خانه هوشمند با سیستم مدیریت انرژی

خانه هوشمند با سیستم مدیریت انرژی

در سال های اخیر فن آوری اطلاعات و ارتباطات مانند تجهیزات اندازه گیری پیشرفته ، فن آوری های حسگر هوشمند،لوازم خانگی هوشمند، شبکه های خانگی  و سیستم ذخیره انرژی خانگی و غیره توسعه یافته است بنابراین، این روند رو به رشد می تواند زیرساخت های خانه هوشمند را با سیستم مدیریت انرژی خانگی را  فراهم می کند. این سیستم وسایل خانگی مختلف را  براساس اولویت‌های کاربر از طریق رابط انسان و ماشین در خانه‌های هوشمند به منظور صرفه جویی در هزینه برق و بهبود بهره‌وری مصرف انرژی مرتب می‌کند. در یک خانه هوشمند معمولی، وسایل تحت کنترل شامل سیستم گرمایشی،سیستم تهویه مطبوع، بخاری و یخچال، معمولا بیشترین مصرف انرژی مسکونی را تشکیل می‌دهند.

مفهوم سیستم های مدیریت انرژی خانگی

در شبکه های هوشمند، دستگاه های AMI  یک ارتباط دوطرفه قابل اعتماد بین تجهیزات برق و مصرف کنندگان خانگی را فراهم می کتند و می توانند فرصت را برای انگیزه های اقتصادی خانه های هوشمند فراهم کنند تا کاربر مصرف برق خود در زمان پیک بارمدیریت کند. مشوق های اقتصادی عبارتند از صرفه جویی در هزینه برق، بهبود بهره وری از لوازم خانگی و صرفه جویی در مصرف انرژی.از این رو، سیستم مدیریت انرژی خانگی هوشمند به عنوان یک سیستم بهینه ساز برای مدیریت انرژی به منظور نظارت موثر و مدیریت تولید برق، ذخیره‌سازی و مصرف در خانه‌های هوشمند تعریف می‌شود.

معماری سیستم های مدیریت انرژی خانه

معماری کلی یک سیستم مدیریت انرژی خانه هوشمند در شکل زیر نشان‌داده شده‌ است که شامل یک مرکز کنترلر هوشمند به همراه ماژول های مانیتورینگ و سیستم های کنترل بر اساس شبکه ارتباطی خانگی می باشد. داده‌های مصرف برق زمان واقعی از لوازم خانگی شامل لوازم قابل برنامه ریزی و لوازم غیر قابل برنامه نیزمی‌تواند توسط پانل اصلی برای  بهینه سازی مصرف جمع آوری شود علاوه بر این، کنتورهوشمند می‌تواند به عنوان واسط ارتباطی بین تاسیسات برق و خانه هوشمند مورد استفاده قرار گیرد. به طور معمول، کنتور هوشمند یک سیگنال تقاضای انرژی از لوازم برقی به عنوان ورودی دریافت می‌کند و بهینه‌ سازی و برنامه ‌ریزی پیاده سازی شده و به سیگنال تقاضا پاسخ داده می شود . وسیله نقلیه الکتریکی (EV) یک نوع خاص از بارهای قابل برنامه ریزی است.منابع تولید توان پراکنده نیز می توانند با این سیستم ادغام شوند.

معماری سیستم های هوشمند مدیریت انرژی خانهویژگی های سیستم های مدیریت انرژی خانه

به منظور صرفه‌جویی در برق، سیستم مدیریت انرژی خانگی باید برای مدیریت و کنترل وسایل خانگی هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر وhess  انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشد علاوه بر این، خدمات کنترل اکتیو، از جمله داده های زمان واقعی در مورد میزان مصرف انرژی و قیمت انرژی در خانه های هوشمند، می تواند به مصرف کنندگان بر اساس این سیستم ارائه شود. مصرف کنندگان خانگی می توانند تنظیمات خود را از طریق اینترفیس برای تنظیم زمان سرویس وسایل مختلف برای افزایش بهره وری انرژی خود انتخاب کنند شکل زیر ویژگی های معمول یک مرکز هوشمند با پنج ماژول کاربردی اصلی، از جمله نظارت، ورود، کنترل، مدیریت و زنگ هشدار را نشان می دهد در جدولی که در ادامه آورده شده است هرکدام از ماجول شرح داده شده است.

