Revisión de la literatura de Implementación de BESS en DER

Distributed Energy Resources (DER) have been a fundamental part of the inclusion of Battery Energy Storage Systems (BESS) in the generation and distribution system. This work shows an exhaustive review of the different approaches that the authors have developed when implementing BESS in DER, its scope and applications in different environments, observing that the most covered topics are Smart Grid (SG), Distributed Generation (DG), Energy Storage (ES) and where little information is found on the topics of Electric Vehicles (EV), Advanced Measurement (AM) and Demand Response (DR), this is to give an overview of the progress the authors have had and it allows to know in which field of application less information is found, facilitating the search for new researchers.Los recursos energéticos distribuidos (DER) han sido parte fundamental para la inclusión de los Sistemas de almacenamiento de baterías (BESS) al sistema de generación y distribución. Este trabajo muestra una revisión exhaustiva de los diferentes enfoques que han desarrollado los autores al implementar BESS en DER sus alcances y aplicaciones en diferentes entornos, observando que los temas más abarcados son Smart Grid (SG), Generación Distribuida (GD) , Almacenamiento de Energía (AE) y en donde se encuentra poca información son los temas de Vehículos eléctricos (VE), Medición Avanzada (MA) y Respuesta a la Demanda (RD), esto tiene como fin dar una visión mas general sobre los avances que han tenido los autores y permite conocer en qué campo de aplicación se encuentra menos información facilitando la búsqueda de los nuevos investigadores

System Frequency Support of Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Power Plant

With ever-increasing penetration of wind power into modern electric grids all over the world, a trending replacement of conventional synchronous generators by large wind power plants will likely result in the poor overall frequency regulation performance. On the other hand, permanent magnet synchronous generator wind Turbine System (PMSG-WTG) with full power back to back converters tends to become one of the most promising wind turbine technologies thanks to various advantages. It possesses a significant amount of kinetic energy stored in the rotating mass of turbine blades, which can be utilized to enhance the total inertia of power system. Additionally, the deloaded operation and decoupled control of active and reactive power make it possible for PMSG-WTG to provide a fast frequency regulation through full-power converter. First of all, a comprehensive and in-depth survey is conducted to analyze the motivations for incorporating the inertial response and frequency regulation of VSWT into the system frequency regulation. Besides, control classifications, fundamental control concepts and advanced control schemes implemented for auxiliary frequency support of individual WT or wind power plant are elaborated along with a comparison of the potential frequency regulation capabilities of four major types of WTs. Secondly, a Controls Advanced Research Turbine2-Permanent Magnet Synchronous Generator wind turbine (CART2-PMSG) integrated model representing the typical configuration and operation characteristics of PMSG-WT is established in Matlab/Simulink,. Meanwhile, two different rotor-side converter control schemes, including rotor speed-based control and active power-based control, are integrated into this CART2-PMSG integrated model to perform Maximum Power Point Tracking (MPPT) operation over a wide range of wind speeds, respectively. Thirdly, a novel comprehensive frequency regulation (CFR) control scheme is developed and implemented into the CART2-PMSG model based on rotor speed control. The proposed control scheme is achieved through the coordinated control between rotor speed and modified pitch angle in accordance with different specified wind speed modes. Fourth, an improved inertial control method based on the maximum power point tracking operation curve is introduced to boost the overall frequency support capability of PMSG-WTGs based on rotor speed control. Fifth, a novel control method based on the torque limit (TLC) is proposed for the purpose of maximizing the wind turbine (WT)\u27s inertial response. To avoid the SFD caused by the deloaded operation of WT, a small-scale battery energy storage system (BESS) model is established and implemented to eliminate this impact and meanwhile assist the restoration of wind turbine to MPPT mode by means of coordinated control strategy between BESS and PMSG-WTG. Last but not the least, all three types of control strategies are implemented in the CART2-PMSG integrated model based on rotor speed control or active power control respectively to evaluate their impacts on the wind turbine\u27s structural loads during the frequency regulation process. Simulation results demonstrate that all the proposed methods can enhance the overall frequency regulation performance while imposing very slight negative impact on the major mechanical components of the wind turbine

Integration of distributed generation along with energy storage system to reduce the high penetration impacts of renewable energy sources into the power grid.

