Published June 15, 2021 | Version v1
Publication Open

Design of an Intelligent System for Controlling and Balancing Renewable Energy Flows in an Autonomous Micro-Grid

Creators

  • 1. University of Lomé
  • 2. Université de Lorraine

Description

Pooling different renewable energy sources (hydrogen, solar, wind, geothermal, etc.) enables developing a standalone energy micro-grid. The energy flows from these various sources are neither constant nor equivalent. Therefore, control and balancing mechanisms should be established for optimal energy utilization through an intelligent system based on interconnected microcontrollers networked with sensors. Our contribution addresses this issue by proposing an original architecture of an intelligent and distributed control system based on a sensor network and a strategy to share the electric power through the micro-grid. In our work we consider a micro-grid powered by sources of wind turbine, pv panels and battery which energy flows are controlled and balanced through our system depending on power demand of the loads. Alternating Current (AC) bus and Direct Current (DC) bus are tied together by an inverter. A set of microcontroller-sensor-actuators (which we named S.A.D for Sensor/Actuator Device) are deployed at strategic points in the micro-grid providing constantly data from power generated and consumed, equipment health and status. A control algorithm developed in relation to a network control strategy is implemented by combining the performance different microcontroller boards. Relying on existing literature works, a review of solution approaches to the challenging problem, of the power flows balancing between the different energy sources and storage batteries embedding appropriate IoT technologies and exploiting energy big-data platforms, is presented

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

Translated Description (Arabic)

يتيح تجميع مصادر الطاقة المتجددة المختلفة (الهيدروجين والطاقة الشمسية والرياح والطاقة الحرارية الأرضية وما إلى ذلك) تطوير شبكة طاقة صغيرة مستقلة. تدفقات الطاقة من هذه المصادر المختلفة ليست ثابتة ولا مكافئة. لذلك، يجب إنشاء آليات للتحكم والموازنة من أجل الاستخدام الأمثل للطاقة من خلال نظام ذكي يعتمد على وحدات تحكم دقيقة مترابطة متصلة بشبكة مع أجهزة الاستشعار. تعالج مساهمتنا هذه المشكلة من خلال اقتراح بنية أصلية لنظام تحكم ذكي وموزع يعتمد على شبكة مستشعرات واستراتيجية لمشاركة الطاقة الكهربائية من خلال الشبكة الصغيرة. في عملنا، نعتبر شبكة صغيرة مدعومة بمصادر توربينات الرياح والألواح الكهروضوئية والبطارية التي يتم التحكم في تدفقات الطاقة وموازنتها من خلال نظامنا اعتمادًا على طلب الطاقة للأحمال. يتم ربط ناقل التيار المتردد وناقل التيار المستمر معًا بواسطة عاكس. يتم نشر مجموعة من أجهزة التحكم الدقيقة - أجهزة الاستشعار - المشغلات (التي أطلقنا عليها اسم S.A.D لجهاز الاستشعار/المشغل) في نقاط استراتيجية في الشبكة الصغيرة التي توفر باستمرار بيانات من الطاقة المولدة والمستهلكة، وصحة المعدات وحالتها. يتم تنفيذ خوارزمية التحكم التي تم تطويرها فيما يتعلق باستراتيجية التحكم في الشبكة من خلال الجمع بين لوحات الأداء المختلفة لوحدات التحكم الدقيقة. بالاعتماد على الأعمال الأدبية الحالية، يتم تقديم مراجعة لنهج الحلول للمشكلة الصعبة، وموازنة تدفقات الطاقة بين مصادر الطاقة المختلفة وبطاريات التخزين التي تتضمن تقنيات إنترنت الأشياء المناسبة واستغلال منصات البيانات الضخمة للطاقة.

Translated Description (French)

