Luận án tiến sĩ control of energy storage utilisation for a building integrated microgrid using multi objective metaheuristic optimisation methods

Luận án tiến sĩ về điều khiển sử dụng năng lượng lưu trữ cho lưới điện vi mô tích hợp tòa nhà. Nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp metaheuristic.

Trường đại học

Cork Institute of Technology

Chuyên ngành

Process, Energy and Transport Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Thesis

2019

174
4
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

DECLARATION

List of Figures

List of Tables

List of Publications

1. CHAPTER 1: INTRODUCTION

1.1. Background to research

1.2. Ireland's electricity use and renewable energy contribution

1.3. Microgrids and energy management

2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW

2.1. Isolated and grid-connected Microgrids

2.2. Microgrid components modelling

2.2.1. Wind turbine energy models

2.2.2. Photovoltaic energy models

2.2.3. Lead-acid battery models

2.3. Energy management for Microgrids

2.3.1. Motivations for energy management

2.3.2. Energy management methodologies

2.3.2.1. Review of optimization algorithms
2.3.2.2. Multi-objective optimisation algorithms

2.4. Literature review conclusion

3. CHAPTER 3: DETERMINATION OF A SUITABLE OPTIMISATION METHOD TO MINIMISE BUILDING OPERATING COSTS

3.1. Energy Source Models

3.1.1. Photovoltaic model for 12 kWp system

3.1.2. Wind turbine model for a 2.3

3.1.3. Battery bank model

3.2. Building energy consumption

3.3. Purchasing and selling price of electricity

3.4. Net energy use and operating costs for building

3.4.1. Net difference in energy production and consumption

3.4.2. Daily operating cost

3.4.2.1. Piecemeal Decision Approach (PDA)

4. CHAPTER 4: OPTIMISATION USING MULTIPLE BATTERY CHARGE/DISCHARGE RATES AND COMPARISON OF OPTIMISATION PERFORMANCE FOR METAHEURISTIC ALGORITHMS

4.1. Augmented PVS model incorporating an Rs power loss function

4.2. Wind turbine model for a 12.3

4.3. Battery bank model for charge/discharge modes

4.4. Simulation scenarios and constraints

4.5. Results and discussion

4.5.1. Daily operating cost of the building when not utilising a BB

4.5.2. Optimized daily operating cost of the building utilising the BB

4.5.3. Sensitivity analysis when dealing with scaled weather & electricity price data

5. CHAPTER 5: MULTI-OBJECTIVE OPTIMISATION

5.1. Building energy and electricity price

5.2. Grid wind ratio

5.3. Criterion 1: Daily building operating cost

5.4. Criterion 2: Wind Generation Facilitation

5.5. Genetic algorithm implementation for optimal charge/discharge schedule

5.6. Data for implementation of optimization methods

5.7. Scenarios for demonstration of methods

5.8. Results and discussion

5.8.1. Comparison of test cases

5.8.2. Analysis of all scenarios

6. CHAPTER 6: GLOBAL DISCUSSION

6.1. Relevance to building users

6.2. Relevance to policymakers

7. CHAPTER 7: GLOBAL CONCLUSION

APPENDIX A

APPENDIX B

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tối Ưu Lưới Điện Vi Mô Chi Phí Quản Lý

Lưới điện vi mô tích hợp tòa nhà (Building Integrated Microgrid - BIM) đang nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn cho việc quản lý năng lượng hiệu quả và giảm chi phí năng lượng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. BIM kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo như hệ thống năng lượng mặt trờituabin gió với các hệ thống lưu trữ năng lượng, tạo thành một mạng lưới điện nhỏ có khả năng tự cung cấp điện cho tòa nhà hoặc khu vực nhất định. Việc tối ưu hóa lưới điện này không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia mà còn mang lại nhiều lợi ích khác như tăng cường tính ổn định của nguồn cung cấp điện, giảm thiểu tổn thất điện năng và giảm phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích chi phí và các phương pháp quản lý năng lượng hiệu quả cho BIM, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu để triển khai rộng rãi mô hình này.

