{h1}
članci

Razvijanje inteligencije sustava za optimizaciju izgradnje elektroenergetske mreže

Anonim

Pregled projekta Building 16 na BRE od Andrew Williams (BRE), Al-Azhar Lalani (Sveučilište u Hertfordshireu), Emilio Mistretta (Sveučilište u Hertfordshireu) i Johann Siau (Sveučilište u Hertfordshireu)

Uvod

Ovaj rad daje kratki pregled eksperimentalne električne mreže instalirane u zgradi 16 (B16) na web mjestu BRE-a u Watfordu. Cilj instalacije je djelovati kao platforma za istraživanje i razvoj kako bi se istražilo kako se električna mreža u zgradi opremljenoj s različitim generacijama izvora, upravljanje skladištem i potražnjom može optimizirati za niz ishoda uključujući trošak električne energije, emisije ugljika i dostupnost ( potreba za životnim stilom).

Projekt se posebno usredotočuje na povezivanje mobilnih uređaja (prijenosnog računala, tableta, pametnih telefona) i istražuje načine funkcioniranja internih funkcija upravljanja potrošnjom energije kako bi se uključili u širu mrežnu strategiju zgrada. Također se fokusira na agregaciju podataka o izvedbi proizvoda i mreže kako bi podržao odabrani režim kontrole.

Rad naveden u ovom izvješću dio je šireg paketa inicijativa za istraživanje i razvoj s ciljem sistemiranja pasivnih i aktivnih komponenti u zgradi. Plan je biti u mogućnosti integrirati različite komponente putem najnižeg zajedničkog nazivnika i usredotočiti rezultatni sustav na vrijednost koju pruža putnik. U pogledu razvoja sustava kontrole, električna energija je očigledno mjesto za početak rada, a rad koji je naveden u ovom radu razvija se na temelju izvješća o pregledu budućnosti električne energije u domaćim zgradama.

Pozadina - budućnost električne energije

Dobavljačka strana

Vrhunac potražnje za električnom energijom u svim sektorima na hladan dan u Velikoj Britaniji iznosi približno 61 Gigawatt (GW). U godini proizvodi se i troši oko 330 TWh električne energije, a većina je proizvedena spaljivanjem ugljena i plina, te nuklearnim elektranama. Očekuje se da će do 2050. godine potrošnja električne energije biti veća od 550 TWh, potaknuta značajnim povećanjem korištenja električne energije za stambeno grijanje putem toplinskih crpki i domaćeg prometa. Kako bi se zadovoljio ovaj zahtjev, instalirani kapacitet će gotovo udvostručiti od oko 80 GW danas do otprilike 160 GW u 2035. Međutim, kako bi se zadovoljili ciljevi ugljičnog dioksida, veći dio novog kapaciteta će biti više intermittentan kao rezultat obnovljive generacije i manje fleksibilan kao rezultat nuklearne generacije.

Tijekom sljedećih 30 godina opskrba električnom energijom proći će kroz revoluciju jer mreža u suštini postaje dekarbonizirana i lokalna mikro-generacija postaje zajedničko mjesto. Prema scenariju Nacionalnog rešetkastog plana, plan je da će do 2025. godine emisije proizvedene uporabom električne energije pasti na oko 70gCO2 / kWh od današnjeg od preko 400g CO2 / kWh. Do 2035. ta se brojka predviđa da je znatno ispod 50gCO2 / kWh, međutim, kako bi se to postiglo, potrebno je značajno ulaganje u kapacitete proizvodnje niskog sadržaja ugljika i moraju biti ispunjeni izazovni ciljevi energetske učinkovitosti.

Na strani potražnje

Potrebe se također mijenja. Uvođenjem pametnih brojila, domaći će korisnici biti podložni Tarifama za upotrebu vremena i plaćati električnu energiju na široko sličan način na mnoge komercijalne i industrijske lokacije koje plaćaju električnu energiju kroz polusatno razdoblje poravnanja. Lokalna generacija postat će mnogo uobičajenija, a svaka generacijska tehnologija ima svoje posebne karakteristike vezane uz troškove proizvodnje električne energije, učinkovitosti, emisije ugljika i dostupnosti.

Na primjer, ako je tehnologija proizvodnje obnovljiva tehnologija može se smatrati da ne proizvodi emisije ugljika u uporabi (ne uzimajući u obzir proizvodnju) ili ako koristi primarna goriva za proizvodnju električne energije na lokalnoj razini, može izbjeći gubitke distribucije mreže i stoga učinkovitiji u cjelini. Ove različite karakteristike otvaraju cijeli niz mogućnosti za upravljanje i optimizaciju lokalne elektroenergetske mreže u odnosu na potrebu korisnika, opskrbu mrežom, karakteristike lokalnog generiranja i mogućnosti pohrane.

