A Three-Step Methodology to Improve Domestic Energy Efficiency

Increasing energy prices and the greenhouse effect lead to more awareness of energy efficiency of electricity supply. During the last years, a lot of technologies have been developed to improve this efficiency. Next to large scale technologies such as windturbine parks, domestic technologies are developed. These domestic technologies can be divided in 1) Distributed Generation (DG), 2) Energy Storage and 3) Demand Side Load Management. Control algorithms optimizing a combination of these techniques can raise the energy reduction potential of the individual techniques. In this paper an overview of current research is given and a general concept is deducted. Based on this concept, a three-step optimization methodology is proposed using 1) offline local prediction, 2) offline global planning and 3) online local scheduling. The paper ends with results of simulations and field tests showing that the methodology is promising.\u

Design And Implementation Of Co-Operative Control Strategy For Hybrid AC/DC Microgrids

This thesis is mainly divided in two major sections: 1) Modelling and control of AC microgrid, DC microgrid, Hybrid AC/DC microgrid using distributed co-operative control, and 2) Development of a four bus laboratory prototype of an AC microgrid system. At first, a distributed cooperative control (DCC) for a DC microgrid considering the state-of-charge (SoC) of the batteries in a typical plug-in-electric-vehicle (PEV) is developed. In DC microgrids, this methodology is developed to assist the load sharing amongst the distributed generation units (DGs), according to their ratings with improved voltage regulation. Subsequently, a DCC based control algorithm for AC microgrid is also investigated to improve the performance of AC microgrid in terms of power sharing among the DGs, voltage regulation and frequency deviation. The results validate the advantages of the proposed methodology as compared to traditional droop control of AC microgrid. The DCC-based control methodology for AC microgrid and DC microgrid are further expanded to develop a DCC-based power management algorithm for hybrid AC/DC microgrid. The developed algorithm for hybrid microgrid controls the power flow through the interfacing converter (IC) between the AC and DC microgrids. This will facilitate the power sharing between the DGs according to their power ratings. Moreover, it enables the fixed scheduled power delivery at different operating conditions, while maintaining good voltage regulation and improved frequency profile. The second section provides a detailed explanation and step-by-step design and development of an AC/DC microgrid testbed. Controllers for the three-phase inverters are designed and tested on different generation units along with their corresponding inductor-capacitor-inductor (LCL) filters to eliminate the switching frequency harmonics. Electric power distribution line models are developed to form the microgrid network topology. Voltage and current sensors are placed in the proper positions to achieve a full visibility over the microgrid. A running average filter (RAF) based enhanced phase-locked-loop (EPLL) is designed and implemented to extract frequency and phase angle information. A PLL-based synchronizing scheme is also developed to synchronize the DGs to the microgrid. The developed laboratory prototype runs on dSpace platform for real time data acquisition, communication and controller implementation

Advanced laboratory testing methods using real-time simulation and hardware-in-the-loop techniques : a survey of smart grid international research facility network activities

The integration of smart grid technologies in interconnected power system networks presents multiple challenges for the power industry and the scientific community. To address these challenges, researchers are creating new methods for the validation of: control, interoperability, reliability of Internet of Things systems, distributed energy resources, modern power equipment for applications covering power system stability, operation, control, and cybersecurity. Novel methods for laboratory testing of electrical power systems incorporate novel simulation techniques spanning real-time simulation, Power Hardware-in-the-Loop, Controller Hardware-in-the-Loop, Power System-in-the-Loop, and co-simulation technologies. These methods directly support the acceleration of electrical systems and power electronics component research by validating technological solutions in high-fidelity environments. In this paper, members of the Survey of Smart Grid International Research Facility Network task on Advanced Laboratory Testing Methods present a review of methods, test procedures, studies, and experiences employing advanced laboratory techniques for validation of range of research and development prototypes and novel power system solutions

A review of networked microgrid protection: Architectures, challenges, solutions, and future trends

The design and selection of advanced protection schemes have become essential for the reliable and secure operation of networked microgrids. Various protection schemes that allow the correct operation of microgrids have been proposed for individual systems in different topologies and connections. Nevertheless, the protection schemes for networked microgrids are still in development, and further research is required to design and operate advanced protection in interconnected systems. The interconnection of these microgrids in different nodes with various interconnection technologies increases the fault occurrence and complicates the protection operation. This paper aims to point out the challenges in developing protection for networked microgrids, potential solutions, and research areas that need to be addressed for their development. First, this article presents a systematic analysis of the different microgrid clusters proposed since 2016, including several architectures of networked microgrids, operation modes, components, and utilization of renewable sources, which have not been widely explored in previous review papers. Second, the paper presents a discussion on the protection systems currently available for microgrid clusters, current challenges, and solutions that have been proposed for these systems. Finally, it discusses the trend of protection schemes in networked microgrids and presents some conclusions related to implementation

