5
978-1-4799-1303-9/13/$31.00 ©2013 IEEE

[IEEE 2013 IEEE Power & Energy Society General Meeting - Vancouver, BC (2013.7.21-2013.7.25)] 2013 IEEE Power & Energy Society General Meeting - Smart home energy management with integration

  • Upload
    praveen

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

������������ ������ ������������ ������������������� ������������������ � �����������

������������������ ����!���""��������"�!�#������������!�$�%������ ������������ �����&������������������������������������ ����� �'������'��������������� �!�#�������!�'�����

������()����������%�!���""�!� �����!�����%��!������*%����+,��� ��������

�������� �� � �� ������ ����� ���� ���������������� ������ ������ �� �������� �� ������������������� �� ������� ���� ! �� ������ ������� ������ ��� � ���� �� �������� � � "���� ��� ����� ������������ ! �������������������"����������������"���#$��""�� �� �"������� ����� ������ � �� �"�� �� �������������������% ������ ����� ���"�� ��������������"�������������� �� ���������� �"������������������� ��������� � �� �����&��� � � ���� �����"��� �����"�� �� ������� %���"����� ��� �� �������� �� �"�� ������"��������� ������� �&������&�""��%�""���

'�������( )���������� �������� �"������ $� ��"�� *�++�,����-�����"�# ���&�"����-�"" �

'�� �.!/0)1-!�0.

-��������������������������������� ������������������� ������ ����� �� ��������!� ���� � ��� ��.��� ������� �������� ����� �� ���� /01������� ������� ������� ���������� ������2����.�� ������� ������ ��� �� ��� �� � ��3��������� �����!� ��� � ������ �� ���� ������� ��� ��������4�� ����� � ��2��%� ����� ��� �� ���%� �� ���� ������������ ���� ���� �� ����� �� ������ ��� ���������� ����������� ����������������������������������������������� ��%� ������ ����� �� �� ������!� ���2������ � ��� �!����������.����������2�����.���������������������������� ��� �� $��� ���� ������ 5��$�6�� ����� �������������� �� ������� ��%� &�����.���� ���� � 5&�6� 5����� �����������������5��6!�������� �.������5��66��������������� ���� ����� � ��2��%� ����!� 7���.�� �� ��������� 57�76� ����� ��� ���������� ���� 5��6� ����� ���� .����� ��� ��� �������� ������ '�� ���� ���� ���� ���� �������������������������������� ������ ��������������

���������������%������ ������ ����������5�$�6���������� .�� ���������� ��� ��������� ��� ���� ������ � �� �� ���������� ���� � ���� ���� ����� ����������� ����������������/81�������%����������������� ��� �����$������ ��������������� 5��6����������������/91!�/:1��;��������������������������������.������������ �������.�������� ������������� �������������.����� ���� /<1�� ������ ���� ��� ��%�� ������� ������������������ ���������=�����%�&����������������� ������������%���������.�������� ����������� ���%�������2��%������/>1!/?1��&�����@���������5&@-6����

������ ���� ���� ���� ����� �� ��� ������ ����� ������������� ������� � �� ���� ��������� /A1�� B���� ��������� ��������� �.��� ������� ���� ���� ���� ��� ������������������.���� ����������������������������������������������������� �� ������������������ ���� ������������/C1!� /0D1�� '�������%�!�E�44�� � ������������ ���� ���� ���� ��� ��� ������� ��� ���� ���������� � �������.������/001��#����� ������������������������ � ����� ��� ������ �� ������.���� �� �� ���� ����.���� �������������������.�������������������� ����.��������%��/081�����F��� ��� ������� ��%�� ��� ���� ��� ���� ���� �������� ��� ������� � ���� ���.������� ���� ���� ���%� ����� ������������������%�

•� &�����.�������� �������������� ������� ���2��%� ����� ����� ������ � ��� ���� ����� � �������� ������� � ��� ������� �� ���� ����� � ��%��������

