DE202023100612U1 - A system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy - Google Patents

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Abstract

Ein System für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf Basis nachhaltiger Energie, wobei das System Folgendes umfasst:
eine kombinierte speicherbasierte virtuelle Trägheitseinheit (VIS) für das Supply-Side-Management (SSM);
eine auf einer Ladestation für Hybridelektrofahrzeuge (HEV) basierende Demand-Response-Support-Einheit (DRS) für Demand-Side-Management (DSM) als integrierte Ressourcenplanung (IRP) in verteilten Mikronetzen zur optimalen Regulierung von Frequenz und Spannung;
eine Kontrolleinheit zur Einführung des Integralquadrats des gewichteten absoluten Fehlers (ISWAE) für die Abstimmung der Regler von verteilten hµGs unter Verwendung einer quasi-oppositionellen chaotischen Selbstherd-Optimierung (QCSHO);
eine Analyseverarbeitungseinheit zum Auswerten eines Satzes von Reaktionen der Steuereinheit mit den VIS/DRS-Einheiten unter Berücksichtigung aufgezeichneter Sonnen-, Wind- und Lastdaten über das Jahr; und
ein zentraler Prozessor zur Untersuchung der optimalen Zuweisung von VIS/DRS-Einheiten für den wirtschaftlichen Betrieb von verteilten hµGs.

Figure DE202023100612U1_0000
A system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy, the system comprising:
a combined memory-based virtual inertial unit (VIS) for supply-side management (SSM);
a Hybrid Electric Vehicle (HEV) charging station based Demand Response Support Unit (DRS) for Demand Side Management (DSM) as integrated resource planning (IRP) in distributed microgrids for optimal regulation of frequency and voltage;
a weighted absolute error integral square (ISWAE) control unit for tuning the controllers of distributed hµGs using quasi-oppositional chaotic self-herd optimization (QCSHO);
an analysis processing unit for evaluating a set of responses of the control unit with the VIS/DRS units taking into account recorded sun, wind and load data over the year; and
a central processor to study the optimal allocation of VIS/DRS units for economical operation of distributed hµGs.
Figure DE202023100612U1_0000