1.1. Lợi Ích Của Lưới Điện Vi Mô Tích Hợp Tòa Nhà

BIM mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các hệ thống năng lượng truyền thống. Đầu tiên, nó giúp giảm chi phí năng lượng đáng kể cho người sử dụng bằng cách tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ và giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia. Thứ hai, BIM tăng cường tính độc lập và ổn định của nguồn cung cấp điện, đặc biệt quan trọng trong trường hợp xảy ra sự cố trên lưới điện quốc gia. Thứ ba, BIM giúp giảm phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu. Cuối cùng, BIM thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ năng lượng mới và tạo ra các cơ hội kinh doanh mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

1.2. Các Thành Phần Chính Của Lưới Điện Vi Mô

Một BIM điển hình bao gồm các thành phần chính sau: các nguồn năng lượng tái tạo (ví dụ: hệ thống năng lượng mặt trời, tuabin gió), hệ thống lưu trữ năng lượng (ví dụ: hệ thống pin), hệ thống điều khiển lưới điện (EMS - energy management system) và tải điện (các thiết bị tiêu thụ điện trong tòa nhà). EMS đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối hoạt động của các thành phần này, đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả, đồng thời tối ưu hóa chi phí năng lượng. Theo tài liệu gốc, EMS có thể sử dụng các thuật toán tối ưu hóa để lên lịch sạc/xả cho hệ thống pin, dựa trên dự báo về sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, nhu cầu điện của tòa nhà và giá điện thị trường.

II. Thách Thức Rào Cản Triển Khai Lưới Điện Vi Mô Tích Hợp

Mặc dù BIM mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai rộng rãi mô hình này vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức và rào cản. Một trong những thách thức lớn nhất là chi phí đầu tư ban đầu cao, đặc biệt là đối với các hệ thống lưu trữ năng lượng. Ngoài ra, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo không ổn định (ví dụ: năng lượng mặt trời và năng lượng gió) vào BIM đòi hỏi các hệ thống điều khiển lưới điện phức tạp và các thuật toán tối ưu hóa tiên tiến. Thêm vào đó, các quy định pháp lý và chính sách hỗ trợ cho BIM vẫn còn chưa đầy đủ và đồng bộ ở nhiều quốc gia, gây khó khăn cho việc triển khai và phát triển mô hình này.

2.1. Bài Toán Về Chi Phí Đầu Tư Ban Đầu Của Lưới Điện Vi Mô

Chi phí đầu tư ban đầu là một trong những rào cản lớn nhất đối với việc triển khai BIM. Các hệ thống lưu trữ năng lượng, đặc biệt là hệ thống pin, chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí đầu tư. Việc giảm chi phí của các hệ thống này là rất quan trọng để làm cho BIM trở nên cạnh tranh hơn so với các hệ thống năng lượng truyền thống. Các nghiên cứu về phân tích kinh tếmô hình hóa năng lượng có thể giúp xác định các giải pháp giảm chi phí hiệu quả, chẳng hạn như lựa chọn công nghệ phù hợp, tối ưu hóa kích thước của hệ thống và tận dụng các ưu đãi tài chính từ chính phủ.

2.2. Sự Phức Tạp Trong Quản Lý Nguồn Năng Lượng Biến Động

Việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo không ổn định như năng lượng mặt trời và năng lượng gió vào BIM đòi hỏi các hệ thống điều khiển lưới điện phức tạp và các thuật toán tối ưu hóa tiên tiến. EMS phải có khả năng dự báo sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, nhu cầu điện của tòa nhà và giá điện thị trường một cách chính xác, từ đó điều chỉnh hoạt động của các thành phần trong BIM để đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả. Các thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu có thể được sử dụng để cân bằng giữa các mục tiêu khác nhau, chẳng hạn như giảm chi phí năng lượng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.

2.3. Thiếu Hụt Khung Pháp Lý Hỗ Trợ Phát Triển Lưới Điện Vi Mô

Sự thiếu hụt các quy định pháp lý và chính sách hỗ trợ đồng bộ đang là một trở ngại lớn cho việc triển khai rộng rãi lưới điện vi mô. Các chính sách cần khuyến khích đầu tư vào năng lượng tái tạolưu trữ năng lượng, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối lưới điện vi mô với lưới điện phân phối chính. Việc xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn rõ ràng cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của lưới điện vi mô.

