فصل3مدل‌پیشنهادیکنترلرهوشمند47
3-1.دیاگرامکلیمسأله48
3-1-1. دیاگرامسیستممدیریتبارهایخانگی48
3-1-2. تقسیم‌بندیبارهایخانگی49
3-1-3. توسعهسیستممدیریتبار50
3-1-4. نیازمندی‌هایارتباطیسیستم (پروتکلارتباطیزیگبی)51
3-2.تشریحمسألهوفرضیات52
3-2-1. ادبیاتمدل52
3-2-2. فرموله‌سازیواعمالفرضیات53
فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی59
4-1.مقدمه60
4-2.برنامه‌ریزیخطیعددصحیحمختلط60
4-3.برنامه‌ریزیآرمانی63
فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج66
5-1.مقدمه67
5-2.دریافتاطلاعاتازمصرف‌کننده68
5-3.مدلسازیدستگاه‌هایخانگیدرمطالعهموردی70
5-4.بررسیسناریوهایمختلف78
5-4-1. سناریوی 1: می‌نیمم‌سازیپیکانرژیمصرفی79
5-4-1-1. نمودارتوزیعانرژیدستگاه‌هایخانگی79
5-4-1-2. بررسیکلانرژیمصرفی85
5-4-1-3. بررسیهزینهکلانرژیمصرفی87
5-4-2. سناریوی 2: می‌نیمم‌سازیهزینهانرژیمصرفی89
5-4-2-1. نمودارتوزیعانرژیدستگاه‌هایخانگی90
5-4-2-2. بررسیکلانرژیمصرفی96
5-4-2-3. بررسیهزینهکلانرژیمصرفی98
5-4-3. سناریو 3: تلفیقسناریوهای 1و2100
5-4-3-1. بررسیکلانرژیمصرفی100
5-4-3-2. بررسیهزینهکلانرژیمصرفی102
فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات104
فهرست اشکال
عنوانصفحهفصل1مقدمه7
شکل1-1.بخش‌هایمختلفیکساختمانهوشمند10
فصل2مروریبرمنابعمطالعاتی18
شکل2-1.تعرفهقیمتانرژیالکتریکیبرایشهرنیویورک، 15 ماهفوریه 2011 (NYISO)24
شکل2-2.معماریسیستم33
شکل2-3.تعاملبینمصرف‌کنندهودستگاه38
شکل2-4.منطقکارکردسیستمکنترلرهوشمند39
فصل3مدل‌پیشنهادیکنترلرهوشمند47
شکل3-1.دیاگرامسیستممدیریتبار48
شکل3-2.تقسیم‌بندیبارهایخانگی50
فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی59
فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج66
شکل5-1.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 1 (تهویهمطبوع)79
شکل5-2.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 2 (یخچال)79
شکل5-3.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 3 (اجاقبرقی)80
شکل5-4.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 4 (سیستمصوتیتصویری)81
شکل5-5.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی)81
شکل5-6.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی)82
شکل5-7.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی)83
شکل5-8.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی)84
شکل5-9.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی)84
شکل5-10.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریکشکل86
شکل5-11.کلمصرفانرژیالکتریکیدرساعاتشبانه‌روز86
شکل5-12.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی) باپیکانرژی 5/2 کیلوات‌ساعت90
شکل5-13.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی) باپیکانرژی 5 کیلوات‌ساعت90
شکل5-14.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی) باپیکانرژی 5/2 کیلوات‌ساعت92
شکل5-15.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی) باپیکانرژی 5 کیلوات‌ساعت92
شکل5-16.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی) باپیکانرژی 5/2 کیلوات‌ساعت93
شکل5-17.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی) باپیکانرژی 5 کیلوات‌ساعت93
شکل5-18.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی) باپیکانرژی 5/2 کیلوات‌ساعت94
شکل5-19.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی) باپیکانرژی 5 کیلوات‌ساعت94
شکل5-20.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی) باپیکانرژی 5/2 کیلوات‌ساعت95
شکل5-21.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی) باپیکانرژی 5 کیلوات‌ساعت95
شکل5-22.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریکشکلبرایپیک 5/2 کیلوواتساعت96
شکل5-23.کلمصرفانرژیالکتریکیدرساعاتشبانه‌روزبرایپیک 5/2 کیلوواتساعت96
شکل5-24.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریکشکلبرایپیک 5 کیلوواتساعت97

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

شکل5-25.کلمصرفانرژیالکتریکیدرساعاتشبانه‌روزبرایپیک 5/2 کیلوواتساعت97
شکل5-26.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریکشکلتلفیقسناریو 1و2101
شکل5-27.نمودارکلمصرفانرژیالکتریکیدرساعاتشبانه‌روزتلفیقسناریو 1و2101
فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات104
فهرست جداول
عنوانصفحهفصل1مقدمه7
فصل2مروریبرمنابعمطالعاتی18
جدول2-1.معرفیپارامترهایمدل40
فصل3مدل‌پیشنهادیکنترلرهوشمند47
جدول3-1.جدولتعرفهمتغیربازمانبرایانرژیالکتریکی56
فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی59
فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج66
جدول5-1.جدولترجیحاتمصرف‌کنندهومشخصاتدستگاه‌ها69
جدول5-2.تعرفهقیمتبرقدرساعاتشبانه‌روز88
فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات104
مقدمه
مقدمه
اگر توجه داشته باشیم که منابع تامین انرژی محدود است و به همین علت بهای انرژی مصرفی بالاست می‌توان معنای واقعی مدیریت مصرف انرژی را درک کرد. متاسفانه در کشور ما فرهنگ صحیح استفاده از انرژی هنوز هم جایگاه مناسب خود را به دست نیاورده است؛ بگونه‌ای که آمار و ارقام1 موجود در این زمینه حاکی از مصرف بی‌رویه انرژی حتی تا چندین برابر استانداردهای جهانی می‌باشد. با توجه به اینکه در کشور ما بیش از 90% انرژی‌ها2 از منابع زیرزمینی و فسیلی تهیه می‌شود که منابعی محدود و پایان پذیر می‌باشند این مسأله از درجه اهمیت بالاتری برخوردار است لذا هوشمندسازی ساختمان در کشور ما یک امر بسیار مهم به شمار می‌آید که باید به یک عزم ملی تبدیل شود تا از این طریق هم به خودمان و هم به نسل‌های بعدی خدمت کنیم. راهکاری که در این پژوهش ارائه شده است، می‌تواند گامی جهت توسعه هوشمندسازی خانه‌ها باشد.
