An Intelligent Energy Management System for Microgrids

An Intelligent Energy Management System for Microgrids. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

This is the latest version of this item.

[img]
Preview
PDF
An_Intelligent_Energy_Management_System_for_Microgrids.pdf

Download (14MB) | Preview

Arabic Abstract

في الآونة الأخيرة، أصبحَ مجال إنتاج الطاقة المتجددة مصبُّ اهتمام عدد كبير من الأبحاث والدراسات الأكاديمية بسبب التغيّر المناخي والاهتمام المتزايد بقضية الاحتباس الحراري حيث تتجه العديد من دول العالم نحو توليد الطاقة باستخدام مصادر الطاقة المتجددة وتشجيع مواطنيها على إدخال مصادر الطاقة النظيفة ضمن شبكات الكهرباء الخاصة بهم مما جعلها مرغوبة بشكل أكبر على نطاق واسع. تعتبر (شبكة الطاقة النظيفة المصغّرة) واحدة من أكثر المفاهيم بروزاً في الآونة الأخيرة في مجال الطاقة النظيفة لما لها من مميزات عدّة ويمكن تعريفها على أنها شبكة كهرباء مصغّرة تحتوي على أكثر من مصدر للطاقة المتجددة بالإضافة إلى مصدر أو أكثر من مصادر الطاقة التقليدية، وتمتلك هذه الشبكة المصغّرة عدد من الخصائص تجعلها في مقدمة أبحاث مجال الطاقة المتجددة، حيث تمتلك القدرة على إنتاج طاقة نظيفة، مستدامة، مستقرة وموثوق بها، ولا يمكن تحقيق تلك المميزات ما لم يكن هناك نظام إدارة طاقة مناسب ضمن الشبكة. يتم استخدام نظم التحكم الذكية مثل (التحكم المنطقي الضبابي) في نظم الطاقة تلك لقدرتها على إدارة نظم الطاقة بكفاءة، لكن يظل خفض التكلفة وحفظ الطاقة من أكبر التحديات التي تواجه نمو شبكات الطاقة النظيفة المصغّرة. تهدف هذه الدراسة إلى تصميم عدد من نماذج أنظمة الطاقة المتجددة مثل نظام الطاقة الشمسية، نظام طاقة الرياح بالإضافة إلى أنظمة الطاقة الاحتياطية ودمجها في نموذج واحد من أجل تكوين شبكة طاقة نظيفة مصغّرة مستقلّة. حيث تم تطوير نظام إدارة طاقة ذكي قليل التعقيد بالاعتماد على التحكم باستخدام المنطق الضبابي إذ يقوم هذا النظام بتمكين الشبكة المصغّرة من توفير الطاقة لطلب الاستهلاك مع إعطاء الأولوية لمصادر الطاقة المتجددة. كما تم أيضاً تحسين أداء كفاءة نظام إدارة الطاقة من خلال استخدام تقنية تحسين ذكية تعرف بخوارزمية (مملكة النحل). وأخيراً وليس آخراً تم استحداث طريقة تعتمد على مبدأ (التقسيم الاقتصادي للطاقة) ما من شأنها تحسين كفاءة نظام الطاقة وتقليص كلفة التوليد على حدٍ سواء، وتعرض هذه الدراسة مقارنة بين الطرق التقليدية للتقسيم الاقتصادي للطاقة والطريقة المستحدثة في هذا العمل. إضافة إلى ما سبق، تحتوي هذه الرسالة على دراستان منفصلتان عن تأثير العوامل المناخية على أداء بعض مكونات الشبكة المصغرة مثل تأثير درجة الحرارة على نظام الطاقة الشمسية وأيضاً دراسة إمكانية تركيب مصادر طاقة متجددة صغيرة للاستخدام المنزلي في مختلف ظروف فصول السنة. تمت محاكاة النظام في هذه العمل بالاعتماد على بيانات مناخية حقيقية وبيانات استهلاك سكني حقيقية تم رصدها وتسجيلها في مدينة الظهران بالمملكة العربية السعودية في العام 2016.

English Abstract

In recent years, research and development for power systems depending on renewable energy resources has become a hot topic due to the climate change and growing global interest in the issue of global warming. Many world countries are moving toward cleaner energy sources and encouraging citizens to use them within their own electrical grids. One of the most interesting concepts of utilizing renewable energy is microgrids. Microgrid is a system that integrates more than one renewable resource in addition to one or more conventional power source to produce clean, sustainable, stable and reliable power. These advantages cannot achieve fully without a proper energy management system (EMS) within the microgrid. Intelligent control techniques such as fuzzy logic was used for EMS to form what is known as fuzzy logic energy management system (FLEMS). Cost reduction and energy saving while maintaining high performance are the most challenges that faces the growth of microgrids. This work aims to model, integrate and simulate different renewable energy systems such as solar and wind with the help of backup systems in order to form a complete standalone DC microgrid. FLEMS of low complexity with minimum possible fuzzy rules is designed for the microgrid. The control system enables the microgrid to supply the load demand while giving the priority to renewable energy resources. The performance of the proposed FLEMS is optimized using an efficient intelligent optimization technique that is the artificial bee colony algorithm (ABC). Furthermore, a new proposed method depending on economic dispatch is used in the FLEMS of the microgrid to enhance the system efficiency and to minimize the total generation cost. Comparison between conventional economic dispatch method and proposed one is presented. Particularly, the effect of some environmental parameters on the microgrid components such as ambient temperature on the solar system is studied and the potential for using small-scale renewables for residential house usage is investigated for different year seasons. The overall system is simulated using real climate data and real load consumption of a house collected from Dhahran city in Kingdom of Saudi Arabia in 2016. Keywords: Renewable Energy, Microgrid, Energy Management System, Power Dispatch, Intelligent Control, Fuzzy Logic Control, Artificial Bee Colony

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Electrical
Department: College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor: Kassas, Mahmoud
Committee Members: Abido, Mohamed and Khalid, Muhammad
Depositing User: SHEHAB AL-SAKKAF (g201405640)
Date Deposited: 25 Feb 2019 07:20
Last Modified: 31 Dec 2020 06:06
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140850

Available Versions of this Item

  • An Intelligent Energy Management System for Microgrids. (deposited 25 Feb 2019 07:20) [Currently Displayed]