Compte tenu du comportement aléatoire et fluctuant des sources d'énergie renouvelable (SER), l'équilibre entre la génération et la demande ne sont pas faciles à contrôler. Par conséquent, la stabilité dynamique du flux d'énergie et le contrôle de la fréquence deviennent de plus en plus difficiles en raison des impacts de la pénétration élevée des SER dans les micro-réseau électrique. Des stratégies de contrôle des convertisseurs/onduleurs avec filtre sont nécessaires pour maintenir l'alimentation électrique appropriée dans l'ensemble du micro-réseau. L'objectif de notre travail est d'explorer les aspects critiques de la génération distribuée (GD), de l'intégration des énergies renouvelables et des systèmes de stockage de l'énergie, en mettant l'accent sur l'amélioration de l'efficacité du réseau électrique tout en minimisant la pollution atmosphérique. Cette thèse reconnaît les avantages environnementaux et économiques de la GD tout en soulignant les défis inhérents à la gestion des sources d'énergie renouvelable fluctuantes. Un algorithme de contrôle pour un système de stockage d'énergie hybride diesel-éolien à forte pénétration est conçu pour maintenir la stabilité dynamique du flux d'énergie et le contrôle de la fréquence du réseau. Les principaux résultats comprennent la réduction efficace du temps de transition dans le flux d'énergie éolienne et des fluctuations de fréquence. D'autre part, cette étude répond aux défis posés par la nature intermittente des SER et leur impact sur la stabilité dynamique et le contrôle de la fréquence. Nous avons introduit un algorithme de contrôle utilisant la logique floue pour un système de stockage d'énergie éolienne en utilisant la méthode de partage de puissance. En comparant cette approche au contrôleur conventionnel, l'algorithme proposé a démontré des améliorations substantielles dans la réduction du temps de transition dans le flux d'énergie éolienne et des fluctuations de fréquence. Dans le cadre de cette thèse, une étude complète de divers convertisseurs statiques est réalisée afin de déterminer le dispositif de stockage d'énergie le plus approprié pour les applications de réseaux intelligents. Ce système de stockage joue un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité du réseau tout en minimisant les pertes d'énergie. L'objectif est d'identifier le dispositif de stockage d'énergie le plus adapté à cette application. Les avantages de cette technologie sont d'une grande efficacité et fiabilité, qui peuvent connecter diverses sources d'énergie et réduire les pertes de conduction dans les convertisseurs de puissance. On a analysé l'efficacité et la fiabilité de différents convertisseurs et évalué leur performance dans des conditions de charge et de décharge du système de stockage. Les plages de fonctionnement des convertisseurs élévateur-abaisseur, abaisseur-élévateur et abaisseur-élévateur (-Vout) ont été analysées pour optimiser le système de stockage d'énergie. Cette thèse présente également une analyse complète d'un schéma de simulation qui exploite un système solaire composé de panneaux photovoltaïques intégrés au réseau électrique, à diverses charges, et à un dispositif de stockage d'énergie. Après la modélisation des panneaux photovoltaïques et de leurs caractéristiques opérationnelles, un filtre adaptatif est développé pour atténuer les fluctuations du courant d'entrée. On a exploré en outre l'efficacité et les mécanismes de contrôle des convertisseurs de puissance et des onduleurs, facilitant ainsi l'intégration du système de stockage d'énergie avec le réseau électrique. Plusieurs techniques de contrôle non linéaires sont utilisées pour évaluer les performances du système avec différentes configurations, y compris un onduleur simple, un filtre multi-variable, un filtre passe bande et une configuration sans filtre. Cette recherche nous a permis de proposer une régulation efficace du bus DC au sein du réseau électrique. L'avantage clé de ces régulateurs non linéaires est leur capacité à compenser la puissance réactive et les courants harmoniques, ce qui se traduit par un réseau électrique sans perturbations et une réduction du taux de distorsion harmonique totale (DHT) des onduleurs, améliorant finalement l'efficacité globale du réseau électrique. Cette thèse apporte des connaissances précieuses pour optimiser les performances des systèmes éoliens et solaires ainsi que du dispositif de stockage d'énergie, et leur intégration au réseau grâce à des techniques de contrôle et de filtrage avancées, avec des implications significatives