Optimal power flow applicato ad una Microgrid in islanded mode

In recent years the electrical grid is facing new challenges. First of all, the need to use renewable sources, such as wind and sun, to produce clean energy, has increased the uncertainty of the generation and therefore the difficulty in controlling the network. Other challenges concern the possibility of ensuring the continuity of service when natural disasters or security breaches threaten the grid, and of improoving the efficiency of the same (minimization of total losses among the lines, of the overall operational costs of the network, etc...). One possible solution to these problems is the creation of microgrids along the grid. A microgrid is a localized group of electricity sources and loads (maximum total power: 10MW) that normally operates connected to the main grid, but is also able to self-sustain itself if necessary (in this case we talk about Islanded mode). Microgrids are characterized by a strong presence of control technologies. Thanks to the ability of working autonomously, sometimes microgrids are also designed to operate only in Islanded mode, in order to electrify remote areas, such as islands or villages, far from any existing electrical grid. In this work an optimization has been formulated in order to control the daily operation of a microgrid, working in islanded mode, in which there are renewable and conventional sources, energy storage systems and given loads, all of it minimizing overall costs. In case the maximum power that can be delivered is exceeded by the request, optimization takes into consideration load curtailment, preventively agreed with the customer. Furthermore, a hospital has been added as a load: unlike the others, load curtailment is not contemplated for it. For the solution of the above-mentioned optimization problem, which is referred to as an "Optimal Power Flow Problem", we have formulated a "Semidefinite Program" (SDP) with the software "Matlab Mathworks". The solver YALMIP has been used.

Negli ultimi anni la rete elettrica sta affrontando nuove sfide. Innanzitutto, la necessità di utilizzare fonti rinnovabili, come il vento e il sole, per produrre energia "pulita", ha aumentato l'aleatorietà della generazione e quindi la difficoltà del controllo della rete. Altre sfide riguardano la possibilità di assicurare la continuità del servizio quando i disastri naturali o le violazioni della sicurezza minacciano la rete, e di aumentare l'efficienza della stessa (minimizzazione delle perdite totali tra le linee, dei costi operativi complessivi della rete ...). Una possibile soluzione a questi problemi è la creazione di Microgrids lungo la rete. Una Microgrid è un gruppo localizzato di fonti di energia elettrica e carichi (massima potenza totale: 10 MW) che può funzionare collegato alla rete principale, ma che è anche in grado di auto-gestirsi in caso di necessità (in questo caso si parla di modalità Islanded). Una microgrid è caratterizzata da una forte presenza di tecnologie di controllo. Grazie alla capacità di operare autonomamente, le Microgrids sono progettate anche per lavorare solo in Islanded mode, al fine di elettrificare aree remote, come isole o villaggi, lontani da una rete elettrica esistente. Nel seguente lavoro è stata formulata un'ottimizzazione per controllare il funzionamento quotidiano di una Microgrid in modalità Islanded, nella quale sono presenti fonti rinnovabili, fonti convenzionali, sistemi di stoccaggio energetico e carichi dati, garantendo il rispetto dei vincoli operativi e contemporaneamente minimizzando i costi complessivi di funzionamento. Nel caso in cui la massima potenza erogabile venga superata dalla domanda e i sistemi di accumulo siano scarichi, l'ottimizzazione prende in considerazione il distacco di carichi, preventivamente concordato con il cliente. E' stata inoltre prevista la presenza di un carico che rappresenta un ospedale: a differenza degli altri, per esso la fornitura di potenza istantanea è stata imposta sempre coincidente alla domanda. Per la risoluzione del suddetto problema di ottimizzazione, che viene classificato come un "Optimal power flow problem", è stato formulato un "Semidefinite Program" (SDP) attraverso il software "Matlab Mathworks", ed è stato utilizzato il risolutore YALMIP.