HIERARCHICAL CONTROL AND MANAGEMENT STRATEGY OF MICROGRID WITH HYBRID ENERGY RESOURCES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) g201107170_MS_Thesis.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

إن الزيادة في الطلب على الطاقة الكهربائية تتطلب دمج وتسخير جميع مصادر الطاقة المتاحة, وخاصة مصادر الطاقة التجددة (RES) التي تعتبر مصادر رخيصة ونطيفة للطاقة. يمكن انشاء محطات توليد مائية صغيرة ومولدات الطاقة الشمسية لتزويد الاحمال الكهربائية في المناطق النائية خارج نطاق الشبكة الكهربائية الرئيسية. ويكمن دعم نظام التوليد الكهربائي بنطام تخزين للطاقة ومولد ديزل احتياطي لتشكيل شبكة كهربائية صغيرة قادرة على العمل بشكل مستقل. الخصائص المختلفة لانواع توليد الكهرباء في الشبكة الصغيرة المذكورة اعلاه تتطلب ستراتيجية فعالة و موثوقة لادارة الطاقة من اجل تشغيل الشبكة الصغيرة في الحالة المثلى. هذه الرسالة تقترح إستراتيجة آنية هرمية مستتندة للعملاء المتعددين للادارة والتحكم في الشبكات الكهربائية الصغيرة التي تضم مولد الطاقة الشمسية, مولد الطاقية المائية الصغير, ومولد الديزل و نطام تخزين بالبطاريات. تتكون الاسترتيجية المقترحة من طبقتين: الطبقة العليا عبارة عن نطام لامركزي وآني لادارة الطاقة الكهربائية يستند الى نظام العملاء المتعددين. اما الطبقة السفلى فهي طبقة مادية تتكون من وحدات تحكم محلية للمولدات الكهربائية الموزعة المختلفة في النظام. تهدف إستراتيجة ادارة الطاقة القترحة الى تعظيم استغلال مصادر الطاقة المتجددة من اجل تقليل الكلفة التشغيلة للشبكة الصغيرة. علاوة على ذالك فان الاستراتيجية القترحة تتكفل تلقائيا بالانتقالات بين اوضاع التشغيل المختلفة واعادة تشكيل الشبكة الصغيرة. في هذه الاطروحة ايضا تم اقتراخ نهج ديناميكي تكيفي للتواصل والتنسيق ينجم عنه نظام تحكم مناطقي (اقليمي) للشبكة الصغيرة (MG). تم تطوير نموذج ديناميكي لكل مكون من مكونات ((MG وتنفيذها في بيئة SIMULINK))، ويمثل هذا النموذج الطبقة المادية من استراتيجية التحكم، في حين تم تصميم نظام العملاء المتعددين (MAS) وتنفيذه في بيئة تطوير جافا (JADE). للتحقق من صحة الاستراتيجية المقترحة، أولا وقبل كل شيء تم الحصول على جدول التوليد الزمني الأمثل باستخدام الجدولة الانية المستندة على ((MAS. ثانيا، تم اختبار نظام الإدارة القائمة على MAS)) مربوطا مع وحدات التحكم المحلية المادية التي بنيت في SIMULINK ومحاكاة لسيناريوهات مختلفة للاحمال الكهربائية وتغيرات الطقس لدراسة كفاءة ومتانة النظام. أظهرت النتائج فعالية الاستراتيجية المقترحة لإدارة الطاقة وقدرتها على التعامل التلقائي مع مهام مختلفة بما في ذلك تخصيص القدرة، و جدولة تشعيل الوحدات، والانتقال بين اوضاع التشغيل المختلفة.

English Abstract

The increasing energy need requires integrating and harnessing any available energy resources, especially renewable energy resources (RES) which considered as cheap and clean source of energy. Small scale hydro generation and photovoltaic (PV) generation plants can be constructed to electrify the off-grid loads located in remote areas. This generation system can be supported by energy storage system and back up diesel generator to from a microgrid (MG) capable of standalone operation. The different characteristics for different types of generators in the aforementioned MG require an efficient and reliable energy management strategy to optimally operate the MG. This thesis proposes an online multi agent-based hierarchical control and management strategy for (MG) comprising PV generation, micro-hydro (MH) generation, diesel generation, and battery storage system (BSS). The proposed strategy is composed of two layers. The upper layer is a decentralized online multi agent management system, and the lower layer is a physical layer composed of local controllers for the different type of distributed generators (DG) in the system. The energy management system represented by multi-agents aims to maximize the utilization of renewable energy resources and energy storage in order to minimize the operational cost of MG. Moreover, the proposed strategy automatically handles the mode of operation transitions and reconfiguration of MG. Furthermore, the proposed management strategy handles unit commitment operation. Also, an adaptive dynamic communication and coordination approach resulting in zonal (regional) control of MG is proposed in this thesis. A dynamic model for each component of MG is developed and implemented in SIMULINK environment and this will represent the physical layer of control strategy, while multi-agents system (MAS) is designed and implemented in Java Agent Development Environment (JADE). In order to validate the proposed strategy, first of all the optimal generation schedule is obtained by online scheduling using MAS. Secondly, MAS-based management system interfaced with physical local controllers built in SIMULINK is tested and simulated for different scenarios for load and weather changes to examine its efficiency and robustness. The results show the effectiveness of the proposed energy management strategy and its capability of automatic handling of different tasks including power allocation, unit commitment, and transition between different modes of operations.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohammad
Committee Members:	ElAmin, Ibrahim and Al-Awami, Ali
Depositing User:	TAWFIQ NAJI KAMEEL (g201107170)
Date Deposited:	09 Sep 2014 08:10
Last Modified:	01 Nov 2019 15:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139208