pour l'amélioration de la stabilité et de la fiabilité des sources d'énergie renouvelable dans le réseau électrique. Abstract Being the fluctuation behavior of Renewable Energy Sources (RESs), generation, balance, and demand are not easy tasks to control because it is not desirable to have constant power generation from RESs due to natural prospects. As a result, the dynamic stability of power flow and control of frequency is becoming more challenging due to the high penetration impacts of RESs. Control strategies of converter/inverter with filter are also required to maintain the proper power supply in the entire microgrid where energy storage device plays crucial roles. The objective of this study is to explore critical aspects of distributed generation (DG), renewable energy integration, and energy storage systems, focusing on enhancing power network efficiency while minimizing power losses and environmental air pollution. This doctoral thesis acknowledges the environmental and economic benefits of distributed generation (DG) while highlighting the inherent challenges in managing fluctuating renewable energy sources (RESs). A control algorithm for a high-penetration hybrid diesel-wind-based energy storage system is designed to maintain dynamic stability in power flow and control network frequency. The key findings include the effective reduction of transient time in wind power flow and frequency fluctuations through the use of an integral-derivative (I-D) controller. On the other hand, it recognizes the challenges posed by the intermittent nature of renewable energy sources (RESs) and their impact on dynamic stability and frequency control. This thesis introduced a control algorithm employed with a Fuzzy Logic (FL) controller for a wind-based energy storage system using the power-sharing method. By comparing this approach to the traditional Proportional Integral Derivative (PID) controller, the study demonstrated substantial improvements in reducing transient time in wind power flow and frequency fluctuations. A storage system (battery) plays a crucial role in maintaining network stability while minimizing energy losses. As a part of this thesis, a comprehensive survey of various DC-DC converters is done to determine the most suitable energy storage device for smart grid applications. The main objective is to identify this application's most appropriate energy storage device. The advantages of this technology are high efficiency and reliability, which can connect various energy sources and reduce conduction losses in the power converters. The study analyzed the efficiency and reliability of different converters and evaluated their performance in charging and discharging conditions of a battery. The operating ranges of boost-buck, buck-boost, and buck-boost (-Vout) converters are analyzed to optimize the energy storage system. This doctoral thesis also presents a comprehensive analysis of a simulation scheme that leverages a solar system composed of photovoltaic (PV) panels integrated with the electrical grid, various loads, and an energy storage device. The research begins by investigating the modeling of PV panel cells and their operational characteristics. Subsequently, an adaptive notch filter synthesis is developed to mitigate input current fluctuations. The research further explores the efficiency and control mechanisms of power converters and inverters, facilitating the seamless integration of the energy storage system with the electrical grid. Multiple simulations are conducted, employing nonlinear control techniques to evaluate the performance of the system with different configurations, including a simple inverter, a multi-variable filter, a notch filter, and a filter-less setup. The research aims to achieve effective regulation of the DC bus within the proposed grid. The key advantage of these nonlinear controllers is their ability to compensate for reactive power and harmonic currents, resulting in a disturbance-free power network and a reduction in the Total Harmonic Distortion (THD) rate of the inverters, ultimately enhancing the overall efficiency of the power grid. This thesis contributes valuable insights into optimizing the performance of wind and solar systems along with energy storage device and their integration with the grid through advanced control and filtering techniques, with significant implications for improving the stability and reliability of renewable energy sources in the power grid

自然変動電源統合型電力システムの実現を目的とした電力貯蔵装置による周波数安定化能力向上制御に関する研究

Tohoku University斎藤浩海課