Jedan od ključnih pristupa uravnoteženju opskrbe s potražnjom je upravljanje potražnjom ili zahtjev za odgovorom. U smislu uravnoteženja ponude i potražnje, smanjenje potražnje jednako je vrijedno kao povećanje opskrbe sve dok ne dovede do neprihvatljivih prekida potrošača. Odaziv potražnje ključni je alat za bilo koju buduću strategiju električne energije, međutim, u određenoj fazi razvoja sustava, izravan odnos između potražnje potrošača i opskrbe električnom energijom ograničavaju kontrolne scenarije koji se mogu usvojiti. Kako bi se dodatno proširili kontrolni scenariji, postaje neophodno razdvojiti vrijeme korištenja električne energije iz njene generacije i za to je potrebno dodatno pohranjivanje, obično baterije, u sustav.

Iako to donosi dodatnu složenost, troškove i održavanje u mreži, oni omogućuju pohranu električne energije, a time i potražnja potrošača da budu više ili manje neovisni o opskrbi električnom energijom, bilo na nacionalnoj ili lokalnoj razini. Na kraju, uspjeh bilo koje strategije nadzora budućih zgrada elektroenergetske mreže ovisi o njihovoj sposobnosti da upravljaju svim tim varijablama i osiguravaju besprijekornu opskrbu električnom energijom u odnosu na uslugu koju električna energija pruža potrošaču i troškovima i posljedicama ugljika generacije i opskrbe.

Korištenje pohrane?

Trenutno skladištenje baterija nije tipično ekonomski (ovisno o razdoblju povrata, tehnologiji i troškovima akumulatora) temeljeno samo na varijacijama cijena električne energije (trošak potražnje) tijekom tipičnog dana ili razlika u cijeni između uvoza i izvoza lokalno proizvedene električne energije. Imajući lokalnu pohranu može osigurati sigurnosnu kopiju ako mreža ne uspije, ali u Velikoj Britaniji barem ovo je prilično rijetka pojava za većinu ljudi. Međutim, dnevni naplati električne energije mogu postati dinamičniji u budućnosti, a nove tehnologije baterija i napredni proizvodni procesi visokih volumena smanjuju troškove koji utječu na potrebu zadovoljavanja mobilnih, obnovljivih izvora energije i programa prometa.

Već u dijelovima SAD-a, New York City, na primjer, visoke naplate potražnje za električnom energijom znače da su sadašnje cijene akumulatora samo približno 25% veće od stupnjeva loma za aplikacije vršnog brijanja, a troškovi litij-ionskih baterija pali su za gotovo 50 posto tijekom posljednjih 5 godina. Alternativne tehnologije za olovo-kiselinu i litij-ionsku primaju također više pažnje, uključujući natrij-ionske baterije, litij-zrak baterije, litijske kondenzatore, litij-sumporne baterije, baterije čvrstog stanja i još mnogo toga. Te tehnologije mogu dodatno smanjiti troškove pohrane kao tehnologija litij-ionske baterije, a cijena u potpunosti dospijeva u narednih 10 godina.

Skladištenje na lokalnoj električnoj mreži može imati brojne prednosti, uključujući maksimiziranje korištenja lokalno proizvedene električne energije, smanjenje izvoza na mrežu i izglađivanje dnevnog profila. Skladištenje električne energije također može pomoći u pitanjima kvalitete električne energije kao što je stabilizacija frekvencije i pojačanje mrežne linije, iako je to možda veće i veće je vjerojatno da će biti povezano s opskrbnom stranom, a ne s potražnom stranom.

Iako su mnogi od njih vrlo važni u elektrotehničkom smislu, skladištenje električne energije uvelike povećava mogućnosti upravljanja mrežom i otvara mogućnost da se usredotočite na dio "energije" energije u vlastitom pravu ili u odnosu na trošak električne energije i / ili emisije ugljika. U smislu društvenih utjecaja električne energije skladištenje može potencijalno omogućiti da potrošač obavlja neku funkciju u vrijeme kada je okruženje opskrbe električnom energijom nepovoljno korištenjem pohranjene električne energije od kada je to povoljno. Kao rezultat toga, skladištenje se može smatrati ne samo u električnim uvjetima već i kao pružanje "društvenog" međuspremnika dok potrošači prolaze kroz proces ponašanja promijenjenog novim električnim horizontom.

Čak i bez dodavanja baterija na elektroenergetskoj mreži ni u sklopu, primjerice, fotonaponskih izmjenjivača ili samostalnih, mobilna revolucija rezultirala je malom, ali značajnom količinom pohrane koja se distribuira u većini domaćih i komercijalnih elektroenergetskih mreža. To ne mora predstavljati značajnu razinu skladištenja u usporedbi s ukupnom potražnjom i / ili možda razinom lokalne obnovljive generacije, ali njihov broj se brzo povećava i oni su nova kategorija uređaja koja treba upravljati u budućoj strategiji niske razine ugljika,

Za potrebe izrade platforma za razvoj, za razliku od mnogih drugih strujnih aparata i uređaja koji troše električnu energiju, međutim, oni dolaze s vrlo naprednim komunikacijskim mogućnostima, a često i umjereno dobrim funkcijama povezivanja i kontrole akumulatora. Kao rezultat, oni pružaju idealnu platformu za istraživanje i razvoj budućih pristupa za upravljanje mrežom. Također, interstingly, u pogledu kontrole cjelokupne mreže može se postići iznenađujuća količina fleksibilnosti u odnosu na optimizaciju sustava s relativno malom količinom skladištenja u usporedbi s ukupnom dnevnom potrošnjom.

