Control of a Smart Resilient Microgrid

Abstract

The increasing frequency of natural disasters, as well as the growing decentralization of the power grid, together with the rising demand for sustainable energy resources, have collectively fueled interest in adopting new technologies to modernize the power grid. Microgrids emerge as a result of these attempts to revolutionize the grid operation, as they can operate independently from the utility grid and provide a straightforward method for integrating renewable energy resources. This thesis investigates various architectures and operational dynamics of microgrids, with the goal of developing and implementing a load control algorithm aimed at enhancing resiliency in critical scenarios, such as power failures caused by natural disasters. Through a comprehensive literature review, the research explores the feasibility and benefits of microgrid deployment. The developed algorithm is tested in a pilot microgrid installed in DEEC's garage, operating with an integrated automaton system. The study presents an efficient and adaptable algorithm that effectively manages microgrid loads taking into account the energy stored in the batteries, ensuring resilience by supplying critical loads during short or prolonged power outages. Additionally, the algorithm's performance is evaluated under various simulated conditions to ensure its robustness and scalability. As a result, this research contributes significantly to advancing microgrid technology and optimizing load control strategies as viable solutions for future energy systems.

O aumento da frequência de desastres naturais e a crescente descentralização da rede elétrica, juntamente com a crescente procura por recursos energéticos sustentáveis, têm coletivamente impulsionado o interesse na adoção de novas tecnologias para modernizar a rede elétrica. As micro-redes surgem como resultado dessas tentativas de revolucionar a operação da rede, pois possibilitam a operação de forma independente da mesma e fornecem um método direto para integrar recursos de energia renovável. Esta tese investiga várias arquiteturas e dinâmicas operacionais de micro-redes, com o objetivo de desenvolver e implementar um algoritmo de controlo de cargas destinado a aumentar a resiliência em cenários críticos, como falhas de energia causadas por desastres naturais. Através de uma revisão abrangente da literatura, este estudo explora a viabilidade e os benefícios da implementação de micro-redes. O algoritmo desenvolvido é testado numa micro-rede piloto instalada na garagem do DEEC, e operado por um autómato integrado na mesma. O estudo apresenta um algoritmo eficiente e adaptável que gere eficazmente as cargas da micro-rede em função da energia armazenada nas baterias, assegurando resiliência na alimentação de cargas críticas durante interrupções de energia de curta e longa duração. Além disso, o desempenho do algoritmo é avaliado sob várias condições para garantir a sua robustez e escalabilidade. Assim, esta dissertação contribui significativamente para o avanço da tecnologia de micro-redes e otimização das estratégias de controlo de carga como soluções viáveis para o futuro dos sistemas energéticos.