III. Hướng Dẫn Tối Ưu Chi Phí Lưới Điện Vi Mô Bằng EMS

Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa lưới điện vi mô, giúp giảm thiểu chi phí năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động. EMS có khả năng giám sát, điều khiển và điều phối hoạt động của tất cả các thành phần trong BIM, từ nguồn phát điện đến hệ thống lưu trữ năng lượngtải điện. Bằng cách sử dụng các thuật toán tối ưu hóa tiên tiến, EMS có thể đưa ra các quyết định thông minh về việc sạc/xả pin, mua/bán điện từ lưới điện quốc gia và điều chỉnh tải điện để phù hợp với tình hình thực tế.

3.1. Sử Dụng Thuật Toán Tối Ưu Hóa Đa Mục Tiêu Multi Objective

Thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu (Multi-Objective Optimization Algorithms) được sử dụng để cân bằng các mục tiêu khác nhau, chẳng hạn như giảm chi phí năng lượng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo. Theo tài liệu gốc, thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA) là một trong những thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu phổ biến, có khả năng tìm ra các giải pháp Pareto tối ưu, tức là các giải pháp không thể cải thiện một mục tiêu mà không làm giảm mục tiêu khác. Việc lựa chọn trọng số (priority weighting factor - α) cho từng mục tiêu cho phép điều chỉnh sự ưu tiên giữa chi phí năng lượng và sử dụng năng lượng tái tạo.

3.2. Quản Lý Nhu Cầu Điện Demand Response Hiệu Quả

Quản lý nhu cầu điện (Demand Response) là một chiến lược quan trọng để tối ưu hóa lưới điện vi mô. Bằng cách khuyến khích người dùng điều chỉnh tải điện của họ theo tín hiệu giá điện hoặc theo yêu cầu của EMS, có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia và giảm chi phí năng lượng. Các chương trình quản lý nhu cầu điện có thể bao gồm việc giảm sử dụng điện trong giờ cao điểm, chuyển dịch tải điện sang giờ thấp điểm hoặc sử dụng các thiết bị điều khiển thông minh để tự động điều chỉnh tải điện.

IV. Nghiên Cứu Chi Tiết Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Gió Tới Chi Phí

Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá tác động của tỷ lệ năng lượng gió (Grid Wind Ratio) trong nguồn cung cấp điện từ lưới điện quốc gia đối với chi phí năng lượng và hiệu quả hoạt động của BIM. Bằng cách phân tích dữ liệu thực tế về sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, nhu cầu điện của tòa nhà và giá điện thị trường, nghiên cứu này cung cấp các bằng chứng thực nghiệm về lợi ích của việc tăng cường sử dụng năng lượng gió trong BIM.

4.1. Phân Tích Độ Nhạy Với Dữ Liệu Thời Tiết Giá Điện

Nghiên cứu thực hiện phân tích độ nhạy của chi phí năng lượng đối với các biến động trong dữ liệu thời tiết (ví dụ: bức xạ mặt trời, tốc độ gió) và giá điện thị trường. Kết quả cho thấy rằng chi phí năng lượng của BIM có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biến động này, đặc biệt là khi sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo không ổn định. Việc sử dụng các mô hình dự báo thời tiết và giá điện chính xác là rất quan trọng để tối ưu hóa hoạt động của BIM và giảm thiểu rủi ro tài chính.

4.2. So Sánh Hiệu Suất Các Thuật Toán Tối Ưu Hóa GA PSO

Nghiên cứu so sánh hiệu suất của các thuật toán tối ưu hóa khác nhau, chẳng hạn như thuật toán di truyền (GA) và thuật toán tối ưu hóa đàn (Particle Swarm Optimization - PSO), trong việc tối ưu hóa hoạt động của BIM. Kết quả cho thấy rằng GA và PSO đều có khả năng giảm chi phí năng lượng đáng kể, nhưng hiệu suất của chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng trường hợp. Việc lựa chọn thuật toán tối ưu hóa phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Triển Vọng Lưới Điện Vi Mô Tòa Nhà

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp các kết quả nghiên cứu học thuật mà còn đưa ra các khuyến nghị thực tiễn cho việc triển khai BIM trong các tòa nhà và khu vực khác nhau. Việc áp dụng các giải pháp tối ưu hóaquản lý năng lượng hiệu quả có thể giúp giảm chi phí năng lượng đáng kể, tăng cường tính ổn định của nguồn cung cấp điện và giảm phát thải khí nhà kính. BIM có tiềm năng trở thành một phần quan trọng của hệ thống năng lượng thông minh trong tương lai.

