一个家庭能源管理系统可实现对热泵和光伏发电的最佳控制

在过去的几十年中，全球研究人员开发了越来越多的系统，可以产生可再生能源，例如太阳能，风能或水力发电。尽管一些公司和个人已经开始采用这些技术，但尚未完全过渡到更具可持续性的能源系统。简化工业和住宅环境中可再生能源系统的实施和管理的工具最终可以帮助实现这一过渡。

考虑到这一点，柏林理工大学的研究人员最近创建了一个能源管理系统，该系统专门设计用于调制光伏(PV)技术和居住环境的热泵。这个新系统发表在Elsevier的Applied Energy期刊上发表的一篇论文中，是使用JuMP开发的，JuMP是一种数学优化的建模框架，嵌入在称为Julia的编程语言中。

“我们的主要目标是为综合的最佳家庭能源管理系统建模，该系统不仅包括光伏电池和电池，还包括热泵和蓄热器，以捕获部门耦合的季节性影响，”研究者之一Lissy Langer进行这项研究的人士告诉TechXplore。“对我们来说，特别重要的是，还必须在开放许可下发布模型代码，并使用开放源代码优化框架JuMP，以使我们的研究具有可重复性。”

作为研究的一部分，兰格和她的同事托马斯·沃尔林(Thomas Volling)对一个假设建筑物进行了建模，该建筑物由空气动力热泵，光伏系统，电池和蓄热系统调制，用于地板采暖和热水供应。他们的模型还包括一个电网馈送系统，该系统可确保将光伏技术产生的任何多余电能馈入电网。研究人员实施的电网馈电系统考虑了居民的舒适度和固定的上网电价(即，向可再生能源生产商提供的经济激励措施)。

兰格说：“我们提出的家庭能源管理系统利用了经典的模型预测控制算法，该算法在假定完美信息的情况下得出了建筑物的最佳流量。” “由于在Julia JuMP中实现了该系统的滚动式实施，我们能够在短短几秒钟内以1h的时间分辨率来分析整个一年。”

Langer和她的同事最近进行的研究探索了与称为“滚动范围”的优化方法相关的一些常见建模效果，这种方法可能会改善能源管理系统中的建模。此外，研究人员还计算出了特定的目标充电状态，可以用作增强当今常用的基于规则的能源管理系统的参考。

将来，由这组研究人员设计的家庭能源管理系统可以简化和促进在居民区生产可再生能源的技术的实施。他们开发的基于Julia JuMP的模型是开源的，可以轻松地在线访问，因此它也可以为其他尝试开发可持续能源管理系统的团队提供参考。

兰格说：“目前正在审查的后续论文将分析在由prosumager，prosumers和消费者组成的对等市场中，市场和电价设计的影响，” Langer说。“在我们的下一篇文章中，我们还计划将不确定性引入我们的模型中，看看是否可以使用强化学习方法来实现接近最佳的策略。”