μGIM - Microgrid intelligent management system based on a multi-agent approach and the active participation of end-users

[ES] Los sistemas de potencia y energía están cambiando su paradigma tradicional, de sistemas centralizados a sistemas descentralizados. La aparición de redes inteligentes permite la integración de recursos energéticos descentralizados y promueve la gestión inclusiva que involucra a los usuarios finales, impulsada por la gestión del lado de la demanda, la energía transactiva y la respuesta a la demanda. Garantizar la escalabilidad y la estabilidad del servicio proporcionado por la red, en este nuevo paradigma de redes inteligentes, es más difícil porque no hay una única sala de operaciones centralizada donde se tomen todas las decisiones. Para implementar con éxito redes inteligentes, es necesario combinar esfuerzos entre la ingeniería eléctrica y la ingeniería informática. La ingeniería eléctrica debe garantizar el correcto funcionamiento físico de las redes inteligentes y de sus componentes, estableciendo las bases para un adecuado monitoreo, control, gestión, y métodos de operación. La ingeniería informática desempeña un papel importante al proporcionar los modelos y herramientas computacionales adecuados para administrar y operar la red inteligente y sus partes constituyentes, representando adecuadamente a todos los diferentes actores involucrados. Estos modelos deben considerar los objetivos individuales y comunes de los actores que proporcionan las bases para garantizar interacciones competitivas y cooperativas capaces de satisfacer a los actores individuales, así como cumplir con los requisitos comunes con respecto a la sostenibilidad técnica, ambiental y económica del Sistema. La naturaleza distribuida de las redes inteligentes permite, incentiva y beneficia enormemente la participación activa de los usuarios finales, desde actores grandes hasta actores más pequeños, como los consumidores residenciales. Uno de los principales problemas en la planificación y operación de redes eléctricas es la variación de la demanda de energía, que a menudo se duplica más que durante las horas pico en comparación con la demanda fuera de pico. Tradicionalmente, esta variación dio como resultado la construcción de plantas de generación de energía y grandes inversiones en líneas de red y subestaciones. El uso masivo de fuentes de energía renovables implica mayor volatilidad en lo relativo a la generación, lo que hace que sea más difícil equilibrar el consumo y la generación. La participación de los actores de la red inteligente, habilitada por la energía transactiva y la respuesta a la demanda, puede proporcionar flexibilidad en desde el punto de vista de la demanda, facilitando la operación del sistema y haciendo frente a la creciente participación de las energías renovables. En el ámbito de las redes inteligentes, es posible construir y operar redes más pequeñas, llamadas microrredes. Esas son redes geográficamente limitadas con gestión y operación local. Pueden verse como áreas geográficas restringidas para las cuales la red eléctrica generalmente opera físicamente conectada a la red principal, pero también puede operar en modo isla, lo que proporciona independencia de la red principal. Esta investigación de doctorado, realizada bajo el Programa de Doctorado en Ingeniería Informática de la Universidad de Salamanca, aborda el estudio y el análisis de la gestión de microrredes, considerando la participación activa de los usuarios finales y la gestión energética de lascarga eléctrica y los recursos energéticos de los usuarios finales. En este trabajo de investigación se ha analizado el uso de conceptos de ingeniería informática, particularmente del campo de la inteligencia artificial, para apoyar la gestión de las microrredes, proponiendo un sistema de gestión inteligente de microrredes (μGIM) basado en un enfoque de múltiples agentes y en la participación activa de usuarios. Esta solución se compone de tres sistemas que combinan hardware y software: el emulador de virtual a realidad (V2R), el enchufe inteligente de conciencia ambiental de Internet de las cosas (EnAPlug), y la computadora de placa única para energía basada en el agente (S4E) para permitir la gestión del lado de la demanda y la energía transactiva. Estos sistemas fueron concebidos, desarrollados y probados para permitir la validación de metodologías de gestión de microrredes, es decir, para la participación de los usuarios finales y para la optimización inteligente de los recursos. Este documento presenta todos los principales modelos y resultados obtenidos durante esta investigación de doctorado, con respecto a análisis de vanguardia, concepción de sistemas, desarrollo de sistemas, resultados de experimentación y descubrimientos principales. Los sistemas se han evaluado en escenarios reales, desde laboratorios hasta sitios piloto. En total, se han publicado veinte artículos científicos, de los cuales nueve se han hecho en revistas especializadas. Esta investigación de doctorado realizó contribuciones a dos proyectos H2020 (DOMINOES y DREAM-GO), dos proyectos ITEA (M2MGrids y SPEAR), tres proyectos portugueses (SIMOCE, NetEffiCity y AVIGAE) y un proyecto con financiación en cascada H2020 (Eco-Rural -IoT)