Optimiziranje zahtjeva s kapacitetom pohrane (unutar uređaja ili samog spremnika) može značajno utjecati na performanse lokalne elektroenergetske mreže i troškovnu učinkovitost skladištenja kada je ugrađena. Čak i mala smanjenja potrošnje ili promjene u dnevnom profilu mogu, kada se zbrajaju, značajno razlikovati od opskrbe električnom energijom na nacionalnoj razini.

Projekt B16

Zgrada 16 je građevina okoliša BRE-a. Dovršena je 1997. godine sa 'pasivnim' projektnim izlaganjem, uključujući orijentaciju gradnje, pasivnu kliznu ventilaciju, visoku toplinsku masu, zemlju grijanje / hlađenje itd. Odabrana je kao prikladna građevina za istraživački projekt temeljen na jednostavnosti s kojom mogla bi biti instalirana mreža za električnu energiju, prostor koji se nalazi uz zgradu za fotonaponsku instalaciju i uredski okruženje s mnogo stolnih (230 V) i mobilnih uređaja.

Osnovni cilj projekta B16 je:

Istražite kako se lokalna elektroenergetska mreža s lokalnom proizvodnjom i skladištem može upravljati i trenutačno optimizirati za različite ishode, uključujući najmanje troškove, najmanje emisije ugljika i dostupnost.

Postoji niz drugih potpornih zahtjeva, za;

  • Istražite mogućnosti za veću interakciju između strategija upravljanja energijom ICT uređaja (sa i bez unutarnjih baterija) i onih šireg elektroenergetskog objekta; bitno eksternalizirajući ICT strategije upravljanja energijom.
  • Istražite što se učenje može primijeniti od ICT lokalnih i širokopojasnih mreža do mreža napajanja.
  • Razmotrite kako se konvergencija podataka može koristiti za optimizaciju potrošnje električne energije u skladu s potrebama zgrade i performansama.
  • Razviti buduće scenarije kontrole za lokalni elektroenergetski sustav.
  • Razvijte hardver koji omogućava implementaciju opće strategije upravljanja na konvencionalnoj (ne-pametnoj) 230 V AC mreži.

Za poduzimanje istraživanja i razvoja proizvoda instaliran je sljedeći sustav. Na mnoge načine sustav je tehnički relativno jednostavan, no ključ je programiranje potrebno za ispitivanje i upravljanje uređajima zajedno s opsežnom inteligencijom potrebnom za upravljanje mrežom kako bi se zadovoljili potrebni ishodi.

Kako bi se pojednostavnila instalacija namjenske i kontrolirane električne mreže, instalacija u zgradi 16 temelji se na protokolu Power over Ethernet (PoE). Ovaj protokol omogućuje standardnom Ethernet kabelu (cat5e i više) distribuciju približno 30 W (IEEE, 802.3at) na približno 50 V DC do krajnjih uređaja. Kao i kod većine uredskih okruženja, B16 je u potpunosti opremljen Ethernet mrežom kao dio svoje ICT infrastrukture s često jednom ili više veza na svakoj radnoj stanici.

Tvrdo ožičeni Ethernet LAN (Local Area Network) može napajati gotovo bilo koji proizvod koji se nalazi unutar granica napajanja bez obzira na to ima li ugrađene mogućnosti ili putem prikladnog razdjelnika (DC-DC pretvarač) na mjestu punjenja. To uključuje uređaje kao što su VOIP telefoni, pristupne kamere, terminali, VDU-ovi, tanki klijenti (računala) i još mnogo toga. Dok PoE pruža krajnju snagu i sposobnost podataka, projekt B16 na BRE prvenstveno fokusira na sučelja uređaja i kontrolu funkcionalnosti / snage u odnosu na širu mrežnu strategiju upravljanja. Korištenje PoE-a omogućuje brz i jednostavan način izrade namjenskog distribucijskog sustava koji se može kontrolirati (ICT sučelje) i daje snagu svakoj radnoj stanici.