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein System für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf der Grundlage nachhaltiger Energien unter Verwendung geeigneter BEGS und EE.The present disclosure relates to a system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy using appropriate BEGS and EE.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Der weltweite Stromverbrauch steigt mit der zunehmenden Erschöpfung der konventionellen fossilen Ressourcen, was die Forscher unter Druck setzt, alternative umweltfreundliche und nachhaltige Energiequellen zu finden. Die vielversprechendsten nachhaltigen Ressourcen wie Sonnen- und Windenergie sind jedoch von Natur aus intermittierend und wetterabhängig, und die mit der derzeitigen Technologie aus einer einzigen Quelle erzeugte Strommenge reicht nicht aus, um den Bedarf zu decken. Daher werden lokale hybride Mikronetze (hµGs) mit nachhaltigen Generatoren aus mehreren Quellen betrieben, um die Zuverlässigkeit durch koordinierte Erzeugung zu verbessern. Der künftige Strombedarf könnte durch die Zusammenschaltung solcher hµGs gedeckt werden, die lokal verfügbare Bioenergieerzeugungssysteme (BEGS) auf der Basis von Abfällen und erneuerbaren Energien (RES) auf der Basis von Solar- und Windenergie mit dem doppelten Ziel des Abfall- und Energiemanagements umfassen. Der vor Ort gesammelte, getrennte und für die Stromerzeugung aufbereitete Abfall wird mit geeigneten BEGS wie Biodieselmotor-Generator (BDEG), Biogasturbinen-Generator (BGTG), abwasserbetriebener Mikro-Wasserturbinen-Generator (MHTG) und Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplung (BCHP) kombiniert, um die RES-Einheiten wie Solar-Photovoltaik-Anlagen (SPV), solarthermische Kraftwerke (STP) und Windturbinen-Generatoren (WTG) zu unterstützen. Das Energiemanagement in Multi-Microgrids wird diskutiert, wenn sie für verteilte Erzeugung (DG) miteinander verbunden sind. Umgekehrt haben diese hµGs eine geringe Trägheit, da die Generatoren eine geringe Kapazität haben, um höhere Anteile an erneuerbaren Energien und Lastschwankungen zu bewältigen. Das heutige Muster der Nachfrageschwankungen wurde auch durch einen veränderten Lebensstil der Verbraucher mit fortschrittlichen elektronischen Geräten und Anlagen beeinflusst. Infolgedessen stellt die Bereitstellung von Qualitätsstrom mit angemessener Trägheitsunterstützung für hµGs unter Einbeziehung intermittierender erneuerbarer Ressourcen eine große Herausforderung dar. In der Literatur werden virtuelle Trägheitskonzepte empfohlen, um ähnliche Herausforderungen zu bewältigen. Die auf einstellbarer und abgeleiteter Technik basierenden virtuellen Trägheitssteuerungseinheiten werden mit Superkondensatoren und supermagnetischen Energiespeichern (SMES) für die Frequenzregelung von Microgrids (µGs) in Betracht gezogen. Ein detaillierter Überblick über virtuelle Synchrongeneratoren (VSG), die in µGs und Stromnetze integriert sind, wird mit ihren Anwendungen diskutiert. Ein schnell schaltender Wechselrichter und ein speicherbasierter VSG werden entwickelt, um die Schwingungen eines DG zu dämpfen. Ein erweiterter VSG wird für die Lastfrequenzregelung (LFC) von Microgrids vorgeschlagen. Die Trägheit eines AC-Mikronetzes mit erneuerbaren Energien wird durch Frequenzgangmessung mit Hilfe der Kurvenanpassungsmethode geschätzt. In den meisten ähnlichen Veröffentlichungen wurden VSG mit einem Energiespeichersystem (ESS) und einem schnellen bidirektionalen Umrichter entwickelt, um die Trägheit und den Dämpfungseffekt von µGs zu verbessern.Global electricity consumption is increasing as conventional fossil resources are depleted, putting pressure on researchers to find alternative environmentally friendly and sustainable energy sources. However, the most promising sustainable resources such as solar and wind power are intermittent and weather dependent by nature, and the amount of electricity generated from a single source with current technology is insufficient to meet demand. Therefore, local hybrid microgrids (hµGs) are operated with sustainable generators from multiple sources to improve reliability through coordinated generation. Future power demand could be met by interconnecting such hµGs comprising locally available bioenergy generation systems (BEGS) based on waste and renewable energy (RES) based on solar and wind power with the dual objective of waste and energy management. The on-site collected, separated and treated waste for power generation is powered by suitable BEGS such as Biodiesel Engine Generator (BDEG), Biogas Turbine Generator (BGTG), Wastewater Powered Micro Hydro Turbine Generator (MHTG) and Biomass Combined Heat and Power (BCHP). ) combined to support the RES units such as Solar Photovoltaic Panels (SPV), Solar Thermal Power Plants (STP) and Wind Turbine Generators (WTG). Energy management in multi-microgrids is discussed when they are interconnected for distributed generation (DG). Conversely, these hµGs have low inertia because the generators have low capacity to handle higher renewable energy shares and load fluctuations. Today's pattern of demand fluctuations has also been influenced by changing consumer lifestyles with advanced electronic devices and equipment. As a result, providing quality power with adequate inertial support for hµGs incorporating intermittent renewable resources poses a major challenge. Virtual inertial concepts are recommended in the literature to address similar challenges. The virtual inertial control units based on tunable and derivative techniques are considered with supercapacitors and supermagnetic energy storage devices (SMES) for frequency control of microgrids (µGs). A detailed overview of virtual synchronous generators (VSG) integrated in µGs and power grids is discussed with their applications. A fast-switching inverter and a storage-based VSG are developed to dampen the oscillations of a DG. An advanced VSG is proposed for load frequency control (LFC) of microgrids. The inertia of an AC renewable energy microgrid is estimated by frequency response measurement using the curve fitting method. In most similar publications, VSGs were designed with an energy storage system (ESS) and a fast bidirectional converter to improve the inertia and damping effect of µGs.

