Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Optimal energy trading in cooperative microgrids considering hybrid renewable energy systems

Creators

  • 1. Huazhong University of Science and Technology
  • 2. COMSATS University Islamabad
  • 3. Taibah University
  • 4. Future University in Egypt
  • 5. Ain Shams University

Description

This study presents a novel method for optimal energy trading within microgrids considering renewable energy (RE) integration. The proposed approach uses the hybridization of particle swarm optimization and gravitational search algorithms (PSO-GSA) with Nash Bargaining to optimize power flow and energy trading between interconnected MGs and the main utility grid. Unlike existing solutions, the proposed model promotes cooperative energy trading among MGs and the main grid, considering network constraints and RE's inherent uncertainty; consequently, it addresses key challenges related to model design, pricing fairness, power flow optimization, and network constraints. The proposed method is implemented in MATLAB® considering the interconnection of four different MGs, called cooperative MGs, which optimally enable energy trading within the cooperative MGs and main utility. Simulation results, case studies and comparisons demonstrate the relevance of the proposed hybrid PSO-GSA in terms of maximizing the RE utilization, reducing load burden on the main grid and substantial cost reductions, with monthly energy costs decreased by $60,720 compared to the base case of $94,551. Also, the robustness and efficiency of the proposed PSOGSA algorithm are evaluated by comparing it with other well-established metaheuristic optimization methods under the same system data, control variables, and constraints. This research significantly contributes to MG energy trading by proactively optimizing economic operations and increasing RE utilization while adapting cooperation among interconnected MGs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه الدراسة طريقة جديدة لتداول الطاقة الأمثل داخل الشبكات الدقيقة مع الأخذ في الاعتبار تكامل الطاقة المتجددة (RE). يستخدم النهج المقترح تهجين خوارزميات تحسين سرب الجسيمات والبحث عن الجاذبية (PSO - GSA) مع مساومة ناش لتحسين تدفق الطاقة وتداول الطاقة بين MGs المترابطة وشبكة المرافق الرئيسية. على عكس الحلول الحالية، يعزز النموذج المقترح تجارة الطاقة التعاونية بين MGs والشبكة الرئيسية، مع الأخذ في الاعتبار قيود الشبكة وعدم اليقين المتأصل في الطاقة المتجددة ؛ وبالتالي، فإنه يعالج التحديات الرئيسية المتعلقة بتصميم النموذج، وإنصاف التسعير، وتحسين تدفق الطاقة، وقيود الشبكة. يتم تنفيذ الطريقة المقترحة في MATLAB® مع الأخذ في الاعتبار الربط البيني لأربعة MGs مختلفة، تسمى MGs التعاونية، والتي تمكن على النحو الأمثل تداول الطاقة داخل MGs التعاونية والمرافق الرئيسية. تُظهر نتائج المحاكاة ودراسات الحالة والمقارنات أهمية PSO - GSA الهجين المقترح من حيث تعظيم استخدام الطاقة المتجددة، وتقليل عبء الحمل على الشبكة الرئيسية وتخفيضات كبيرة في التكاليف، مع انخفاض تكاليف الطاقة الشهرية بمقدار 60،720 دولارًا مقارنة بالحالة الأساسية البالغة 94،551 دولارًا. كما يتم تقييم متانة وكفاءة خوارزمية PSOGSA المقترحة من خلال مقارنتها بطرق التحسين الميتاهيوريستية الأخرى الراسخة تحت نفس بيانات النظام ومتغيرات التحكم والقيود. يساهم هذا البحث بشكل كبير في تداول طاقة MG من خلال تحسين العمليات الاقتصادية بشكل استباقي وزيادة استخدام الطاقة المتجددة مع تكييف التعاون بين MGs المترابطة.

Translated Description (French)

Cette étude présente une nouvelle méthode pour le commerce optimal de l'énergie au sein des micro-réseaux en tenant compte de l'intégration des énergies renouvelables (ER). L'approche proposée utilise l'hybridation de l'optimisation des essaims de particules et des algorithmes de recherche gravitationnelle (PSO-GSA) avec la négociation Nash pour optimiser le flux d'énergie et le commerce d'énergie entre les MG interconnectés et le réseau de distribution principal. Contrairement aux solutions existantes, le modèle proposé favorise le commerce coopératif de l'énergie entre les MG et le réseau principal, en tenant compte des contraintes du réseau et de l'incertitude inhérente à RE ; par conséquent, il répond aux principaux défis liés à la conception du modèle, à l'équité des prix, à l'optimisation du flux d'énergie et aux contraintes du réseau. La méthode proposée est mise en œuvre dans Matlab® en considérant l'interconnexion de quatre MG différentes, appelées MG coopératives, qui permettent de manière optimale le commerce de l'énergie au sein des MG coopératives et de l'utilitaire principal. Les résultats de simulation, les études de cas et les comparaisons démontrent la pertinence du PSO-GSA hybride proposé en termes de maximisation de l'utilisation des énergies renouvelables, de réduction de la charge sur le réseau principal et de réductions substantielles des coûts, les coûts énergétiques mensuels ayant diminué de 60 720 $ par rapport au scénario de base de 94 551 $ . En outre, la robustesse et l'efficacité de l'algorithme PSOGSA proposé sont évaluées en le comparant à d'autres méthodes d'optimisation métaheuristique bien établies sous les mêmes données système, variables de contrôle et contraintes. Cette recherche contribue de manière significative au commerce de l'énergie MG en optimisant de manière proactive les opérations économiques et en augmentant l'utilisation des énergies renouvelables tout en adaptant la coopération entre les MG interconnectés.

