The considerable investment requirements of electricity distribution grids along with the duty of feeding customers’ loads have turned them into a very important part of power systems. In fact, distribution grids must satisfy load growth and should be able to provide the best possible service to the customers. Also, the introduction of distributed generation resources to distribution grids has made changes to their managerial system causing optimal planning of generation and consumption to be placed at the center of attention of grid designers and planners. Consequently, efficiency increase in distribution grids has become a major consideration for electricity distribution companies. Nowadays, various methods such as optimal placement of distribution substations and network reconfiguration are being incorporated to reduce losses in distribution grids. In the recent research, deployment of energy storage devices is investigated in order to reduce losses in distribution grids. Novel technologies of higher storage capacities have opened new positions for energy storage devices in power systems. Also, environmental considerations suggest deployment of distributed generations and energy storage devices for generating and storing energy in the vicinity of consumers as an appropriate solution. In this dissertation, a new approach is represented based on energy storage devices application to increase the efficiency of distribution grids. First, the necessity of this research is contemplated through reviewing the presented methods in other researches. Then a comprehensive objective function is introduced to calculate losses in electricity grids considering limitations of energy storage device deployment in the grid. In the sequel, three optimization methods of Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Dynamic Programming (DP) are considered to solve the problem. The effectiveness of these methods is shown with several experiments. CIGRÉ medium voltage and CIGRÉ low voltage grids are selected for tests as standard grids and the efficiency of the introduced methods are proved through several experiments on the mentioned grids. Achieving acceptable results in terms of loss reduction, simultaneous deployment of photovoltaic (PV) and energy storage device is considered. Results of the last experiment show more loss reduction in the grid. Finally, the economic evaluation of used technologies in energy storage devices is performed and the most appropriate technologies in terms of economic considerations are introduced. This dissertation is finalized representing suggestions and visualizing future road map to make this research complete.

Le notevoli esigenze di investimento delle reti di distribuzione dell’energia elettrica insieme alla necessità di alimentare i carichi elettrici hanno trasformato questa porzione della rete in una parte molto importante all’interno dei sistemi elettrici. Infatti, la rete di distribuzione deve soddisfare la crescita del carico e deve essere in grado di fornire un adeguato servizio ai clienti. Inoltre, l'introduzione di risorse di generazione distribuita ha apportato modifiche al loro sistema di gestione e controllo rendendo necessaria la pianificazione ottimale della produzione e del consumo. Di conseguenza, aumentare l'efficienza delle reti di distribuzione è diventato un aspetto importante per i Distributori (DSO). Attualmente, vari metodi, come il posizionamento ottimale delle sottostazioni di distribuzione e la riconfigurazione della rete sono stati utilizzati per ridurre le perdite nelle reti di distribuzione. Tuttavia, alcuni recenti sviluppi della ricerca hanno indagato la diffusione di dispositivi di accumulo dell'energia per ridurre le perdite nelle reti di distribuzione. Le nuove tecnologie di accumulo dell’energia elettrica hanno aperto nuove prospettive per dispositivi di accumulo dell'energia nei sistemi di trasmissione e distribuzione. Oltre a ciò, anche considerazioni ambientali suggeriscono l’utilizzo di generazione distribuita e dispositivi di accumulo per generare e immagazzinare energia in prossimità dei consumatori. La presente tesi affronta il tema dell’utilizzo di sistemi stazionari di accumulo dell'energia per aumentare l'efficienza delle reti di distribuzione. L’utilità di questa ricerca è, anzitutto, analizzata e giustificata attraverso la revisione dei metodi proposti in altre ricerche. Successivamente viene introdotta una funzione obiettivo globale per calcolare le perdite nelle reti elettriche contemplando anche le possibili limitazioni di un utilizzo dei dispositivi statici di accumulo all’interno delle reti. Tre metodi di ottimizzazione, algoritmi genetici (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) e la programmazione dinamica (DP), sono stati considerati per risolvere il problema dell’utilizzo ottimale e del posizionamento dei sistemi di accumulo all’interno delle reti di distribuzione. L'efficacia di questi metodi è stata indagata tramite diversi simulazioni. Le reti test in media e bassa tensione approntate dalla Task Force Cigré C6.04.02 sono state selezionate per verificare l’efficacia dei metodi proposti e confrontarli. Nell’approntare le simulazioni sono stati considerati sia il raggiungimento di risultati accettabili in termini di riduzione delle perdite che la presenza di generazione distribuita da fonte rinnovabile. I risultati dell'ultima metodologia di ottimizzazione mostrano il raggiungimento di una maggiore riduzione delle perdite nelle reti. Infine, è stato eseguito lo studio della valutazione economica delle tecnologie di accumulo dell’energia elettrica impiegate e vengono selezionate le tecnologie più appropriate secondo considerazioni economiche. Il lavoro della presente tesi è finalizzato rappresentare proposte e la visualizzazione futura road map per rendere questa ricerca completa.