ساختمان هوشمند چیست؟
یک ساختمان هوشمند بنا به تعریف انستیتو ساختمان‌های هوشمند، بنایی است که با استفاده بهینه از چند عنصر پایه شامل: سازه و سیستم و خدمات مدیریت و روابط درونی آنها، محیطی مناسب و دارای صرفه اقتصادی ایجاد می‌نماید. در ساختمان هوشمند بسیاری از اعمالی که ساکنان از روی عادت و بصورت غیرارادی انجام می‌دهند توسط سیستم‌های هوشمند انجام می‌گردد که باعث صرفه جویی در زمان و هزینه نیروی انسانی می‌گردد.
سیستم‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان
امروزه عملکرد سیستم‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان در جهت کاهش هزینه‌های صنعت ساختمان و استفاده بهینه از تکنولوژی و بکارگیری فناوری ارتباطات و رایانه رو به رشد هستند که در مجموع صرفه‌جویی انرژی را در بر خواهد داشت، بطوریکه صرفه‌جویی‌های ناشی از بکارگیری این سیستم‌ها در مدت زمان کوتاهی موجب جبران هزینه‌های مربوطه می‌شود. سیستم‌های کنترل هوشمند دارای انعطاف بالایی هستند و می‌توان براحتی آنها را با نیازهای مختلف منطبق نمود. همچنین در هنگام بهره‌برداری براحتی می‌توان عملیات تغییر و بهینه‌سازی برای راهبری بهتر و کاهش هزینه‌های انرژی را انجام داد.
با بکارگیری انواع و اقسام سنسورهای حسی در داخل و خارج ساختمان و با بکارگیری یک شبکه و سیستم واحد می‌توان بلادرنگ اطلاعات دما، فشار، رطوبت، دبی هوا، میزان اکسیژن و دی اکسیدکربن را در اختیار داشت و از آنها در جهت رسیدن به شرایط ایده‌آل استفاده کرد. دریک ساختمان هوشمند که با امکانات نرم‌افزاری بوجود آمده می‌توان نمودارهای مختلفی را بر حسب زمان در اختیار داشت و از آنها در جهت بهبود کیفی شرایط زیستی برای ساکنین استفاده کرد.
تعامل بین ساکنان و ساختمان هوشمند
در زمان کارکرد سیستم هوشمند ساکنان در جهت صرفه‌جویی مصرف انرژی حق بازکردن پنجره‌ها را نخواهند داشت و در ساختمانهای اداری قبل از اتمام ساعت کار، این سیستم بصورت اتوماتیک و متناوب شروع به خاموش کردن سیستم‌های تهویه مطبوع می‌کند. در یک ساختمان هوشمند با امکانات بوجود آمده می‌توان در هر زمان میزان مصرف انرژی سوخت و برق را بدست آورد و از آن در جهت کاهش مصرف انرژی و بهینه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان بهره برد.
بخش‌های مختلف یک ساختمان هوشمند
سیستم‌های مدرن مدیرت ساختمان
سیستم‌های مدرن مدیریت ساختمان امروزه بر پایه وب3 نگاشته می‌شوند که بزرگترین مزیت آن در بکارگیری امتیازات شبکه جهانی اینترنت و کنترل ساختمان از راه دور توسط سیستم‌های ارتباطی متداول در دنیا است. به اینصورت که با راه‌اندازی سایت ساختمان مورد نظر و با وارد کردن شناسه کاربری و رمز عبور می‌توان از هر مکانی بر ساختمان احاطه داشت. در اینگونه ساختمان‌ها می‌توان با نصب تابلوهای نمایشگر الکترونیکی در مکانهای خاص ساختمان و نمایش دادن اطلاعات مختلف از سیستم‌های کنترلی ساختمان زندگی را برای ساکنین لذت بخش کرد.
نگاه این پژوهش
در این پژوهش بیشتر توان خود را صرف مدیریت مصرف انرژی الکتریکی می‌کنیم وبا نگاهی دقیق‌تر درمی‌یابیم کهمصرف انرژی الکتریکی بین ساعت‌های مختلف از روز، بین روزهای مختلف در هفته، و در بین فصل‌های مختلف از سال متفاوت است که در آن بیشترین تقاضای انرژی الکتریکی به طور معمول زمانی رخ می‌دهد که دمای خارج افزایش می‌یابد. در سال‌های اخیر پیک انرژی مصرفی تغییرات زیادی کرده است و همین امر نگرانی‌های ناشی از تعادل بین تقاضا و تولید نیرو را افزایش داده است. در آینده‌ای نزدیک به دلایل زیست محیطی و اقتصادی،‌ نیاز به شرکت‌های توزیع با توانایی در نظر گرفتن سناریوهای پیچیده‌ترِ تعادل نیرو4 احساس می‌شود؛ این سناریوها باید مبتنی بر معرفی منابع تجدیدپذیر تولید انرژی الکتریکی5 در مقیاس بزرگ، وسایل نقلیه الکتریکی شخصی6 و توزیع تولید انرژی الکتریکی در مناطق مسکونی (تولید پراکنده) باشد.
شبکه هوشمند
خیلی‌ها معتقدند که یک تکامل اساسی در سیستم انرژی الکتریکی نیاز است. از جمله اهداف این تکامل اساسی؛ شبکه‌های تولید برق نسل جدید سازگار با محیط‌ زیست، قابل اعتماد و دارای سیستم هوشمند است، که به طور کلی به عنوان شبکه هوشمند7 شناخته می‌شود. در شبکه هوشمند، تکنولوژی‌های پیشرفته بازدهی تولید و انتقال انبوه در شبکه را بهبود می‌دهند. تکنولوژیاطلاعات و ارتباطات8 به طور گسترده در شبکه‌ها برای افزایش بازدهی، اعتمادسازی و انعطاف‌پذیری به خدمت گرفته می‌شوند[1] و [2]. در نهایت، مصرف کنندگان با مدیریت فعالانه مصرف انرژی می‌توانند از دریافت قبوض مصرفی با هزینه کمتر بهره ببرند. در حال حاضر شبکه هوشمند به یک موضوع تحقیقاتی جذاب تبدیل شده است و محور اصلی پژوهش‌ها، طراحی زیرساخت‌های کاربردی ICT و برنامه‌های کاربردی مدیریت انرژی مانند: مدیریت منابع توزیع انرژی، مدیریت وسایل خانگی (بارهای خانگی)9 و تکنیک‌های پاسخ به تقاضا10 است که به تفصیل در[3]تا [10] بحث شده است. در اصل شبکه هوشمند (SG) به عنوان یک تکنولوژی جدید امکان ارتباط دو طرفه و انتقال جریان بین کاربران نهایی و تسهیلات زندگی را فراهم می‌کند. سه پیامد اصلی تحقق شبکه‌های هوشمند شامل: قابلیت اطمینان شبکه‌های توزیع، بهره‌برداری از منابع انرژی پایدار و بهره‌وری انرژی هستند[11]. در زمینه بهره‌وری انرژی، پاسخ به تقاضا (DR) یک برنامه اساسی در سطح توزیع شناخته می‌شود. مصرف‌کنندگان که به طور سنتی به پرداخت نرخ ثابت برای انرژی الکتریکی عادت کرده اند، اکنون می‌توانند تا مصرف انرژی الکتریکی خود را با توجه به تعرفه‌های متغیر به طور عمده مدیریت کنند[12] و [13].