5.1. Đề Xuất Giải Pháp Cho Các Tòa Nhà Thương Mại Dân Cư

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cụ thể cho việc triển khai BIM trong các tòa nhà thương mại và dân cư. Đối với các tòa nhà thương mại, việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điều hòa không khí (HVAC) và hệ thống chiếu sáng có thể mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể. Đối với các tòa nhà dân cư, việc sử dụng các thiết bị điều khiển thông minh và các chương trình quản lý nhu cầu điện có thể giúp giảm chi phí năng lượng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.

5.2. Hướng Tới Tương Lai Lưới Điện Vi Mô Smart Grid

BIM có tiềm năng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của lưới điện thông minh (Smart Grid). Bằng cách tích hợp BIM vào lưới điện phân phối và sử dụng các công nghệ truyền thông tiên tiến, có thể tạo ra một hệ thống năng lượng linh hoạt, hiệu quả và bền vững. Việc khuyến khích sự tham gia của người dùng vào quá trình quản lý năng lượng và tạo ra các thị trường năng lượng địa phương cũng là những yếu tố quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của BIM và lưới điện thông minh.

VI. Kết Luận Tối Ưu Điện Vi Mô Đầu Tư Bền Vững Tương Lai

Tóm lại, nghiên cứu về tối ưu hóa lưới điện vi mô tích hợp tòa nhà đã chứng minh tiềm năng to lớn của mô hình này trong việc giảm chi phí năng lượng, tăng cường tính ổn định và giảm thiểu tác động môi trường. Việc áp dụng các giải pháp quản lý năng lượng thông minh và tối ưu hóa hiệu quả, kết hợp với các chính sách hỗ trợ phù hợp, sẽ mở ra cơ hội rộng lớn cho việc triển khai BIM trên quy mô lớn, góp phần xây dựng một tương lai năng lượng bền vững.

6.1. Điểm Quan Trọng Trong Nghiên Cứu Về Quản Lý Năng Lượng

Nghiên cứu này đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý năng lượng hiệu quả trong lưới điện vi mô. Bằng cách sử dụng các hệ thống điều khiển lưới điện tiên tiến và các thuật toán tối ưu hóa thông minh, có thể giảm thiểu chi phí năng lượng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng việc quản lý nhu cầu điện và tích hợp lưu trữ năng lượng là những yếu tố quan trọng để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của lưới điện vi mô.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Tối Ưu Điện Vi Mô Tòa Nhà

Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực tối ưu hóa lưới điện vi mô tích hợp tòa nhà. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa tiên tiến hơn, nghiên cứu các mô hình kinh doanh mới cho BIM và đánh giá tác động của BIM đối với hệ thống năng lượng tổng thể. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà phát triển công nghệ và các nhà hoạch định chính sách là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển và triển khai rộng rãi của BIM.

16/05/2025
Luận án tiến sĩ control of energy storage utilisation for a building integrated microgrid using multi objective metaheuristic optimisation methods

Trích đoạn nội dung tài liệu

&21752/2)(1(5*<6725$*(87,/,6$7,21)25$ %8,/',1*,17(*5$7('0,&52*5,'86,1*08/7,- 2%-(&7,9(0(7$+(85,67,&237,0,6$7,210(7+2'6 A thesis presented for the award of Doctor of Philosophy BY Quang An Phan Supervisors: Dr. Ted Scully Department of Process, Energy and Transport Engineering Cork Institute of Technology, Cork, Ireland December 2019 '(&/$5$7,21 I declare that this thesis has not previously been submitted for a degree at Cork Institute of Technology, Ireland or any other university. I declare that the work contained in this thesis is my own. Quang An Phan December, 2019 I $&.12:/('*(0(176 I would like to thank Cork Institute of Technology for the opportunity to conduct my PhD UHVHDUFK ,¶G DOVR OLNH WR H[SUHVV P\ sincere gratitude to my supervisors, Dr Michael D.

Murphy and Dr Ted Scully, for their guidance, knowledge and patience. I would like to thank my family for all of their support. From Cork Institute of Technology, I would like to thank Dr Michael Breen, Stefan Reis, Dr Conor Lynch, Dr )DQ=KDQJ'U$GDP2¶'RQRYDQDQG'U3KLOLS6KLQHIRUVKDULQJWKHLU3K'H[SHULHQFHV with me, along with the countless members of staff at Cork Institute of Technology who have helped me throughout the years. II &RQWHQWV DECLARATION.

