Short-term planning of battery and hydrogen storage operation in electrical energy distribution systems

Orientadores: Luiz Carlos Pereira da Silva, Marcos Julio Rider Flores (1975)Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O armazenamento de energia é considerado uma alternativa tecnológica para enfrentar a variabilidade da geração intermitente, efetuar a supressão do pico da demanda, estimular os mercados elétricos competitivos, entre outros desafios enfrentados pelos sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE). Esse trabalho apresenta a modelagem do planejamento da operação de curto prazo de uma rede de distribuição com a presença de armazenamento de energia e geração intermitente eólica e solar. Os armazenadores de energia consistem em baterias e armazenamento de hidrogênio. Nesse sentido, o modelo dos equipamentos busca aproximar-se da operação real a partir das restrições impostas e dos parâmetros comerciais utilizados. Assim, primeiramente propõe-se um modelo de programação não linear inteira mista (PNLIM). Dada a dificuldade em encontrar soluções através desse modelo, o mesmo é relaxado para um modelo de programação cônica de segunda ordem inteira mista (PCSOIM), implementando-o na linguagem de modelagem algébrica AMPL. Uma vez que o novo modelo é convexo, sua solução é encontrada com o auxílio do solver CPLEX®. Posteriormente, um sistema teste de 11 nós é utilizado para testar o modelo. Avaliam-se dois macro casos: o sistema simples (SS) e o sistema híbrido (SH). Um SS consiste em dispositivos de armazenamento em nós distintos, enquanto que um SH incorpora dispositivos de armazenamento diferentes em um mesmo nó. Nota-se que os dispositivos de armazenamento do SS e do SH são capazes de promover a redução dos picos de demanda no horário de ponta. Porém, para o SH, a profundidade de descarga (PDD) da bateria encontra-se limitada em 60, 45 e 40% nas diferentes análises, o que favorece a preservação da vida útil do equipamentoAbstract: Energy storage is considered a technological alternative to face the variability of intermittent generation, to realize the peak-shaving, stimulate the competitive electricity markets, among others challenges faced by modern electrical energy distribution systems (EEDS). This work introduces the modeling of short-term distribution network operation in the presence of energy storage, wind and solar intermittent generation. The energy storage devices are batteries and hydrogen storage. In this regard, the model of the devices aims to be close to the real operation based on the restrictions imposed and the commercial parameters used. Thus, firstly it was proposed a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model. Due to the difficulty of the solution of this model was elaborated a mixed-integer second-order cone programming (MISOCP). The model was implemented in an algebraic modeling language AMPL and once this model is convex, the solution is found with the support of CPLEX® solver. Posteriorly, a test system of 11-node is used to test the model. Then, two macro cases was evaluated: the simple system (SS) and the hybrid system (HS). A SS consists of energy storage devices placed in distinct nodes, whereas a HS incorporates different energy storage devices in the same node. It should be noted that SS and HS storage devices are capable of reducing demand peaks at peak times. However, for the HS, the battery depth of discharge (DoD) is limited in 60, 45, 40%, in the different analyzes, which favors the equipment lifespanMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia ElétricaCAPE