ماجول های مرکز سیستم مدیریت انرژي‌هوشمند

تشریح ماجول های مرکز سیستم مدیریت انرژي‌هوشمند

زیرساخت های سیستم مدیریت انرژی خانه

زیرساخت داخلی خانه شامل مرکز هوشمند سیستم مدیریت انرژی خانگی ، تجهیزات اندازه گیری هوشمند، سیستم ارتباطی و شبکه، HESS  ها و دیگر دستگاه های هوشمند است. با استفاده از این زیرساخت های هوشمند، سیستم مدیریت انرژی خانگی می تواند دسترسی، نظارت، کنترل و بهینه سازی عملکرد DER های مختلف، خودروهای برقی، لوازم خانگی و تجهیزات را به دست آورد. علاوه بر این، سیستم مدیریت انرژی خانگی قادر به پشتیبانی کامل از وسایل خانگی هوشمند و همچنین تعامل دو طرفه با کاربران و شرکت های ارایه دهنده خدمات برق است. بسیاری از ویژگی‌های جذاب شبکه هوشمند مانند مقرون‌به‌صرفه بودن، انعطاف‌پذیری می تواند با استفاده از سیستم مدیریت انرژی خانگی ایجاد شود.

سیستم‌های ارتباطی و شبکه‌ای

تا کنون سیستم های مدیریت انرژی خانگی  مختلفی بر اساس طرح های مختلف ارتباطی طراحی شده اند ، از قبیل ارتباط خطوط برق ،ZigBee ، BACnet ، بلوتوث و نیز رابط کاربر که می تواند در سیستم مدیریت انرژی خانگی استفاده شود. سیستم مدیریت انرژی خانگی باید پنج جز اصلی را به عنوان پردازنده، لینک ارتباطی، رابط کاربر، رابط سنسور و رابط بار را دارا باشد بر اساس بررسی های انجام شده بر روی فن آوری های ارتباطی مختلف،ZigBee برای سیستم مطرح شده انتخاب شده است. ZigBee، یک فناوری ارتباطات بی سیم است که در سالهای اخیر به سرعت در حال توسعه است،که از رایج ترین فرکانس باند یعنی4/2  گیگاهرتز می کند.

کنتور هوشمند

کنتور هوشمند اندازه گیر پیشرفته انرژی است که مصرف انرژی مصرف کننده را اندازه گیری می کند و اطلاعاتی را نیز در اختیار سیستم توزیع قرار می دهد.عملکرد اصلی دستگاه های هوشمند عبارتند از:

  • اندازه گیری میزان توان به صورت چند دوره ایی و چند حالته برای اندازه گیری مصرف توان اکتیو و راکتیو
  • پشتیبانی از ارتباط دو طرفه،ارسال اطلاعات و پذیرش اطلاعات.
  • تواناییحذفبارهوشمند در صورت نیاز و بروز خطا در شبکه برق.
  • تجمیع کردن داده های کنتور های مختلف مثل کنتور هوشمند گاز، آب و … .

مرکز سیستم های مدیریت انرژی خانگی

مرکز سیستم های مدیریت انرژی خانگی شبیه مغز این سیستم است که مدیریت انرژی هوشمند را اجرا می‌کند. این مرکز به عنوان یک دستگاه در خانه کاربر قرار دارد.و وظایف آن به شرح زیر می باشد:

  • دریافتمقدارزیادیدادهکه توسطکنتورهایهوشمند ، پنلکنترلاصلی،و صفحهنمایش ارسال شده است.
  • ارائه یک اینترفیس برای پشتیبانی از نظارت آنلاین، تنظیم وظایف و سایر اعمال برای سازمان دهی استفاده از توان.
  • این مرکز هوشمندمی تواند تنظیماتی نیز برای آب، برق، گاز و … نیز داشته باشد.
  • یکپارچه سازی منابع پراکنده توان، تجهیزات ذخیره انرژی و رگولاتور برق خودروی برقی متصل و همچنین تجزیه و تحلیل و پیش بینی تولید کننده های پراکنده توان.

