratni osonlashtiradi, ishonchli va kengaytiriladigan bo'lib, IEEE 802.15.4 asosida qurilgan ZigBee zamonaviy xavfsizlikni ta'minlaydi, kam narxli, energiya sarflaydi va murakkab emas. Uning arzon chip-lari tizim hardware narxini past qiladi. Tarmoq o'z ichiga quyidagilarni oladi:

• Koordinatsiya: ZigBee tarmog'ini boshqaradi (CC2530 - asosida, IAR - kompilyatsiyasi), oddiy uy-lar tomonidan doirada ulangan topologiyada qamrab oladi.

• Noduslar: Hisob-kitoblash/relaylar (smart socketlar) bilan integratsiya qilingan, ma'lumotlarni to'plash va “nazorat + kuzatish” jarayonlarini amalga oshirish buyrug'larini bajaradi.

1.2 Uycha server

Server tizimning “ma'lumot-nazorat markazi” hisoblanadi, quyidagi vazifalarni bajaradi:

• Ma'lumot markazi: ZigBee (serial port orqali) va mobil terminal (Socket orqali) orasida ma'lumotlarni almashish.

• Faoliyat kuzatish: Yuk holatini kuzatish, klyuchlarni boshqarish va elektr energiyasi ma'lumotlarini saqlash.

• Energiya samarali boshqaruv: Yuk/fotovoltaik ma'lumotlarini tahlil qilib, grafikni optimallashtirish, energiya boshqaruv jarayonini yopish.

1.3 Mobil terminal

Android - asosida (Eclipse + Java), terminal quyidagilarni imkoniyat beradi:

• Holatni ko'rsatish: Server tomonidan yetkazilgan elektr energiyasi haqida ma'lumotlarni real vaqt rejimida ko'rsatish.

• Masofadan boshqarish: Yuklarni masofadan boshqarish uchun buyruqlarni yuborish.

• Moslashuvchan grafik: Shaxsiy yuk grafigini belgilash (masalan, foydalanish vaqtiga qarab).

2 Uy energiyasini samarali boshqarish dizayni
2.1 Tizim arxitekturasi va logika

“Aqlli uy + PV + energiya saqlash” integratsiyasi, tizim serverda samarali strategiyalarni joylashtiradi, “jamlash → model → optimallashtirish” jarayonini yaratadi:

• Ma'lumotlar qatoti: Yuk va PV ma'lumotlarini birlashtiradi.

• Model qatoti: Optimal rejalardan foydalanib, PV foydalanishini, saqlashini va yuklarni tengsizlikka soladi.

• Nazorat qatoti: PV/saqlash faoliyatlarini va yuk grafigini “narx-samarali” maqsadlar uchun moslashitiradi (Rasm 2 da ko'rsatilgan).

2.2 Asosiy komponentlar va hamkorlik

Asosiy komponentlar (PV massivlari, bataryalar, invertorlar, server, yuklar) quyidagicha ishlaydilar:

• PV massivlari: Invertorlar orqali MPPT aktivlangan, serverga real vaqt rejimida natijani yuboradi.

• Energiya saqlash: Tarmoqga ulangan, PV ortiqchilik paytda zaryadlanadi va kamlik paytda bo'shatiladi (tarmoq bilan bog'liqligini hisoblash uchun).

• Server: Invertorlar/socketlar orasidagi bog'liqni, samarali qoidalarga asosan qurilmalarni sozlash uchun.

2.3 Yuklar turlari va grafigi

Yuklar vaqt-muddatli narxlandishga asoslangan grafigi uchun uch turga ajratiladi:

• Muhim yuklar (masalan, osvetlenish): Sabit vaqt, o'zgartirilishi mumkin emas.

• O'zgaradigan yuklar (masalan, Konditsioner): Talab o'zgaradigan, quvvatlanishi mumkin.

• Vaqt-flexible yuklar (masalan, kir yuvqich): Vaqt o'zgarishi mumkin, samarali bo'lish uchun asosiy.

Server smart socketlar orqali vaqt-flexible yuklarni boshqaradi, qiymatlarni qisqartirish/yetkazish orqali narxlarni pasaytiradi va tarmoqni barqaror qiladi.

3 Uy energiyasini samarali boshqarish uchun matematik model va nazorat strategiyasi
3.1 Uy energiyasini samarali boshqarish uchun matematik model

Uy energiyasini samarali boshqarish uchun, umumiy elektr energiyasi narxi uchun matematik model qurilishi kerak. Bu maqola “kundalik” nazorat tsiklin ishlatadi, 24 soatni n ta teng vaqt oralig'lariga bo'lib, har qanday muammolarni diskret qilib, (n juda katta bo'lganda, har bir interval “micro-element”ga yaqinlashadi, va o'zgaruvchilarni interval ichida sabit deb hisoblash mumkin).t-chi intervalda, “uy yuk quvvati, fotovoltaik generatsiya quvvati, batarya to'lash/bo'shatish quvvati va tarmoq bilan mulojat quvvati” dinamik balansiga asosan, tizim quvvati balans tenglamasi quyidagicha hosil qilinadi:

t-chi vaqt intervalida, quvvat o'zgaruvchilari quyidagicha aniqlanadi:

• P_G^t: Tarmoq bilan mulojat quvvati (quvvatni olish uchun musbat, berish uchun manfiy);

• P_A^t: Umumiy uy yuk quvvati;

• P_b^t: Batarya to'lash/bo'shatish quvvati (bo'shatish uchun musbat, to'lash uchun manfiy);

• P_PV^t: Fotovoltaik (PV) chiqariladigan quvvat (quyosh nurlanishi, havo harorati, namligi va boshqa faktorlar orqali ta'sir qiladi, PV quvvatni taxmin qilish modellari orqali aniqlanadi).