III List of Figures. VII List of Tables. XV List of Publications. XXI Chapter 1 ± Introduction .1 Background to research.

1 ,UHODQG¶VHOHFWULFLW\XVHDQGUHQHZDEOHHQHUJ\FRQWULEXWLRQ .2 Microgrids and energy management. 7 Chapter 2 - Literature Review .3 Isolated and grid-connected Microgrids .3 Microgrid components modelling .1 Wind turbine energy models .2 Photovoltaic energy models .3 Lead-acid battery models .4 Energy management for Microgrids .1 Motivations for energy management .2 Energy management methodologies.1 Review of optimization algorithms .2 Multi-objective optimisation algorithms .6 Literature review conclusion. 28 Chapter 3 - Determination of a suitable optimisation method to minimise building operating costs .3 Energy Source Models .1 Photovoltaic model for 12 kWp system .2 Wind turbine model for a 2.3 Battery bank model.4 Building energy consumption.5 Purchasing and selling price of electricity.4 Net energy use and operating costs for building .1 Net difference in energy production and consumption .2 Daily operating cost .1 Piecemeal Decision Approach (PDA). 49 Chapter 4 ± Optimisation using multiple battery charge/discharge rates and comparison of optimisation performance for metaheuristic algorithms.1 Augmented PVS model incorporating an Rs power loss function .2 Wind turbine model for a 12.3 Battery bank model for charge/discharge modes .3 Simulation scenarios and constraints.5 Results and discussion .2 Daily operating cost of the building when not utilising a BB .3 Optimized daily operating cost of the building utilising the BB .4 Sensitivity analysis when dealing with scaled weather & electricity price data 81 4.

86 Chapter 5 - Multi-objective optimisation .1 Building energy and electricity price .2 Grid wind ratio .2 Criterion 1: Daily building operating cost .3 Criterion 2: Wind Generation Facilitation .7 Genetic algorithm implementation for optimal charge/discharge schedule. 95 :*)WR&267UDWLR ³<LHOG´ .5 Data for implementation of optimization methods .6 Scenarios for demonstration of methods .7 Results and discussion .1 Comparison of test cases .2 Analysis of all scenarios. 116 Chapter 6 - GLOBAL DISCUSSION .1 Relevance to building users .2 Relevance to policymakers. 123 Chapter 7 - GLOBAL CONCLUSION.

145 VI /LVWRI)LJXUHV Figure 1-1: Electricity production (MWh) from renewable sources (wind, hydro, biomass, biogas, PV and other (such as landfill wastes and geothermal energy) for Ireland in the period 2010-2017. 2 Figure 1-2: Electricity production (MWh) from renewable sources (wind, hydro, biomass, biogas, PV and other (such as landfill wastes and geothermal energy) for Europe in the period 2010-2017. 3 Figure 1-3: Contribution of wind energy to renewable production for Ireland and the EU in the period 2010-2017. 4 Figure 2-1: Isolated Micro-grid: Small autonomous hybrid power system (SAHPS) [38].

12 Figure 2-2: Grid-connected MG: System model of adaptive power management (APM) [80]. 14 Figure 2-3: Typical relationship between wind speed and corresponding power delivered [81]. 15 Figure 2-4: Photovoltaic panel. 16 Figure 2-5: Single-diode and double-diode PV cell models [101].

17 Figure 2-6: I-V curve and Fill factor [119]. 18 Figure 2-7: Electrical model for one cell of lead-acid battery [122]. 19 Figure 3-1: NBERT building. Clockwise from top left: Photovoltaic system; Wind turbine; (PSOR\HHV¶RIILFH2XWVLGHYLHZRIEXLOGLQJ.

32 VII Figure 3-2: NBERT building schematic showing the interaction between electricity generation, storage and consumption, as well as the relevant data inputs for each system 33 Figure 3-3: Genetic algorithm flow chart. 44 Figure 3-4: Operating cost using the PDA and GA. 46 Figure 3-5: Operating cost using the GA for FR and VR timetables. 47 Figure 3-6: SOC variation using the PDA with a FR timetable.

48 Figure 3-7: SOC variation using the GA with a FR timetable. 48 Figure 3-8: SOC variation using the GA with a VR timetable. 48 Figure 4-1: Genetic algorithm (GA) flowchart. 63 Figure 4-2: Particle swarm optimization (PSO) flowchart.

