Islanded Distribution Networks Supplied by Distributed Generation

The modern power systems have recently increased the interest in distributed generation (DG) technologies due to, fuel cost uncertainties, environmental constraints, and increasing power consumption with shortage of transmission capacities. Distributed generation (DG) using clean and renewable energy in power supply system have attracted serious attention. Many developing countries are adopting distributed generation (DG) technologies for their power systems expansion planning. Solar Energy is one of the most promising, nonpolluting, free source of energy. The enormous development of the exploitation of renewable energy throughout the territory leads to rethink the paradigm of traditional power grid. In particular, the possibility of operating of small networks in islanded configuration in remote villages, along with several benefits that we can glimpse. In some countries, electrical distribution lines have to cross areas where the installation cost could be very high and carrying out maintenance could become extremely difficult (e.g. desert areas). As a result, frequent power disconnections and blackout heavily affect the quality of supply of end-users. Conversely, the renewable energy sources exploitation in supplying portions of the distribution network during system disconnections is very interesting, both for reducing fossil fuel use and as backup power generator. In case the islanded local electrification makes use of discontinuous and unpredictable energy sources such as photovoltaic, a Battery Energy Storage System is required to regulate the system, supplying power balance and voltage stability. This requires, however, the development of appropriate control strategies to allow a continuous balance between the load and the generation. In this thesis, a control strategy implementing Battery Energy Storage System (BESS) and PV generation plants has been developed and tested for electrification of modeled remote distribution network. In the proposed (SMO) master/slave control strategy, the BESS operates as a slack node, while PV are controlled as PQ generators. The ability of the developed control strategy to preserve energy balance and system stability was extensively investigated. To minimize the BESS size, a use of Synchronous Generators was introduced to supply base load during night period. Furthermore, for efficiency improvement of the BESS and further reduction in batteries size especially under peak load conditions, a Battery Supercapacitor Hybrid Energy Storage System (ESS) was developed and investigated.

I moderni sistemi di alimentazione hanno recentemente aumentato l'interesse per la generazione distribuita (DG) a causa di tecnologie, le incertezze sui costi di carburante, i vincoli ambientali e l'aumento il consumo di energia con carenza di capacità di trasmissione. La generazione distribuita (DG) utilizzando energia pulita e rinnovabile nel sistema di alimentazione ha attirato l'attenzione. Molti paesi in via di sviluppo stanno adottando le tecnologie di generazione distribuita (DG) per la loro pianificazione di espansione dei sistemi di energia. L'energia solare è uno delle più promettenti, non inquinante, fonte gratuita di energia. L'enorme sviluppo dello sfruttamento delle energie rinnovabili in tutto il territorio porta a ripensare il paradigma tradizionale della rete elettrica. In particolare, la possibilità di operare su piccole reti in configurazione islanded in villaggi remoti, insieme a diversi benefici che possiamo intravedere. In alcuni paesi, le linee di distribuzione elettrica devono attraversare aree in cui i costi di installazione potrebbero essere molto elevati e effettuare la manutenzione potrebbe diventare estremamente difficile (ad esempio nel deserto). Come risultato, frequenti disconnessioni elettriche e blackout influenzano fortemente la qualità di fornitura degli utenti finali. Al contrario, sfruttare le fonti di energia rinnovabili nella fornitura della rete di distribuzione durante le disconnessioni è molto interessante, sia per ridurre l'uso di combustibili fossili che generatori di corrente. Nel caso in cui il locale islanded fa uso di fonti di energia discontinua e imprevedibile come il fotovoltaico, un sistema di batterie Energy Storage è necessario per regolare il sistema, fornendo equilibrio di energia e stabilità di tensione. Ciò richiede, tuttavia, lo sviluppo di appropriate strategie di controllo per consentire un continuo equilibrio tra il carico e la generazione. In questa tesi, una strategia di controllo dell'applicazione del sistema di batterie Energy Storage (BESS) e impianti di generazione fotovoltaica è stato sviluppato e testato per l'elettrificazione di una rete di distribuzione remota. Nella strategia di controllo master / slave proposta (SMO), il BESS opera come un nodo di gioco, mentre PV sono controllati come generatori PQ. La capacità della strategia di controllo sviluppato per preservare l'equilibrio energetico e la stabilità del sistema è stato ampiamente studiato. Per ridurre al minimo le dimensioni Bess, l'uso di generatori sincroni è stato introdotto per la fornitura di carico di base durante il periodo notturno. Inoltre, per migliorare l'efficienza della riduzione BESS e ulteriormente in batterie di tipo soprattutto sotto carico di picco condizioni, un sistema di storage ibrido di energia della batteria Supercapacitor (ESS) è stato sviluppato e indagato.