تکنیک پاسخ به تقاضا (DR)
تکنیک پاسخ به تقاضا (DR) یک برنامه اختیاری و داوطلبانه برای هر مصرف‌کننده است و به او فرصت نظارت، کاهش و یا تغییر مصارف را به گونه‌ای می‌دهد که صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در صورت‌حساب برق مصرفی دستگاه‌های خانگی خود داشته باشد[14]. موانع عمده در اجرای برنامه‌های پاسخ به تقاضا (DR‌) عدم دانش مصرف‌کنندگان در رابطه با چگونگی رفتار با تعرفه‌های متغیر با زمان است و نیز تصمیم‌گیری در شرایط مختلفی که به عنوان طرح‌های تشویقی در نظر گرفته شده است. (برای مثال استفاده از دستگاه‌های پر مصرف در زمانی که پیک مصرف پایین است؛ معمولا ساعات ابتدایی روز صورت می‌گیرد). افزایش پیاده‌سازی شبکه‌های هوشمند (SG) گامی مثبت در جهت به کارگیری برنامه‌های پاسخ به تقاضا (DR‌) است. در شبکه‌های هوشمند خانگی، هر مصرف‌کننده سیگنال‌های کنترلی را توسط سیستم دریافت می‌کند و سیستم می‌تواند کنترل دستگاه‌های خانگی را در جهت می‌نیمم‌سازی صورت‌حساب برق، در دست گیرد.
انواع برنامه‌های پاسخ به تقاضا (DR)
برنامه‌های پاسخ به تقاضا (DR) انواع مختلفی دارند که هر کدام برای شرایط مختلف کاربرد دارند. دو دسته اصلی از این برنامه‌ها، برنامه‌های مبتنی بر زمان11 و برنامه‌های مبتنی بر طرح‌های تشویقی- تنبیهی (مدیریت طرف تقاضا12) هستند. برنامه‌های زمان محور بر پایه متفاوت بودن تعرفه قیمت انرژی الکتریکی در طول روز استوار است و تاثیر آنها از طریق ترغیب مصرف‌کننده به مصرف برق بیشتر در ساعات کم‌باری که انرژی الکتریکی قیمت کمتری دارد، محقق می‌شود. برنامه‌های مبتنی بر طرح‌های مدیریت طرف تقاضا (DSM) بر پایه پرداخت مبلغی به عنوان تشویق، یا جریمه مبلغی به عنوان، تنبیه به ترتیب در برابر کاهش میزان مصرف در ساعات اوج بار یا افزایش میزان مصرف در ساعات اوج بار، طراحی شده‌اند.
تعامل بین مصرف‌کننده و برنامه‌های پاسخ به تقاضا (DR)
اجرای موفق برنامه‌های پاسخ به تقاضا (در اینجا برنامه هایی که زمان‌محور هستند) وابسته به انتخاب مصرف‌کننده‌ها برای کاهش مصرف برق در ساعاتی از شبانه‌روز است که قیمت انرژی الکتریکی گرانتر است. بنابراین موفقیت‌آمیز بودن برنامه‌های DR‌ به شدت وابسته به شرایط اقتصادی، فرهنگی و اجتماعی کشور و منطقه خواهد بود. به عبارت دیگر اجرای موفق برنامه‌های زمان محور، نیازمند وجود مصرف‌کنندگانی فعال و علاقه‌مند است که با کم‌کردن مصرف خود در زمان‌های اوج بار (تعرفه قیمت برق بالا) و انتقال مصرف خود به ساعات کم باری به برنامه‌های DR پاسخ دهند.
برای بررسی کردن این رفتار باید شرایط زیر را در نظر بگیریم؛ که با زیاد شدن تعرفه قیمت برق در یک بازه زمانی،‌ مشتریان دو واکنش را بروز خواهند داد[15]:
بخشی از بار، قابل انتقال نیست و مشترکین فقط می‌توانند در آن بازه زمانی مصرف خود را کاهش دهند. به این بخش از بار، بارهای غیرقابل انتقال13می‌گوییم. بارهای روشنایی، تهویه مطبوع و سیستم‌های صوتی و تصویری از این دسته بارها هستند.
بخش دیگری از بار این قابلیت را دارد که به بازه‌های زمانی دیگری از شبانه روز منتقل شوند که به این بخش از بار، بارهای قابل انتقال14 می‌گوییم. بارهایی نظیر ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی از این دسته بارها هستند. البته در ادامه در جدولی که برای مطالعه موردی در نظر گرفته شده است دسته سومی از بارها هستند که اگرچه زیر مجموعه بارهای قابل انتقال هستند اما انرژی مصرفی آنها هم می‌تواند متغیر باشد و با تامین نیاز شارژ روزانه، دستگاه آماده به کار می‌شود. برای مثال بعضی از دستگاه‌های شارژی دارای شارژهای هوشمندی هستند که می‌توانند در یک بازه انرژیمتغیر و مخصوص به خود، انرژی مصرف کنند و لذا با مدیرت مصرف انرژی می‌توان آنها را به گونه‌ای برنامه‌ریزی کرد که در ساعات اوج بار انرژی کمتری مصرف کنند و در زمانی که تعرفه قیمت برق پایین است انرژی بیشتری مصرف کنند. برای مثال دستگاه‌های نقلیه الکتریکی شخصی (PEVs) از جمله این بارهای خانگی محسوب می‌شوند.
واکنش اول از طرف مشترکین، مستلزم کم کردن مصرف و در نتیجه فدا کردن بخشی از رفاه اجتماعی از طرف مصرف‌کنندگان است و واکنش دوم نیز مستلزم انجام کارهای روزمره در زمانهای غیرمطلوب و در نتیجه از دست رفتن بخش دیگری از رفاه اجتماعی توسط مردم است. پس به عبارتی پاسخ به برنامه‌های زمان‌محور توسط مردم، با از دست رفتن بخشی از رفاه اجتماعی همراه خواهد بود که باعث کمتر شدن همراهی مشترکین با برنامه‌های زمان‌محور DR خواهد شد چرا که مشترکین نمی‌خواهند به سادگی بخشی از رفاه خود را از دست بدهند.