La mutualisation des différentes énergies renouvelables (hydrogène, solaire, éolien, géothermique…) permet de développer un micro-réseau énergétique autonome. Les flux d'énergie provenant de ces différentes sources ne sont ni constants ni équivalents. Par conséquent, des mécanismes de contrôle et d'équilibrage doivent être établis pour une utilisation optimale de l'énergie grâce à un système intelligent basé sur des microcontrôleurs interconnectés en réseau avec des capteurs. Notre contribution aborde cette question en proposant une architecture originale d'un système de contrôle intelligent et distribué basé sur un réseau de capteurs et une stratégie de partage de l'énergie électrique à travers le micro-réseau. Dans notre travail, nous considérons un micro-réseau alimenté par des sources d'éoliennes, des panneaux photovoltaïques et une batterie dont les flux d'énergie sont contrôlés et équilibrés dans notre système en fonction de la demande d'énergie des charges. Le bus à courant alternatif (CA) et le bus à courant continu (CC) sont reliés ensemble par un onduleur. Un ensemble de microcontrôleurs-capteurs-actionneurs (que nous avons nommés S.A.D pour Sensor/Actuator Device) sont déployés à des points stratégiques du micro-réseau, fournissant en permanence des données sur l'énergie générée et consommée, l'état de santé et l'état de l'équipement. Un algorithme de contrôle développé en relation avec une stratégie de contrôle de réseau est mis en œuvre en combinant les performances des différentes cartes de microcontrôleur. En s'appuyant sur des travaux de littérature existants, un examen des approches de solution au problème difficile, de l'équilibrage des flux d'énergie entre les différentes sources d'énergie et les batteries de stockage intégrant les technologies IoT appropriées et exploitant les plates-formes de mégadonnées énergétiques, est présenté

Translated Description (Spanish)

La puesta en común de diferentes fuentes de energía renovable (hidrógeno, solar, eólica, geotérmica, etc.) permite desarrollar una microrred de energía independiente. Los flujos de energía de estas diversas fuentes no son constantes ni equivalentes. Por lo tanto, se deben establecer mecanismos de control y equilibrio para una utilización óptima de la energía a través de un sistema inteligente basado en microcontroladores interconectados en red con sensores. Nuestra contribución aborda este tema proponiendo una arquitectura original de un sistema de control inteligente y distribuido basado en una red de sensores y una estrategia para compartir la energía eléctrica a través de la microrred. En nuestro trabajo consideramos una microrred alimentada por fuentes de turbinas eólicas, paneles fotovoltaicos y baterías cuyos flujos de energía se controlan y equilibran a través de nuestro sistema en función de la demanda de potencia de las cargas. El bus de corriente alterna (CA) y el bus de corriente continua (CC) están unidos por un inversor. Se despliega un conjunto de microcontrolador-sensor-actuadores (que denominamos S.A.D por Sensor/Actuator Device) en puntos estratégicos de la microrred que proporcionan constantemente datos de la energía generada y consumida, el estado y el estado del equipo. Se implementa un algoritmo de control desarrollado en relación con una estrategia de control de red combinando el rendimiento de diferentes placas de microcontrolador. Basándose en los trabajos de la literatura existente, se presenta una revisión de los enfoques de solución al problema desafiante, del equilibrio de los flujos de energía entre las diferentes fuentes de energía y las baterías de almacenamiento que incorporan las tecnologías IoT apropiadas y explotan las plataformas de big data de energía.

Files

65.pdf

Files (1.3 MB)

⚠️ 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
md5:1fe52c539a14b781806599f603561075
1.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تصميم نظام ذكي للتحكم في تدفقات الطاقة المتجددة وموازنتها في شبكة صغيرة مستقلة
Translated title (French)
Conception d'un système intelligent pour contrôler et équilibrer les flux d'énergie renouvelable dans un micro-réseau autonome
Translated title (Spanish)
Diseño de un sistema inteligente para controlar y equilibrar los flujos de energía renovable en una microrred autónoma

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3170857712
DOI
10.52825/thwildauensp.v1i.27

Is supplement to
https://openalex.org/W4316095964 (Other)
https://openalex.org/W2383001583 (Other)
https://openalex.org/W2771395446 (Other)
https://openalex.org/W2131084560 (Other)
https://openalex.org/W3112038843 (Other)
https://openalex.org/W3209836052 (Other)
https://openalex.org/W2088310429 (Other)
https://openalex.org/W2161641032 (Other)
https://openalex.org/W2496340490 (Other)
https://openalex.org/W3096135418 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Togo

References

  • https://openalex.org/W51105495
  • https://openalex.org/W1969350163
  • https://openalex.org/W1975074329
  • https://openalex.org/W1976720562
  • https://openalex.org/W1988044227
  • https://openalex.org/W2020461534
  • https://openalex.org/W2044674579
  • https://openalex.org/W2044979206
  • https://openalex.org/W2051053503
  • https://openalex.org/W2076901187
  • https://openalex.org/W2087939098
  • https://openalex.org/W2096814880
  • https://openalex.org/W2111807598
  • https://openalex.org/W2144292666
  • https://openalex.org/W2160603203
  • https://openalex.org/W2279740869
  • https://openalex.org/W2444004245
  • https://openalex.org/W2494069733
  • https://openalex.org/W2735941534
  • https://openalex.org/W2793250060
  • https://openalex.org/W2952961080
  • https://openalex.org/W2955786893
  • https://openalex.org/W2969583644