Translated Description (Spanish)

Este estudio presenta un método novedoso para el comercio óptimo de energía dentro de las microrredes considerando la integración de la energía renovable (RE). El enfoque propuesto utiliza la hibridación de la optimización del enjambre de partículas y los algoritmos de búsqueda gravitacional (PSO-GSA) con la negociación de Nash para optimizar el flujo de energía y el comercio de energía entre los MG interconectados y la red eléctrica principal. A diferencia de las soluciones existentes, el modelo propuesto promueve el comercio cooperativo de energía entre los MG y la red principal, teniendo en cuenta las limitaciones de la red y la incertidumbre inherente de RE; en consecuencia, aborda los desafíos clave relacionados con el diseño del modelo, la equidad de los precios, la optimización del flujo de energía y las limitaciones de la red. El método propuesto se implementa en MATLAB® considerando la interconexión de cuatro MG diferentes, llamadas MG cooperativas, que permiten de manera óptima el comercio de energía dentro de las MG cooperativas y la utilidad principal. Los resultados de la simulación, los estudios de casos y las comparaciones demuestran la relevancia del PSO-GSA híbrido propuesto en términos de maximizar la utilización de RE, reducir la carga de carga en la red principal y reducciones sustanciales de costos, con costos mensuales de energía reducidos en $ 60,720 en comparación con el caso base de $ 94,551. Además, la robustez y la eficiencia del algoritmo PSOGSA propuesto se evalúan comparándolo con otros métodos de optimización metaheurística bien establecidos bajo los mismos datos del sistema, variables de control y restricciones. Esta investigación contribuye significativamente al comercio de energía de MG al optimizar proactivamente las operaciones económicas y aumentar la utilización de RE, al tiempo que adapta la cooperación entre MG interconectadas.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تداول الطاقة الأمثل في الشبكات المتناهية الصغر التعاونية مع الأخذ في الاعتبار أنظمة الطاقة المتجددة الهجينة
Translated title (French)
Échange d'énergie optimal dans les micro-réseaux coopératifs en tenant compte des systèmes d'énergie renouvelable hybride
Translated title (Spanish)
Trading energético óptimo en microrredes cooperativas considerando sistemas híbridos de energía renovable

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388994968
DOI
10.1016/j.aej.2023.11.052

Is supplement to
https://openalex.org/W4386596916 (Other)
https://openalex.org/W3212544526 (Other)
https://openalex.org/W3097919110 (Other)
https://openalex.org/W3019402777 (Other)
https://openalex.org/W3017124762 (Other)
https://openalex.org/W2388590088 (Other)
https://openalex.org/W2031835531 (Other)
https://openalex.org/W2022727000 (Other)
https://openalex.org/W2021194995 (Other)
https://openalex.org/W1969166468 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W2061438946
  • https://openalex.org/W2605474381
  • https://openalex.org/W2825621341
  • https://openalex.org/W2940887500
  • https://openalex.org/W2947666304
  • https://openalex.org/W2954314328
  • https://openalex.org/W3027314705
  • https://openalex.org/W3031637884
  • https://openalex.org/W3094401630
  • https://openalex.org/W3134572472
  • https://openalex.org/W3161496117
  • https://openalex.org/W3163538767
  • https://openalex.org/W3177993093
  • https://openalex.org/W3184425267
  • https://openalex.org/W3196945518
  • https://openalex.org/W3209381781
  • https://openalex.org/W4206502375
  • https://openalex.org/W4213234608
  • https://openalex.org/W4214570018
  • https://openalex.org/W4220830754
  • https://openalex.org/W4235361695
  • https://openalex.org/W4281490893
  • https://openalex.org/W4285384219
  • https://openalex.org/W4294591092
  • https://openalex.org/W4296371661
  • https://openalex.org/W4317618818
  • https://openalex.org/W4318046623
  • https://openalex.org/W4320520702
  • https://openalex.org/W4323056259
  • https://openalex.org/W4361283625
  • https://openalex.org/W4365445460
  • https://openalex.org/W4367677450
  • https://openalex.org/W4383750468
  • https://openalex.org/W4384156623