لوازم خانگی

لوازم خانگی مختلف و وسایل ذخیره انرژی را می توان به طور کامل آنالیز و مدلسازی کرد. به منظور اجرای استراتژی های برنامه ریزی بهینه لوازم خانگی، لوازم خانگی هوشمند را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

  • لوازم خانگی غیرقابل برنامه ریزی، به عنوان مثال یخچال،چاپگر، مایکروویو، تلویزیون،خشک کن مو و… .
  • لوازم خانگی قابل برنامه ریزی که می تواند برای عملیات بهینه برنامه ریزی شوند و یا روشن و خاموش شوند به طور مثال ماشین لباس شویی، تهویه مطبوع، بخاری،EV و … .

لوازم قابل برنامه ریزی خود می توانند به ترتیب تداوم زمان عملیات طبقه بندی شده به “با قابلیت وقفه” و “بدون قابلیت وقفه”. به طور کلی، وسایل با قابلیت وقفه معمولا بیشتر از لوازم بدون قابلیت وقفه هستند.

لوازم خانگی قابل برنامه ریزی

استراتژی برنامه ریزی لوازم خانگی

در اولین گزینه،کاربران می توانند مصرف برق خود را در دوره های زمانی پیک که قیمت ها بالا است، کاهش دهند. در گزینه دوم، کاربران ممکن است با تغییر زمان استفاده از وسایل خانگی خاص از دوره های پیک به دوره کم باریههزینه برق مصرفی خود را کاهش دهند.. در گزینه سوم، کاربر در زمان های اوج بار از تولید منابع پراکنده در محل استفاده می کند.

بهینه سازی و کنترل لوازم خانگی

ظهور شبکه های هوشمند و افزایش اهمیت  صرفه جویی در مصرف برق، فرصت هایی را برای سیستم های مدیریت انرژی هوشمند به ارمغان آورده است. به عنوان یک ابزار پاسخدهی به تقاضا سیستم های مدیریت انرژی تغییر  و محدود کردن زمان کار لوازم خانگی به منظور کاهش مصرف انرژی را انجام می دهند. تکنیک های هوشمند مختلفی برای کنترل ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد، کنترل کننده های هوشمند با استفاده از الگوریتم های تکاملی، کنترل زیرسیستم های ساختمان هوشمند و لوازم خانگی آنها را انجام میدهند. کنترلر طبقه بندی بارها می تواند برا ساس شبکه عصبی (ANN) ، کنترل منطق فازی (FLC) و شبکه فازی عصبی (ANFIS) باشد.

(ANN) با الگوریتم ژنتیک برای زمان بندی  هفتگی کار لوازم خانگی با هدف بهنه سازی مصرف انرژی در یک بخش مسکونی برای کاهش تقاضای انرژی در طول دوره پیک و به حداکثر رساندن استفاده از منابع تجدیدپذیر مورد استفاده قرار میگیرد این تکنیک با کنترل مصرف برق می تواند به طور موثر مصرف انرژی را مدیریت کند. (FLC) برای کنترل وسایل برقی خانگی با به حداقل رساندن مصرف انرژی و قیمت برق مورد استفاده قرار گرفته است ، مدل سازی این سیستم از 4 بخش تشکیل شده است ، فازی سازی ، پایگاه دانش ، موتور استنتاج و غیر فازی سازی.در (ANFIS) ورودی ها از فیدبک خروجی، سنسورها و زیر سیستم های فازی حاصل می شود، برنامه زمانبندی پیشنهادی  انرژی بر اساس  قیمت پویا و در نظر نگرفتن بهینه سازی مقدار انرژی مصرف شده می باشد.در جدول  مقایسه سه روش آورده شده است.

 

 

 

بهرنگ کرمیان
می 18, 2019