Combined Integration of Wind Power and Electric Vehicles Into Smart Grids. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Master Thesis in Electrical Engineering) Full_thesis.pdf - Submitted Version Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

انطلاقا من ظاهرة الاحتباس الحراري ، النقص في المساحات الخضراء ، التمدد الحراري ، والزيادة في انبعاث الغاازات المسببة للاحتباس الحراري، تم تطوير اتجاهين بحثيين للتغلب على هذه المشاكل. الأول، هو العمل على زيادة دمج مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح في شبكات الطاقة الحالية. الثاني ، يعتمد على ايجاد بدائل مناسبة لمكونات الشبكة الكهربائية الحالية والتي تساعد في الخفض من تأثير هذه المشاكل مثل استبدال قطاع النقل الحالي بالسيارات الكهربائية. نظرا للزيادة المتسارعة في ادماج طاقة الرياح والسيارات الكهربائية جنبا إلى جنب في الشبكة الكهربائية الحالية فإن الحاجة الى الأطر المناسبة والتي تحاكي وجهات النظر الفنية والسوفية تعد ذات أهمية قصوى. في هذه الأطروحة، نهدف إلى دارسة وتصميم الأطر اللازمة لشركات انتاج طاقة الرياح جنبا إلى جنب مع مجمعي السيارات الكهربائية. يعتبر عدم اليقين من كمية الطاقة المتاحة وأيضا أسعار الكهرباء واحدا من أكثر التحديات التي تواجه منتجي طاقة الرياح بالمثل مجمعي السيارات الكهربائية. بلا شك ،إن التغير في هذين العاملين سوف يؤثر على العروض التي يتقدم بها منتجو الطاقة ومجمعو السيارات في اسواق الطاقة الكهربائية. بالرغم من الاعتماد المتزايد على التحكم المركزي في جدولة عملية شحن السيارات الكهربائية، فإن مشكلة زيادة العمليات الحسابية المطلوبة تتناسب طرديا مع زيادة عدد السيارات الكهربائية الموجودة. في الجزء الأول من هذه الأطروحة، قمنا باقتراح نظام تحكم لامركزي يعتمد على نظام لعبة نظري لمجمعي السيارات الكهربائية لضمان عملية الموازنة بين الانتاج الوارد من الرياح مع الحمل. تم اثبات وجود حالة الاتزان )اتزان ناش( وكذلك كونه منفردا رياضيا. علاوة إلى ذلك، تم ايجاد حل نهائي لحالة الاتزان. تم عمل حالات محاكاة لدراسة حالة سلوك قائدي السيارات السعوديين لاثبات مدى كفاءة النموذج المقترح. في الجزء الثاني من هذه الأطروحة، قمنا باقتراح نموذج لمشغل شبكة كهربائية صغيرة والذي يفترض أنه مجمع سيارات كهربائية بالاضافة إلى وجود مولدات طاقة رياح وكذلك مولدات حرارية. يهدف مجمع السيارات إلى تعظيم الربح العائد من عرض بيع الطاقة الكهربائية المنتجة في سوق الطاقة الكهربائية اليومي. تم عرض طريقة المزايدة الأفضل لشبكة الانتاج مع التحكم في عملية شحن السيارات الكهربائية في وجود عدم اليقين من الطاقة المنتجة من مولدات الرياح، أسعار الطاقة ، أسعار التقويم، وكذلك الأحمال. قمنا باقتراح نمذجة عدم اليقين عن طريق التهيئة المتينة بافتراض اسوأ الحالات حدوثا للعوامل غير المتيقن منها. تم عمل دراسة حالة ونظام محاكاة لاثبات فعالية النموذج المقترح. تم مقارنة النموذج المقترج بنظام التهيئة المتينة مع النظام المحدد ، أظهرت النتائج ان نظام التهيئة المتينة والذي يأخذ في اعتباره أسوأ الحالات حدوثا للمعاملات غير المتيقن منها قد حقق أرباحا لمجمع السيارات تقارب تلك التي يمكن أن يتم اكتسابها من النظام المحدد بدون اعتبارات عدم اليقين

English Abstract

Driven by the global warming, loss in green land, thermal expansion, and increase in the grenhouse gases emission, two directions have been developed to overcome these problems. Firstly, incorporating renewable energy sources (RES) such as wind power into the current power grid, and secondly, finding the most proper alternatives to the current grid components which aim to reduce these effects, such as replacing the conventional transportation sector by Electric Vehicles (EVs). With the increase of the market share of both wind power and EVs, the need for a suitable frameworks from both economical and operational views has become crucial. In this thesis, we aim to study and design such required frameworks for wind power generation companies combined with the aggregator of EVs. One of the challenges facing the wind generation companies, such as the EVs aggregators, is the uncertainty ab out the available p ower and the energy prices. Clearly, this variability will affect the bids of the aggregators into the energy market. Despite the expanded dep endence on centralized scheme for scheduling of the EV charging, the burden of computational load can grow dramatically high as the numb er of involved vehicles increases. In the first part of this thesis, a decentralized game theoretic approach for scheduling the EVs charging to balance the wind generation with the load is prop osed. Analytically, Nash Equilibrium is proven to exist and to b e unique. Moreover, a closed form solution is found. Extensive simulations for a case study of the Saudi Arabian EVs owners’ behavior are conducted to validate the proposed model. In the second part of this thesis, a market framework for virtual power plant operator (VPPO) which acts as EVs aggregator and owns wind and thermal generators is addressed. The aggregator aims to maximize his profit which he gains from bidding energy amounts in the day-ahead (DA) market. The optimal bidding strategy combined with controlling the Vehicle-to-grid (V2G) assets under the uncertainty of the wind output, energy prices, imbalance prices, and demand is addressed. The uncertainties were mo deled using robust optimization (RO) under the worst case scenario of the uncertain parameters. A case study and simulations are carried out to reflect the effectiveness of the proposed model. The robust mo del is compared to the deterministic mo del, the results show that the robust mo del, under uncertainties, gives profits which are relatively close to the deterministic model.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Mesbah, Wessam
Committee Co-Advisor:	Al Awami, Ali
Committee Members:	Belhaiza, Slim and Abido, Mohamed and Zerguine, Azzedine
Depositing User:	AHMED MAHMOUD (g201307470)
Date Deposited:	11 Jun 2017 08:37
Last Modified:	30 Dec 2020 11:53
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140365