Mreža se isporučuje s obnovljivom energijom s 3 kWp tlačnog fotonaponskog (PV) polja smještenog ispred prednje strane B16 koji se dovodi u mrežu preko uobičajenog pretvarača. Zvijezda koja je povezana s opskrbom osigurava da je struja uvijek dostupna za održavanje poslovnih operacija kao i obično, ali da je to samo uzeta iz opskrbe mreža kao posljednje sredstvo, a onda samo idealno kada je potražnja niska i / ili grid ugljika je nizak (visoki obnovljivi generacija). PV je odabran jer je široko prihvaćen obnovljivi izvor međutim, naučene lekcije mogu se primijeniti na druge vrste lokalne generacije. U svrhu upravljanja mrežom električna energija koju stvara fotonaponska energija predstavlja nultu količinu ugljika, ovisno o vremenu. To se može mijenjati kako bi se prilagodili drugim parametrima kao što su utjelovljeni ugljen, tarife itd. Ako je potrebno.

U budućnosti će centralno skladištenje postati uobičajeno mjesto bilo putem utičnih vozila koja uvoze / izvoze električnu energiju ili se odnose na PV pretvarače ili samostalne instalacije baterija. Razina pohrane mreže je važna. Imajući baterije uopće dovodi do povećane složenosti i prevelike veličine ili pod njihovom dimenzijom ima veliki utjecaj na trajanje baterije i troškovnu učinkovitost. Kao rezultat, ako se koriste baterije, jedno od ključnih pitanja je ono što je minimalni ukupni kapacitet pohrane mreže (distribuirani (mobilni uređaji) ili centralizirani) potrebni za postizanje željenog ishoda?

Kontrola sustava

Konvergencija je zajednička tema za budućnost i odnosi se na tehnologije, ponudu usluga, isporuku sadržaja i poslovne modele. Već u komercijalnom sektoru sustavi upravljanja energijom temeljenim na oblaku dopuštaju onima s značajnim portfeljem imovine da prikupljaju, analiziraju i kontroliraju energiju na svim svojim lokacijama. U domaćem sektoru, dok je svaka zgrada drugačija, dijeljeni podaci i operacije u oblaku mogle bi pružiti nove uvide o tome kako zgrade obavljaju i kako se fizički i upravljački mogu poboljšati. Operacije temeljene na oblaku također će osigurati skalabilnost i ekonomičnost pružajući značajnu računalnu snagu i pohranu podataka koja je daleko iznad prosječnog malog i srednjeg poduzetništva ili domaćeg potrošača.

Konvergencija također može korisno opisati lokalizirani proces pomoću kojeg strategija upravljanja energijom svakog pojedinačnog električnog i elektroničkog uređaja u interakciji sa susjednim uređajem i / ili opskrbom električnom energijom. Konvergencija električne energije znači da će se svaki uređaj odmaknuti od zahtjevne električne energije do onoga gdje će pregovarati o električnoj struji s drugima na mreži, ovisno o karakteristikama uređaja, statusu i prioritetu.

Iako je od pametnih programa lako očekivati, pametni uređaji u budućnosti ne samo da će ispuniti svoju funkciju dizajna, već će to učiniti u odnosu na životni stil korisnika i kako to djeluje u interakciji s distribuiranom i još integriranom mrežom generiranja, pohrane i potražnje. Budući da funkcionalna izvedba uređaja postaje korisnikom više prilagodljiv, a mreža postaje pametnija i samoučenje, bitno je da potrošnja električne energije prirodno postaje mnogo više povezana s potrebom ili čak, zbog brzine mnogih elektroničkih uređaja, lokacije osobe unutar građevina.

Rad koji poduzima projekt B16 također istražuje konvergencije između ICT mreža i elektroenergetskih mreža. Očito postoji konvergencija putem Ethernet mreže koja opskrbljuje napajanje krajnjim uređajima, ali u projektu B16 to uglavnom radi praktičnost. Istraživanje koje se poduzima jest razmatranje onoga što se može naučiti iz lokalnih i širokopojasnih ICT mreža (LAN-a i WAN-a) i kako se te lekcije mogu primijeniti na upravljanje lokalnim mrežama.

Kao rezultat rada, istražuje se pojam VeLAN (virtualna mreža lokalne mreže):

VeLAN (Virtualna lokalna mreža za električnu energiju) lokalna je električna mreža gdje se krajnji uređaji s zajedničkim zahtjevima ili karakteristikama mogu upravljati neovisno o njihovoj fizičkoj lokaciji preko VeLAN-a. VeLAN se također odnosi na skup protokola i pravila koja definiraju i vezuju dodjelu električne energije i kontrolu nad mrežom za optimizaciju električne energije u skladu s podacima o zgradi i potrebama korisnika.

Na neki se način VeLAN može smatrati ekvivalentnim zgradama onoga što se događa u opskrbnoj mreži putem pametnih rešetki i potrebno je malo učenja iz postojećih razumijevanja i tehnika upravljanja mrežom podataka.