Uy PV tizimi “o'zaro ishlatish + ortiqcha quvvatni tarmoqga yuborish” modelida ishlaydi, ortiqcha elektr tarmoqga yuborish miqdori daromadni hosil qiladi va PV generatsiya subsideyalarga ega bo'lishi mumkin. Vaqt-muddatli narxlandish (yuqori peak miqdorlari, past off-peak miqdorlari) hisobga olindagina, umumiy elektr energiyasi narxi quyidagicha hisoblanadi:Umumiy Narx=Tarmoqdan Sotib Olish Narxi−Tarmoqga Yuborish Daromadi−PV Subsidiyasi

Kundalik tsiklni n ta intervalga bo'lib, umumiy narx modeli intervalga oid narxlar yig'indisiga bo'lib, dinamik narx rejimlariga moslashadi.

Formula: C uyning kundalik umumiy elektr energiyasi narxini ifodalaydi; f_PV  fotovoltaik quvvat generatsiya subsideyasi birlik narxidir; 24/n bir vaqt intervalining davomiyligi.
Formula (2) dagi f_t  ifodasi

Formula: f^t_Ct-chi vaqt oralig'ida foydalanuvchiga tegishli elektr energiyasi narxi, yangi va eski miqdorlariga bo'lib, f_R tarmoqga yuboriladigan ortiqcha elektr energiyasi narxi. f_C^t, f_R va f_PV har qanday vaqtning miqdorlari ma'lum. Uy yuklari umumiy quvvati P_A^t t-chi vaqt oralig'ida barcha vaqt-flexible yuklar va boshqa yuklar quvvatlarining yig'indisiga teng.

Formula: P_L,i i-chi vaqt-flexible yukning ishlatiladigan quvvati; T_L,i i-chi vaqt-flexible yukning ishga tushish vaqti; Δ t_i i-chi vaqt-flexible yukning ish vaqti; [t_i^s, t_i^e] i-chi vaqt-flexible yukning ishga tushish vaqtining oraligi. P_L,i, Δ t_i, t_i^s va t_i^e barcha miqdorlari aniq miqdorlar.

Boshqa yuklar elektr quvvati P_else,j^t ma'lum, lekin vaqt-flexible yuklar ishga tushish vaqtiga qarab o'zgaradi, va T_L,i aniq miqdor emas. T_L,i aniq miqdorga teng bo'lganda, uy yuklari umumiy quvvati P_A^t o'zgaradi, shunday qilib, uyning umumiy elektr energiyasi narxi C o'zgaradi.

3.2 Nazorat strategiyasi

Uy energiyasini samarali boshqarishning asosiy maqsadi ekonomik foydani maksimal qilish, bu "uyning umumiy elektr energiyasi narxini minimallashtirish" maqsadiga aylanadi.

Vaqt-flexible yuk modeli va vaqt-muddatli narxlandish mekanizmi bilan, vaqt-flexible yuklar ishga tushish vaqtini o'zgartirish orqali, uy yuklar quvvat grafikini dinamik ravishda optimallashtirish, elektr energiyasini foydalanish vaqtini hisobga olgan holda umumiy narxni pasaytirish mumkin.

PV va energiya saqlash uchun hamkorlik nazorati

Fotovoltaik (PV) quvvat generatsiyasi va energiya saqlash bataryalari uchun, turli vaqt oralig'larda nazorat strategiyalari ishlab chiqiladi:

• Yuqori miqdorli oralig'larda: PV quvvat generatsiyasini to'liq ishlatishni prioritetsiz qilish. Agar PV chiqarilishi > yuk quvvati, ortiqcha quvvat tarmoqga yuboriladi. Agar PV chiqarilishi < yuk quvvati, batarya energiyasidan foydalanish (batarya zaryad darajasi > minimum qiymat). Batarya bo'sh bo'lganda, yetarli bo'lmagan qism tarmoqdan to'lanadi.

• Past miqdorli oralig'larda: Batarya eng yuqori zaryad quvvatida zaryadlanadi. Barcha yuklar tarmoqdan ta'minlanadi, past miqdorli vaqt-muddatli narxlardan foydalanib, "to'g'ri vaqtga" energiyani saqlaydi va yuqori miqdorli oralig'larda foydalanish uchun tayyorlanadi.

Batarya cheklari

Bataryaning zaryad/bo'shatish quvvat cheklarini va kapasitet cheklarini hisobga olish zarur, uni zaryad va bo'shatish faoliyatini cheklash (aniq cheklarni formulalar/model orqali qo'shish kerak, asl matnda to'liq ko'rsatilmagan), qurilmaning xavfsizligini va tizimning barqarorligini ta'minlash.

Formula (6): P_b,max bataryaning maksimal zaryad/bo'shatish quvvati; Formula (7) da, SOC^t t-chi vaqt oralig'ida bataryaning zaryad darajasi (SOC); SOC_min bataryaning SOC ning minimum qiymati; SOC_max bataryaning SOC ning maksimum qiymati.

Nazorat strategiyasiga asosan, energiya saqlash bataryasining zaryad/bo'shatish quvvatini optimallashtirish va boshqarish. Yuqori miqdorli oralig'lar t &isin;[t₁, t₂da, t₁ elektr energiyasi yuqori miqdorli oralig'ining boshlanish vaqti va t₂ elektr energiyasi yuqori miqdorli oralig'ining tugash vaqti, batarya bo'shatish quvvati quyidagicha belgilanadi