Published January 1, 2020
| Version v1
Publication
Open
Optimal Demand Response Management of a Residential Microgrid Using Model Predictive Control
- 1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná
- 2. Universidad de Sevilla
Description
Demand response (DR) is an important factor contributing to achieve a balance between energy production and demand in Smart Grids. DR plays a key role in the use of residential energy allowing to improve the load management, electrical grid reliability, to reduce energy demand during peak hours and to minimize the use of energy in face of increasing energy prices. This article proposes a Model Predictive Control (MPC) strategy to manage the energy resources of a residential microgrid combined with DR techniques, such as load curtailment, that promotes short term reduction of electricity demand in pre-defined hours. In particular, the presented approach encompasses degradation issues of the Energy Storage System (ESS), the cost of the electricity, renewable energy generation, and other operational constraints. The developed control strategy is able to maximize microgrid economical benefit, while minimizing the degradation of the ESS, reducing electricity consumption during the day, and fulfilling the different operational constraints. The proposed strategy is validated in an experimental renewable-energy based microgrid platform for different climatic conditions. The obtained results demonstrate and verify the effectiveness of the proposed control and management strategy.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد الاستجابة للطلب عاملاً مهمًا يساهم في تحقيق التوازن بين إنتاج الطاقة والطلب في الشبكات الذكية. يلعب الحد من مخاطر الكوارث دورًا رئيسيًا في استخدام الطاقة السكنية مما يسمح بتحسين إدارة الحمل وموثوقية الشبكة الكهربائية وتقليل الطلب على الطاقة خلال ساعات الذروة وتقليل استخدام الطاقة في مواجهة ارتفاع أسعار الطاقة. تقترح هذه المقالة استراتيجية نموذجية للتحكم التنبئي لإدارة موارد الطاقة للشبكة الصغيرة السكنية جنبًا إلى جنب مع تقنيات الحد من مخاطر الكوارث، مثل تقليل الحمل، والتي تعزز الحد على المدى القصير من الطلب على الكهرباء في ساعات محددة مسبقًا. على وجه الخصوص، يشمل النهج المقدم قضايا تدهور نظام تخزين الطاقة، وتكلفة الكهرباء، وتوليد الطاقة المتجددة، والقيود التشغيلية الأخرى. إن استراتيجية التحكم المطورة قادرة على تعظيم الفائدة الاقتصادية للشبكات الصغيرة، مع تقليل تدهور نظام تخزين الطاقة، وتقليل استهلاك الكهرباء خلال اليوم، والوفاء بالقيود التشغيلية المختلفة. يتم التحقق من صحة الاستراتيجية المقترحة في منصة شبكة مجهرية تجريبية قائمة على الطاقة المتجددة لظروف مناخية مختلفة. توضح النتائج التي تم الحصول عليها وتتحقق من فعالية استراتيجية الرقابة والإدارة المقترحة.Translated Description (French)
La réponse à la demande (DR) est un facteur important qui contribue à atteindre un équilibre entre la production d'énergie et la demande dans les réseaux intelligents. La DR joue un rôle clé dans l'utilisation de l'énergie résidentielle, ce qui permet d'améliorer la gestion de la charge, la fiabilité du réseau électrique, de réduire la demande d'énergie pendant les heures de pointe et de minimiser l'utilisation de l'énergie face à la hausse des prix de l'énergie. Cet article propose une stratégie de contrôle prédictif par modèle (MPC) pour gérer les ressources énergétiques d'un micro-réseau résidentiel combinée à des techniques de DR, telles que la réduction de la charge, qui favorise la réduction à court terme de la demande d'électricité dans des heures prédéfinies. En particulier, l'approche présentée englobe les problèmes de dégradation du système de stockage d'énergie (SSE), le coût de l'électricité, la production d'énergie renouvelable et d'autres contraintes opérationnelles. La stratégie de contrôle développée est capable de maximiser les avantages économiques du micro-réseau, tout en minimisant la dégradation du SSE, en réduisant la consommation d'électricité pendant la journée et en répondant aux différentes contraintes opérationnelles. La stratégie proposée est validée dans une plateforme expérimentale de micro-réseaux basée sur les énergies renouvelables pour différentes conditions climatiques. Les résultats obtenus démontrent et vérifient l'efficacité de la stratégie de contrôle et de gestion proposée.Translated Description (Spanish)
La respuesta a la demanda (DR) es un factor importante que contribuye a lograr un equilibrio entre la producción de energía y la demanda en las redes inteligentes. DR juega un papel clave en el uso de la energía residencial permitiendo mejorar la gestión de la carga, la confiabilidad de la red eléctrica, reducir la demanda de energía durante las horas pico y minimizar el uso de energía frente al aumento de los precios de la energía. Este artículo propone una estrategia de Model Predictive Control (MPC) para gestionar los recursos energéticos de una microrred residencial combinada con técnicas de DR, como la reducción de carga, que promueve la reducción a corto plazo de la demanda de electricidad en horas predefinidas. En particular, el enfoque presentado abarca problemas de degradación del Sistema de Almacenamiento de Energía (ESS), el costo de la electricidad, la generación de energía renovable y otras restricciones operativas. La estrategia de control desarrollada es capaz de maximizar el beneficio económico de la microrred, al tiempo que minimiza la degradación del ESS, reduce el consumo de electricidad durante el día y cumple con las diferentes restricciones operativas. La estrategia propuesta se valida en una plataforma experimental de microrred basada en energía renovable para diferentes condiciones climáticas. Los resultados obtenidos demuestran y verifican la efectividad de la estrategia de control y gestión propuesta.Files
09296774.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:388e7667028564c50648750450216cc2
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إدارة الاستجابة المثلى للطلب لشبكة سكنية صغيرة باستخدام نموذج التحكم التنبؤي
- Translated title (French)
- Gestion optimale de la réponse à la demande d'un microréseau résidentiel à l'aide du contrôle prédictif du modèle
- Translated title (Spanish)
- Gestión óptima de la respuesta a la demanda de una microrred residencial mediante el control predictivo del modelo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3111492021
- DOI
- 10.1109/access.2020.3045459
References
- https://openalex.org/W1996619889
- https://openalex.org/W2014862314
- https://openalex.org/W2026647281
- https://openalex.org/W2034382298
- https://openalex.org/W2062447617
- https://openalex.org/W2069048963
- https://openalex.org/W2075086576
- https://openalex.org/W2153997455
- https://openalex.org/W2327083828
- https://openalex.org/W2412523952
- https://openalex.org/W2430875395
- https://openalex.org/W2509715439
- https://openalex.org/W2560235419
- https://openalex.org/W2563096608
- https://openalex.org/W2774653084
- https://openalex.org/W2792522285
- https://openalex.org/W2801424816
- https://openalex.org/W2895767766
- https://openalex.org/W2905544896
- https://openalex.org/W2917512726
- https://openalex.org/W2920389277
- https://openalex.org/W2948050861
- https://openalex.org/W2976814892
- https://openalex.org/W2976854413
- https://openalex.org/W2989409517
- https://openalex.org/W2999277986
- https://openalex.org/W3001857180
- https://openalex.org/W3003993292
- https://openalex.org/W3026025000
- https://openalex.org/W3089129198
- https://openalex.org/W3102713160