In ähnlicher Weise könnte die Unterbrechung von EE-Einheiten in hµGs durch die vorübergehende Verlagerung ihrer Nachfrage in Kombination mit einigen nicht-essentiellen Lasten wie Hybridelektrofahrzeugen (HEV), Wärmepumpen, Warmwasserbereitern und Gefriergeräten gehandhabt werden, die zur Nachfragereaktion (DR) mit Schwerpunkt auf der Nachfragesteuerung (DSM) beitragen. Die Effizienz der auf erneuerbaren Energien basierenden hµGs könnte durch eine geeignete DR-Strategie verbessert werden. Die Anwendungen verschiedener DR-Strategien in isolierten µGs werden verglichen. Das Energiemanagement unter Verwendung einer optimalen DR-Strategie für netzgekoppelte µGs mit Last- und EE-Unsicherheit wird diskutiert, während über die anreizbasierte DR-Strategie mit solcher Unsicherheit berichtet wird. Die Frequenzregulierung von Mehrgebietssystemen mit DR-Strategien wird erörtert. Es wird über ein DR-Notfallprogramm auf der Grundlage einer Echtzeit-Spannungsregelung berichtet. Die Frequenzregulierung in µG mit minimaler manipulierter Last wird beschrieben, wobei eine umfangreiche zentrale DR-Technik vorgeschlagen wird. DR-Strategien unter Berücksichtigung von HEV-Ladestationen werden erfolgreich in isolierten und zusammengeschalteten hµGs angewandt. Ein Demand-Response-Support-System (DRS) mit geeigneter DR-Strategie für DSM-basierte IRP in verteilten hµGs. Die Stromqualität von hµGs könnte durch die gleichzeitige Regulierung der Systemspannung und -frequenz verbessert werden, indem ein automatischer Spannungsregler (AVR) zusammen mit einer automatischen Last-Frequenz-Regelung (ALFC) in isolierten hµGs und in zusammengeschalteten µGs eingesetzt wird. EE-Anlagen wie WEA, SPV und STP-Anlagen mit linearem Fresnel-Reflektor (LFR) werden in diesem hµG mit BEGS-Anlagen auf Abfallbasis wie BDEG-, BGTG-, MHTG- und BCHP-Anlagen integriert. Für die ALFC von isolierten und zusammengeschalteten hµGs werden Batteriespeicher (BES) eingesetzt.Similarly, the disruption of EE units in hµGs could be handled by temporarily shifting their demand in combination with some non-essential loads such as hybrid electric vehicles (HEV), heat pumps, water heaters and freezers contributing to demand response (DR) with a focus on the Demand management (DSM) contribute. The efficiency of the renewable energy based hµGs could be improved by an appropriate DR strategy. The applications of different DR strategies in isolated µGs are compared. Energy management using an optimal DR strategy for grid-connected µGs with load and EE uncertainty is discussed, while the incentive-based DR strategy with such uncertainty is reported. Frequency regulation of multi-area systems with DR strategies is discussed. A DR emergency program based on real-time voltage control is reported. Frequency regulation in µG with minimal manipulated load is described, proposing an extensive core DR technique. DR strategies considering HEV charging stations are successfully applied in isolated and interconnected hµGs. A Demand Response Support (DRS) system with appropriate DR strategy for DSM-based IRP in distributed hµGs. The power quality of hµGs could be improved by simultaneously regulating the system voltage and frequency using an automatic voltage regulator (AVR) together with an automatic load frequency control (ALFC) in isolated hµGs and in interconnected µGs. RE plants such as WTG, SPV and STP plants with linear Fresnel reflector (LFR) are combined in this hµG with waste-based BEGS plants such as BDEG, BGTG, MHTG and BCHP systems integrated. Battery storage (BES) is used for the ALFC of isolated and interconnected hµGs.

Es wird über das kombinierte speicherbasierte Leistungsmanagement von isolierten µG berichtet. Die dynamische Leistungszuweisung eines kombinierten Batterie-Superkondensator-ESS in einem SPV-basierten isolierten µG wird ausführlich diskutiert. Die meisten Arbeiten befassen sich mit ESS-basierten VIS für SSM von hµGs unter Einbeziehung kapazitiver Energiespeicher (CES) und SMES. Dagegen werden HEV-basierte DRS in hµGs für DSM in isolierten und zusammengeschalteten Modi einbezogen. Daher besteht die Möglichkeit, ein geeignetes VIS/DRS-System für die optimale Regelung von Spannung und Frequenz in verteilten hµGs zu entwickeln und zuzuweisen.The combined memory-based power management of isolated µG is reported. The dynamic power allocation of a combined battery-supercapacitor ESS in an SPV-based isolated µG is discussed in detail. Most work deals with ESS-based VIS for SSM of hµGs involving Capacitive Energy Storage (CES) and SMES. In contrast, HEV-based DRS are included in hµGs for DSM in isolated and interconnected modes. Therefore, there is an opportunity to develop and allocate a suitable VIS/DRS system for the optimal regulation of voltage and frequency in distributed hµGs.

