Control and Automation of a Resilient Microgrid

Abstract

Com o aumento da utilização de veículos elétricos, juntamente com a expansão da geração de energias renováveis distribuídas a baixo custo e os avanços tecnológicos nos sistemas de armazenamento de energia, introduziram novas tecnologias e alteraram o paradigma para a conceção e administração da rede. Os benefícios da microredes vão desde o aumento da flexibilidade de carga para fazer face a picos de consumo, uma integração mais eficiente da geração renovável intermitente, a redução das perdas de T&D, a prestação de serviços auxiliares, bem como benefícios económicos e ambientais. Uma das principais características das microredes é que têm a capacidade de trabalhar de forma autónoma em relação à rede pública, utilizando recursos de produção local e armazenamento de energia. O aumento da frequência de catástrofes naturais levou a situações em que pequenas aldeias ficaram isoladas da rede de fornecimento de energia. A capacidade das microredes de trabalhar de forma autónoma apresenta uma solução viável para este problema. O objetivo deste projeto é desenvolver estratégias e algoritmos inovadores para a conceção e gestão de microredes elétricos com foco na resiliência para situações críticas e de catástrofes e também utilizar recursos para aumentar a sua relação custo-benefício. As soluções propostas serão simuladas, utilizando uma microrede a implementar no DEEC-UC como piloto. Como resultado do trabalho, o estudo apresenta um algoritmo que gere de forma eficaz as cargas de uma microrede de forma a garantir a sua resiliência, e uma arquitetura que permite que um sistema trifásico funcione como um sistema monofásico, quando a microrede é isolada da rede de fornecimento de energia.

The increasing use of electric vehicles, together with the expansion of low-cost distributed renewable energy generation and technological advancements in energy storage systems, introduced new technologies and altered the paradigm for grid design and administration. Benefits of Microgrids range from increased load flexibility to cope with peak consumption, more efficient integration of intermittent renewable generation, reduced T&D losses, provision of ancillary services as well as economic and environmental benefits. One of the main characteristics of microgrids is that they have the ability to work autonomously in relation to the utility grid using local generation and energy storage resources. The increasing frequency of natural disasters have led to situations where small towns become isolated from the main utility grid. The microgrids’ ability to work autonomously from the utility grid present a viable solution to this problem. The objective of this project is to develop innovative strategies and algorithms for the design and management of electric microgrids with a focus on resiliency towards critical and disaster situations and also to use resources to increase its cost-effectiveness. The proposed solutions will be simulated, using a microgrid to be implemented at the DEEC-UC as a pilot. As a result of the work, the study presents an algorithm that efficiently manages the loads of a microgrid in order to ensure its resilience, and an architecture that allows a three-phase system to function as a single-phase system, when the microgrid is isolated from the utility grid.