U smislu B16, kontrola uređaja sustava i njihova potrošnja energije dostupni su putem Interneta za uređaje s adresom IP i gdje je funkcija upravljanja energijom već ugrađena kao dio PoE protokol. Za one uređaje koji nemaju upravljanje energijom ili mogućnost adresiranja, uključen je srednji uređaj za izmjenu i skladištenje (stanica za punjenje) posebno projektirana i izgrađena za projekt. One pružaju potrebne mogućnosti sustava kako bi algoritam upravljanja mrežom mogao funkcionirati ispravno.

Što se tiče algoritamske inteligencije, to se međudjeluje sa svakom komponentom u električnom sustavu i putem operacija u oblaku prikuplja potrebne podatke za obavljanje odgovarajućih funkcija kako bi se zadovoljili potrebni ishodi. Podaci o oblaku mogu se sastojati od podataka o mreži, vremenskim podacima, generičkim podacima o zgradi, podacima o životnom stilu, itd. Time se upravljački algoritam i platforma za usluge agregacije mogu pružiti potrebna podatkovna i računalna snaga kako bi se povećala korist od mnogih bitova fragmentiranih i različitih podataka preuzetih s različitih mjesta, zgrada, uređaja, baza podataka, opreme i senzora.

Provedba kontrole

U vrlo jednostavnim terminima postoji nekoliko osnovnih odluka i postupaka koji se trebaju povezati s dostupnosti PV, statusom napajanja mrežom, statusom baterije i krajnjom uporabom. Na primjer, ako se baterija nastavi napuniti kada je potpuno napunjena, to će rezultirati gubitkom struje, bez obzira na to je li njegova mreža ili lokalno proizvedena. Ako baterija ostane potpuno napunjena kao posljedica kontrolnog režima prethodnih dana, tada ne može doprinijeti pohranjivanju današnje obnovljive električne energije. Neki uređaji, primjerice perilica, mogu se izvoditi tijekom dana ili noću, kada uvjeti struje mogu biti povoljniji, dok drugi, primjerice televizor, moraju biti uključeni i potrošiti električnu energiju kada to zahtijeva gledatelj.

Često jedan od ključnih aspekata u razvoju režima kontrole je u odnosu kada i koliko električnom energijom određeni potrošači koriste u određeno vrijeme. Poznavajući to, sposobnosti za opskrbu i pohranu podataka mogu se uspjeti uraditi najbolje za danas, a napuštanje sustava u državi koja im omogućuje da se najbolje optimizira, bez obzira na utjecaj vremenskih uvjeta na obnovljive generacije, sutra.

Za PoE uređaje u B16 distribucija električne energije kontrolira se omogućavanjem ili onemogućavanjem napajanja odgovarajućoj srednjoj liniji pomoću protokol SNMP (Simple Network Management Protocol). Pomoću ove metode daljinski upravljač može se dobiti tijekom vremena punjenja ovisno o kriterijima sustava u to vrijeme i željenom ishodu, dok istodobno osigurava određenu razinu napunjenosti baterije kako bi se zajamčila poslovna aktivnost normalno.

Sustav je programiran da primjenjuje samo gore navedene kontrolne izjave na priključke koji imaju tipove porta definiran kao "baterija" koji zaustavlja slučajno isključivanje uređaja kao što je stolno računalo. Za uređaje koji se pokreću putem pričvršćenih stanica za punjenje (v. 4.4. Kasnije) preciznu razinu napunjenosti i ostale pojedinosti vraćaju se u upravljački algoritam putem ZigBee veze. Ostali uređaji i priključci konfigurirani su prema vlastitim karakteristikama opterećenja.

Ukupna strategija nadzora provedena na B16 sustavu temelji se na nizu međusobno povezanih potprogrami, od kojih je najjednostavnije ilustrirano u dijagramu toka prikazanoj na slici 3. Prva je odluka jesu li količina proizvedenog sunca veća od potražnje. Ako je to slučaj, sustav će uvijek omogućiti napajanje PoE portovima za pokretanje uređaja. Ako solarna energija nije veća od potražnje, provjerava se je li trenutno vrijeme unutar radnog vremena (primjerice, od 8 do 19 sati). Ako je to točno onda se provjerava razina napunjenosti baterije svakog uređaja i vidi je li ona jednaka ili veća od 50%, a ako je tako onemogućena određena PoE priključak i koristi se samo napajanje baterije. Ako je razina napunjenosti baterije ispod 50%, sustav će detektirati je li uređaj trenutno korišten i ako je onda napajanje; ako nije zaustavljena snaga.

Prethodno opisani scenarij jednostavan je indikativni primjer subroutine koji zajedno s mnogim drugim potprogramima definira niz odluka povezanih s određenim aspektima kontrole sustava. Moglo bi se odnositi na prirodu opskrbe električnom energijom, mrežnim mogućnostima, vrsti krajnjeg uređaja koji se napaja, i kako i kada se uređaj koristi. Neki od njih mogu biti vrlo specifični, na primjer izbjegavanje mreškanja naboja / pražnjenja ili histereze (mala fluktuacija napunjenosti / pražnjenja) koja može skratiti vijek trajanja baterije ili jednostavno treba osigurati da bateriju ostaje 50 posto naplaćeno kako bi se zadovoljili trenutni potreba.

