On energy management optimization for microgrids enriched with renewable energy sources
Contribution à l'optimisation de la gestion d'énergie dans les micro-réseaux à base de ressources renouvelables
Résumé
The current electric power system isfacing the challenges of environmental protection,increasing global electricity demand, high reliability requirement, cleanliness of energy, and planning restrictions. To evolve towards green and smart electric power system, centralized generating facilities are now being transformed into smaller and more distributed generations. As a consequence, the concept of microgrid emerges, where a microgrid can operate as a single controllable system and can be assumed as a cluster of loads and distributed energy resources, which may include many renewable energy sources and energy storage systems. The energy management of large numbers of distributed energy resources is needed for reliable operation of microgrid system. Therefore, energy management is the fundamental part of the microgrid operation for economical and sustainable development. In this regard, this thesis focuses on proposing energy management optimization models for optimal operation of microgrid system that include proposed practical Li-ion battery degradation cost model. These different energy management models include objective functions of operating cost of distributed generators, emission cost of conventional generation source, maximum utilization of renewable energy sources, battery degradation cost, demand response incentives, and load shedding penalization cost, with microgrid component and physical network constraints. A comprehensive conceptual seven layer model is also developed to provide standardized insights in implementing real transactive energy systems.
Le réseau électrique actuel est confronté à plusieurs défis liés aux exigences environnementales, à l'augmentation de la demande mondiale d'électricité, aux contraintes de fiabilité élevées, à la nécessité d’une énergie décarbonisée et aux restrictions de planification. Afin d’évoluer vers un système d'énergie électrique respectueux de l’environnement et intelligent, les installations de production centralisées sont de nos jours transformées en de plus petites centrales de génération distribuées. Le concept de micro-réseau émerge ainsi. Le micro-réseau peut être considéré comme un système de distribution basse tension avec un ensemble de charges contrôlables et de ressources énergétiques distribuées, qui peuvent inclure de nombreuses sources d'énergie renouvelables et des systèmes de stockage d'énergie. La gestion d’énergie d'un grand nombre de ressources énergétiques distribuées est nécessaire au bon fonctionnement d'un micro-réseau afin d’en assurer la stabilité, la fiabilité et la disponibilité. Par conséquent,un système de gestion d'énergie est au coeur de l'exploitation des micro-réseaux afin d’en assurer un développement économique et durable. À cet égard, cette thèse se focalise sur la proposition de modèles d'optimisation de système de gestion de l'énergie pour une exploitation optimale des micro-réseaux. Une gestion d’énergie optimale requiert la prise en compte de plusieurs contraintes techniques, économiques et environnementales. De plus, ces travaux de recherche prennent en considération un modèle pratique du coût de dégradation des batteries Li-ion. Le problème de gestion d’énergie optimale se traduit ainsi par un problème d’optimisation sous contraintes. La fonction objective regroupe le coût d'exploitation des générateurs distribués, le coût des émissions de gaz à effet de serre des sources de production conventionnelles, l’obligation d’une utilisation maximale des sources d'énergie renouvelables, le coût de dégradation des batteries, les différentes incitations afin de modifier le profil de la demande et des pénalités en cas de délestage. Les contraintes quant à elles sont liées aux contraintes techniques des différents sous-systèmes du micro-réseau. Par ailleurs, un modèle conceptuel complet à sept couches est également développé afin de fournir des informations normalisées sur la mise en oeuvre d’une nouvelle économie de l’énergie.
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