EOS/modules/class_ems.py

from datetime import datetime

import numpy as np


def replace_nan_with_none(data):
    if isinstance(data, dict):
        return {key: replace_nan_with_none(value) for key, value in data.items()}
    elif isinstance(data, list):
        return [replace_nan_with_none(element) for element in data]
    elif isinstance(data, np.ndarray):
        # Konvertiere das numpy-Array zu einer Liste und rekursiv ersetzen
        return replace_nan_with_none(data.tolist())
    elif isinstance(data, (float, np.floating)) and np.isnan(data):
        # np.floating deckt auch numpy-NaNs ab
        return None
    else:
        return data


class EnergieManagementSystem:
    def __init__(
        self,
        pv_prognose_wh=None,
        strompreis_euro_pro_wh=None,
        einspeiseverguetung_euro_pro_wh=None,
        eauto=None,
        gesamtlast=None,
        haushaltsgeraet=None,
        wechselrichter=None,
    ):
        self.akku = wechselrichter.akku
        # self.lastkurve_wh = lastkurve_wh
        self.gesamtlast = gesamtlast
        self.pv_prognose_wh = pv_prognose_wh
        self.strompreis_euro_pro_wh = (
            strompreis_euro_pro_wh  # Strompreis in Cent pro Wh
        )
        self.einspeiseverguetung_euro_pro_wh = (
            einspeiseverguetung_euro_pro_wh  # Einspeisevergütung in Cent pro Wh
        )
        self.eauto = eauto
        self.haushaltsgeraet = haushaltsgeraet
        self.wechselrichter = wechselrichter

    def set_akku_discharge_hours(self, ds):
        self.akku.set_discharge_per_hour(ds)

    def set_eauto_charge_hours(self, ds):
        self.eauto.set_charge_per_hour(ds)

    def set_haushaltsgeraet_start(self, ds, global_start_hour=0):
        self.haushaltsgeraet.set_startzeitpunkt(ds, global_start_hour=global_start_hour)

    def reset(self):
        self.eauto.reset()
        self.akku.reset()

    def simuliere_ab_jetzt(self):
        jetzt = datetime.now()
        start_stunde = jetzt.hour
        # Berechne die Anzahl der Stunden bis zum gleichen Zeitpunkt am nächsten Tag
        stunden_bis_ende_tag = 24 - start_stunde
        # Füge diese Stunden zum nächsten Tag hinzu
        gesamt_stunden = stunden_bis_ende_tag + 24

        # Beginne die Simulation ab der aktuellen Stunde und führe sie für die berechnete Dauer aus
        return self.simuliere(start_stunde)

    def simuliere(self, start_stunde):
        lastkurve_wh = self.gesamtlast
        # Anzahl der Stunden berechnen
        assert (
            len(lastkurve_wh)
            == len(self.pv_prognose_wh)
            == len(self.strompreis_euro_pro_wh)
        ), f"Arraygrößen stimmen nicht überein: Lastkurve = {len(lastkurve_wh)}, PV-Prognose = {len(self.pv_prognose_wh)}, Strompreis = {len(self.strompreis_euro_pro_wh)}"

        ende = min(
            len(lastkurve_wh),
            len(self.pv_prognose_wh),
            len(self.strompreis_euro_pro_wh),
        )

        total_hours = ende - start_stunde

        # Initialisierung der Arrays mit NaN-Werten
        last_wh_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        netzeinspeisung_wh_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        netzbezug_wh_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        kosten_euro_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        einnahmen_euro_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        akku_soc_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        eauto_soc_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        verluste_wh_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)
        haushaltsgeraet_wh_pro_stunde = np.full(total_hours, np.nan)