•� G��H�� ������ 5�� �������6� ���� ���� ���.������� ���� ��� ��� ���� ��������� ��� ���� �� �����%���

•� F� ����� �� ��� ��%�� ��� ��� ������� �� ��������.����!��������%�� �����������������

•� ��� �� ���� ���� ��� ������� ����.�� �� ��������� ��� ����� �� ����� ������ ��� �� ������ �����

������!����������������������������������� ��������������%�&�!�7�7!��������������������� ��������������������������� � ��� ���� ���� � ���� ������� � ��� �������.������������'�� ����� ����!� �$�� ���� .�� ����� ��� ����� ������� ����� ��� ����� ��� E� �� 0�� -���� �$�� ���� ������ ��� � ��� ���� �� ����� �� ��� .����� �� ������������� ���� �=������� 5�� ������.�����6� �� �����-�����$������������ ���������������� ����� � �������������� �����.���� ��������������������������������-���� �������� �� ������ ���������� ������� �� �� ������!�������� �5��6�.�����������������������������$�� ���� �� ��� ���� �������� .�� ���� ���� ��� ������� � ����!� ��� ������� .������� ��� �$�� �������� ����� �������!� ��� � � ���!� .������ � � ���� ������������������� ��5�&$6���&$��������������������������������������������������� ����������������.����

978-1-4799-1303-9/13/$31.00 ©2013 IEEE

���� ���� ����� ��� �������� ����� �����=����I������.�� ���������� �� #���� � � ����� ���� � ���� ���� �� ������.�� ���� ��� � ����� ����.������� ����� .������ � � ���� ���� �� ���� ��� �����������.���������

''�� �0)�,,�.2

�����'�� ����� �����!� ����� � �� ��� ������ ��� 3���������������������������������������.������������������������ ������ ����� ���� ���� -���� �������� ���������������������������������������

���-���� ���� �������� �� ���� �������� ���� ����� � ���� ��� ����� ��� E� �� 8�� #���� �������� ��� �� ��44��.���� �������������� ������ ��� ������ �� ���� �� .��������I�������������������E�44��� ����������������� ���� ������� ������� �� ��%� ��3�.������ ���� ���������������#������������ ��%�� �������������������������� �������������������������� �������������������������� ������������������������ ���H����������������������� ������������������.���������������H�������=���������������.��������������������������������.�����������������������������I��"����� �����������������������.����������������

�����#���� � � ���� ���� �� ��� ���� 5�� .� �������I���"���� ���� �����6� ��� � ���� ��� ���� ������ ��� �������� �� ��� .����� �� �������� ��H���=������I������.������� �� ��� ��%�� ������� ���� ���� �������������� �����0!��8!J!��� �������� ������������0� ������������=����I������.��������������������0�� ;�� ��� .����� �� ������!� ������� �����!� ��0J���� ������������������������������������������������������0�������������������� ����E@-����0�������������������0�������������I��"�������� �����

�*�� 3(�-����������������

�������� ���� �������� ����� �� ��� ��������� ��� ���� '���������������� � ���!���������������� �� 5�&$6�����.������� � ����������������������� ����������������.�� ������� �������������.������������������ E� �� 9�� ��� �������� ������ ��� ���� ������ ��� �������� ��� ������� .���� ��� ���� ���� ������� ��=������I������.������������

�������� � � ���� � � ���� ���������� ������ ������������ �������� ��������������!��&$�����.������� � ����� '�� ����� ��� ��� ����������� ��� ��� ��� ���� ���������'����%����������������������!���0!��@!��$�����������������������E� ��9�����������������������.�����������@���� �������������������������������������.��������������$��������������������������������������� ������������.���� �������� ���������� ����������.���&$��'�� ���������������������3���������������������������� .� ��������� ��� ���� �� I� ������� �� � �� .���������������� ���������������.����&$�����.������� � ������3� ��� ��� 3���� ���� ��� ��� ���� ����� ���������� ���������'����� ���������������������������

����������� &���� $��� �� ��%�� ������� ��� � ��������.�� ���� ��� � ��� ����� �� ��� .����� �� ������������.��������� �������.������������ �����'����%��������������������������������������������������������� .�������� ���� ���� .�� ��� ����� '��� ������� ��� ������!��@0!��@8J�@����@0!��@8!J�@�������������� ���������0�����������������&$� ������������@!��$!��@0!��@8J�@���������� ���E� ��9���@0!��@8J�@����� ��� �������� � �� ����� 50���D6���������������������

������������ � � ���� ���� �� ��� ���� ������.�� ������� �� � 5�� ���� ��.��������.��������� �� 6� ��� ���� ���� ��� .�������� ��� ��� ���� ��� ���������� ��������� ��� ����������.�����H���������������������������� �� ���� �� �� ��� ��� ���� �� �� ��������� ����� ����� �� � ���� ����.��� ���� .����� ����� � ������� �� ������������ �� .������ � � ���� ��� �;-��!� �;-��� ���� �������;-��� ���� �;-��� ��� ��� ����� �� ���� � �� ��� ���� ���.������� ����������� ������� � � ���� ���� ������!� ��=!����������������������������������E� ��9�������������������� ����� ��� ������ ��� ���� ��� .������� ��� ���� �� ��������� ��������������

�����������������������*�� 4(����%���� ������������

*�� 5(���������������

�������� �������� ��� ��� ��� �� ���� �����=����I������.�� ���������� �� ���� � � ����� '�� ��%���������������!���=!��3�������0������������E� ��:�����������������3����� ���� ����� .������� ���� ������ ��� ���� �����������=� ���� ��� ���������� �.��� ��� ���� �=������� ��.�������� �3� ��� ��� 3���� ���� ������.�� ���� ��� ��������������� ��������������������������!����������=������I������.������ �� ��� ���� �0� ��� ����������� ��������� ��0� ��� ���� ��� ��� ��������� ��� ���H�� ������� ;�� ���.������� �������������0������������������H���=���������������.���������

'''�� #/06,��*0/�1,�!�0.

��� �������

�����#���� E@-� ���� ��44�� � ��� ��� ������ � ���� �� .��������I������ �I���� ��� ������ '�� ���������� ��� �������� ��� .����� �� ��� ������������ ����������������� ���������� �����44����� ���� ���� ��� ������� �����.��� ������ ���� ���5�@6!� ���5@6!�������5$6!��� ��5�6����������� ��5��6�������� ��� ��44����� ���� ���������.���������� ������� ��5��6!� � ����� ������ 5�$6!� 4�� 5K6!� ������� ������5�$6�������������� ��5��6���������.����� ����E@-�����.��������4��������.��0��

�F�@��0(�7���.����� ����E@-������I������ ��� �� $� @� �@���� ��� ��� ��� �$� K��� ��� �$� �$� �$� K�$� �$� �$� K� K� K�@� ��� �$� �$� �$� K��@� ��� ��� ��� �$� K�

��� ��.������ ��������� �� �����!� ������ ���� ������ �����������E� ��<��

�*�� 7(�$�.���������������������!�����������������

��� ���������������������������������������

�����#���� � � ���� ���� �� ��� ���� ��� � ������������������������.��������=������I������.�������������������� '�������� ������� ������ ������������� �������������B��������� ��� ������� 5��������������� ��� ��������.�� ���6!� �������� �������������� ������5�����0�������06������������������ ��=��506��

00

0 ����������

��

=

+�����������������������������506

�����B��� ������ ��� � ����� 5������ ����� ���� ��� �� .���"���� �� ���6!� �������� ����� ��� ���� ����� �������� ��� ���� ������ ������� ��� .������ � �� ��� ����������.������ ����� '�� ����� ����!� �0J��� ��� ����� ���������� � ���� �� ������.������� @�� ����� ���� .� L0!�L8JL������������������������������������ �����L0������ ��� L�� ���� ��� ���� ������ 0�8<� ����� ����� ��������������������������=��586��'���������������.��������������.����������.�����!������� ������� ���� ������� �� ���� �� ���� ������ ��� ����� �� ��� �����;��������� �������� �������������������������������������� ���0J�������������������

0 8 ��� 0�8<� ������� � � + + + > �������������586��

��� �������������������������������������� �������� ����� ��� ���� �� .���� ��� ���� ����� � ����� '�� ����������=����� ���������� �����0���� ������� ���� ���� ������.�� ���������� ��� ��0� ���� ������ ��� �� ������ �� ��� ��� �������� ���� .��������4������E� ��>���

�*�� 8(������������

�*�� 9(F� �������������������

��� �����������������������������

��������� � ������������������ �����������3��'������������ �� .��� �&$� ���� .������ � � ����� �3� ��� ���� ���������������������� ����3��������������.�������������'����������������������3�������������� �=������������������

0���� � ! = + − ������������������596���

��������������������������� �" = − ������������������������5:6���#�� $�!%��������&'��������������������

�����������&����$��� ������ �� ��� ��� ������� ���.����� �� �������� ��� .�� ��� ���� ���� ���� ������.�������������'����������������.����������� ������������ �� �� ������ '�� ����� ��� ������!� ���� ���� ����� ������ ����������� .�� ���� ��� ������ �� ����� '�� ����� ��� � ����!������� ������������������������������������'�� ������������ ��.��� ��!� ���� ����������� ����� ��� ����������������������.������ ����'���� ���������������������������=������������!� �������������������������������������������� ����������.��������4������E� ��?��

�� !�������������������������&���������

�������� �� ������ �� .������ � � ���� ��� 3������� ����������'����������� ����!����.���������������� ��������-������ ��� ����� ����� -��������� ;��� -������ ������ ���-�������!� .������ � � ���� ������� �� ��� ��� .������ ��� ��-������ ��� ����� ����� -�������� �� �������� ��� ���.������� B��� �.��� ��� ������!� ��� .������ ��� ���� �� ��� ��-������=�����-�������!������������ ���������������������� .������ ��� -������ ��� ����� ����� -��������� ����� ������ ����������.��������4������E� ��A��

�����-������������-��������.���������=��5<6���;-�������� ����� �� -��� � �� .������ ���� ������ � ����� �� ��� ������� ���.������

��������

������

$(� #=

������������������������������5<6�

���������������� �5�;-6����������������������������������� �� � ���� ������� �� �� '�� ��� ���������� ��� ������� �� ��������� �� �����������=��5>6������=��5?6������������

�� ��$(� $(� $(�= − �����������������������5>6�0DD ��$(� $(�= − ����������������������������5?6�

���� �;-��� ��� ��� ������� ����� �� ���� � �� .������ �����;-����������������������.����������.����������������.�������� ���

��� ������� �� .������ � � ���� ���� ���� ���� ����������������� ��=��5A6������=��5C6������������

# ����# # � #= ����������������������������5A6�

�$ �����$ �$ � #= �����������������������������5C6����� ���� ���� ���� ��� �� �� ����� �� �� ��� ���� ���.������������������

'��� /��1,!�

�����F� ��23����� � ����� �� 8DD� ������ ���� ���� .���������������������������3����� �����!����������:D������� ���� ��� ��� ������F�8�<�%B�������� ��� ������ ������� ���� ��� �� ����� �� �� ��� ��� ���� ��� .������ �����%�����0>�%B������0D�%B��������������;-��������������� .������ ��� ��%�� ��� 9D� ���� 0D� ����������� ��� ���������� �� ���� ��� ��� DC� ���� ���� ������ .��%� ��� 0?����

�*�� :(�F� ��������@������� ����

��

*�� ;(�F� ���������������� � ����

�����>D���������;-������������������������%�� ��.������������� ���� ��� ����� �� ��� ���� ����� ��� ������ ��������������������F����������E� ��C!�.������ �����������������!�������� �����������0�0������D�A8���������� � ����� � ������ ���� ����� ��� ������ �� :D� ���������!������� ������0�D<�������D�C<��������!���%������� ���������������� �D>���DC����������0?���8D����������������E� ��C�����E� ��0D��������� �����!�������� �����������0�D>�������0�0��������� ����������� ����������������������������E� ��C������������� �����!�������� ���� �� ���� 0�D9���� �� 0�D<����� ����!� ������ ������ � �������������������������� ���������������������������� E� �� C� ���� E� �� 0D�� '�� ���!� ���� ���� ���� ���������� ������� ��������� � ���� ������ .����������� �.���������� �����'������.��������E� ��00��������������� ���%������ ����������� �������� �������������� �� ������������ ���� ������.������� �!� ����� ��� �������� :D� ������ ���!� ���� ������ ���� .�� ��������� ���������� ����� ��� ������ �� ������ ���� ���� ������ ��%������� ����������������� ��������.������ ���� ������

�*�� <(�������� �.��������������� �������������������

��� -0.-,1��0.�

������������������� ��� ���������� ��� �������� � ��� ���������� �� ��� ���� ���� ������� � ��� ������������ �����������������.������ �������.�������� ���������.���� ��������������������������� ���.��������.�� ���%��� .�� ��������� � �� ������ ���� ������ �������� � ������.���� ���� �� ������ �� ��� ���� ���� .������� .�� ���� � ���� ������ ���� ���2�������

����� ���� ��� ���� � .�������� ������ ����� ���� ���������������.���� �������� ������ ���.������� ������������ 5���� �������� � ��� ��2�������� ����6� ���������������� � ���2������� -�������� ���� ��� ����� ���������.���������������������������������%�� �������������� �� ���� ��3�.�� ���� ������.������ ��� ���� � ����� ������������������������������%��� ������������2���� ���� ����2���� ��.���!� ����� ��%�� � ���� �� ��������.����

/�*�/�.-��(

/01� �����%� ���!� M'����������� ��������� �� ������������ �� ���������!N� ��� >��� '����������� -�������� '���� F��� O������!� ���������� P� ��� ��-������������������� �'FO��-!�;��.��8DD?��

/81� ����Q��4!���7�R�#����Q�!���-��M&���������������F�������� ������ ��� ��� �� $��� ���� �������������N� ���������!� 7.����� ���� F�������$��������-������5-�7$F6!�8D0D����

/91� 7���� S�� $�����4� ;���!� K�� � E��!� ����� #����!����� � ��%����!�����&������ ������M7������������ ��&����� $��� ���� ��� ������ #����N� ��� '����������!�8D08���

/:1� '�2�� -��!� S�� 2���� @!� ��� 2�� �� �M'����������� ���� ���������� �� ��� F��������� ���'����� ������ ��$��� ���� ��F����� �� ��� ������#���������N����'����������!�8D00��

/<1� ��� ������!� $�� #�.���!� S�#�� ���� !� B�� @��������������������� ��� !�M������������������&�����.�������� �����

�������@���$��� �������&�����.�����#����N����8DDC�'���������������������� ���� ���� -�����!� S��� 8A��� 2� S����8��!���������!�7�������

/>1� @��S��� !�&��@��!����T�� ������!����������������!������� �� �� '���� ������������ ������� ��$������������ �������.������!�����><C2>>9!�8DD:���

/?1� K����� S�� �������!� �����4� '&����!� M@��� ���� ���������=���������������������������������N��

/A1� ���T�� !�������� !�����T� !�MF����������������%���� ������� ����� ������ ���� ���� ��� ���������!N� '���� ������ �� �� #������!������������������&�����.����!�����0:>!����9!�����8C:U9DD!�$���0CCC��

/C1� �������� ����������!� &����� $�'����!� E�������B���!�T���K��!��&��B�����������������������MF��������2&����� � $��� � ����� � �����.�� � ��� ��$��� ���� � ������ � ��� � '������ � ��� ��G����4���������������N����'����������!�8D0D��

/0D1�&��� #�� ������ ��������� ����!� M@��� ���� ���������=��N����'����������!�8DDD��

/001�#������� F������!� �����4� @��!� F������� �������M�3������ ������F������������E�44��-����������� ���� � � ������� ��� ������ #����N� ��� '�������������E�44��������!�S���8?29D!8D00!������!���������

/081�&����� F�� -��� MF�� '����� ��� F ��� F�������������� '�� ��������&�����.������� ��7�������������&�����.�����������N����'���!�8DDA��

�*�� 4=(��������������� ���%������� ����������������� �

�*�� 44(��������.�������������������� ���������0