Bei der ALFC von hµGs wird die Wirksamkeit klassischer proportional-integral-derivativer (PID) Regler gegenüber herkömmlichen integralen (I), proportional-integralen (PI), proportional-derivativen (PD) und integralderivativen (ID) Reglern behauptet. Einige moderne Regler, wie z.B. Model Predictive Controller, Fractional Order Controller und deren Mischungen, werden ebenfalls in ähnlichen Arbeiten eingesetzt, wurden jedoch mit PID-Reglern kombiniert. Die wirksame Abstimmung dieser Regler in der ALFC dieser komplexen hµGs wird durch die Anwendung einiger grundlegender Optimierungsverfahren wie Partikelschwarmoptimierung (PSO), Heuschrecken-Optimierungstechnik (GOA), Salp-Schwarmtechnik (SSA), Selfish-herd-Optimierung (SHO) oder deren Mischformen wie quasi-oppositionelle Selfish-herd-Optimierung (QSHO), chaotische Selfish-herd-Optimierung (CSHO) erreicht. Ebenso wird die quasi-oppositionelle chaotische Ameisenlöwen-Optimierungstechnik durch die Hybridisierung von quasi-oppositionsbasiertem Lernen (QOBL) und chaotischer linearer Suche (CLS) mit der Ameisenlöwen-Optimierung projiziert. Inspirierend wird hier eine neuartige Technik mit dem Namen Quasi-oppositionelle chaotische Herdenoptimierung (QCSHO) zur Abstimmung der PID-Regler vorgeschlagen, indem QOBL- und CLS-Techniken mit der grundlegenden SHO-Technik [32] kombiniert werden, um das chaotische Verhalten der selbstsüchtigen Herden zu replizieren.The ALFC of hµGs asserts the effectiveness of classic proportional-integral-derivative (PID) controllers over traditional integral (I), proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), and integral-derivative (ID) controllers. Some modern controllers, such as Model Predictive Controllers, Fractional Order Controllers, and their mixtures are also used in similar work, but have been combined with PID controllers. The effective tuning of these controllers in the ALFC of these complex hµGs is accomplished by applying some basic optimization techniques like Particle Swarm Optimization (PSO), Locust Optimization Technique (GOA), Salp Swarm Technique (SSA), Selfish Herd Optimization (SHO) or their hybrids like Quasi-oppositional selfish-herd optimization (QSHO), chaotic selfish-herd optimization (CSHO) achieved. Likewise, the quasi-oppositional chaotic antlion optimization technique is projected through the hybridization of quasi-opposition-based learning (QOBL) and chaotic linear search (CLS) with antlion optimization. Inspirationally, a novel technique called Quasi-Oppositional Chaotic Herd Optimization (QCSHO) is proposed here for tuning the PID controllers by combining QOBL and CLS techniques with the basic SHO technique [32] to solve the chaotic behavior of the selfish herds to replicate.

