HIL simulation for load shedding applications in a proposed microgrid for a rural area

In the last decades, with the tremendous improvements in the domain of Distributed Energy Sources and relatively the power electronic devices, the microgrids have turned to be a hotbed of innovation all around the world especially in rural areas where the energy supply through the conventional grids might be troublesome and costly. However, the high penetration of renewable sources and their intermittent characteristics in microgrids imposes major challenges on the control and protection strategies of the microgrids for the stability and power quality purposes. In the meantime, studying the microgrids and the behavior of the control and protection components in different operating conditions in a reliable, flexible, and cheaper way is simplified through the Hardware in the Loop (HIL) simulation technology. Continuity of the service in rural areas especially for critical loads such as hospitals is a must in microgrids’ design. Hence, in this thesis work, Load shedding as one of the promising strategies for energy management and frequency stability aims is studied and tested in two operation modes (Grid-tied and isolated modes) of a proposed and simulated microgrid for a hospital and its offices in an African area. Therefore, the microgrid and its relative components and controls were simulated and validated in the powerful tool of Simulink for two different operating modes. Then by taking advantage of an innovative and flexible tool of Model Interface Toolkit, the model was translated into the language of LabView which finally was interfaced with the embedded system CompactRIO as the main actor of the real-time simulation. Eventually, the results were verified successfully by being compared with those of the pure simulation.

Negli ultimi decenni, dato il grande sviluppo nel campo della generazione distribuita e relativi dispositivi nel campo dell’elettronica di potenza, le microgrid sono diventate argomento di grande innovazione in tutto il mondo, in particolare modo nelle aree rurali dove la fornitura di energia attraverso le reti convenzionali pu`o essere costosa e problematica. D’altra parte, la forte presenza di fonti di energia rinnovabile e la loro caratteristica di intermittenza impone grandi sfide nel campo del controllo e delle protezioni delle microgrid dal punto di vista della stabilit`a e della qualit`a della fornitura. Nel frattempo, attraverso simulazioni tramite tecnologia Hardware in the loop (HIL), lo studio delle microgrid e il comportamento dei componenti di protezione e controllo in differenti condizioni operative `e stato semplificato in modo affidabile, flessibile ed economico. La continuit`a del servizio in aree rurali, in particolar modo per carichi critici come gli ospedali, `e un problema centrale nella progettazione delle microgrid. In questo elaborato il Load Shedding, una delle pi`u promettenti strategie per la gestione dell’energia e la stabilit`a in frequenza, `e stato studiato e testato in due modalit`a operative (Grid-tied e isolated modes) attraverso una simulazione di una microgrid relativa ad una struttura ospedaliera e i relativi uffici in Africa. Pertanto, tramite il tool Simulink, la microgrid e i relativi componenti sono stati simulati e convalidati nelle due diverse configurazioni. In seguito, sfruttando l’innovativo e flessibile Model Interface Toolkit, il modello `e stato tradotto in un linguaggio di programmazione di Labview e infine interfacciato con il sistema integrato CompactRIO come elemento centrale della simulazione in tempo reale. I risultati, infine, sono stati verificati comparandoli con quelli della reale simulazione.