Energy management system for a critical load

This thesis presents a Model Predictive Control (MPC)-based Energy Management System (EMS) for a hybrid microgrid supplying telecommunication base stations. The system integrates photovoltaic (PV) panels, battery storage, a hydrogen fuel cell, and grid connectivity to ensure reliability under both normal and emergency conditions. The EMS optimizes power flow based on operational constraints to reduce grid dependence, maximize PV usage, and enhance autonomy. A range of battery and hydrogen storage capacities were tested to determine minimum sizing requirements for worst-case scenarios, supporting system design. Simulation results under seasonal and fault conditions confirm that the EMS maintains load supply, minimizes PV curtailment, and adapts to varying resources. The approach demonstrates significant improvements in sustainability, resilience, and efficiency, providing a strong foundation for real-world deployment in critical infrastructure applications.

Questa tesi presenta un sistema di gestione dell’energia (EMS) basato sul controllo predittivo modello (MPC) per una microrete ibrida destinata all’alimentazione delle stazioni base per telecomunicazioni. Il sistema integra pannelli fotovoltaici (PV), batterie di accumulo, una cella a combustibile a idrogeno e la connessione alla rete elettrica, al fine di garantire affidabilità sia in condizioni normali che di emergenza. L’EMS ottimizza i flussi energetici basandosi su previsioni e vincoli operativi, riducendo la dipendenza dalla rete, massimizzando l’uso del fotovoltaico e migliorando l’autonomia del sistema. Sono state testate diverse configurazioni di capacità di accumulo a batteria e idrogeno, al fine di determinare i requisiti minimi per condizioni di emergenza, supportando così la progettazione del sistema. I risultati delle simulazioni, effettuate in condizioni stagionali e di guasto, dimostrano che l’EMS mantiene l’alimentazione dei carichi, riduce la limitazione del PV e si adatta a risorse variabili. L’approccio mostra miglioramenti significativi in termini di sostenibilità, resilienza ed efficienza, rappresentando una solida base per applicazioni reali in infrastrutture critiche.