In Anbetracht der vorangegangenen Diskussion wird deutlich, dass ein System für die integrierte Ressourcenplanung in nachhaltigen energiebasierten verteilten Mikronetzen unter Verwendung geeigneter BEGS und EE benötigt wird.Considering the previous discussion, it becomes clear that a system for integrated resource planning in sustainable energy-based distributed microgrids using appropriate BEGS and EE is needed.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenlegung zielt darauf ab, ein System für die integrierte Ressourcenplanung in nachhaltigen, auf Energie basierenden, verteilten Microgrids bereitzustellen. Das System widmet sich der Bewertung der optimalen Zuweisung geeigneter integrierter Ressourcen für umweltfreundliche, auf nachhaltiger Energie basierende hybride Mikronetze mit verteilter Erzeugung. Die Probleme, die sich aus der Unterbrechung der erneuerbaren Ressourcen und der geringen Trägheit dieser Mikronetze ergeben, werden durch die Koordinierung geeigneter Demand-Response-Support (DRS)- und Virtual-Inertia-Support (VIS)-Systeme gemildert. In erster Linie werden 3 verteilte, ungleiche Microgrids mit lokal verfügbaren Solar-/Wind-/Bioenergie-Ressourcen geplant, einschließlich kombinierter speicherbasierter VIS- und Elektrofahrzeug-Ladestationen-basierter DRS-Einheiten für das angebots- bzw. nachfrageseitige Management. Das geplante System wird in MATLAB unter Berücksichtigung von in Echtzeit aufgezeichneten Solar-/Winddaten mit 12-monatiger Belastung modelliert und in verschiedenen Szenarien von Quellen- und Lastschwankungen simuliert. Die Regler werden mit Hilfe einer neuen quasi-oppositionellen chaotischen Selfish-herd-Optimierung (QCSHO) für eine optimale Frequenz- und Spannungsregelung in den verteilten Mikronetzen abgestimmt, nachdem ihre Überlegenheit gegenüber anderen aktuellen Techniken durch den Vergleich der Systemreaktionen bestätigt wurde. Anschließend wird die Koordinierung von Frequenz, Spannung und Netzbelastung für die projektierten Mikronetze untersucht, ohne die Regler in 5 extremen Szenarien von Quellen- und Lastschwankungen nachzustimmen. Schließlich werden die Antworten für 22 verschiedene mögliche Zuordnungen von DRS- und VIS-Einheiten in verschiedenen Mikronetzen bewertet. Auch die am besten geeignete Zuweisung integrierter Ressourcen wird nach einem Vergleich ihrer Gesamtantworten aufgezeichnet.The present disclosure aims to provide a system for integrated resource planning in sustainable energy-based distributed microgrids. The system is dedicated to evaluating the optimal allocation of appropriate integrated resources for clean, sustainable energy-based hybrid microgrids with distributed generation. The problems arising from the disruption of renewable resources and the low inertia of these microgrids are mitigated by coordinating appropriate Demand Response Support (DRS) and Virtual Inertia Support (VIS) systems. Primarily, 3 distributed, unequal microgrids with locally available solar/wind/bioenergy resources are planned, including combined storage-based VIS and EV charging station-based DRS units for supply and demand-side management, respectively. The planned system is modeled in MATLAB, taking into account real-time recorded solar/wind data with 12-month loads and simulated in different scenarios of source and load fluctuations. The controllers are tuned using a new quasi-oppositional chaotic selfish-herd (QCSHO) optimization for optimal frequency and voltage regulation in the distributed microgrids after confirming their superiority over other current techniques by comparing the system responses. Then the coordination of frequency, voltage and grid load for the projected microgrids is examined without retuning the controllers in 5 extreme scenarios of source and load fluctuations. Finally, the answers are evaluated for 22 different possible assignments of DRS and VIS units in different micro-grids. Also, the most appropriate allocation of built-in resources is recorded after comparing their overall responses.

In einer Ausführungsform wird ein System für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf der Grundlage nachhaltiger Energie offengelegt. Das System umfasst eine kombinierte speicherbasierte Einheit zur Unterstützung der virtuellen Trägheit (VIS) für das angebotsseitige Management (SSM). Das System umfasst ferner eine auf einer Ladestation für Hybridelektrofahrzeuge (HEV) basierende Einheit zur Unterstützung der Nachfragereduzierung (DRS) für das nachfrageseitige Management (DSM) als integrierte Ressourcenplanung (IRP) in verteilten Mikronetzen zur optimalen Regelung von Frequenz und Spannung. Das System umfasst ferner eine Steuereinheit zur Einführung des Integralquadrats des gewichteten absoluten Fehlers (ISWAE) für die Abstimmung der Regler verteilter hµGs unter Verwendung einer quasi-oppositionellen chaotischen Selbstherd-Optimierungstechnik (QCSHO). Das System umfasst ferner eine Analyseverarbeitungseinheit zur Auswertung einer Reihe von Reaktionen der Steuereinheit mit den VIS/DRS-Einheiten unter Berücksichtigung der aufgezeichneten Sonnen-, Wind- und Lastdaten über das Jahr. Das System umfasst ferner einen zentralen Prozessor zur Untersuchung der optimalen Zuweisung von VIS/DRS-Einheiten für den wirtschaftlichen Betrieb von verteilten hµGs.In one embodiment, a system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy is disclosed. The system includes a combined memory-based Virtual Inertia Support (VIS) unit for supply-side management (SSM). The system further includes a Hybrid Electric Vehicle (HEV) charging station based Demand Reduction Support (DRS) unit for Demand Side Management (DSM) as Integrated Resource Scheduling (IRP) in distributed microgrids for optimal regulation of frequency and voltage. The system further includes a controller for introducing the integral square of the weighted absolute error (ISWAE) for tuning the controllers of distributed hµGs using a quasi-oppositional chaotic self-herd optimization technique (QCSHO). The system further comprises an analysis processing unit for evaluating a series of responses of the control unit with the VIS/DRS units taking into account the recorded sun, wind and load data throughout the year. The system also includes a central processor to study the optimal allocation of VIS/DRS units for economical operation of distributed hµGs.

