Price-Response Matrices Design Methodology for Electrical Energy Management Systems Based on DC Bus Signalling

Abstract

Prosumers’ electrical installations (PEIs), as nanogrids and low-voltage microgrids, have gained importance in recent years following the development of standards such as the IEC 60364-8 series. In these systems, all distributed energy resources (DERs) are usually integrated using dc bus coupling. The IEC 60364-8-3 predicts an electrical energy management system (EEMS) for power-sharing. The overall research framework of this paper is the nanogrid power management, where complex algorithms are required, as well as the conventional state machines and hierarchical controls. However, the addition of new DERs in such systems is not straightforward due to the complicated parameter settings for energy usage optimization. A different control strategy, named price-based power management, has been conceived to make the EEMS scalable to include new sources and simplify parameterization. Since it is analogous to economic markets, most users understand the concepts and feel comfortable tuning parameters according to their own cost/benefits goals. This paper proposes a price-based power management algorithm for EEMS to automatically design the price-response matrices (PRMs). The PRMs are a way to organize power management, considering new DERs and variable price of energy. The main contribution is the methodology to design the PRMs. Experimental results are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed strategy. The results were obtained with a 1.5 kW prototype composed of a PV generator, battery energy storage, loads, and grid connection.

Gerenciamento de Potência Baseado em Vetores de Resposta ao Preço para o Controle de Nanorredes

“…tem sido discutido na literatura devido a crescente aplicação de energias renováveis em escala de distribuição [1]- [4]. Isso é interessante porque permite gerenciar cargas e geração distribuída de maneira local, e muitas vezes com uma interface direta com o usuário/prossumidor [5]- [6].…”

“…Em relação às estratégias de controle para o gerenciamento de potência, diferentes trabalhos têm proposto máquinas de estados [5], [15]- [16], controladores droop [17] e controladores droop adaptativos [18]- [20].…”

“…Em controladores centralizados um link de comunicação é necessário para informar modos de operação, ou referências de potência para os conversores e suas malhas de controle [8]. Essa abordagem é comumente associada a máquinas de estados e sistemas supervisórios [5], [21].…”

“…[25]- [29]. Isso significa que mesmo com energia excedente na nanorrede, fontes com alto custo de produção, como geradores a diesel, ou baterias com baixo estado de carga devem operar [5], [11]. Considerando o contexto de edifícios autossuficientes em energia, esse conceito reduz significativamente a eficiência da estratégia de gerenciamento de potência, não sendo ideal para a aplicação em nanorredes.…”

“…Em [5] e [34] o gerenciamento de potência é baseado em máquinas de estados. O principal problema relacionado a [34] é que todo sistema deve ser remodelado para adicionar novos elementos, porque nenhuma metodologia é apresentada para a escolha dos estados de operação.…”