Studentská grantová soutěž

Výzkum a vývoj v oblasti projektování elektrických systémů

SP2026/048

Hrbáč Roman doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2026 - 31. 12. 2026

Předmět výzkumu se bude týkat několika částí: První část výzkumu se zaměří na návrh a vytvoření modelu domácího systému řízení energie (Home Energy Management System, HEMS), který bude řídit tok elektrické energie mezi distribuční sítí (import/export), fotovoltaickou elektrárnou (FVE), bateriovým úložištěm a domácími spotřebiči. Řešený problém spočívá v tom, jak v podmínkách proměnlivé spotové ceny elektřiny (známé den dopředu) dosáhnout minimálních nákladů na elektrickou energii. Druhá část výzkumu se bude věnovat návrhu a vývoji algoritmu typu NILM (Non-Intrusive Load Monitoring) založeného na neuronové síti, který bude z jednoho měřicího bodu v domácnosti rozpoznávat provoz jednotlivých spotřebičů. Řešený problém spočívá v tom, jak z elektrických parametrů sítě – napětí, proudu, výkonu a informací o vyšších harmonických složkách – spolehlivě určit, které spotřebiče jsou v daném okamžiku v provozu, a to i v situaci překryvu více zátěží a proměnlivých provozních režimů. Třetí část výzkumu se zaměří na implementaci řídicích algoritmů pro průběžné (nepřetržité) měření spotřeby teplé a studené vody v bytovém domě s využitím PLC. Součástí řešení bude spolehlivý sběr dat z vodoměrů, jejich kontinuální ukládání do souborů a následná vizualizace pro dohled a vyhodnocování. Kontinuální data mohou být využita k identifikaci nestandardních stavů (např. dlouhodobě zvýšený odběr), což umožní včasné upozornění na plýtvání nebo havárii; v navazujícím scénáři může systém poskytnout podklad pro rychlou reakci (např. podnět k uzavření hlavního uzávěru vody při detekci dlouhotrvajícího neobvyklého odběru, pokud je instalován akční prvek). Čtvrtá část výzkumu se bude věnovat stanovení spotřeby tepla na vytápění jednotlivých bytů v bytovém domě na základě měřených hodnot průtoku a teploty na vstupu a výstupu otopné soustavy. Výzkum se zaměří na návrh sběru těchto veličin, jejich průběžné ukládání a vizualizaci, a zejména na výpočet dodané tepelné energie pro jednotlivé byty z časových průběhů. Součástí bude také využití naměřených dat k identifikaci technických a provozních problémů, které se mohou projevit atypickými odběry nebo změnami teplotních spádů – například zvýšenými tepelnými ztrátami v důsledku netěsností (např. špatné těsnění oken či dveří), nevhodného užívání, případně poruch nebo nevyváženosti otopné soustavy. Tato analýza je přímo relevantní pro současné strategie zaměřené na snižování spotřeby tepla, které vede ke snížení emisí a zvyšování energetické efektivity budov. Pátá část výzkumu se zaměří na problematiku akumulace elektrické energie a poskytování služeb výkonové rovnováhy (podpůrných/systémových služeb) v elektroenergetice. Řešený problém spočívá v tom, jak technicky, ekonomicky a legislativně navrhnout a posoudit akumulační zařízení (s důrazem na bateriová uložiště) tak, aby bylo schopno současně plnit více účelů (např. peak shaving, energy shifting, zvýšení vlastní spotřeby z FVE, zálohování/UPS) a současně se mohlo uplatnit jako zdroj flexibility pro trh a/nebo pro provozovatele přenosové soustavy prostřednictvím agregace.

doc. Ing. Roman Hrbáč, Ph.D.
Ing. Libor Hrdina, Ph.D.
doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D.
doc. Ing. Václav Kolář, Ph.D.
Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D.
Ing. Petr Orság, Ph.D.
Ing. Josef Fiala
Ing. Lukáš Demel
Jan Cagaš
Marek Daněček
Filip Ďurčo
Miroslav Galusek
Jan Grigárek
David Hrdina
Daniel Chlebovský
Ondřej Klaus
Ondřej Krčma
Jakub Plesník
Jaroslav Lhotský
Marek Lorenčík
Vojtěch Skýpala
Daniel Šrom
Jaromír Kuchyňka
Matěj Kudrna
Jakub Tauchman
David Valášek
Jakub Žák
Bc. Lubomír Holczer
Bc. Jiří Horák
Bc. Jana Vodičková

1. Dynamická cena elektřiny na spotovém trhu a inteligentní řízení výroby a spotřeby (se zahrnutím flexibilních spotřebičů) nabízejí možnost aktivního řízení toku elektrické energie v domácnostech. Cílem projektu je vytvořit rámcový optimalizační algoritmus, který bude minimalizovat celkové náklady domácnosti na elektřinu při zachování komfortu a provozních požadavků spotřebičů.
2. Klasické přístupy NILM vycházejí primárně z elektrických veličin, avšak v domácím prostředí často narážejí na nejednoznačnost (podobné odběrové profily, simultánní zapínání, změny provozních režimů spotřebičů). Cílem projektu je proto nejen vytvořit a otestovat neuronovou síť pro rozpoznávání spotřebičů na základě elektrických charakteristik, ale také experimentálně ověřit přínos doplňkové kontextové informace, konkrétně přidání údajů o poloze obyvatel v domácnosti získaných pomocí radaru. Bude zkoumáno, zda a v jaké míře informace o přítomnosti a pohybu v jednotlivých zónách domácnosti zvýší přesnost disaggregace a sníží počet chybných detekcí ve srovnání se standardním přístupem NILM.
3. Cílem je vytvořit funkční PLC řešení pro kontinuální sběr, archivaci a vizualizaci dat o spotřebě teplé a studené vody, včetně základních mechanismů pro detekci anomálií (dlouhodobě zvýšený odběr, neobvyklé průtoky apod.). Výstupem bude návrh datové struktury a způsobu ukládání, sada přehledů o spotřebě a vizualizace naměřených dat.
4. Cílem je navrhnout a ověřit postup pro výpočet a vyhodnocení spotřeby tepla na vytápění po jednotlivých bytech na základě měřeného průtoku a teplot vstupu a výstupu otopné soustavy. Výstupy budou zahrnovat implementaci sběru dat, průběžné ukládání a vizualizaci, a sadu metrik a reportů (např. časové průběhy výkonu/energie, denní a měsíční souhrny). Nad rámec samotného měření bude možné naměřená data využívat pro cílená technická opatření (odhalení netěsností, potřeba seřízení/vyvážení soustavy apod.), a tím přispíval k úsporám tepla a souvisejícímu snížení emisí v souladu s aktuálními požadavky na energetickou efektivitu budov.
5. Cílem je vytvořit ucelený metodický a aplikační rámec pro návrh a posouzení akumulačních zařízení (zejména bateriových uložišť) z pohledu technologie, ekonomiky, poskytování flexibility a legislativně-povolovacích požadavků.

Předpokládané výsledky projektu:
Projekt přinese ucelené zpracování dané problematiky a vytvoří využitelné podklady pro navazující, detailněji zaměřené celostátní projekty. Dosažené poznatky a dílčí výsledky budou zpracovány v diplomových a disertačních pracích a současně publikovány v odborných výstupech indexovaných ve Web of Science a SCOPUS. Tím se podpoří odborný růst a posílí excelence řešitelského kolektivu.