Ziel der vorliegenden Offenlegung ist es, die Netzspannung und - frequenz (440 V-50 Hz) unabhängig von der Durchdringung mit erneuerbaren Energien und den Lastunterschieden innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten.The objective of this disclosure is to keep the grid voltage and frequency (440V-50Hz) within acceptable limits regardless of renewable energy penetration and load differentials.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Schätzung der Nettoabweichung der Scheinleistung (die eine lineare Kombination aus Wirk- und Blindleistung ist).Another objective of the present disclosure is to estimate the net apparent power deviation (which is a linear combination of real and reactive power).

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein schnelles und kosteneffizientes System für die integrierte Ressourcenplanung in nachhaltigen, auf Energie basierenden, verteilten Microgrids bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a fast and cost-effective system for integrated resource planning in sustainable energy-based distributed microgrids.

Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert werden.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention will be given by reference to specific embodiments that are illustrated in the accompanying drawings. It is understood that these drawings represent only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting the scope of the invention. The invention will be described and illustrated with additional specificity and detail with the accompanying drawings.

Figurenlistecharacter list

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Zeichnungen darstellen, wobei:

  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf der Grundlage nachhaltiger Energien in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 2 zeigt Simulink-Modelle von (a) verteilten hµGs, (b) VIS-Einheit und (c) DRS-Einheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm der QCSHO-Technik;
  • 4 zeigt Tabelle 1 mit Solar-/Wind- und Belastungsdaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 5 veranschaulicht den in Tabelle 2 dargestellten Vergleich von Zielfunktionen mit PID-Reglern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 6 veranschaulicht Tabelle 3 zeigt den Vergleich des Reglers mit dem auf QCSHO abgestimmten ISWAE gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 7 veranschaulicht Tabelle 4 zeigt die Gewinne des PID-Reglers mit QCSHO-abgestimmter ISWAE gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
  • 8 veranschaulicht die in Tabelle 5 dargestellte Verteilung von DRS und VIS in hybriden Microgrids gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
These and other features, aspects and advantages of the present disclosure will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like characters represent like parts throughout the drawings, wherein:
  • 1 Figure 12 shows a block diagram of a system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy, in accordance with an embodiment of the present disclosure;
  • 2 12 shows Simulink models of (a) distributed hµGs, (b) VIS entity, and (c) DRS entity, according to an embodiment of the present disclosure;
  • 3 shows a flow chart of the QCSHO technique;
  • 4 Table 1 shows solar/wind and load data according to an embodiment of the present disclosure;
  • 5 illustrates the comparison of objective functions with PID controllers presented in Table 2, according to an embodiment of the present disclosure;
  • 6 Table 3 shows the comparison of the controller to the QCSHO tuned ISWAE according to an embodiment of the present disclosure;
  • 7 Table 4 shows the gains of the PID controller with QCSHO tuned ISWAE according to an embodiment of the present disclosure; and
  • 8th FIG. 5 illustrates the distribution of DRS and VIS in hybrid microgrids presented in Table 5, according to an embodiment of the present disclosure.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Zeichnungen nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Zeichnungen nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the drawings are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. Furthermore, one or more components of the device may be represented in the drawings by conventional symbols, and the drawings only show the specific details relevant to an understanding of the embodiments of the present disclosure, not to encircle the drawings with details to overload, which are easily recognizable to those skilled in the art familiar with the present description.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:DETAILED DESCRIPTION:

Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.For the purposes of promoting an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the drawings and specific words will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, and such alterations and further modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would occur to those skilled in the art invention would normally come to mind.

Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.

Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When this specification refers to "an aspect," "another aspect," or the like, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment included in the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.

Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprises," "including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, such that a method or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may also include other steps that are not expressly stated or pertaining to any such process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

In 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf der Grundlage nachhaltiger Energien gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das System 100 umfasst eine kombinierte speicherbasierte virtuelle Trägheitsunterstützungseinheit 102 für das angebotsseitige Management (SSM).In 1 Illustrated is a block diagram of a system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy, according to an embodiment of the present disclosure. The system 100 includes a combined memory-based virtual inertial support unit 102 for supply-side management (SSM).

In einer Ausführungsform ist eine auf einer Ladestation für Hybridelektrofahrzeuge (HEV) basierende DRS-Einheit (Demand Response Support) 104 mit einer auf einem kombinierten Speicher basierenden VIS-Einheit (Virtual Inertia Support) 102 für das Demand Side Management (DSM) als integrierte Ressourcenplanung (IRP) in verteilten Mikronetzen zur optimalen Regulierung von Frequenz und Spannung verbunden.In one embodiment, a hybrid electric vehicle (HEV) charging station-based Demand Response Support (DRS) unit 104 is integrated with a combined storage-based Virtual Inertia Support (VIS) unit 102 for Demand Side Management (DSM) as resource scheduling (IRP) connected in distributed microgrids for optimal regulation of frequency and voltage.

