Modelli di previsione di carico e di generazione di una microgrid in isola

In this thesis work we analyzed the operational mode of a microgrid with high penetration of distributed generation, to be implemented for the electrification of an isolated system in a rural village. The microgrid incorporates several generation units: a diesel generator, a storage system and a photovoltaic power plant. In order to optimize the control of the microgrid’s power flows two models of short-term forecast of the electrical load and of the production of energy from a photovoltaic system have been studied. The results of the two models are used as input to an algorithm that determines the set points of the devices of the microgrid. These set points are obtained by a heuristic process and they respect the constraints of stability, power balancing and operating limits of the microgrid. Additional aims of the studied process are the minimization of the fuel consumption, the reduction of the number of starts of the diesel generator, the preservation of the battery life, the limitation of the energy lost from the RES and the reduction of the CO2 emission. The models and the algorithm described above needs to be simple and easy to perform because the system aimed to execute them is based on technologies for industrial automation with reduced computational capacity. Typically, the used instrument is PLC since it is a well-known solution, modular, reliable and robust. For these reasons it is the best solution for rural villages’ hybrid power plants, often located in areas difficult to reach and where the maintenance of the system is often demanding.

In questo lavoro di tesi sono state analizzate le modalità di gestione di una microgrid ad alta penetrazione di generazione distribuita, destinata all’alimentazione in isola di un villaggio rurale. La microrete in esame integra diverse unità di generazione: un generatore diesel, un sistema di accumulo ed un impianto fotovoltaico. Per migliorare il controllo dei flussi di potenza all’interno della microgrid si sono studiati due modelli di previsione a breve termine del carico elettrico e della produzione di energia da un impianto fotovoltaico. I risultati dei due modelli sono utilizzati come ingresso ad un algoritmo che determina i setpoint dei dispositivi della microgrid. Questi sono ottenuti mediante un procedimento euristico e rispettando i vincoli di stabilità, bilancio di potenza e limiti operativi della microrete. Il procedimento studiato si propone di soddisfare altri obiettivi tra cui: minimizzare il consumo di carburante del generatore diesel, ridurre il numero di accensioni dello stesso, salvaguardare la vita utile della batteria, limitare l’energia persa proveniente dalle RES e diminuire le emissioni di CO2. I modelli e l’algoritmo precedentemente descritti rispondono alle esigenze di semplicità e rapidità d’esecuzione, soddisfacendo le richieste del sistema che lo esegue, il quale, è basato su tecnologie per l’automazione industriale dotate di ridotta capacità computazionale. Tipicamente lo strumento utilizzato è il PLC perché rappresenta una soluzione ben nota, modulare, affidabile e robusta, ideale per gli impianti destinati all’elettrificazione rurale, spesso situati in zone difficilmente accessibili e dove non sempre si può disporre di tecnici specializzati per la manutenzione del sistema.