مقایساتی بین این پژوهش و پژوهش‌های انجام شده
در راستای تحقیقاتی مرتبط با مدیریت مصرف انرژی در اروپا، اهدافی از قبیل اختصاص 20% از سهم تولید انرژی الکتریکی از ژنراتورهای تجدیدپذیر و 20% صرفه جویی در انرژی الکتریکی، در نظر گرفته شده‌اند تا در سال 2020 محقق شوند[16]. در[3] از تکنیک بهینه‌سازی محدب برای برنامه‌ریزی انرژی مصرفی هر کدام از دستگاه‌های خانگی استفاده شده است که در آن هم روش‌های متمرکز بهینه‌سازی بر مبنای برنامه‌ریزی خطی و هم روش‌های غیرمتمرکز بر پایه تئوری بازی‌ها پیشنهاد شده است. با این حال، چارچوب بهینه‌سازی ارائه شده در[3]، در عمل برای تمامی دستگاه‌های خانگی مناسب نمی‌باشد. دلیل آن اینست که برخی از دستگاه‌های خانگی الگوی انرژی مصرفی ثابتی را دارند به این معنی که وقتی این دستگاه روشن می‌شود تا زمانی که کار خود را به اتمام برساند، بر اساس الگوی انرژی مصرفی خود انرژی مصرف می‌کند. در این مورد، ما می‌توانیم فقط زمان شروع به کار دستگاه‌ را بهینه کنیم و انرژی مصرفی آن دستگاه‌ در حین عملیات تحت بهینه‌سازی قرار نمی‌گیرد و بنابراین پارامتر بهینه‌سازی محسوب نمی‌شود. در این پژوهش، ما مایل به معرفی ویژگی‌ای هستیم که در آن برخی از دستگاه‌های خانگی مشخص مانند ماشین لباسشویی یا ماشین ظرفشویی برای بهترین زمان شروع به کار برنامه‌ریزی می‌شوند و باید به آنها اجازه داده شود تا بدون وقفه براساس الگوی انرژی مصرفی خود، عملیاتشان را به پایان برسانند.
در این پژوهش سعی شده است که تمرکز اصلی بر روی برنامه‌ریزی انرژی مصرفی باشد که به عنوان مدیریت طرف تقاضا15 شناخته می‌شود. در این پژوهش با الهام گرفتن از مکانیسم برنامه‌ریزی[3]، با استفاده از تکنیک برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح یک متد مدیریت تقاضا پیشنهاد شده است. مکانیسم پیشنهادی در اولین گام خود به عنوان هدف اولیه وظیفه می‌نیمم کردن پیک انرژی مصرفی در ساعات شبانه روز را بر عهده دارد. این مکانیسم هم ترجیحات کاربر و هم مشخصات خاص هر یک از دستگاه‌های خانگی را به طور توأمان در نظر می‌گیرد و می‌تواند در دستگاه‌های مدیریت مصرف انرژی در خانه یا کنترلرهای هوشمند خانگی16 به کار رود. این دستگاه‌ها به طور کلی به عنوان کنترل‌کننده بارهای خانگی در شبکه‌های خانگی17 شناخته می‌شوند. در ادامه این پژوهش با تغییراتی که در مدل ریاضی ارائه می‌شود با به خدمت گرفتن تعرفه قیمت انرژی الکتریکیِ متغیر با زمان، بهینه‌سازی‌ای در جهت می‌نیمم کردن هزینه انرژی مصرفی نیز ارائه می‌شود. در نهایت هم برای تکمیل کردن پژوهش، هر دوی این اهداف را توأمان در نظر گرفته و میبینیم آیا می‌شود با مدیریت پیک مصرف انرژی دستگاه‌ها را از آسیب‌پذیری در امان داشت و به طور همزمان به کاهش هزینه‌های برق مصرفی فکر کرد؟! همه این نتایج و بیشتر از آن، در قالب نمودارهایی پس از حل مدل ارائه می‌شودو نتایج با هم مورد مقایسه قرار می‌گیرند.
[17] تا [19]، مدیریتی از مصرف انرژی را بر اساس تعرفه قیمت انرژی الکتریکی متغیر با زمان ارائه داده‌اند که مخصوصا در کاهش پیک انرژی مصرفی هم تاثیر دارند اما با این وجود توازن برقرار کردن در بین بارهای خانگی فقط در اینصورت امکانپذیر است که مصرف کنندگان هم بتوانند و هم مشتاق باشند تا از اطلاعات تعرفه‌ها بهره جویند. برای مثال خیلی دور از ذهن است که از بیشتر مصرف‌کنندگان توقع داشت که بهترین عملکرد اقتصادی دستگاه‌های خانگی خود را تحت تعرفه‌های متغیر با زمان شناسایی کنند به طوری که منجر به بروز اضافه بار هم نشود! به همین علت وجود یک سیستم تصمیم‌گیری خودکار که به طور مستقیم عملکرد دستگاه‌های خانگی را بر عهده بگیرد و توصیه‌های لازم را به مصرف‌کننده بکند، بسیار مطلوب است. در نظر گرفتن این دو هدف اصلی در مدیریت انرژیمصرفی شامل؛می‌نیمم کردن پیک انرژی مصرفی در ساعات روز و می‌نیمم کردن هزینه برق مصرفی در طول روز، این پژوهش را از سایر پژوهش‌های مرتبط متمایز می‌کند. چراکه در کارهای مرتبط پیشین معمولا یکی از اهداف مورد بررسی در این پژوهش، مورد بحث قرار گرفته اند. که در مرور ادبیات به تفصیل به آنها خواهیم پرداخت.
فصل‌بندی
پیشتر در باره اهداف این پژوهش توضیح دادیم؛‌ اما در فصل 2 به تفصیل به بررسی مقالات و پژوهش‌های انجام شده در رابطه با تغییر زمان بارهای خانگی در جهت کاهش هزینه‌های انرژی و می‌نیمم کردن پیک انرژی مصرفی می‌پردازیم و برای فهم بهتر موضوع، 2 تا از مرتبط‌ترین مقالات به موضوع بحث را با بیان مدل‌ها و ساختار مسأله شرح می‌دهیم؛ لازم به توضیح است که هر کدام از مدل‌های ارایه شده در مرور ادبیات نیز به طور کامل بر روی یک مطالعه موردی پیاده شده و مورد حل قرار گرفته‌اند و جواب‌های آنها با مقالات مقایسه شده‌اند که در این گزارش،‌ فقط به ارائه مدل‌ها در مرور ادبیات بسنده کرده‌ایم.
در فصل 3، با ارائه دسته‌بندی خاصی از دستگاه‌های خانگی و بررسی نیازمندی‌های مربوط به هرکدام از آنها، مدلی از مصرف انرژی در دستگاه‌های خانگی را ارائه می‌دهیم. برای جامع بودن و در جهت پیاده‌سازی عملی این پژوهش سعی شده است همه پارامترهای مورد نیاز برای مصرف‌کننده در مدل لحاظ شود از اینرو این مدل می‌تواند شامل متغیرهایی باشد که نقشی را در حل مساله برنامه‌ریزی خطی ایفا نکنند اما بودن آنها و مدل کردن آنها، جهت بررسی کل انرژی مصرفی روزانه و مقایسه پیک مصرف انرژی بسیار حائز اهمیت است.