Optimal placement and control of energy storage devices to improve efficiency of distribution grids

FARROKHI FAR, MEISAM

Abstract

The considerable investment requirements of electricity distribution grids along with the duty of feeding customers’ loads have turned them into a very important part of power systems. In fact, distribution grids must satisfy load growth and should be able to provide the best possible service to the customers. Also, the introduction of distributed generation resources to distribution grids has made changes to their managerial system causing optimal planning of generation and consumption to be placed at the center of attention of grid designers and planners. Consequently, efficiency increase in distribution grids has become a major consideration for electricity distribution companies. Nowadays, various methods such as optimal placement of distribution substations and network reconfiguration are being incorporated to reduce losses in distribution grids. In the recent research, deployment of energy storage devices is investigated in order to reduce losses in distribution grids. Novel technologies of higher storage capacities have opened new positions for energy storage devices in power systems. Also, environmental considerations suggest deployment of distributed generations and energy storage devices for generating and storing energy in the vicinity of consumers as an appropriate solution. In this dissertation, a new approach is represented based on energy storage devices application to increase the efficiency of distribution grids. First, the necessity of this research is contemplated through reviewing the presented methods in other researches. Then a comprehensive objective function is introduced to calculate losses in electricity grids considering limitations of energy storage device deployment in the grid. In the sequel, three optimization methods of Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Dynamic Programming (DP) are considered to solve the problem. The effectiveness of these methods is shown with several experiments. CIGRÉ medium voltage and CIGRÉ low voltage grids are selected for tests as standard grids and the efficiency of the introduced methods are proved through several experiments on the mentioned grids. Achieving acceptable results in terms of loss reduction, simultaneous deployment of photovoltaic (PV) and energy storage device is considered. Results of the last experiment show more loss reduction in the grid. Finally, the economic evaluation of used technologies in energy storage devices is performed and the most appropriate technologies in terms of economic considerations are introduced. This dissertation is finalized representing suggestions and visualizing future road map to make this research complete.
BERIZZI, ALBERTO
TIRONI, ENRICO
GRILLO, SAMUELE
20-mar-2014
Le notevoli esigenze di investimento delle reti di distribuzione dell’energia elettrica insieme alla necessità di alimentare i carichi elettrici hanno trasformato questa porzione della rete in una parte molto importante all’interno dei sistemi elettrici. Infatti, la rete di distribuzione deve soddisfare la crescita del carico e deve essere in grado di fornire un adeguato servizio ai clienti. Inoltre, l'introduzione di risorse di generazione distribuita ha apportato modifiche al loro sistema di gestione e controllo rendendo necessaria la pianificazione ottimale della produzione e del consumo. Di conseguenza, aumentare l'efficienza delle reti di distribuzione è diventato un aspetto importante per i Distributori (DSO). Attualmente, vari metodi, come il posizionamento ottimale delle sottostazioni di distribuzione e la riconfigurazione della rete sono stati utilizzati per ridurre le perdite nelle reti di distribuzione. Tuttavia, alcuni recenti sviluppi della ricerca hanno indagato la diffusione di dispositivi di accumulo dell'energia per ridurre le perdite nelle reti di distribuzione. Le nuove tecnologie di accumulo dell’energia elettrica hanno aperto nuove prospettive per dispositivi di accumulo dell'energia nei sistemi di trasmissione e distribuzione. Oltre a ciò, anche considerazioni ambientali suggeriscono l’utilizzo di generazione distribuita e dispositivi di accumulo per generare e immagazzinare energia in prossimità dei consumatori. La presente tesi affronta il tema dell’utilizzo di sistemi stazionari di accumulo dell'energia per aumentare l'efficienza delle reti di distribuzione. L’utilità di questa ricerca è, anzitutto, analizzata e giustificata attraverso la revisione dei metodi proposti in altre ricerche. Successivamente viene introdotta una funzione obiettivo globale per calcolare le perdite nelle reti elettriche contemplando anche le possibili limitazioni di un utilizzo dei dispositivi statici di accumulo all’interno delle reti. Tre metodi di ottimizzazione, algoritmi genetici (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) e la programmazione dinamica (DP), sono stati considerati per risolvere il problema dell’utilizzo ottimale e del posizionamento dei sistemi di accumulo all’interno delle reti di distribuzione. L'efficacia di questi metodi è stata indagata tramite diversi simulazioni. Le reti test in media e bassa tensione approntate dalla Task Force Cigré C6.04.02 sono state selezionate per verificare l’efficacia dei metodi proposti e confrontarli. Nell’approntare le simulazioni sono stati considerati sia il raggiungimento di risultati accettabili in termini di riduzione delle perdite che la presenza di generazione distribuita da fonte rinnovabile. I risultati dell'ultima metodologia di ottimizzazione mostrano il raggiungimento di una maggiore riduzione delle perdite nelle reti. Infine, è stato eseguito lo studio della valutazione economica delle tecnologie di accumulo dell’energia elettrica impiegate e vengono selezionate le tecnologie più appropriate secondo considerazioni economiche. Il lavoro della presente tesi è finalizzato rappresentare proposte e la visualizzazione futura road map per rendere questa ricerca completa.
Tesi di dottorato
File allegati
File Dimensione Formato  
FARROKHI FAR thesis.pdf

non accessibile

Descrizione: Thesis text
Dimensione 4.4 MB
Formato Adobe PDF
4.4 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/89529