Προηγμένες στρατηγικές ελέγχου μονάδων αποθήκευσης ενέργειας σε έξυπνα ηλεκτρικά δίκτυα με υψηλή διείσδυση διανεμημένης παραγωγής

Abstract

Energy storage systems (ESSs) are a promising solution to the technical barriers arising from the high penetration of distributed generation into the electrical distribution networks (DNs). The aim of this dissertation is to develop advanced control strategies for distributed ESSs installed at photovoltaic (PV) prosumers premises, that will favor both DN operation and the prosumers owning the ESSs, even in the absence of variable pricing mechanisms for electrical energy/power. Specifically, the goals of the ESS control strategies are to provide support for the alleviation of the technical barriers of DNs operators and to increase the self-consumed energy at the prosumers' installations.To achieve the aforementioned goals, a local control scheme for ESS is proposed that mitigates the peaks of the active power exchanged between the prosumer and the DN, maximizing at the same time prosumer's self-consumption. Peak mitigation improves the voltage profile along distribution feeders and reduces the energy losses on networks lines and transformers. Furthermore, the maximization of self-consumption enhances the economic benefit of prosumers.In addition, a coordinated control scheme is developed for prosumers' ESSs aiming at the mitigation of network overvoltages, that defines the participation rate of each ESS in the voltage regulation, based on the stress each prosumer imposes to the DN. The proposed participation policy promotes the increase of self-consumption at prosumers' installations.The proposed ESS control schemes are thoroughly evaluated experimentally and through simulations to prove their efficiency and advantages for prosumers and DN the operators. The numerical results demonstrate that the control strategies improve voltage profile over distribution feeders, allowing in this way the further penetration of PVs into saturated DNs, they reduce the energy losses over network lines and finally they promote self-consumption at PV prosumers' premises.

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ΣΑΕ) αποτελούν μία υποσχόμενη λύση στις τεχνικές προκλήσεις που προκαλεί η αυξημένη διείσδυση διανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (ΔΔΗΕ).Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη προηγμένων στρατηγικών ελέγχου για διανεμημένα ΣΑΕ σε εγκαταστάσεις ιδιοπαραγωγών με φωτοβολταϊκά (ΦΒ), με στόχο την κοινή ωφέλεια των ιδιοπαραγωγών που διαθέτουν τα ΣΑΕ αλλά και των διαχειριστών των ΔΔΗΕ, ακόμη και κατά την απουσία ειδικών πολιτικών τιμολόγησης της ηλεκτρικής ενέργειας/ισχύος. Ειδικότερα, στόχος των στρατηγικών ελέγχου είναι η επικουρική δράση των ΣΑΕ στην αντιμετώπιση των τεχνικών προβλημάτων που παρουσιάζονται στα ΔΔΗΕ και η επαύξηση του βαθμού ιδιοκατανάλωσης των ιδιοπαραγωγών. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, αναπτύσσεται ένα σχήμα τοπικού ελέγχου ΣΑΕ το οποίο επιδιώκει τη μείωση των αιχμών της ενεργής ισχύος που ανταλλάσσει ο ιδιοπαραγωγός με το δίκτυο διανομής, εξασφαλίζοντας παράλληλα τη μεγιστοποίηση της ιδιοκατανάλωσης της εγκατάστασης. Αφενός, η ελάττωση των αιχμών ισχύος συνεισφέρει στη βελτίωση του προφίλ της τάσης του ΔΔΗΕ καθώς και στη μείωση των απωλειών ενέργειας στις γραμμές και τον μετασχηματιστή του δικτύου. Αφετέρου, η μεγιστοποίηση της ιδιοκατανάλωσης ενισχύει την οικονομική ωφέλεια του ιδιοπαραγωγού.Επιπρόσθετα, αναπτύσσεται ένα σχήμα συντονισμένου ελέγχου ΣΑΕ που στοχεύει στην εξάλειψη των υπερτάσεων, ενώ καθορίζει τον βαθμό συμμετοχής του κάθε ΣΑΕ στη ρύθμιση της τάσης με γνώμονα την επιβάρυνση που προκαλεί ο κάθε ιδιοπαραγωγός στο δίκτυο. Η προτεινόμενη πολιτική καθορισμού του βαθμού συμμετοχής αποτελεί κίνητρο για την αύξηση της ιδιοκαταναλισκόμενης ενέργειας σε ιδιοπαραγωγούς που παρουσιάζουν χαμηλό βαθμό ιδιοκατανάλωσης. Τα σχήματα ελέγχου ΣΑΕ που προτείνονται στη διατριβή αξιολογούνται τόσο πειραματικά όσο και με τη βοήθεια προσομοιώσεων ως προς την αποδοτικότητά τους και τα οφέλη που προσκομίζουν στους ιδιοπαραγωγούς και τους διαχειριστές του ΔΔΗΕ. Από τα αποτελέσματα της αξιολόγησης συμπεραίνεται ότι οι προτεινόμενες στρατηγικές βελτιώνουν το προφίλ της τάσης σε ΔΔΗΕ επιτρέποντας έτσι την περαιτέρω διείσδυση ΦΒ σε κορεσμένα ΔΔΗΕ, μειώνουν τις απώλειες ενέργειας στο δίκτυο, και προάγουν την ιδιοκατανάλωση στις εγκαταστάσεις ιδιοπαραγωγών με ΦΒ.