در فصل 4، به معرفی الگوریتم برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط می‌پردازیم و در ادامه هم به یکی از روش‌های برنامه‌ریزی آرمانی18نگاهی می‌اندازیم و از آن برای حل مدل برنامه‌ریزی خطی با اهداف چندگانه بهره می‌جوییم.

در فصل 5، جهت پیاده‌سازی یک مطالعه موردی، ضمن پرسش از یک مصرف‌کننده داوطلب جدولی از ترجیحات او تهیه شده است. این جدول شامل ترجیحات مصرف‌کننده در ارتباط با زمان استفاده از دستگاه‌های خانگی است و با توجه به مشخصاتی که از هرکدام از دستگاه‌ها در جدول ارائه شده است گام‌های مدلسازی مسأله پله پله طی شده و در نهایت مدل جامعی ارائه شده است. در ادامه با پیاده‌سازی سناریوهای مختلف بر روی مدل، نتایج آن‌ها مورد تحلیل قرار گرفته و با هم مقایسه شده‌اند.
در فصل 6، جمع‌بندی مختصری از فصل‌های قبل ارائه شده است و سپس پیشنهاداتی در راستای ارتقای فرآیند برنامه‌ریزی به منظور کاهش پیک انرژی مصرفی و کاهش هزینه انرژی مصرفی، ارائه شده است.
مروری بر منابع مطالعاتی
مقدمه
در سالهای اخیر مسأله تغییر زمان بارها19 توجه تحقیقات مختلف و زمینه‌های کاری گوناگون را به خود جلب کرده است؛ در میان ملاک‌های مختلفی که برای تغییر زمان بارها به کار می‌رود برای مثال می‌توان: مدیریت پیک انرژی مصرفی، می‌نیمم‌سازی هزینه انرژی الکتریکی مصرفی وقتی تعرفه‌ها و DSM بکار برده شوند، ماکزیمم‌سازی آسایش مصرف‌کنندگان، را نام برد.
مسألهتغییر زمان بار
توجه به تعرفه‌های زمان استفاده20 تا آنجا مورد استقبال قرار گرفت که در[20] از الگوریتم شبکه‌های عصبی برای تغییر زمان بار در یک کارخانه پتروشیمی و نیز در[21] از منطق فازی برای تغییر زمان بار در حیطه یک سیلندر آب گرم استفاده کردند، بیشتر این روش‌های استفاده شده رویکرد بهینه‌سازی داشتند. در[22] و [23] نویسندگان، پیشنهاد یک رویکرد بهینه‌سازی را با بررسی دو مطالعه موردی به ترتیب بر روی یک آسیاب آردی معمولی و نیز کوره‌های قوس الکتریکی در هند را دادند: در همه این مطالعات توجه ویژه‌ای به محدودیت‌های فنی واحدهای مورد مطالعه شده است. اشکال اصلی همه این مطالعات مبتنی بر چارچوب بهینه‌سازی، ناتوانی آنها در مدیریت اختلالات خارجی و یا نادقیقی مدل است که در[24] شرح داده شده است؛ تکرار بهینه‌سازی در آنها در جهت جبران کمبودها لحاظ نشده است و لذا یک کنترل فعال برای پروسه انتقال‌بار وجود ندارد. در[25] مساله تغییر زمان بار به عنوان یک مساله کنترل بهینه گسسته پیشامد مدل شده است و با استفاده از تکنیک‌های استاندارد بهینه‌سازی حل شده است؛ مطالعه موردی انجام شده توسط یک معدن ذغال سنگ در آفریقای جنوبی است، هدف در این مطالعه کنترل گروهی از نوار نقاله‌ها با میزان انرژی مصرفی ثابت است؛ زمانی که انرژی مصرفی با وجود تعدادی از محدودیت‌های فنی می‌نیمم شود. نوار نقاله‌ها در مسیر حمل، ذغال سنگ با کیفیت را به سیلو انتقال می‌دهند. سیلو به عنوان پایگاه مرکزی برای بارگذاری قطار محسوب می‌شود و محصول را به یک ترمینال نهایی انتقال می‌دهد. یک بهینه‌سازی جدید هر زمان که قطار می‌رسد، با دخیل کردن رفتار محیط توسط کنترلر انجام می‌شود.

سیستم مدیریت مصرف انرژی در خانه‌های مسکونی
با تمرکز بیشتر در بخش مسکونی، می‌توان بعضی از پژوهش‌های پیشگام را در ادبیات مربوطه یافت که یا به بررسی جنبه‌های تکنولوژیکی یا جنبه‌های ریاضی‌گونه مساله می‌پردازند؛ اولین ملاحظات مربوط به چگونگی رفتار سیستم مدیریت مصرف انرژی در محدوده خانه‌های مسکونی در اوایل دهه 1990 مطرح شد[26] و [27]. با توجه به موارد ذکر شده در بالا، اخیرا نیاز به مدیریت تقاضای رو به رشد انرژی الکتریکی و مدیریت بازدهی انرژی‌های تجدیدپذیر، پژوهش‌های این حوزه را سرعت بخشیده‌اند. در[28] یک طبقه‌بندی از دستگاه‌های خانگی ارائه شده است و در ادامه معماری شبکه‌ای با امکان پیاده‌سازی عمومی از برنامه‌های کاربردی صرفه‌جویی انرژی برای محیط خانه توصیف شده است؛ این سیستم پیرامون یک گره گذرگاهی21 ساخته شده است که ارتباط کم هزینه دستگاه‌ها را برای ارتباطات کاربر در داخل و خارج از شبکه خانگی فراهم می‌کند. این گذرگاه یک واحد مرکزی برای میزبانی سرویس‌های منطقی صرفه‌جویی انرژی است این سرویس‌ها شامل مانیتورینگ انرژی و عملکردهای کنترلی سیستم است.‌ در[29] پس از یک بررسی مقدماتی در مورد همه انواع دستگاه‌های خانگی موجود در منازل مسکونی، فهرستی از راهنمایی‌هایی با هدف استانداردسازی مدیریت بارها و انرژی در منازل مجهز به شبکه، پیشنهاد شده است.
