Analytical Rule-Based Approach to Online Optimal Control of Smart Residential Energy System

Mohammad Javad Sanjari; Hossein Karami; Hoay Beng Gooi

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Analytical Rule-Based Approach to Online Optimal Control of Smart Residential Energy System

机译：基于分析规则的智能住宅能源系统在线最优控制方法

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Online optimal control of a multicarrier home energy system, including a fuel cell (FC) with combined heat and power functionality, a furnace, and a battery as an energy storage system, is presented in this paper. An appropriately defined objective function (OF) is formulated to address the operation costs of the home energy system by considering the electrical time-of-use price and time-varying electrical and thermal demand. To determine the optimal control strategy of the FC, the defined OF is solved analytically to reach a closed-form solution for the optimal operation of the FC, which results in the global optimum compared with the near-optimal point in previous works of FC scheduling. To attain the whole system optimal operation, a rule-based solution for the optimal operation of the battery is proposed according to its characteristics. The proposed method is applied to a realistic case study including real load demand and experimentally verified data of the FC. The results are compared with previous approaches, in which optimization techniques have been used to achieve near-optimal scheduling of FC with/without a battery. It is shown that the proposed control strategy results in more exact scheduling and can be applied successfully in real applications.

机译：本文介绍了一种多载波家庭能源系统的在线最优控制，该系统包括具有热电功能相结合的燃料电池（FC），熔炉和电池作为储能系统。通过考虑用电时间价格以及时变的电和热需求，制定了适当定义的目标函数（OF）来解决家庭能源系统的运营成本。为了确定FC的最佳控制策略，对所定义的OF进行解析求解，以得出FC最佳运行的闭式解，从而与之前FC调度工作中的接近最佳点相比，得出全局最优。为了实现整个系统的最佳运行，根据电池的特性，提出了基于规则的电池最佳运行方案。将该方法应用于实际案例研究，包括实际负载需求和FC的实验验证数据。将结果与以前的方法进行了比较，在以前的方法中，已使用优化技术来实现带/不带电池FC的接近最佳调度。结果表明，所提出的控制策略可以实现更精确的调度，并且可以成功地应用于实际应用中。

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来源
《IEEE transactions on industrial informatics》 |2017年第4期|1586-1597|共12页
作者
Mohammad Javad Sanjari; Hossein Karami; Hoay Beng Gooi;
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作者单位

School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore;

Department of Electrical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran 15914, Iran;

School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Batteries; Optimization; Fuel cells; Cogeneration; Furnaces; Thermal loading; Optimal control;

机译：电池;优化;燃料电池;热电联产;炉子;热负荷;最优控制;

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