Mreža će također imati niz postavljenih točaka koje se odnose na hardverske ili parametre koji se upotrebljavaju i strategija nadzora mora biti u stanju nositi se s tim bez da cijeli sustav postane nestabilan kao rezultat udaranja 'end-stop, Kontrolni pristup može se temeljiti na prediktivnom modelu, tj. Predvidjeti potrebu, a zatim pokušati uskladiti opskrbu s njom ili otvorenije i trenutni model; balansiranje ili odabir ishoda u bilo kojem trenutku. Iako je kontinuitet poslovanja prioritet, trostreljna energija troška, ​​emisija ugljika i dostupnost (sigurnost opskrbe) mogu se mijenjati više ili manje trenutačno ovisno o potrebama i mogućnostima sustava.

Bez obzira koji se pristup primjenjuje, kako bi se cjelokupna mreža mogla pravilno upravljati, postoji potreba za mnogo podataka koji okružuju hardver, okruženja opskrbe električnom energijom i korištenje. Neki od njih već su dostupni, ali je potrebna platforma za agregaciju kako bi je privukla na način koji omogućuje kontrolnoj obavještajnoj službi da ga koristi za upravljanje lokalnom mrežom.

Struktura web usluge / baze podataka

Svaka stvorena aplikacija (potprogram) zahtijeva pristup bazi podataka kako bi se podaci mogli preuzeti i pohraniti. Kako bi omogućili tim aplikacijama da komuniciraju s bazom podataka, stvorena je web usluga za proširenje usluge SASH (Agregiranje usluge za Smart Homes). Ova usluga omogućuje komunikaciju kroz niz "dobiti metode" za preuzimanje podataka i postavljanje metoda za slanje podataka u različite tablice unutar baze podataka. Postoji samo jedanaest tablica za spremanje informacija o različitim dijelovima sustava, a to su:

  • Tablica uređaja: ova tablica sadrži informacije o krajnjim uređajima koje pokreće PoE.
  • Tablica ubrizgavača: ova tablica sadrži podatke o jedinici za ubrizgavanje PoE, uključujući detalje kao što su IP adresa injektora, broj priključaka, maksimalnu korisničku snagu i korisničko ime i lozinku za ubrizgavanje. Moguće je dodavanje više unosa ako je nadzirano ili kontrolirano više od jednog injektora.
  • Podaci za ubrizgavanje: ova tablica služi za pohranjivanje operativnih vrijednosti koje proizvodi injektor i obično se sastoje od izlaznih vrijednosti kao što su napon, snaga, struja i temperatura.
  • Tablica mjerila: ova tablica sadrži informacije o primarnim mjernim uređajima (VMU 1, 2, 3, vidi sliku 2), kao što su adresa mjerača, konfiguracija sustava, način aplikacije i brojilo brojila.
  • Podaci o mjeračima: ova tablica pohranjuje radne vrijednosti mjerača. To su izlazne vrijednosti koje se šalju od brojila do web servisa.
  • Port podaci: podaci o ulasku sadrže informacije o statusu i izvedbi svakog pojedinačnog priključka.
  • Korisnička tablica: ova tablica sadrži podatke za prijavu korisnicima koji će upotrebljavati aplikacije.
  • Upravljanje lukama: kontrolna tablica lučica sadrži vrijednosti koje se koriste kada su portovi omogućeni i onemogućeni, što uključuje vremensku oznaku koja omogućuje prepoznavanje određenih događaja.
  • Hardver za daljinsko upravljanje napajanjem: ova se tablica koristi za pohranjivanje vrijednosti iz svake od ugovorenih stanica za punjenje kao što su ID, napon akumulatora, struja opterećenja, razina napunjenosti baterije i adresa uređaja. Također osigurava da snaga signala svake ZigBee veze bude u području komuniciranja s glavnim kontrolnim računalom.
  • Hardverska povijest hardverske kontrole daljinskog upravljanja: ova tablica sadrži povijest podataka o mjeračima, povijest podataka ulaza i povijest podataka ubrizgavača koji se mogu upotrijebiti, na primjer, grafikonu parcela prethodnih ciklusa naboja, fotonaponske generacije itd.
  • Uređaji: tablica uređaja koristi se za pohranjivanje performansi i upotreba podataka s različitih krajnjih uređaja, uključujući razinu napunjenosti baterije, razinu osvjetljenja i trenutno stanje uređaja, tj. U upotrebi ili idl

Aplikacija za upravljanje napajanjem uređaja

Upravljanje potražnjom ili odgovor na potražnju ključni je pristup upravljanju električnom energijom u budućnosti i sposobnost upravljanja uređajem bilo u smislu njegove izvedbe, upotrebe vremena ili ako je ugrađena, razina pohrane baterije može otvoriti mnoge mogućnosti kada je u pitanju za kontrolu cjelokupne mreže. Prijenosna računala i tablete sa sustavom Microsoft Windows pročitaju stanje napunjenosti njihove unutarnje baterije obično u smislu postotne vrijednosti. Korištenjem prvenstveno biblioteke informacija sustava pronađene u Visual Studio pristupu se mogu dobiti ključnim informacijama kao što su razina baterije i druge postavke uređaja i značajke koje utječu na potrošnju energije i trajanje baterije, kao što je svjetlina zaslona.