ارائه مسأله برنامه‌ریزی
در[30] و [31]مسأله مصرف خانگی به عنوان یک مسأله برنامه‌ریزی تحت محدودیت انرژی الکتریکی بیان شده است که این محدودیت توسط ارائه دهنده انرژی بوجود آمده است؛ منفعت اصلی بیان این مسأله به عنوان یک مسأله برنامه‌ریزی امکان استفاده از نتایج بدست آمده در این زمینه پژوهشی است. در[30]، محدودیت منابع در مسأله برنامه‌ریزی بر روی یک سیستم گرمایش الکتریکی بررسی شده است. روش دیگر که در[31] از آن استفاده شده است، مسأله برنامه‌ریزی مشخصی برای تجهیزات است که بوسیله گراف مدل شده است و در نهایت با استفاده از الگوریتم بلمن فورد22 حل شده است. در هر دوی این پژوهش‌ها می‌نیمم سازی هزینه انرژی مصرفی به عنوان هدف در سیستم کنترلی در نظر گرفته نشده است و توجه اصلی بر روی ماکزیمم سازی راحتی مصرف‌کننده از نقطه نظر حرارتی بوده است.
استخراج اطلاعات بارهای خانگی
در[32] یک مدل شبیه‌سازی برای استخراج اطلاعات بارهای خانگی تحت تعرفه ثابت انرژی الکتریکی پیشنهاد شده است و تغییرات در این اطلاعات، وقتی اهالی خانه با دستگاه‌های خانگی هوشمند و تعرفه‌های متغیر با زمان مجهز شده‌اند، شبیه‌سازی شده است. این مسأله، یک مسأله بهینه سازی با هدف ارزیابی تغییرات کلی مشخصات روزانه بارها بدون در نظر گرفتن؛ تعامل مصرف‌کننده در زمان، مدیریت پیک مصرف و امکان جابه‌جایی بارها است.
رویکردی ازتغییر زمان بارها
در نهایت ساختار جالب و رویکردهای مختلف برای جابه‌جایی بارها در سری پژوهش‌های[33] تا [35] پیشنهاد شده است. به طور مشخص در[33] یک سیستم برنامه‌ریزی توزیعی مبتنی بر شبکه‌های‌ عصبی مصنوعی23(ANNs) که با الگوریتم ژنتیک24(GAs) تنظیم شده است، پیشنهاد شده است و هدف آن مازیمم‌سازی خود مصرفی25 در بخش مسکونی است؛ این سیستم از چندین ANNs واقع در انواع مختلف دستگاه‌های خانگی در خانه تشکیل شده است که قادر به تولید انرژی فوتوولتاییک26 هستند. دستگاه‌های خانگی برنامه‌پذیر در هنگام توزیع برنامه‌ریزی می‌شوند و سپس یک هماهنگ‌کننده27 خروجی را به گونه‌ای تنظیم می‌کند تا با ارائه یک برنامه تغییر زمان بار شدنی، خود مصرفی در روز بعد بهبود یابد. به طور کلی، روش به مصرف‌کننده این امکان را می‌دهد تا با توجه به نیازهای خود امکان تغییر زمان بار را با هدف بهره‌وری انرژی داشته باشد، اما این روش نمی‌تواند یک چارچوب زمان واقعی را برای مصرف‌کننده فراهم کند چراکه کاربر باید فهرستی از دستگاه‌های مورد استفاده در 24 ساعت آینده را تهیه کند. علاوه بر این، دید کامل ماژولار از آن بدست نمی‌آید؛ تعداد کارهای لازم باید مشخص باشد، زیرا این امر برروی ساختار ANN هماهنگ‌کننده اثر می‌گذارد و نویسندگان ANNs با یک ساختار تعریف نشده نمی‌توانند مشخصات GA اشاره شده در پژوهش را استنتاج کنند. اشکالات دیگر مربوط به اطلاعات انرژی مصرفی برای بارهای به تاخیرانداختنی28 است که در کل مدت زمان اجرای فرآیند برای آنها یک انرژی مصرفی ثابت در نظر گرفته می‌شود و برای بارهای غیر قابل تاخیر29، آنها به طور صریح در فرموله‌سازی مسأله به کار نمی‌روند؛ درنهایت در ارزیابی بعد از گرفتن نتایج نویسندگان اظهار می‌کنند در 15 درصد از موارد اختلافاتی در فواصل زمانی تعیین شده توسط مصرف‌کننده برای بارها شناسایی شدند که می‌تواند رضایت مصرف‌کننده را مختل کنند.
اعمال فرضیات گوناگون
مرجع [34]، استفاده از برنامه ریزی خطی را در مدیریت انرژی الکتریکی مصرفی توسط یک مصرف‌کننده صنعتی برای تولید محصول را، شرح می‌دهد.[35]، فرمول‌های تحلیلی و استراتژی‌های برنامه‌ریزی را برای یک مصرف‌کننده صنعتی، تحت فرضیات گوناگون و محدودیت‌های مختلف مدل نشان می‌دهد. یک دانش تقویتی مبتنی بر چارچوب برنامه‌ریزی دستگاه‌های خانگی برای مصرف‌کنندگان خانگی در[36] معرفی شده است، با این فرض که هم تعرفه و هم درخواست مصرف‌کننده برای عملیات دستگاه‌های خانگی از الگوی تصمیم‌گیری مارکوف30 تبعیت می‌کند.
مدیریت طرف تقاضا (DSM)31
اما بعد از بررسی نمونه پژوهش‌های مرتبط با تغییر زمان بارها و نیز بحث برنامه‌ریزی دستگاه‌های خانگی بهتر استپژوهش‌های مرتبط با مدیریت طرف تقاضا (DSM) را هم مورد بررسی قرار دهیم. در پژوهش‌های نظری و آزمایشات عملی جنبه‌های مختلفی از DSM مورد بررسی قرار گرفته است. انبوه زیادی از این پژوهش‌ها بر مزایای DSM تمرکز کرده اند. در[37] تمرکز اصلی بر روی تاثیر استفاده از DSM‌برای توانمندسازی استفاده از سهم بزرگی از سیستم‌های خورشیدی فوتوولتائیک است.[38]، مزایای DSM را برای تعادل عرضه و تقاضا در سیستم‌هایی که سهم بالایی از ژنراتورهای متناوب تجدیدپذیر را به خود اختصاص داداند، بیان می‌کند. این سیستم‌ها شامل ترکیبی از نیروگاه‌های حرارتی و تولید برق است. مدیریت طرف تقاضا می‌تواند هزینه تولیدات را با موازنه قدرت و جایگزینی نیروگاه‌های گران‌قیمت گازی که فقط چند ساعت در طول سال استفاده می‌شوند، کاهش دهد. علاوه براین DSM سرمایه‌گذاری در بخش انتقال و توزیع را از طرق افزایش بهره برداری‌ها، بهبود می‌بخشد.[39]، مزایای نصب و راه‌اندازی سیستم‌هایی با تکنولوژی DSM‌ را پیشنهاد می‌دهد مانند اندازه‌گیرهای هوشمند32 که مدیریت دقیق‌تر صورت‌حساب و اطلاعات جزیی مربوط به مشتری را اعلام می‌کند و آگاهی از مصرف انرژی الکتریکی را افزایش می‌دهد.
