Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Optimal Planning and EMS Design of PV Based Standalone Rural Microgrids

Creators

  • 1. Huazhong University of Science and Technology
  • 2. ORCID
  • 3. Bahria University
  • 4. Tanta University
  • 5. Konya Food and Agriculture University
  • 6. Durban University of Technology
  • 7. Gwangju Institute of Science and Technology

Description

Standalone rural microgrid (MG) systems are considered as a sustainable and economical solutions towards rural area electrifications. Specific control schemes are necessary to adopt for reliable and economic performance of these rural MGs. This study focuses on the optimal utilization of biomass potential considering specific applications of bio generator (BG) with BG-PV-WT-BSS and BG-PV-SMES based standalone rural MG systems. In the first case of the BG-PV-WT-BSS, the optimal sizing/selection of DGs of a rural MG has been proposed using the improved-MILP (I-MILP) approach. The objectives of this study were to minimize total net present cost (TNPC), the levelized cost of energy (LCOE) and GHG emissions. In the second case of BG-PV-SMES, the simulation model of the rural microgrid consisting of a variable speed bio generator (VSBG) and photovoltaic (PV) has been developed. Afterwards, a simplified EMS has been designed for the coordinated operation control of the distributed energy resources (DERs) in the rural MGs using MATLAB/Simulink ® environment. For the DGs connected via power converter, FOSMC and FCS-MPC based coordinated control has been proposed in the simplified EMS. The purpose of the FOSMC and FCS-MPC based power converter is the improvement of the system performance (for instance power quality, regulated voltage and THD) under external disturbances. Simulation analysis shows the better operation of FOSMC and FCS-MPC under less THD and improved power quality.

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

Translated Description (Arabic)

تعتبر أنظمة الشبكات الريفية الصغيرة المستقلة (MG) بمثابة حلول مستدامة واقتصادية لكهربة المناطق الريفية. من الضروري اعتماد مخططات تحكم محددة من أجل الأداء الاقتصادي الموثوق به لهذه المجموعات الرئيسية الريفية. تركز هذه الدراسة على الاستخدام الأمثل لإمكانات الكتلة الحيوية مع مراعاة التطبيقات المحددة للمولد الحيوي (BG) مع أنظمة MG الريفية المستقلة القائمة على BG - PV - WT - BSS و BG - PV - SMES. في الحالة الأولى من BG - PV - WT - BSS، تم اقتراح الحجم/الاختيار الأمثل لـ DGs لـ MG الريفي باستخدام نهج MILP المحسن (I - MILP). كانت أهداف هذه الدراسة هي تقليل إجمالي صافي التكلفة الحالية (TNPC) والتكلفة المستوية للطاقة (LCOE) وانبعاثات غازات الدفيئة. في الحالة الثانية من BG - PV - SMES، تم تطوير نموذج محاكاة الشبكة الدقيقة الريفية التي تتكون من مولد حيوي متغير السرعة (VSBG) والخلايا الكهروضوئية (PV). بعد ذلك، تم تصميم نظام EMS مبسط للتحكم في التشغيل المنسق لموارد الطاقة الموزعة (DERs) في MGs الريفية باستخدام بيئة MATLAB/Simulink ®. بالنسبة لمولدات الديزل المتصلة عبر محول الطاقة، تم اقتراح التحكم المنسق القائم على FOSMC و FCS - MPC في نظام الإدارة البيئية المبسط. الغرض من محول الطاقة القائم على FOSMC و FCS - MPC هو تحسين أداء النظام (على سبيل المثال جودة الطاقة والجهد المنظم و THD) في ظل الاضطرابات الخارجية. يُظهر تحليل المحاكاة التشغيل الأفضل لـ FOSMC و FCS - MPC تحت THD أقل وجودة طاقة محسنة.

Translated Description (French)

Les systèmes autonomes de micro-réseaux ruraux (MG) sont considérés comme des solutions durables et économiques pour l'électrification des zones rurales. Des schémas de contrôle spécifiques sont nécessaires à adopter pour des performances fiables et économiques de ces MG ruraux. Cette étude se concentre sur l'utilisation optimale du potentiel de biomasse en tenant compte des applications spécifiques du bio générateur (BG) avec les systèmes MG ruraux autonomes basés sur BG-PV-WT-BSS et BG-PV-SMES. Dans le premier cas du BG-PV-WT-BSS, le dimensionnement/sélection optimal des DG d'un MG rural a été proposé en utilisant l'approche améliorée-MILP (I-MILP). Les objectifs de cette étude étaient de minimiser le coût total net actuel (TNPC), le coût actualisé de l'énergie (LCOE) et les émissions de GES. Dans le deuxième cas de BG-PV-SMES, le modèle de simulation du micro-réseau rural constitué d'un bio générateur à vitesse variable (VSBG) et photovoltaïque (PV) a été développé. Par la suite, un SME simplifié a été conçu pour le contrôle coordonné du fonctionnement des ressources énergétiques distribuées (DER) dans les MG rurales en utilisant l'environnement Matlab/Simulink ®. Pour les DG connectés via un convertisseur de puissance, un contrôle coordonné basé sur FOSMC et FCS-MPC a été proposé dans le SME simplifié. Le convertisseur de puissance basé sur FOSMC et FCS-MPC a pour objectif d'améliorer les performances du système (par exemple, la qualité de l'alimentation, la tension régulée et le THD) en cas de perturbations externes. L'analyse de simulation montre un meilleur fonctionnement du FOSMC et du FCS-MPC sous moins de THD et une meilleure qualité d'alimentation.