Dizajniranjem aplikacije koja se izvodi u pozadini dok korisnik koristi ili ne koristi prijenosno računalo uređaj može igrati svoj dio u širi strategiji upravljanja mrežom. Uloga web usluge je bitna u ovoj aplikaciji jer su svi podaci pohranjeni u 'tablici uređaja ' čiji je primjer prikazan na slici 5 (stanje napajanja) i na slici 6 (prikaz i primjena) u nastavku.

Nakon što se program pokrene, prvi je korak provjeriti postoji li uređaj u bazi podataka. Uređaj je identificiran ID-om i ako aplikacija ne prepozna ID u tablici baze podataka, odmah će se dodijeliti jedan za uređaj (vidi sliku 7 u nastavku).

Slika 7 prikazuje podatke koji se koriste u aplikaciji. Posljednja stavka kodiranja poznata je kao "država" i to je kontrolna varijabla. Ukupno su 6 država sustava:

  • Država 0: Onemogući = aplikacija je pokrenuta, ali nema provjera koji se odvijaju
  • Država 1: PC je uključen = PC je uključen
  • Država 2: Aplikacija trčanje = trenutačno postoji aplikacija na računalu
  • Država 3: Sustav je isključen
  • Država 4: Izvršavanje isključivanja
  • Država 5: Izvršavanje hibernacije

Države se mogu koristiti u dvije svrhe. Prvo države 0 do 3 kažu aplikaciji kakav je status uređaja trenutačno, a drugo države 4 i 5 mogu se koristiti za izvršavanje naredbi.

Države 4 i 5 omogućuju implementaciju upravljanja energijom, međutim, nije prihvatljivo da jednostavno isključite prijenosno računalo kako biste uštedjeli energiju ako korisnik ima aplikacije koje se pokreću i potencijalno ne spremaju rad otvoren. S tim u vidu država 2 dolazi u igru. Ovo se koristi za provjeru prijenosnog računala ili računala kako biste provjerili jesu li aplikacije ili procesi trenutačno pokrenuti. Ako odgovor nije, korisnik će se zatražiti da se računalo ugasi (ili hibernatira) unutar 30 sekundi, iako korisnik može obustaviti postupak ako je to potrebno.

Drugi aspekt upravljanja energijom koji se može primijeniti pomoću ove aplikacije je kontrolirati svjetlinu zaslona. Svjetlina zaslona ima značajan utjecaj na trajanje baterije prijenosnog računala (ili potrošnju radne površine), a time i električnu energiju koja se troši na lokalnoj mreži.

Da biste stigli na potpuno integriranu mrežu, uključivanje i isključivanje uređaja i uređaja samo je dio rješenja. Da bi se to temeljito učinilo, unutrašnja potrošnja i kontrola u određenoj mjeri moraju biti eksternalizirani kako bi se angažirali s lokalnom mrežom i njihova kontrola mora biti usko povezana s potrošnjom električne energije i prednostima koje korisnik dobiva od uređaja.

Prilagođena platforma za razvoj mreže

Da bi mogli upravljati lokalnom električnom mrežom ili bilo kojim drugim sustavom, svaka od komponenata u cijeloj mreži mora imati odgovarajuće električne performanse, kontrolne mogućnosti i komunikacijska sučelja. Čak i za većinu povezanih i pametnih uređaja poput ICT-a, na primjer, sposobnost utjecaja na njihovu potrošnju energije često je ograničena jednim ili više od ovih kategorija, a za ostale ne-pametne uređaje mogućnosti upravljanja su jednostavno ručne, ili 'off '.

Potencijalno komunikacijska oprema (IoT) i komunikacijski stroj (M2M) pomoći će u tome, ali da bi se olakšalo istraživanje provedeno u B16, instalirana je prilagođena stanica za punjenje. Punjač ima bateriju koja, ako nema napunjenog uređaja, čuva energiju koju pruža PoE priključak. Stanica za punjenje ima i brojne senzore za praćenje opskrbe električnom energijom, napunjenost baterije itd. Postoji dva priključka za punjenje, jedan za univerzalne uređaje, a drugi za Appleove proizvode.