رویکرد DSMدر این پژوهش
ما در این پژوهش بر روی تعرفه‌های متغیر با زمان بصورت ساعتی 33ToU به عنوان مشوق‌های DSM تمرکز کرده‌ایم. با وجود چنین تعرفه‌هایی مصرف‌کنندگان طی ساعت‌های مختلف مبالغ متفاوتی را برای انرژی الکتریکی پرداخت می‌کنند. نمودار 1، اطلاعات تعرفه‌های برق را که به طور اختصار به آن RTP34 هم می‌گویند در اختیار مصرف‌کننده قرار می‌دهد. (این نمودار از[40]، تهیه شده است.) از جمله تکنیک‌های DSM کنترلتغییر زمان بار است که به تفصیل دربالا بررسی شد.
تعرفه قیمت انرژی الکتریکی برای شهر نیویورک، 15 ماه فوریه 2011 (NYISO)
بررسی تفصیلی اولین پژوهش مرتبط
یکی از پژوهش‌هایی را که در اینجا به تفصیل به بررسی آن می‌پردازیم[41] است. این پژوهش بسیار به پژوهش ما نزدیک است. در[41]، نویسنده،مسأله برنامه‌ریزی دستگاه‌های خانگی را در نظر گرفته است و بر خلاف[42]، چارچوب مسأله، یک مسأله برنامه‌ریزی قطعی و محاسبه هزینه بر اساس تعرفه، و به طور معمول در 24 ساعت در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، پژوهش مورد مطالعه سعی کرده است تا آنجا که ممکن است با هدف مدل کردن مسأله تصمیم‌گیری مشابه با آنچه در واقعیت است پیش رود. از این رو، برنامه‌ریزی خطی و تحلیلی ساده شده که مبتنی بر ابزارهای تحلیلی است برای هدف پژوهش مورد مطالعه کافی نبوده است. در پژوهش مورد مطالعه یک مدلسازی از انرژی مصرفی با استفاده از برنامه‌ریزی ترکیبی عدد صحیح35 یا به اصطلاح برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط ارائه شده است. برنامه طراحی شده در 24 ساعت شبانه‌روز است و اغلب نیازمند برنامه‌های تنظیم زمان واقعی توسط اهالی خانه است. لذا پژوهش مورد مطالعه یک مطالعه عددی است و یک سناریوی برنامه‌ریزی معمولی را نشان می‌دهد، برای برنامه‌های نزدیک به بهینه می‌توان از نتایج حل MILP‌ با تعداد تکرارهای کمتر بهره جست. در همان زمان، با ارائه این راهکار می‌توان زمان حل را به طور چشمگیری کاهش داد و حتی نشان داد که برای برنامه‌های زمان واقعی خانواده پایدار است.
چارچوب مدل
در پژوهش مورد مطالعه و چارچوب مدل ارائه شده، برای عملیات یک دستگاه‌ خانگی، ترتیبی از فازهای کاری دخیل است که ما نیز در پژوهش خود این ترتیب را در نظر می‌گیریم. مدلبندی مسأله با در نظر گرفتن محدودیت‌های موجود برای دستگاه‌ها و میزان مصارف آنها انجام می‌شود اما پیش از آن بهتر است توضیحاتی در مورد فازهای کاری داده شود.
فازهای کاری
در اصل یک فاز کاری یک زیر مجموعه‌ای از عملیات آن دستگاه‌ است که بدون خلل در یک بازه زمانی انجام می‌شود و میزان مشخصی انرژی مصرف می‌کند. دستگاه در آن فاز کاری بطور مداوم به کار خود ادامه می‌دهد تا به اتمام برسد و لذا فاز کاری بعدی تا زمان اتمام فاز کاری قبلی شروع نمی‌شود. (برای مثال چرخش ماشین لباسشویی شروع نمی‌شود تا زمان که محفظه داخلی از آب پر شود.)

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

مقایسه پژوهش مورد مطالعه با این پژوهش
در پژوهش مورد مطالعه نوع خاصی از محدودیت‌ها در نظر گرفته شده‌اند نشان می‌دهند یک دستگاه‌ مشخص نمی‌تواند قبل از اتمام عملیات بعضی از دستگاه‌های دیگر شروع به کار کند. در پژوهش ما این محدودیت به این شکل در نظر گرفته نشده است و همانطور که در ادامه توضیح خواهیم داد مصرف‌کننده مطابق جدول ترجیحاتی که به ما داده است مشخص کرده که چه دستگاهی‌ در چه زمانی نیاز به روشن شدن دارد و می‌توان با در نظر گرفتن محدودیت‌هایی در بازه‌های زمانی خاص از پیچیدگی پژوهش مورد مطالعه کاست. پژوهش مورد مطالعه پیک انرژی مصرفی را هم تا حدودی در نظر گرفته است اما جامعیت ترجیحات کاربر را به اندازه ما در مسأله دخیل نکرده است و علاوه بر این هدف مورد نظر خود را فقط می‌نیمم کردن هزینه در نظر گرفته در حالی که این هدف می‌تواند می‌نیمم کردن پیک انرژی نیز باشد که در پژوهش ما مورد بررسی قرار گرفته است.
