Study of the dynamic operation of a microgrid using BESS

The electric power industry is in the midst of a critical period in its evolution. Today’s high-voltage transmission network is reliable and controllable but suffers from cascading failures and volatility. Its efficiency and use of resources are also poor. Generation converts only one-third of fuel energy into electrical power, wasting the generated heat. Furthermore, another 6% is lost in the transmission and distribution lines. Approximately 20% of the generation capacity exists to meet peak demand 5% of the time. These issues become compounded with the high penetration of renewable sources due to their intermittent behavior. Revolutionary changes are not expected in the transmission network, but improvement through continued evolution can greatly reduce events such as blackouts and inadvertent loss of power. On the other hand, the distribution system provides major opportunities for huge improvements. We need to rethink our distribution system including the integration of high levels of distributed energy resources (DER) to provide a smarter and more flexible distribution system. A simulation model of a microgrid with renewable energy sources was constructed in MATLAB Simulink in the work reported in this thesis. Fundamental power system components, two DER units with control (with a solar energy source and an energy storage source component), and other microgrid components are included in the models developed in this work. Simulation case studies were done using the microgrid model to observe the performance and operational scenarios of the microgrid models and system and especially the BESS under those scenarios.

L'industria dell'energia elettrica sta attraversando un periodo critico della sua evoluzione. L'odierna rete di trasmissione ad alta tensione è affidabile e controllabile, ma soffre di guasti a cascata e volatilità. Anche la sua efficienza e l'uso delle risorse sono scarsi. La generazione converte solo un terzo dell'energia del combustibile in energia elettrica, sprecando il calore generato. Inoltre, un altro 6% si perde nelle linee di trasmissione e distribuzione. Circa il 20% della capacità di generazione esiste per soddisfare la domanda di picco il 5% delle volte. Questi problemi si aggravano con l'elevata penetrazione delle fonti rinnovabili a causa del loro comportamento intermittente. Non sono previsti cambiamenti rivoluzionari nella rete di trasmissione, ma il miglioramento attraverso l'evoluzione continua può ridurre notevolmente eventi come blackout e perdite di potenza involontarie. D'altra parte, il sistema di distribuzione offre grandi opportunità per enormi miglioramenti. Dobbiamo ripensare al nostro sistema di distribuzione, compresa l'integrazione di alti livelli di risorse energetiche distribuite (DER) per fornire un sistema di distribuzione più intelligente e flessibile. Un modello di simulazione di una microrete con fonti di energia rinnovabile è stato costruito in MATLAB Simulink nel lavoro riportato in questa tesi. I componenti fondamentali del sistema di alimentazione, due unità DER con controllo (con una fonte di energia solare e un componente della fonte di accumulo di energia) e altri componenti della microrete sono inclusi nei modelli sviluppati in questo lavoro. I casi di studio di simulazione sono stati condotti utilizzando il modello di microgrid per osservare le prestazioni e gli scenari operativi dei modelli e del sistema di microgrid e in particolare del BESS in tali scenari.