63 Figure 4-3: Individuals for initial population: One rate, two rate and twenty rate battery configurations. 64 Figure 4-4: Individuals for initial population represented as integers: One rate, two rate and twenty rate battery configurations. 64 Figure 4-5: Flowchart showing example of an individual in the population and how it was represented by integers, charge/discharge rates, state of charge, voltage and current of the battery, amount of electricity stored in/released from the battery, amount of electricity purchased from/sold to the grid, and the operating costs at each interval. 65 Figure 4-6: Photovoltaic system (PVS) power validation showing simulated and measured PVS power data for 10 days in winter time.

69 Figure 4-7: Photovoltaic system (PVS) power validation showing simulated and measured PVS power data for 10 days in summer time. 69 Figure 4- 3RO\QRPLDO SRZHU FXUYH ILWWHG WR ZLQG WXUELQH  :7   PDQXIDFWXUHU¶V GDWD showing wind speeds (m/s) and corresponding power output (kW). 70 VIII Figure 4-9: Measured and simulated charging current and voltage versus time for standard rate C/10. 71 Figure 4-10: Measured and simulated charging voltage versus time using constant current charge method for C/5, C/10 and C/20.

72 Figure 4-11: Measured and simulated charging current versus time during constant voltage period. When the charging voltage reached the voltage limit of 14.4V, the charging voltage was held constant at this voltage limit. 72 Figure 4-12: Measured and simulated discharging voltage versus time using constant current discharge method for D/5, D/10 and D/20. 73 Figure 4-13:Real time pricing, difference in electricity produced and consumed, and state of charge of the battery bank over a 24 hour period for Configuration 1 i.

one charge and discharge rate available. 75 Figure 4-14: Real time pricing, difference in electricity produced and consumed, and state of charge of the battery bank over a 24 hour period for Configuration 2 i. two charge and two discharge rates available. 76 Figure 4-15: Real time pricing, difference in electricity produced and consumed, and state of charge of the battery bank over a 24 hour period for Configuration 5 i.

five charge and five discharge rates available. 76 Figure 4-16: Real time pricing, difference in electricity produced and consumed, and state of charge of the battery bank over a 24 hour period for Configuration 20 i. twenty charge and twenty discharge rates available. 77 Figure 4-17: Percentage change in daily building operating costs compared to Configuration 0 over a winter week for all 20 configurations of charge and discharge rates.

80 IX Figure 4-18: Percentage change in daily building profit compared to Configuration 0 over a summer week for all 20 configurations of charge and discharge rates. 80 Figure 4-19: Percentage change in daily building operating costs compared to Configuration 0 (average over the winter and summer week) for all 20 configurations of charge and discharge rates. 81 Figure 4-20: Percentage change in operating costs when scaling percentages (SP) between -25% and +25% were applied to electricity price input data. 84 Figure 4-21: Percentage change in operating costs when scaling percentages (SP) between -25% and +25% were applied to weather input data.

85 Figure 5-1: Multi-objective optimization strategy to generate an optimal charge/discharge schedule for the battery bank in a grid-connected building (NBERT) with an integrated microgrid. The day-ahead real-time electricity price and grid power schedule (i. how much electricity from the grid will be provided by wind energy), as well as day-ahead predictions for building electricity consumption and microgrid production, are all taken into account when optimizing the battery bank charge and discharge schedule. This schedXOH LV RSWLPL]HG EDVHG RQ D SULRULW\ ZHLJKWLQJ IDFWRU Į  ZKLFK DVVLJQV UHODWLYH importance to operating cost and wind generation facilitation in the optimization process.

