Original title:
Optimální metody řízení energetické spotřeby budov
Translated title:
Optimal Control Strategies for Building Energy Consumption
Authors:
Kaczmarczyk, Václav ; Horák, Bohumil (referee) ; Janeček, Eduard (referee) ; Zezulka, František (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2015
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[cze][eng]
S klesajícími zásobami fosilních paliv a zvyšujícím se tlakem na využívání energie vyrobené z obnovitelných zdrojů roste potřeba integrace těchto těžko predikovatelných zdrojů do elektrizační soustavy. Současně dochází ke zvyšování ceny energie, což zvyšuje ochotu spotřebitelů měnit své chování s cílem omezit výdaje, či alespoň zachovat je v akceptovatelné výši. Jednou z mála možností optimalizace nákladů na energie na straně spotřebitele je využití principu demand response. Tento princip spotřebiteli umožňuje na základě nezbytných informací optimalizovat spotřebu elektrické energie tak, aby ji minimalizoval v době, kdy je cena energie vysoká. Vzhledem k neustále se měnícím podmínkám v elektrizační soustavě a tím i měnícím se požadavkům je nutné, aby optimalizace byla realizována automaticky, bez nutnosti zásahů uživatele. Dizertační práce se věnuje problematice koordinace chodu spotřebičů a dalších elektrických zařízení v rámci chytrého domu za účelem dosažení úspory ceny zaplacené za elektrickou energii při zachování požadované úrovně komfortu využití elektrických spotřebičů. V této práci je proto navržena metoda, která po implementaci do řídicího členu - energy managera - zabezpečí dosažení optimálního využívání spotřebičů a dalších zařízení v rámci chytrého domu. Vzhledem k tomu, že chování optimální z pohledu demand response nebývá v souladu s požadavky uživatele na komfortní využití spotřebičů, navržená metoda umožňuje dosáhnout kompromisu volbou příslušné strategie. Pro účely optimalizace je v práci navrženo pět univerzálních modelů, které umožňují popsat zařízení běžně se vyskytující v domácnostech a obytných domech, a to jak spotřebiče, tak i lokální zdroje elektrické energie. Těžištěm navržené metody je formulace a následná optimalizace smíšeného kvadratického problému (MIQP). Výsledkem optimalizační úlohy je plán využití jednotlivých zařízení, který zohledňuje cenu elektrické energie, pracovní cyklus zařízení, požadavky uživatele, systémová omezení a další vstupní informace. V práci je dále realizováno rozšíření výše uvedené metody, které zajišťuje dodržení nastavené strategie i při výrazné změně vstupních podmínek. Díky tomuto chování se metoda stává použitelnou pro využití v reálném řídicím členu.
This thesis discusses the operational coordination of electrical appliances and devices in a smart home. At present, the diminishing volume of fossil fuels and the increasing pressure to use renewable sources of energy necessitate the integration of such volatile sources into electrical grids. This process, however, results in higher energy costs, and the consumers are thus more willing to change their behaviour to either reduce the expenses or maintain them at a reasonable level. One of the relatively few customer-oriented options to optimise energy costs consists in the demand – response principle, which utilises external information to minimise energy consumption during high price periods. Assuming the constantly changing conditions in electrical grids, and thus also the varying demands, it is vital to provide for automatic optimisation excluding the need of user intervention. The thesis presents a method which, after being implemented into the control member, will facilitate the optimal use of appliances and devices within a smart home. As the behaviour considered optimal from the perspective of demand - response is often inconsistent with the consumer‘s requirements for comfortable use of the appliances, the proposed technique offers a compromise through enabling the consumer to select the appropriate strategy. Five universal optimisation models are designed within the thesis; these models facilitate description of common home appliances and local electricity sources. The core of the method lies in formulating and optimising a mixed integer quadratic problem (MIQP). The optimisation task yields an operational schedule for the individual appliances, and this scheme considers the energy costs, the working cycle of the appliance, the user’s demands, the system restrictions and/or other input data. Furthermore, the author extends the above-discussed general technique, enabling it to adopt robust behaviour. The method then secures the preset strategy even during a marked change of the input conditions, and its robustness is a viable precondition for the overall applicability of the technique in the real control member.
Keywords:
Building energy manager; Demand response; Domestic appliances; Multicriteria optimization problem; Optimal schedule; Quadratic optimization problem; Building energy manager; Demand response; Domácí spotřebiče; Kvadratická optimalizační úloha; Optimální plán spotřebičů; Vícekriteriální optimalizační úloha
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/42679
guest ::
