Unit commitment by dynamic programming for microgrid operational planning optimization and emission reduction

ABSTRACT

This paper presents a 24 hour ahead microgrid power planning using the approach of unit commitment by
dynamic programming. The studied system comprises twelve PVbased active generators with embedded storage and three micro gas turbines. Based on the prediction of the energy available from the PV generator, the storage availability, the micro turbine emission characteristics and the load prediction, a central energy management system calculates a 24-hour ahead plan of the power references for three micro gas turbines and the active generators in order to minimize the CO2 equivalent emissions of the gas turbines.

INTRODUCTION

One of the main challenges in the last decades is the need to reduce pollutant gas emissions and dependence on fossil fuels. This leads to a large penetration of renewable energy based generators in power systems . In the past electricity was produced mainly in large-scale power plants, therefore electrical systems have been designed mainly for unidirectional energy flows from large power plants to consumers. In the recent years the amount of Distributed Energy Resources (DER) being connected to power systems has increased. This implies considerable research activity on the integration and control of electrical systems comprising large amounts of DER. Although, in the upcoming years, an even greater increase of Renewable Energy Based Generators (REBG) is expected. But the power available from these generators is dependent on the weather forecast and does not always meet the load curve, which causes difficulties to Distribution System Operators (DSO). The attention is now oriented toward the use of DER for improving grid operation by contributing to ancillary services, increasing the energy reserve and reducing CO2 emissions. In practice, new facilities are expected to reduce congestion, to minimize the production cost and to maintain the frequency and voltage. These developments require a fundamental redesign of the grid control. To maximize the use of renewable energy based generators a cluster of small-scale power generators has to be locally aggregated and controlled by a Microgrid Central Energy Management System (MCEMS).

چکیده

در این مقاله، یک برنامه 24 ساعته برنامه ریزی میکروگرید پیش رو با استفاده از رویکرد تعهد واحد توسط برنامه ریزی پویا ارائه می شود. سیستم مورد مطالعه شامل دوازده ژنراتور فعال PVbased با ذخیره سازی تعبیه شده و سه توربین گاز میکرو است. با توجه به پیش بینی انرژی موجود در ژنراتور PV، در دسترس بودن ذخیره سازی، ویژگی های انتشار توربین های کوچک و پیش بینی بار، یک سیستم مدیریت انرژی مرکزی یک برنامه 24 ساعته پیش بینی های قدرت برای سه توربین های گاز کوچک و ژنراتورهای فعال برای به حداقل رساندن انتشار CO2 برابر با توربین های گاز است.

مقدمه

یکی از چالش های اصلی در دهه های اخیر، نیاز به کاهش انتشار گازهای آلاینده و وابستگی به سوخت های فسیلی است. این منجر به نفوذ زیادی از ژنراتورهای مبتنی بر انرژی تجدید پذیر در سیستم های قدرت می شود. در گذشته برق به طور عمده در نیروگاه های بزرگ تولید شد، بنابراین سیستم های الکتریکی به طور عمده برای جریان های یک طرفه از نیروگاه های بزرگ به مصرف کنندگان طراحی شده است. در سال های اخیر میزان منابع انرژی توزیع شده (DER) که به سیستم های قدرت متصل است افزایش یافته است. این امر مستلزم فعالیت تحقیقاتی قابل توجه در مورد ادغام و کنترل سیستم های برق است که مقدار زیادی از DER را شامل می شود. اگر چه، در سال های آینده، انتظار می رود که حتی بیشتر از ژنراتورهای مبتنی بر انرژی تجدید پذیر (REBG) نیز افزایش یابد. اما قدرت موجود از این ژنراتورها وابسته به پیش بینی آب و هوا است و همیشه منحنی بار را برآورده نمی کند، که سبب مشکل به سیستم های توزیع سیستم می شود. در حال حاضر توجه به استفاده از DER برای بهبود عملکرد شبکه با کمک به خدمات جانبی، افزایش ذخایر انرژی و کاهش انتشار CO2 است. در عمل، انتظار می رود که امکانات جدید کاهش تراکم، کم کردن هزینه تولید و حفظ فرکانس و ولتاژ باشد. این تحولات نیازمند بازسازی بنیادی کنترل شبکه است. برای به حداکثر رساندن استفاده از ژنراتورهای مبتنی بر انرژی تجدید پذیر، خوشه ای از ژنراتورهای برق مقیاس کوچک باید به صورت محلی جمع آوری شده و توسط یک سیستم مدیریت انرژی مرکزی Microgrid (MCEMS) کنترل شود.

Year: 2011

Publisher : IEEE

By : H. Kanchev, B. Francois , and V. Lazarov