Оптимизированное управление энергией батарей с использованием улучшенного подхода нечеткой логики типа 2

Более умное питание для зданий на солнечной энергии

С ростом числа домов и офисов с крытыми солнечными панелями и аккумуляторными блоками встает новый вопрос: как решать, минута за минутой, использовать ли солнечную энергию, сохранять её в батарее или продавать обратно в сеть? В этой работе рассматривается более продуманный способ управления потоком электроэнергии, чтобы здания могли сокращать счета, полагаться на чистую энергию и продлевать срок службы батарей — всё это без необходимости в суперкомпьютерах или постоянном человеческом контроле.

Зачем солнцу и батареям «мозг»

Солнечные панели прекрасно чисты, но уязвимы к непредсказуемости. Облака, перепады температуры и меняющийся спрос внутри здания заставляют выработку и потребление электроэнергии непрерывно меняться в течение дня. Батареи помогают, аккумулируя избыток энергии и отдавая её позже, но неосторожная зарядка и разрядка может приводить к потерям, снижать ресурс аккумулятора или к покупке энергии в невыгодное время. Традиционные системы управления обычно следуют жестким «если—то» правилам: если есть избыток солнечной энергии — заряжать батарею; если дефицит — разряжать. Эти простые правила игнорируют множество реальных сложностей, таких как быстро меняющаяся погода или колебания цен на электроэнергию, и обычно настраиваются вручную под конкретную ситуацию.

Более мягкий стиль принятия решений

Авторы предлагают более гибкий «нечеткий» контроллер в качестве «мозга» установки с солнечными панелями и батареей. Вместо того чтобы рассматривать входы как просто высокие или низкие, контроллер оперирует оттенками серого: избыток мощности может быть слегка положительным, сильно положительным или где‑то посередине; заряд батареи может быть низким, средним или высоким; цены — дешевыми, нормальными или дорогими. Их улучшенный контроллер, называемый системой нечеткой логики типа 2, идет дальше, учитывая также неопределенность в этих входных данных — например шум датчиков или быстро меняющиеся облака — вместо того чтобы притворяться, что измерения точны. Он принимает три основных показателя: разницу между выработкой солнечной энергии и потреблением здания, состояние заряда батареи и текущую цену на электроэнергию. С помощью 45 тщательно разработанных правил он решает, насколько сильно заряжать или разряжать батарею, или когда подключить помощь сети.

От уравнений к работающей микросети

Чтобы проверить этот интеллектуальный контроль, исследователи сначала создают подробные модели солнечных панелей, аккумуляторного блока и преобразователей мощности, связывающих все компоненты. Эти модели описывают, как массив реагирует на освещенность и температуру, как разные типы батарей ведут себя при зарядке и разрядке и как электронные преобразователи повышают или понижают напряжение по необходимости. Поверх этой виртуальной микросети они размещают два конкурирующих «мозга»: традиционный контроллер на основе правил и улучшенную систему нечеткой логики типа 2. Оба запускаются на стандартном вычислительном оборудовании в конфигурации, подобной той, что может быть установлена на «периферии» реальной энергетической системы здания, близко к месту сбора данных и принятия решений.

Испытание нового контроллера

Используя данные о погоде, спросе и ценах за 24‑часовой период, команда сравнивает поведение двух подходов как в ясный солнечный день, так и в переменно облачный. Они обнаруживают, что нечеткий контроллер поддерживает более стабильное напряжение в микросети, что полезно для приборов и силовой электроники. Он также направляет больше солнечной энергии прямо в здание, вместо бессмысленных циклов через батарею, и бережнее обращается с батареей, удерживая её заряд в более здоровом среднем диапазоне вместо глубоких разрядов. В облачные дни, когда выработка скачет, гибкий контроллер адаптируется плавно, используя батарею и сеть только при реальной необходимости. В целом система на основе нечеткой логики сокращает использование сетевой электроэнергии примерно на четверть по сравнению с отсутствием накопителей и уменьшает затраты на энергию примерно на 22–32 процента по сравнению со стандартными стратегиями в аналогичных установках.

Что это значит для будущих зданий

Для владельцев зданий и операторов сетей посыл ясен: более умная стратегия управления может превратить существующие солнечные панели и батареи в более надежную и экономичную систему энергоснабжения. Принятие «мягкого» стиля принятия решений, который допускает неопределенность вместо борьбы с ней, позволяет улучшенной системе нечеткой логики поддерживать освещение, снижать счета и продлевать ресурс батарей, даже когда солнце и спрос крайне непредсказуемы. При дальнейшем тестировании в реальных условиях и длительных исследованиях такой контроллер может стать ключевым элементом для создания более зеленых и устойчивых зданий.

Цитирование: Naoui, M., Romdhane, M., Gacem, A. et al. Optimized battery energy management using an improved type-2 fuzzy logic approach. Sci Rep 16, 11469 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41490-7

Ключевые слова: управление солнечной энергией, контроль хранения в батареях, оптимизация микросетей, нечеткая логика, умные здания