88 Figure 5-2: Procedure for calculating daily building operating cost and wind generation facilitation. 92 Figure 5-3: Multi-objective Genetic algorithm implementation in this study. 95 Figure 5-4: Representative groups for each data category for Winter: (a) PV electricity output (EPV) includes three clustered groups: W1 (Low EPV), W2 (Medium EPV), W3 (High EPV); (b) Electricity Price (EP) includes two clustered groups: W1 (Low EP), W2 (High EP); (c) Grid wind ratio (GWR) includes four clustered groups: W1 (Low GWR), X W2 (Medium-Low GWR), W3 (Medium-High GWR), W4 (High GWR); (d) Building load (BL) includes two clustered groups: W1 (Low BL), W2 (High BL); Wind turbine output (EW) includes one group: W1 (Medium EW). 98 Figure 5-5: Representative groups for each data category for Summer: (a) PV electricity output (EPV) includes three clustered groups: S1 (Low EPV), S2 (Medium EPV), S3 (High EPV); (b) Electricity Price (EP) includes two clustered groups: S1 (Low EP), S2 (High EP); (c) Grid wind ratio (GWR) includes four clustered groups: S1 (Low GWR), S2 (Medium-Low GWR), S3 (Medium-High GWR), S4 (High GWR); (d) Building load (BL) includes two clustered groups: S1 (Low BL), S2 (High BL); Wind turbine output (EW) includes one group: S1 (Medium EW).

99 Figure 5-6: Pareto curve for Test case 1, showing daily building operating cost and wind JHQHUDWLRQIDFLOLWDWLRQIRUĮYDOXHVUDQJLQJIURPWRLQLQFUHPHQWVRI 104 Figure 5-7: Yield values for Test case 1, showing the ratio of the change in normalized ZLQG JHQHUDWLRQ IDFLOLWDWLRQ WR WKH FKDQJH LQ QRUPDOL]HG GDLO\ RSHUDWLQJ FRVW DW HDFK Į value between 0% and 100% in increments of 10%. 104 Figure 5-8: (a) The energy difference (energy produced by renewable generation minus energy consumed by the building), electricity price and grid wind ratio at thirty minute intervals for Test case 1; (b) The corresponding state of charge (SOC) of the BB under the optimal BB scheGXOHIRUHDFKĮYDOXHEHWZHHQDQGLQLQFUHPHQWVRI. 105 Figure 5-9: Pareto curve for Test case 2, showing daily building operating cost and wind JHQHUDWLRQIDFLOLWDWLRQIRUĮYDOXes ranging from 0% to 100% in increments of 10%. 106 Figure 5-10:Yield values for Test case 2, showing the ratio of the change in normalized wind generation facilitation to the change in normali]HG GDLO\ RSHUDWLQJ FRVW DW HDFK Į value between 0% and 100% in increments of 10%.

107 XI Figure 5-11: (a) The energy difference (energy produced by renewable generation minus energy consumed by the building), electricity price and grid wind ratio at thirty minute intervals for Test case 2; (b) The corresponding state of charge (SOC) of the BB under the RSWLPDO%%VFKHGXOHIRUHDFKĮYDOXHEHWZHHQDQGLQLQFUHPHQWVRI. 107 Figure 5-12: Pareto curve for Test case 7, showing daily building operating cost and wind JHQHUDWLRQIDFLOLWDWLRQIRUĮYDOXHVUDQJLQJIURPWRLQLQFUHPHQWVRI 109 Figure 5-13: Yield values for Test case 7, showing the ratio of the change in normalized ZLQG JHQHUDWLRQ IDFLOLWDWLRQ WR WKH FKDQJH LQ QRUPDOL]HG GDLO\ RSHUDWLQJ FRVW DW HDFK Į value between 0% and 100% in increments of 10%. 110 Figure 5-14: (a) The energy difference (energy produced by renewable generation minus energy consumed by the building), electricity price and grid wind ratio at thirty minute intervals for Test case 7; (b) The corresponding state of charge (SOC) of the BB under the RSWLPDO%%VFKHGXOHIRUHDFKĮYDOXHEHWZHHQDQGLQLQFUHPHQWVRI .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu có tiêu đề Tối Ưu Hóa Lưới Điện Vi Mô Tích Hợp Tòa Nhà: Nghiên Cứu Về Chi Phí và Quản Lý Năng Lượng cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách tối ưu hóa lưới điện vi mô trong các tòa nhà, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý năng lượng hiệu quả và giảm thiểu chi phí. Nghiên cứu này không chỉ giúp các nhà quản lý và kỹ sư hiểu rõ hơn về các chiến lược tối ưu hóa mà còn chỉ ra những lợi ích kinh tế và môi trường mà việc áp dụng lưới điện vi mô mang lại.

Để mở rộng kiến thức của bạn về chủ đề này, bạn có thể tham khảo tài liệu Luận văn thạc sĩ hcmute tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí vận hành xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nơi cung cấp thêm thông tin về cách tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các giải pháp và xu hướng trong lĩnh vực năng lượng hiện nay.