ROBUST ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR DUCK CURVE HANDLING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Ms Thesis) Sulaiman_Msc_Thesis_November_2020__Corrected_.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 12 January 2022. Download (2MB)

Arabic Abstract

في السنوات الأخيرة ، أدى الانخفاض الكبير في أسعار الخلايا الكهروضوئية والحاجة إلى الطاقة النظيفة على مستوى العالم إلى تمهيد الطريق لزيادة تركيب الخلايا الشمسية الكهروضوئية. يؤدي هذا الاختراق العالي للطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى ظاهرة تُعرف باسم منحنى البط. منحنى البط هو منحنى البطة يشبه شكل البطة. يكون الحمل منخفضًا جدًا خلال منتصف النهار ويتزايد في وقت لاحق من اليوم. PVs. صافي الطلب بعد تركيب يحتوي منحنى البطة على متطلبات منحدر لأعلى ومنحدر. هذا يشكل تحدي المرونة في الشبكة. عادة ، لا تكون الوحدات الحرارية مرنة جدًا ولا يمكنها التعامل مع المنحدرات العالية لمنحنى البط. تقترح هذه الأطروحة نموذج التزام الوحدة الأمثل الذي يتضمن منتجات عالية المرونة لمواجهة من خلال (EMS) تحديات منحنى البط. الهدف من هذه الأطروحة هو التعامل مع التحديات المتصاعدة لمنحنى البط. تم تطوير نظام إدارة الطاقة (MPC) يستخدم نموذج التحكم التنبئي (BESS). صياغة نموذج إرسال مثالي للوحدات الحرارية ومنتجات التدرج المرنة مثل تخزين طاقة البطارية كلاً من المعلومات الحالية ومعلومات التنبؤ المحدثة حديثًا لإنتاج إجراءات التحكم المثلى. وبالتالي ، MPC لنموذج الإرسال المقترح. تستخدم على النحو الأمثل. يتم تضمين تقليص الطاقة الكهروضوئية والحمل أيضًا في الصيغة للتعامل مع المنحدرات السريعة BESS يتم جدولة شحن وتفريغ لمنحنى البط. يتضمن تقليص الطاقة الكهروضوئية تنظيم ناتج الطاقة الكهروضوئية خلال فترات انخفاض الطلب بينما يتضمن فصل الأحمال قطع (PFD) بعض الطلبات لاستيعاب انخفاض في توليد الطاقة. علاوة على ذلك ، يتم تقييم مرونة النموذج المقترح باستخدام مؤشر فترة عجز الاحتمال لإظهار فعالية الطريقة المقترحة في التعامل مع المنحدرات السريعة لمنحنى البط. ويلاحظ أيضًا أن النموذج المقترح أكثر اقتصادا من حيث التكلفة تم GAMS. تمت محاكاة النموذج في مُحسِّن MPC. التي لا تعتمد على (MILP) التشغيلية مقارنة بنموذج البرمجة الخطية الصحيحة المختلطة ختبار النموذج على نظام اختبار موثوقية IEEE 24 حافلة (RTS ) لاثبات فعالية الطريقة المقترحة.

English Abstract

In recent years, the dramatic decline in the price of photovoltaic (PV) and the need for clean form energy globally have paved way for the increase in the installation of solar PVs. This high solar PV penetration leads to a phenomenon known as the duck-curve. The duck-curve is the net demand after the installation of PVs. The duck-curve resembles the shape of a duck. The load is very low during the mid-day and ramps up later in the day. The duck-curve has high ramp-up and ramp-down requirement. This poses the challenge of flexibility in the grid. Usually, thermal units are not very flexible and cannot cope with the high ramps of the duck-curve. This thesis proposes a an optimal unit commitment model that involves high flexibility products to address the challenges of the duck-curve. The aim of this thesis is to handle the ramping challenges of the duck curve. An energy management system (EMS) is developed by formulating an optimal dispatch model for the thermal units and flexible ramping products such battery energy storage (BESS). Model predictive control (MPC) is used for the proposed dispatch model. The MPC uses both current information and newly updated forecast information to produce optimal control actions. Thus, the charging and discharging of the BESS are optimally scheduled. PV curtailment and load are also included in the formulation for handling the duck curve fast ramps. PV Curtailment involves regulating the output of the PVs during periods of low demand while load shedding involves cutting off some demands to accommodate a drop in power generation. Furthermore, the flexibility of the proposed model is assessed using period of probability deficit (PFD) index to show the effectiveness of the proposed method in handling the duck curve fast ramps. It is also observed that the proposed model is more economical in terms of operational cost compared o the a non-MPC based mixed integer linear programming (MILP) model. The model is simulated in the GAMS optimizer. The model is tested on a 24-bus IEEE reliability test system (RTS) to demonstrate the effectiveness of the proposed method.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Al-Ismail, Fahad
Committee Members:	Almehizia, Abdullah and Muhammad, Khalid and Mohamed, Abido
Depositing User:	SULAIMAN AHMAD (g201705090)
Date Deposited:	18 Jan 2021 06:17
Last Modified:	18 Jan 2021 06:17
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141810