فرمول‌بندی مدل
مدل MILP پیشنهادی در پژوهش مورد مطالعه به شرح زیر است:

min┬(p,x,s,t)⁡∑_(k=1)^m▒〖c^k (∑_(i=1)^N▒∑_(j=1)^(n_i)▒p_ij^k ) 〗
Subject to:
∑_(k=1)^m▒p_ij^k =E_ij ∀i,j
▁P_ij^k x_ij^k≤p_ij^k≤¯P_ij^k x_ij^k ∀i,j,k
∑_(i=1)^N▒∑_(j=1)^(n_i)▒p_ij^k ≤PEAK^k, ∀k
▁T_ij≤∑_(k=1)^m▒x_ij^k ≤¯T_ij, ∀i,j
{■(x_ij^k≤1-s_ij^k ∀i,j,k@x_ij^(k-1)-x_ij^k≤s_ij^k ∀i,j,∀k=2,3,…,m@s_ij^(k-1)≤s_ij^k ∀i,j,∀k=2,3,…,m)┤
x_ij^k≤s_i(j-1)^k, ∀i,k,∀j=2,3,…,n_i
x_il^k≤s_(i ̃n_i ̃ )^k, ∀k
t_ij^k=s_i(j-1)^k-(x_ij^k+s_(ij )^k) ∀i,k,∀j=2,3,…,n_i
▁D_ij≤∑_(k=1)^m▒t_ij^k ≤¯D_ij ∀i,∀j=2,3,…,n_i
x_ij^k≤TP_(i )^k, ∀i,j,k
■(■(■(p_ij^k∈R ∀i,j,k@x_ij^k∈{0,1}, ∀i,j,k )@s_ij^k∈{0,1}, ∀i,j,k )@t_ij^k∈{0,1}, ∀i,k,∀j=2,3,…,n_i )
در فرمول‌بندی بالاp_ij^k نشان دهنده فاز j ام از عملیات دستگاه‌i ام در kامین بازه زمانی است (اندیس زمان نمونه‌برداری) و واحد آن هم کیلووات ساعت می‌باشد. برای مثال p_13^5، مشخص می‌کند که دستگاه 1 در 3 امین فاز عملیاتی خود در 5 امین زمان نمونه‌برداری چه مقدار انرژی مصرف می‌کند.x_ij^k متغیرهای تصمیم دودویی هستند که اگر x_ij^k=1 یعنی دستگاه‌i در j امین فاز عملیات خود در بازه زمانی kام است. دو تا دیگر متغیر تصمیم دودویی هستند که در پژوهش مورد مطالعه در نظر گرفته شده‌اند اما در پژوهش ما با وجود جدول ترجیحات کاربر نیازی به آنها احساس نمی‌شود. s_ij^k که نشان می‌دهد اگر یک شود دستگاه‌i ام در j امین فاز عملیاتی در kامین بازه زمانی، کار خود را به پایان رسانده است.t_ij^k متغیر تصمیم دودویی است که نشان می‌دهد آیا دستگاه‌i ام در kامین بازه زمانی از فاز عملیاتی j-1 به فاز عملیاتی jمی‌رود یا نه؟! که اندیس j تعداد کل فازهای عملیاتی دستگاه‌i را نشان می‌دهد که از 2 تا n_i قابل تغییر است.
c^k تعرفه قیمت انرژی الکتریکی در در k امین بازه زمانی است. مصرف کامل انرژی الکتریکی توسط کل دستگاه‌های خانگی برابر فرمول (2-1) است که هدف آن می‌نیمم‌سازی هزینه کل انرژی مصرفی است.
محدودیت (2-2)، محدودتی است که از فراهم کردن انرژی مورد نیاز هر دستگاه در فازهای کاری خود، اطمینان حاصل می‌کند. E_ij نیازمندی انرژی برای فاز j ام عملیات دستگاه‌i ام می‌باشد. که همانطور که در پژوهش مورد مطالعه گفته شده در مشخصات هر دستگاه‌ به آن اشاره شده است.
محدودیت (2-3) به عنوان محدوده فازهای کاری است که در آن ▁P_ij^k و ¯P_ij^k محدوده بالایی و پایینی برای اختصاص فازهای کاری به هر دستگاه‌ می‌باشد و جزء ویژگی‌های آن دستگاه‌ است.
محدودیت (2-4) برای امنیت انرژی مصرفی لحاظ شده است و PEAK^k به عنوان پیک انرژی مصرفی (رنج بالایی در کل بازه انرژی) در بازه زمانی ‌k است. در پژوهش مورد مطالعه این پارامتر را به عنوان یک پارامتر خروجی از تامین کننده انرژی برق گرفته‌اند و حل مساله را با این فرض به جلو برده‌اند در حالی که در پژوهش ما یکی از اهداف، همین می‌نیمم سازی پیک انرژی مصرفی در طول شبانه روز است.
محدویت (2-5) مربوط به محدوده عملیات هر فاز کاری است که ▁T_ij و ¯T_ij به ترتیب محدوده بالا و پایین از تعداد بازه‌های زمانی برای فاز کاریj ام در دستگاه‌i ام است که باید پردازش شود.
محدودیت‌های (2-6) متعلق به محدودیت‌های غیرقابل وقفه است. از آنجایی که در پژوهش ما این نوع متغیرها استفاده نشده و به نوعی اضافی تلقی می‌شود لذا به همین توضیح بسنده می‌کنیم در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر به[41] رجوع کنید.محدودیت (2-7) مربوط به پردازش‌های ترتیبی است و نشان میدهد هرفاز کاری برای یک دستگاه‌ جهتِ گذار به فاز دیگر باید عملیات خود را به اتمام برساند که در پژوهش ما این ویژگی به صورت ساده‌تر به عنوان یک محدودیت بیان شده است. به همین ترتیب برای نشان دادن پردازش‌های ترتیبی بین دستگاه‌های خانگی دیگر از محدودیت (2-8) استفاده شده است که در آن i ̃ اندیس دستگاهی است که قبل از شروع کار دستگاه‌i ام باید کارش به اتمام برسد.
به همین ترتیب محدودیت‌های (2-9)، (2-10)، (2-11) و (2-12) مشخص می‌شوند که در آنها ▁D_ij و ¯D_ijبهترتیب محدوده بالایی و پایینی برای تاخیر بین فازهای کاری را نشان می‌دهد و به عنوان مشخصات دستگاه‌ باید در اختیار باشد. TP_(i )^k ترجیح تاخیر زمانی توسط مصرف‌کننده را نشان می‌دهد در اصل محدودیت (2-11) تنها محدودیتی است که به نوعی ترجیحات مصرف‌کننده را در مدل مسأله در نظر می‌گیرد و از این جهت شاید در ارضای نیازهای مصرف‌کننده ناتوان باشد. برای مثال TP_(i )^k=0 زمانی اتفاق می‌افتد اگر و فقط اگر هیچکدام از فازهای کاریدستگاه‌i ام در بازه زمانی k اتفاق نیفتد. (مصرف‌کننده اینطور بخواهد)
انتقاداتی بر پژوهش مورد مطالعه
اگرچه در مورد[41] به طور خلاصه صحبت کردیم و مدل ارائه شده در آن پژوهش را به اختصار شرح دادیم اما مهمترین ایرادی که از دید ما در این پژوهش وجود دارد تاکید بیشتر بر روی مشخصات دستگاه‌های خانگی و کمرنگ کردن ترجیحات مصرف‌کننده است. در پژوهش ما تاکید اصلی بر روی ترجیحات مصرف‌کننده است و مطالعه موردی بر روی جدولی است که توسط مصرف‌کننده به ما داده شده است در این جدول مصرف‌کننده مشخص می‌کند که تمایل دارد از دستگاه‌های خانگی در چه زمان‌های استفاده کند و حل مسأله پیشنهاد‌هایی با توجه به ترجیحات مصرف‌کننده به او می‌دهد که به طور همزمان در راستای بهینه کردن اهداف مورد بررسی نیز، است.
بررسی تفصیلی دومین پژوهش مرتبط
مرجع دیگری که به تفصیل در مورد آن صحبت می‌کنیم[43] است. در ایننویسندگان سناریوهای خاصی را برای بررسی در نظر گرفته‌اند که برای پژوهش ما حائز اهمیت است.
سناریوی 1: مدیریت اضافه‌بار در حوزه خانه


پاسخ دهید