Ključni cilj obične stanice za punjenje bio je da ima potpunu kontrolu nad onim što čini i što može pratiti i prijaviti. Uvođenjem stanica za punjenje na mrežu omogućuje se ispitivanje strategija upravljanja mrežom unatoč mnogim uređajima koji su povezani s mrežom imaju ograničene ili nikakve mogućnosti kontrole. Kako bi to olakšalo i pružila korak za razvoj novog komercijalnog proizvoda, stanica za punjenje koristi bežične module omogućene za ZigBee. ZigBee je protokol koji se koristi s modulom XBee kako bi se u budućnosti mogla razmjenjivati ​​podatke s različitih uređaja, a potom i putem mikrokontrolera u oblak i platformu za agregaciju.

Na slici 10 dolje prikazano je dovršeno PCB napojne stanice i komponente smještene u akrilnom kućištu laserom.

Da bi se vizualizirala i izvijestila o performansama mreže, izrađen je softver za analizu energije. Softver je razvijen kako bi se prikazala raspad ukupnog korištenja i generiranja sustava bilo dnevnim, tjednim ili mjesečnim razdobljima. Jednostavan indikativni prikaz prikazan je na slici 11 u nastavku.

Ukupna izvedba instalacije u B16 grafički je prikazana na slici 12 i 13, što daje vizualni prikaz razine skladištenja i očitanja energije u realnom vremenu.

Korištenjem stanica za punjenje u vezi s inherentnom kontrolom normalnih ICT uređaja (sa i bez skladištenja) istraženi su brojni zanimljivi scenariji u odgovoru na potražnju i upravljanje mrežnim napajanjem. Ti scenariji upravljanja povećavaju se kako u širini, tako i u dubini, jer se poboljšavaju kontrolne omotnice i mogućnosti praćenja svakog uređaja na mreži.

Sažetak

Projekt B16 je u svojim ranim fazama, ali već je identificirao niz novih scenarija upravljanja optimizacijom lokalne električne mreže koja će u potpunosti razvijena dodatno omogućiti inteligentne analize unutar oblaka. To će uključivati ​​metode učenja i prilagodbe na temelju usporedbe analiziranih podataka s osnovnim podacima o izvedbi BRE-a.

Dok se istraživanje nastavlja, razvijena je nova srednja hardvera koja podržava širu ulogu iz određenih strategija upravljanja na uređaje i uređaje koji se ne mogu adresirati s IP-om. Rad je također doveo do daljnjih istraživačkih područja povezanih s strategijama upravljanja energijom za eksternalizaciju, novim sustavima za lociranje putnika u zgradi i naprednim karakterizacijom uređaja. Ove projekte podržava BRE Trust, a sažetak će uskoro biti objavljen.

Kao što je ICT i elektronička općenito, postaju sve ugroženi tijekom aparata, uređaja, pa čak i tkanina i čvora zgrade, sve nove mogućnosti kontrole će se otvoriti. Veća povezanost je imala značajan utjecaj na način upravljanja društvenim mrežama i zajednicama, način poslovanja i mnoge druge aspekte svakodnevnog života.

Budući da građevinski sustavi postaju sveobuhvatni, potencijalne prednosti koje nude putnicima i način na koji koriste resurse i sudjelovanje u zgradi eksplodiraju. Veza između pametnosti (i povezanosti) i potencijalne korisničke koristi nije linearna, već ona od presjeka. Zgrade, iako još uvijek ispunjavaju svoje povijesne funkcije zaštite od vremenskih utjecaja, sigurnost i udobnost postat će aktivni dio opskrbnog lanca pružanja usluga usmjerenih na život stanara i implikacije resursa.

Na mnogo načina električna energija idealan je kandidat za više povezivanje i naposljetku mnogo više u skladu s svakodnevnim životom. Ima značajan potencijal za smanjenje emisija ugljika, često se može pratiti i kontrolirati s provjerenim postojećim tehnologijama, postojećim distribucijskim mrežama i komunikacijskim kanalima (nacionalno i unutar zgrada), a mnoge od usluga koje pružaju potrošaču su više - ili-manje trenutačno (možda isključujući toplinsku upotrebu), čime se omogućuje mnogo više reagirajuća usmjerena strategija kontrole potrošača.


Zahvale

Projekt Building 16 (B16) provodi se u suradnji sa Sveučilištem u Hertfordshireu. Neki aspekti rada su završeni kao doktorski studiji, a autori su zahvalni BRE Trustu za financiranje. Autori bi se zahvalili Johnu Counselu na nekim ranim dubinskim raspravama i početnoj podršci projektu.

Reference

  • Williams A. Budućnost električne energije u domaćim zgradama - pregled. Prosinac 2014. Projektiranje zgrada Wiki.
  • Nacionalna mreža. UK budućih energetskih scenarija, UK prijenos plina i električne energije 2014 (ažuriran 2015). Pristupljeno 4. srpnja 2015.

Preporučeno

Uvod u pasivnu kuću - pregled

Vraćanje Clitheroe Pinnaclea

Mrežni plin