Published January 1, 2019 | Version v1
Publication Open

An Optimal Energy Management Technique Using the $\epsilon$ -Constraint Method for Grid-Tied and Stand-Alone Battery-Based Microgrids

Creators

  • 1. Universidade de São Paulo
  • 2. Universidade Federal de Viçosa

Description

The intermittent characteristics of microgrids (MGs) have motivated the development of energy management systems (EMSs) in order to optimize the use of distributed energy resources.In current studies, the implementation of an EMS followed by experimental-based analyses for both grid-tied and stand-alone MG operation modes is often neglected.Additionally, the design of a management strategy that is capable of preserving the storage device lifetime in battery-based MGs using a power gradient approach is hardly seen in the literature.In this context, this work presents the application of an EMS for battery-based MGs which is suitable for both grid-tied and stand-alone operation modes.The proposed EMS is formulated as an optimal power flow (OPF) problem using the -constraint method which is responsible for computing the current references used by the EMS to control the MG sources.In the optimization problem, the total generation cost is minimized such that the active power losses are kept within pre-established boundaries, and a battery management strategy based on power gradient limitation is included.Finally, the effectiveness of the proposed EMS is evaluated by two scenarios which enable detailed analyses and validation.The first considers a dispatchable and a non-dispatchable source, whereas the second a dispatchable source and a storage device.The experimental results showed that the proposed EMS is efficient in both operation modes and is also capable of smoothing the state of charge (SoC) behavior of the storage device.

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

Translated Description (Arabic)

لقد حفزت الخصائص المتقطعة للشبكات الدقيقة (MGs) على تطوير أنظمة إدارة الطاقة (EMSs) من أجل تحسين استخدام موارد الطاقة الموزعة. في الدراسات الحالية، غالبًا ما يتم إهمال تنفيذ نظام إدارة الطاقة متبوعًا بتحليلات تجريبية لكل من أوضاع تشغيل MG المرتبطة بالشبكة والمستقلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تصميم استراتيجية إدارة قادرة على الحفاظ على عمر جهاز التخزين في MGs القائمة على البطارية باستخدام نهج تدرج الطاقة لا يكاد يُرى في الأدبيات. في هذا السياق، يقدم هذا العمل تطبيق نظام الإدارة البيئية لمولدات الطاقة القائمة على البطارية والمناسبة لكل من أوضاع التشغيل المرتبطة بالشبكة والمستقلة. تتم صياغة نظام الإدارة البيئية المقترح كمشكلة تدفق طاقة مثالية باستخدام طريقة التقييد المسؤولة عن حساب المراجع الحالية التي يستخدمها نظام الإدارة البيئية للتحكم في مصادر مولدات الطاقة. في مشكلة التحسين، يتم تقليل التكلفة الإجمالية للتوليد بحيث يتم الاحتفاظ بفقدان الطاقة النشط ضمن الحدود المحددة مسبقًا، ويتم تضمين استراتيجية إدارة البطارية بناءً على قيود تدرج الطاقة. أخيرًا، يتم تقييم فعالية نظام الإدارة البيئية المقترح من خلال سيناريوهين يتيحان التحليلات التفصيلية والتحقق من الصحة. يعتبر الأول مصدرًا قابلاً للإرسال وغير قابل للإرسال، بينما يعتبر الثاني مصدرًا قابلاً للإرسال وجهاز تخزين. أظهرت النتائج التجريبية أن نظام الإدارة البيئية المقترح فعال في كلا وضعي التشغيل وقادر أيضًا على تمهيد سلوك حالة الشحن (SoC) لجهاز التخزين.

Translated Description (French)

Les caractéristiques intermittentes des micro-réseaux (MG) ont motivé le développement de systèmes de gestion de l'énergie (SME) afin d'optimiser l'utilisation des ressources énergétiques distribuées. Dans les études actuelles, la mise en œuvre d'un SME suivi d'analyses expérimentales pour les modes de fonctionnement MG liés au réseau et autonomes est souvent négligée. De plus, la conception d'une stratégie de gestion capable de préserver la durée de vie du dispositif de stockage dans les MG basés sur des batteries en utilisant une approche de gradient de puissance est à peine visible dans la littérature. Dans ce contexte, ce travail présente l'application d'un EMS pour les MG sur batterie qui convient à la fois aux modes de fonctionnement liés au réseau et autonomes. L'EMS proposé est formulé comme un problème de flux de puissance optimal (OPF) en utilisant la méthode -constraint qui est responsable du calcul des références actuelles utilisées par l'EMS pour contrôler les sources de MG. Dans le problème d'optimisation, le coût total de production est minimisé de sorte que les pertes de puissance actives sont maintenues dans des limites préétablies, et une stratégie de gestion de la batterie basée sur la limitation du gradient de puissance est incluse. Enfin, l'efficacité de l'EMS proposé est évaluée par deux scénarios qui permettent des analyses et une validation détaillées. Le premier considère une source dispatchable et une source non dispatchable, tandis que le second une source dispatchable et un dispositif de stockage. Les résultats expérimentaux ont montré que l'EMS proposé est efficace dans les deux modes de fonctionnement et est également capable de lisser le comportement de l'état de charge (SoC) du dispositif de stockage.