In einer Ausführungsform ist eine Steuereinheit 106 mit einer auf einer Ladestation für Hybridelektrofahrzeuge (HEV) basierenden Demand-Response-Support-Einheit (DRS) 104 verbunden, um das Integral-Quadrat des gewichteten absoluten Fehlers (ISWAE) für die Abstimmung der Regler verteilter hµGs unter Verwendung einer quasi-oppositionellen chaotischen Selfish-Herd-Optimierungstechnik (QCSHO) einzuführen.In one embodiment, a controller 106 is coupled to a hybrid electric vehicle (HEV) charging station-based demand response support unit (DRS) 104 to calculate the integral squared of the weighted absolute error (ISWAE) for tuning the controllers of distributed hµGs using a quasi-oppositional chaotic selfish herd optimization technique (QCSHO).

In einer Ausführungsform ist eine Analyseverarbeitungseinheit 108 mit der Steuereinheit 106 verbunden, um eine Reihe von Reaktionen der Steuereinheit 106 mit den VIS/DRS-Einheiten unter Berücksichtigung der aufgezeichneten Sonnen-, Wind- und Lastdaten rund um das Jahr auszuwerten.In one embodiment, an analysis processing unit 108 is coupled to the controller 106 to evaluate a series of controller 106 responses to the VIS/DRS units given the recorded solar, wind, and load data throughout the year.

In einer Ausführungsform ist ein zentraler Prozessor 110 mit der Analyseeinheit 108 verbunden, um die optimale Zuweisung von VIS/DRS-Einheiten für den wirtschaftlichen Betrieb von verteilten hµGs zu untersuchen.In one embodiment, a central processor 110 is coupled to analysis unit 108 to examine the optimal allocation of VIS/DRS units for economical operation of distributed hµGs.

In einer anderen Ausführungsform umfasst der kombinierte Speicher einen Batterie-Energiespeicher (BES) und einen kapazitiven Energiespeicher (CES).In another embodiment, the combined storage comprises a battery energy storage (BES) and a capacitive energy storage (CES).

In einer anderen Ausführungsform wird die quasi-oppositionelle chaotische Selfish-herd-Optimierung (QCSHO) durch die Hybridisierung von chaotischer linearer Suche (CLS) und quasi-oppositionsbasiertem Lernen (QOBL) mit grundlegenden Selfish-herd-Optimierungstechniken (SHO) entwickelt.In another embodiment, quasi-oppositional chaotic selfish herd optimization (QCSHO) is developed by hybridizing chaotic linear search (CLS) and quasi-opposition-based learning (QOBL) with basic selfish herd optimization (SHO) techniques.

In einer anderen Ausführungsform umfassen die drei miteinander verbundenen, auf nachhaltiger Energie basierenden ungleichen hµGs STP/BCHP/BDEG1-Einheiten des Typs LFR im ersten Mikronetz (hµG1), WTG/BGTG/BDEG2-Einheiten im zweiten Mikronetz (hµG2) und SPV/MHTG/BDEG3-Einheiten im dritten Mikronetz (hµG3) mit kombiniertem SSM/DSM-basierten IRP.In another embodiment, the three interconnected sustainable energy based dissimilar hµGs comprise LFR type STP/BCHP/BDEG1 units in the first microgrid (hµG1), WTG/BGTG/BDEG2 units in the second microgrid (hµG2) and SPV/MHTG /BDEG3 units in third microgrid (hµG3) with combined SSM/DSM based IRP.

In einer anderen Ausführungsform hält die Regeleinheit die Spannungsfrequenz (440 v-50 Hz) des Systems unabhängig von der EE-Durchdringung und den Lastunterschieden innerhalb einer zugänglichen Grenze, wobei die Frequenz jedes hµG durch eine automatische Last-Frequenz-Regeleinheit (ALFC) geregelt wird, die eine Kombination aus primärer (Droop) und sekundärer (PID) Regelung ist.In another embodiment, the control unit maintains the voltage frequency (440v-50Hz) of the system within an accessible limit, independent of EE penetration and load differentials, with the frequency of each hµG controlled by an automatic load frequency control (ALFC) unit , which is a combination of primary (Droop) and secondary (PID) control.