        # Setze den initialen Ladezustand für Akku und E-Auto
        akku_soc_pro_stunde[start_stunde] = self.akku.ladezustand_in_prozent()
        if self.eauto:
            eauto_soc_pro_stunde[start_stunde] = self.eauto.ladezustand_in_prozent()

        for stunde in range(start_stunde + 1, ende):
            stunde_since_now = stunde - start_stunde
            # print(stunde_since_now)
            # Anfangszustände
            akku_soc_start = self.akku.ladezustand_in_prozent()
            eauto_soc_start = (
                self.eauto.ladezustand_in_prozent() if self.eauto else None
            )

            # Verbrauch und zusätzliche Lasten bestimmen
            verbrauch = self.gesamtlast[stunde]
            haushalts_last = 0

            if self.haushaltsgeraet is not None:
                haushalts_last = self.haushaltsgeraet.get_last_fuer_stunde(stunde)
            verbrauch += haushalts_last

            haushaltsgeraet_wh_pro_stunde[stunde_since_now] = haushalts_last

            # PV-Erzeugung und Strompreis für die Stunde
            erzeugung = self.pv_prognose_wh[stunde]
            strompreis = self.strompreis_euro_pro_wh[stunde]

            # Verluste initialisieren
            verluste_wh_pro_stunde[stunde_since_now] = 0.0

            # E-Auto-Verbrauch bestimmen
            if self.eauto:
                geladene_menge_eauto, verluste_eauto = self.eauto.energie_laden(
                    None, stunde
                )
                verbrauch += geladene_menge_eauto
                verluste_wh_pro_stunde[stunde_since_now] += verluste_eauto
                eauto_soc_pro_stunde[stunde_since_now] = (
                    self.eauto.ladezustand_in_prozent()
                )

            # Wechselrichter-Logik
            netzeinspeisung, netzbezug, verluste, eigenverbrauch = (
                self.wechselrichter.energie_verarbeiten(erzeugung, verbrauch, stunde)
            )

            # Ergebnisse speichern
            netzeinspeisung_wh_pro_stunde[stunde_since_now] = netzeinspeisung
            netzbezug_wh_pro_stunde[stunde_since_now] = netzbezug
            verluste_wh_pro_stunde[stunde_since_now] += verluste
            last_wh_pro_stunde[stunde_since_now] = verbrauch
            # Finanzen berechnen
            kosten_euro_pro_stunde[stunde_since_now] = netzbezug * strompreis
            einnahmen_euro_pro_stunde[stunde_since_now] = (
                netzeinspeisung * self.einspeiseverguetung_euro_pro_wh[stunde]
            )

            # Letzter Akkuzustand speichern
            akku_soc_pro_stunde[stunde_since_now] = self.akku.ladezustand_in_prozent()

        # Gesamtkosten berechnen
        gesamtkosten_euro = np.nansum(kosten_euro_pro_stunde) - np.nansum(
            einnahmen_euro_pro_stunde
        )

        out = {
            "Last_Wh_pro_Stunde": last_wh_pro_stunde,
            "Netzeinspeisung_Wh_pro_Stunde": netzeinspeisung_wh_pro_stunde,
            "Netzbezug_Wh_pro_Stunde": netzbezug_wh_pro_stunde,
            "Kosten_Euro_pro_Stunde": kosten_euro_pro_stunde,
            "akku_soc_pro_stunde": akku_soc_pro_stunde,
            "Einnahmen_Euro_pro_Stunde": einnahmen_euro_pro_stunde,
            "Gesamtbilanz_Euro": gesamtkosten_euro,
            "E-Auto_SoC_pro_Stunde": eauto_soc_pro_stunde,
            "Gesamteinnahmen_Euro": np.nansum(einnahmen_euro_pro_stunde),
            "Gesamtkosten_Euro": np.nansum(kosten_euro_pro_stunde),
            "Verluste_Pro_Stunde": verluste_wh_pro_stunde,
            "Gesamt_Verluste": np.nansum(verluste_wh_pro_stunde),
            "Haushaltsgeraet_wh_pro_stunde": haushaltsgeraet_wh_pro_stunde,
        }

        out = replace_nan_with_none(out)
        return out