Translated Description (Spanish)

Las características intermitentes de las microrredes (MG) han motivado el desarrollo de sistemas de gestión de energía (EMS) para optimizar el uso de los recursos energéticos distribuidos. En los estudios actuales, a menudo se descuida la implementación de un EMS seguido de análisis basados en experimentos para los modos de operación MG conectados a la red y autónomos. Además, el diseño de una estrategia de gestión que sea capaz de preservar la vida útil del dispositivo de almacenamiento en MG basados en baterías utilizando un enfoque de gradiente de potencia apenas se ve en la literatura. En este contexto, este trabajo presenta la aplicación de un EMS para MG basados en baterías que es adecuado tanto para los modos de operación conectados a la red como para los independientes. El EMS propuesto se formula como un problema de flujo de energía óptimo (OPF) utilizando el método de restricción que es responsable de calcular las referencias actuales utilizadas por el EMS para controlar las fuentes de MG. En el problema de optimización, el costo total de generación se minimiza de modo que las pérdidas de energía activa se mantengan dentro de los límites preestablecidos y se incluye una estrategia de gestión de la batería basada en la limitación del gradiente de potencia. Finalmente, se evalúa la efectividad del EMS propuesto por dos escenarios que permiten análisis y validación detallados. El primero considera una fuente despachable y una no despachable, mientras que el segundo una fuente despachable y un dispositivo de almacenamiento. Los resultados experimentales mostraron que el EMS propuesto es eficiente en ambos modos de operación y también es capaz de suavizar el comportamiento del estado de carga (SoC) del dispositivo de almacenamiento.

Files

08903186.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:38105fd6e60e989d36c0c2fbbf53cfb5
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقنية إدارة الطاقة المثلى باستخدام طريقة التقييد $\epsilon$ للشبكات الدقيقة المرتبطة بالشبكة والمستقلة القائمة على البطارية
Translated title (French)
Une technique de gestion optimale de l'énergie utilisant la méthode $ \epsilon$ -Constraint pour les micro-réseaux à batterie reliés au réseau et autonomes
Translated title (Spanish)
Una técnica de gestión de energía óptima utilizando el método de restricción $\épsilon$ para microrredes basadas en baterías independientes y conectadas a la red

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2991476682
DOI
10.1109/access.2019.2954050

Is supplement to
https://openalex.org/W4315574134 (Other)
https://openalex.org/W2907064728 (Other)
https://openalex.org/W2786017303 (Other)
https://openalex.org/W2767224287 (Other)
https://openalex.org/W2588509533 (Other)
https://openalex.org/W2547455010 (Other)
https://openalex.org/W2418139042 (Other)
https://openalex.org/W2112195110 (Other)
https://openalex.org/W1985871303 (Other)
https://openalex.org/W1976369547 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1595498733
  • https://openalex.org/W1904035833
  • https://openalex.org/W1980187301
  • https://openalex.org/W1985871303
  • https://openalex.org/W1992970170
  • https://openalex.org/W1994037823
  • https://openalex.org/W2006246155
  • https://openalex.org/W2019681626
  • https://openalex.org/W2023247191
  • https://openalex.org/W2056324569
  • https://openalex.org/W2088862364
  • https://openalex.org/W2164560052
  • https://openalex.org/W2304726548
  • https://openalex.org/W2343193091
  • https://openalex.org/W2344305891
  • https://openalex.org/W2514021065
  • https://openalex.org/W2515422426
  • https://openalex.org/W2520412450
  • https://openalex.org/W2547934986
  • https://openalex.org/W2581622951
  • https://openalex.org/W2610649106
  • https://openalex.org/W2614034933
  • https://openalex.org/W2739010045
  • https://openalex.org/W2739487749
  • https://openalex.org/W2747227357
  • https://openalex.org/W2789184469
  • https://openalex.org/W2802339474
  • https://openalex.org/W2804054074
  • https://openalex.org/W2898414640
  • https://openalex.org/W2903487627
  • https://openalex.org/W2905722374
  • https://openalex.org/W4301014524