Алгоритм управления источниками и потребителями электроэнергии интеллектуального здания

Аннотация

М.А. Колот, А.В. Левшов, А.В. Коротков Алгоритм управления источниками и потребителями электроэнергии интеллектуального здания. В статье предложен алгоритм управления источниками и потребителями электрической энергии для интеллектуального здания в системе микрогрид. Алгоритм может использоваться для уменьшения оплаты за электроэнергию при соблюдении комфорта обитателей здания.

Вступление

Вопросы энергоэффективности и оптимизации затрат ресурсов в настоящее время актуальны практически во всех сферах деятельности человека. Они определяют тенденции развития энергетики и электроэнергетики в частности. В последние годы ведутся разработки интеллектуальных энергетических сетей (смартгрид) и малых интеллектуальных сетей низкого напряжения (микрогрид) [1].

Сети микрогрид позволяют обеспечить потребителей требуемой энергией с наименьшими затратами на ее производство, передачу, накопление. Энергия потребителям в таких сетях поступает из централизованной электрической сети, а также от распределенных возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Возобновляемая энергия может быть получена от солнца, ветра, воды и других «зеленых» источников. Потребление энергии из местной электрической сети в системе микрогрид должно быть минимальным, что определяется экономическими и экологическими требованиями. Основная доля потребляемой энергии должна генерироваться ВИЭ. Недостаток последних – нестабильный график генерации, который зависит от географического положения, времени года, времени суток, погодных условий и других факторов.

Потребление энергии зданиями зависит от их назначения, предпочтения их обитателей, а также имеет определенные пики, повторение которых зависит от цикличности использования здания. Как правило, пики потребления и генерации энергии не совпадают во времени и по величине. Из-за этого в сети микрогрид должна быть предусмотрена система накопления энергии. При пиках генерации она накапливает излишки энергии, а при пике потребления – подпитывает нагрузки [2].

Вышеизложенный подход к сетям микрогрид требует интеллектуальной системы управления (ИСУ) источниками и потребителями энергии в здании.

Цель работы

Предложение алгоритма управления распределенными источниками и нагрузками интеллектуального здания.

Материалы и результат исследования

Рассмотрим здание, которое снабжается электрической энергией, как от централизованной электрической сети, так и от распределенных возобновляемых источников энергии (рис. 1). ИСУ такого здания должна учитывать предпочтения его обитателей и текущие условия эксплуатации (генерация ВИЭ, погодные условия, тарифы на электроэнергию и т.д.). Наличие ИСУ позволяет уменьшить затраты на оплату электроэнергии на 20 – 40% в зависимости от условий эксплуатации здания и используемых ВИЭ [2, 3].

Энергия, полученная потребителями здания от электрической сети, оплачивается по трехзональному тарифу [4]. Будем считать, что основную часть энергии потребители в здании должны брать от ВИЭ, а из централизованной электрической сети питание будет поступать только при недостатке «зеленой» энергии. Накопители энергии (аккумуляторные батареи) должны иметь возможность заряжаться при генерации ВИЭ и отдавать энергию потребителям в здании во время высокого тарифа на электроэнергию.

В таком здании целесообразно нагрузки разделить на управляемые и неуправляемые. В идеале все потребители электрической энергии здания должны быть управляемыми, т.е. ИСУ должна иметь возможность регулировать ток/напряжение этих потребителей или вообще отключать их. Управляемые нагрузки в зависимости от предпочтений обитателей здания разделяются на нагрузки с высоким и низким приоритетами. В случае ограничения использования энергии от централизованной сети и недостаточной генерации ВИЭ, время работы управляемых нагрузок с низким приоритетом может сдвигаться в периоды низких тарифов на электроэнергию.

Алгоритм управления источниками и потребителями электроэнергии здания в системе микрогрид (рис. 2) должен выполняется ИСУ через определенные промежутки времени, например 10 – 15 минут [2, 3].

Приведенный алгоритм может быть использован и для зданий, которые снабжаются электроэнергией только от централизованной электрической сети и электроэнергия оплачивается по многозональному тарифу. В этом случае будут активны блоки алгоритма, выделенные пунктиром.

Выводы

Предложен алгоритм управления источниками и потребителями электрической энергии для интеллектуального здания, который можно использовать для минимизации платежей за электроэнергию. Дальнейшие исследования могут уточнить и детализировать представленный алгоритм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кобец Б.Б.,Волкова И.О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid. — М.: ИАЦ Энергия, 2010. — 208 с.
2. Boynuegri, A.R.; Yagcitekin, B.; Baysal, M.; Karakas, A.; Uzunoglu, M. «Energy management algorithm for smart home with renewable energy sources», Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), 2013 Fourth International Conference, pages: 1753 – 1758
3. N. Gudi, L. Wang, V. Devabhaktuni, and S. S. S. R. Depuru, «A demand-side management simulation platform incorporating optimal management of distributed renewable resources», Power Systems Conference and Exposition (PSCE), pages: 1 – 7.
4. Справочник потребителя электроэнергии / Тарифные коэффициенты, розничные цены на электроэнергию для предприятий и населения [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.e-meter.info/tarif/