Optimal Control Strategies for Building Energy Consumption

摘要

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.