Health-aware SoC-base adaptive droop control in Battery Energy Storage Systems for frequency containment reserve

The increasing integration of renewable energy sources into modern power systems has led to a substantial reduction in system inertia, posing significant challenges to grid frequency stability. Battery Energy Storage Systems (BESS) have emerged as a key enabling technology capable of delivering fast, flexible, and precise frequency regulation services. This research proposes the development and implementation of a health-aware, adaptive droop control strategy based on the state of charge (SoC) for BESS participating in Frequency Containment Reserve (FCR) services. The proposed control scheme dynamically adjusts the droop coefficient as a function of both the SoC and state of health (SoH) in BESS, allowing for optimal utilization of the available battery capacity while effectively mitigating battery degradation. The proposed approach will be validated through simulation studies based on a microgrid model implemented in the Simscape Electrical environment by MathWorks. The expected outcomes include improved frequency regulation performance, reduced frequency deviations, and enhanced grid resilience under renewable energy penetration conditions.

La crescente integrazione delle risorse energetiche rinnovabili nei moderni sistemi elettrici ha comportato una significativa riduzione dell’inerzia del sistema, mettendo a rischio la stabilità della frequenza della rete. I sistemi di accumulo di energia a batteria (Battery Energy Storage Systems, BESS) sono emersi come una tecnologia promettente in grado di fornire servizi di regolazione della frequenza rapidi, flessibili e accurati. Questa ricerca propone lo sviluppo e l’implementazione di una strategia di controllo droop adattiva e health-aware, basata sullo stato di carica (State of Charge, SoC), per i BESS che partecipano al servizio di Frequency Containment Reserve (FCR). L’approccio di controllo regola dinamicamente il coefficiente di droop in funzione del SoC e stato di salute (State of Health, SoH) nel BESS, consentendo un utilizzo ottimale della capacità disponibile e riducendo al minimo il degrado del sistema di accumulo. L’approccio proposto sarà validato attraverso studi di simulazione basati su un modello di microrete di riferimento implementato nell’ambiente Simscape Electrical sviluppato da MathWorks. I risultati attesi includono un miglioramento delle prestazioni di regolazione della frequenza, una riduzione delle deviazioni di frequenza e un rafforzamento della resilienza della rete in condizioni di elevata penetrazione delle fonti di energia rinnovabile.