[論文レビュー] Intelligent Home Energy Management System for Distributed Renewable Generators, Dispatchable Residential Loads and Distributed Energy Storage Devices

Adetokunbo Ajao, Jingwei Luo+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2017

Smart Grid Energy Management参考文献 9被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、混合整数線形プログラミング（MILP）を用いて、屋上ソーラー発電機器などの分散型再生可能エネルギー発電機器、洗濯機・乾燥機などの調節可能な家庭用負荷、およびプラグインEVなどのエネルギー貯蔵装置の連携を最適化するインテリジェントな家庭エネルギー管理システムを提案する。このシステムは、ユーザーの快適性を維持しながら家庭のエネルギーコストと二酸化炭素排出量を削減し、シミュレーションにより顕著な経済的・環境的利点が確認されている。

ABSTRACT

This paper presents an intelligent home energy management system integrated with dispatchable loads (e.g., clothes washers and dryers), distributed renewable generators (e.g., roof-top solar panels), and distributed energy storage devices (e.g., plug-in electric vehicles). The overall goal is to reduce the total operating costs and the carbon emissions for a future residential house, while satisfying the end-users comfort levels. This paper models a wide variety of home appliances and formulates the economic operation problem using mixed integer linear programming. Case studies are performed to validate and demonstrate the effectiveness of the proposed solution algorithm. Simulation results also show the positive impact of dispatchable loads, distributed renewable generators, and distributed energy storage devices on a future residential house.

研究の動機と目的

• 分散型再生可能エネルギー、調節可能な負荷、エネルギー貯蔵を統合した住宅向けエネルギーマネジメントシステムの開発を目的とする。
• 住宅用エネルギーシステムにおける総運用コストと二酸化炭素排出量の最小化を目的とする。
• 動的なエネルギースケジューリングにもかかわらず、エンドユーザーの快適性を維持することを目的とする。
• ケーススタディおよびシミュレーションを通じて、提案手法の有効性を検証することを目的とする。

提案手法

• 離散的制御動作と連続的電力フローを扱えるように、エネルギー管理問題を混合整数線形計画問題（MILP）として定式化する。
• 異なる運用制約とエネルギー消費プロファイルを持つ多様な家庭用家電機器をモデル化する。
• 時間単位電力料金と再生可能エネルギー発電予測を最適化フレームワークに統合する。
• プラグイン電気自動車（PHEV）を双方向エネルギー貯蔵デバイスとして統合し、負荷シフトとピークカットを実現する。
• 1日先予測方式を用いて、調節可能な負荷の最適なオン／オフ状態と電力レベルを決定する。
• 24時間のエネルギー供給・需要・貯蔵のバランスを取るために、決定論的最適化モデルを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型再生可能エネルギー発電機器、調節可能な負荷、エネルギー貯蔵デバイスを一体的に最適化することで、家庭のエネルギーコストをどのように最小化できるか？
• RQ2 調節可能な家電機器とエネルギー貯蔵の統合が、住宅用エネルギーシステムにおける二酸化炭素排出量に与える影響は何か？
• RQ3 コストと排出ガスの削減を達成しながら、ユーザーの快適性をどの程度維持できるか？
• RQ4 提案されたMILPベースの手法は、現実世界の制約下で複数のエネルギー資源を効果的に調整できるか？

主な発見

• 時間単位電力料金の活用と調節可能な負荷の最適スケジューリングにより、提案システムは家庭全体のエネルギー運用コストを削減した。
• 自宅内ソーラー発電の活用を増やし、エネルギー貯蔵の戦略的運用を実施することで、二酸化炭素排出量が顕著に削減された。
• プラグイン電気自動車を移動式貯蔵装置として統合することで、負荷の平準化が向上し、システムの柔軟性が向上した。
• シミュレーション結果から、すべてのコンponentsの連携制御が経済的・環境的パフォーマンスの顕著な改善をもたらすことが確認された。
• 家電機器固有の時間窓と運用制約を尊重することで、システムはユーザーの快適性を維持した。