MRTS: a flexible system for microgrids real-time digital simulation using hardware-in-the-loop

Abstract

The recent changes on the power systems paradigm require the active participation of small and medium players in the electricity network management. With the electricity price flotation, the small and medium players must manage their consumption in order to decrease the economic costs without the degradation of the users’ comfort. Additionally, the appearance of new concepts in the power systems, such as smart grids and microgrids, bring several advantages. This includes the use of distributed generation and the execution of demand response programs. However, their implementation on the current power grid can also bring management and stability issues. The purpose of this dissertation is to simulate, in real-time, a microgrid facility by employing real hardware resources and survey of the consumption and generation profiles of the small and medium consumers. The facility would include small power load, medium power load and a micro-generation unit. This microgrid facility proposes controlling methods of hardware devices that enable the real loads to be integrated as hardware-in-the-loop (HIL) loads for the small and medium simulation players. The implemented system uses real consumption loads and real wind power generator. The main contribution of this dissertation is the integration of real resources inside the simulation environment. Furthermore, this study describes the hardware and software developed and implemented on the loads built to manual use, outside of the simulation environments. In the case studies, actual consumption and generation profiles of the small and medium consumers has been employed in order to simulate in real-time.

As mudanças recentes no paradigma dos sistemas elétricos de energia requerem uma participação ativa dos participantes de pequeno e médio tamanho na gestão da produção e utilização da eletricidade. Com a flutuação do preço da eletricidade, estes participantes têm de gerir o consumo de modo a diminuir custos sem degradar o conforto dos utilizadores. Além disso, o aparecimento de novos conceitos de eletrónica de potência, como as redes inteligentes e as micro-redes, traz grandes vantagens. Isto inclui o uso de produção distribuída e a execução de programas de resposta à procura. No entanto, as suas implantações podem trazer complicações de gestão e estabilidade aos atuais sistemas elétricos de energia. O objetivo desta dissertação é simular, em tempo real, uma micro-rede usando recursos de hardware reais e analisar o consumo e perfis de geração de consumidores pequenos e médios. A micro-rede incluiria uma pequena carga, uma média carga e uma unidade de micro-geração. Esta micro-rede propõe métodos de controlar dispositivos de hardware que permitem integrar cargas reais como cargas hardware-in-the-loop (HIL) para simulação de participantes pequenos e médios. O sistema implementado tem cargas com consumos reais e um gerador de energia eólica. A principal contribuição desta dissertação é a integração de dispositivos reais dentro do ambiente de simulação. Além disso, este estudo descreve o hardware e o software desenvolvidos e implementados nas cargas desenhadas para utilização manual, fora dos ambientes de simulação. Nos casos de estudo, o consumo real e os perfis de geração dos consumidores pequenos e médios foram utilizados para realizar as simulações em tempo-real.

تغییرات اخیر در سیستم های توزیع قدرت ، شرکت کردن فعال مصرف کنندگان و تولید کنندگان برق را بیش از پیش مورد اهمیت قرار داده است. همچنین با توجه به متغیر بودن قیمت برق ، این واحد ها باید مدیریت کافی را بر روی مصرف خود داشته ، تا بتوانند هزینه های ماهیانه انرژی را کاهش دهند. علاوه بر این، پیدایش مفاهیم جدیدی در سیستم های قدرت ، مانند شبکه های هوشمند ، فواید بسیاری را برای این سیستم ها ایجاد کرده اند. این فواید شامل استفاده از تکنولوژی تولید پراکنده و یا اجرای برنامه های پاسخ به بخش تقاضا می باشند. البته در کنار این فواید، این مفاهیم جدید مشکلاتی مدیریتی و پایداری را برای شبکه ایجاد می کنند. هدف از این پایان نامه ، شبیه سازی زمان واقعی یک شبکه برق کوچک می باشد که از مصرف روش های ، HIL کنندگان و تولید کنندگان واقعی استفاده می کند. این شبکه برق کوچک با استفاده از سناریو کنترلی را ارائه می دهد که اپراتور را قادر می سازد تا با ادغام سخت افزار های واقعی در محیط شبیه سازی ، به نتایج واقعی و قابل قبول تری دست یابد. همچنین این پایان نامه ، نرم افزار ها و سخت افزار هایی را توضیح می دهد که با اجرای آنها بر روی وسایلی که برای استفاده های معمولی و خارج از محیط شبیه سازی ساخته شده اند ، به صورت سخت افزار های واقعی در محیط شبیه سازی ایفای نقش کنند. در موارد بررسی شده در این پایان نامه ، یک دوره دو ساعته از این شبیه سازی زمان واقعی برای مصرف کنندگان خانگی و تجاری بیان می شود.