Translated Description (Spanish)

Los sistemas independientes de microrredes rurales (MG) se consideran una solución sostenible y económica para las electrificaciones de las zonas rurales. Es necesario adoptar esquemas de control específicos para el desempeño confiable y económico de estos MG rurales. Este estudio se centra en la utilización óptima del potencial de biomasa considerando aplicaciones específicas del biogenerador (BG) con sistemas de MG rurales independientes basados en BG-PV-WT-BSS y BG-PV-SMES. En el primer caso del BG-PV-WT-BSS, se ha propuesto el tamaño/selección óptima de DGS de un MG rural utilizando el enfoque de MILP mejorado (I-MILP). Los objetivos de este estudio fueron minimizar el coste actual neto total (TNPC), el coste nivelado de la energía (LCOE) y las emisiones de GEI. En el segundo caso de BG-PV-SMES, se ha desarrollado el modelo de simulación de la microrred rural consistente en un biogenerador de velocidad variable (VSBG) y fotovoltaico (PV). Posteriormente, se ha diseñado un EMS simplificado para el control coordinado de la operación de los recursos energéticos distribuidos (der) en los MG rurales utilizando el entorno MATLAB/Simulink ®. Para las DG conectadas a través del convertidor de potencia, se ha propuesto un control coordinado basado en FOSMC y FCS-MPC en el EMS simplificado. El propósito del convertidor de potencia basado en FOSMC y FCS-MPC es la mejora del rendimiento del sistema (por ejemplo, calidad de la potencia, voltaje regulado y ThD) bajo perturbaciones externas. El análisis de simulación muestra el mejor funcionamiento de FOSMC y FCS-MPC con menos ThD y una mejor calidad de energía.

Files

09356587.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:f7f775d229b8ab5b09c92c3c19466c41
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التخطيط الأمثل وتصميم EMS للشبكات الريفية الصغيرة المستقلة القائمة على الطاقة الكهروضوئية
Translated title (French)
Planification optimale et conception EMS de micro-réseaux ruraux autonomes à base de PV
Translated title (Spanish)
Planificación óptima y diseño EMS de microrredes rurales independientes basadas en PV

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3132162411
DOI
10.1109/access.2021.3060031

Is supplement to
https://openalex.org/W4308700935 (Other)
https://openalex.org/W4292512862 (Other)
https://openalex.org/W4285503559 (Other)
https://openalex.org/W4210780382 (Other)
https://openalex.org/W4206134051 (Other)
https://openalex.org/W2907234787 (Other)
https://openalex.org/W2391138633 (Other)
https://openalex.org/W2356033827 (Other)
https://openalex.org/W2057975886 (Other)
https://openalex.org/W1574359403 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1995245544
  • https://openalex.org/W2004421225
  • https://openalex.org/W2074610698
  • https://openalex.org/W2078926545
  • https://openalex.org/W2095377930
  • https://openalex.org/W2098645122
  • https://openalex.org/W2125909959
  • https://openalex.org/W2126484590
  • https://openalex.org/W2132144266
  • https://openalex.org/W2133555221
  • https://openalex.org/W2135027046
  • https://openalex.org/W2141720506
  • https://openalex.org/W2154430775
  • https://openalex.org/W2156187296
  • https://openalex.org/W2303262632
  • https://openalex.org/W2337433173
  • https://openalex.org/W2344938262
  • https://openalex.org/W2477921776
  • https://openalex.org/W2591024112
  • https://openalex.org/W2711972859
  • https://openalex.org/W2725965917
  • https://openalex.org/W2739459501
  • https://openalex.org/W2751227291
  • https://openalex.org/W2764092790
  • https://openalex.org/W2768620928
  • https://openalex.org/W2774700973
  • https://openalex.org/W2788688929
  • https://openalex.org/W2789234695
  • https://openalex.org/W2795152242
  • https://openalex.org/W2801208480
  • https://openalex.org/W2805363267
  • https://openalex.org/W2885936478
  • https://openalex.org/W2890619154
  • https://openalex.org/W2898259937
  • https://openalex.org/W2901741516
  • https://openalex.org/W2905008548
  • https://openalex.org/W2912088658
  • https://openalex.org/W2913495538
  • https://openalex.org/W2921361870
  • https://openalex.org/W2921478543
  • https://openalex.org/W2930705924
  • https://openalex.org/W2936775779
  • https://openalex.org/W2944988536
  • https://openalex.org/W2969796738
  • https://openalex.org/W2970402538
  • https://openalex.org/W2970863897
  • https://openalex.org/W2983865273
  • https://openalex.org/W2992273114
  • https://openalex.org/W2996939729
  • https://openalex.org/W2997742284
  • https://openalex.org/W2997792252
  • https://openalex.org/W2998266269
  • https://openalex.org/W2998553638
  • https://openalex.org/W3003056551
  • https://openalex.org/W3004888653
  • https://openalex.org/W3017001222
  • https://openalex.org/W3020795227
  • https://openalex.org/W3033600961
  • https://openalex.org/W3160568899
  • https://openalex.org/W4242361317