In einer anderen Ausführungsform wird die Trägheitsunterstützung für die hµGs praktisch mit geeigneten ESS und bidirektionalen Leistungswandlern unter Berücksichtigung der SSM-basierten IRP bereitgestellt, um eine Systemfrequenzinstabilität in autonomen hµGs aufgrund geringer Trägheit zu verhindern.In another embodiment, the inertial support for the hµGs is practically provided with appropriate ESS and bi-directional power converters considering the SSM-based IRP to prevent system frequency instability in autonomous hµGs due to low inertia.

In einer anderen Ausführungsform werden die Sprungantworten der verteilten hµGs durch getrennte Abstimmung von Integral- (I), Proportional-Integral- (PI), Proportional-Derivativ- (PD), Integral-Derivativ- (ID) und PID-Reglern unter Verwendung von QCSHO-optimierter ISWAE geschätzt, was die Überlegenheit von PID bestätigt, wobei die QCSHO-Technik mit ISWAE-Funktion (J) für die Abstimmung der Verstärkungen von PID-Reglern bevorzugt wird.In another embodiment, the step responses of the distributed hµGs are determined by separately tuning integral (I), proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), integral-derivative (ID), and PID controllers using QCSHO-optimized ISWAE estimated, confirming the superiority of PID, favoring the QCSHO technique with ISWAE function (J) for tuning the gains of PID controllers.

2 zeigt Simulink-Modelle von (a) verteilten hµGs, (b) VIS-Einheit und (c) DRS-Einheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung. Das System wird untersucht, indem verteilte hµGs mit verfügbaren nachhaltigen lokalen Ressourcen für die Energieerzeugung unter Verwendung geeigneter BEGS und RES vorgeschlagen werden. Es kann jedoch sein, dass nicht alle diese Ressourcen am selben Ort zur Verfügung stehen, so dass DG gefördert wird. Daher werden hier drei miteinander verbundene, auf nachhaltiger Energie basierende ungleiche hµGs vorgeschlagen, die aus LFR-Einheiten vom Typ STP/BCHP/BDEG1 im ersten Mikronetz (hµG1), WEA/BGTG/BDEG2-Einheiten im zweiten Mikronetz (hµG2) und SPV/MHTG/BDEG3-Einheiten im dritten Mikronetz (hµG3) mit kombiniertem SSM/DSM-basiertem IRP bestehen. Das linearisierte Systemmodell des gesamten vorgeschlagenen hµGs ist in dargestellt. Das Hauptziel des Systems besteht darin, die Systemspannung und -frequenz (440 V-50 Hz) unabhängig von der EE-Durchdringung und den Lastunterschieden innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten. Das komponentenweise lineare Modell dieses hµGs wird unter Berücksichtigung der Entwurfswerte der Parameter prägnant dargestellt. 2 12 shows Simulink models of (a) distributed hµGs, (b) VIS entity, and (c) DRS entity, in accordance with an embodiment of the present disclosure. The system is studied by proposing distributed hµGs with available sustainable local resources for energy production using appropriate BEGS and RES. However, not all of these resources may be available in the same place, so DG is encouraged. Therefore, three interconnected sustainable energy based unequal hµGs are proposed here, consisting of STP/BCHP/BDEG1 type LFC units in the first microgrid (hµG1), WEA/BGTG/BDEG2 units in the second microgrid (hµG2) and SPV/ MHTG/BDEG3 entities in the third microgrid (hµG3) with combined SSM/DSM based IRP. The linearized system model of the entire proposed hµG is in shown. The main goal of the system is to keep the system voltage and frequency (440V-50Hz) within the allowable limits regardless of EE penetration and load differences. The component-wise linear model of this hµG is presented concisely, taking into account the design values of the parameters.

System zur FrequenzregelungFrequency control system

Die Netzfrequenz jedes hµG wird durch eine ALFC-Einheit geregelt, die aus einer Kombination von Primär- (Droop) und Sekundärregelung (PID) besteht. Die Auswirkung der ALFC mit PID-Reglern (ΔXi1) wird in (1) für das ite hµG ausgedrückt und der effektive Leistungsaustausch am iten hµG (ΔPtii) unter Berücksichtigung der Frequenzverzerrung (Bi) wird in (2) (für i = 1, 2, 3) ausgedrückt. Δ X i 1 = ( B i Δ f i Δ P t i i ) ( K p i 1 + K p i 1 s + s K p i 1 ) Δ f i K i

Figure DE202023100612U1_0001
Δ P t i i = j , i = 1 ( j i ) 3 Δ P t i j = j , i = 1 ( j i ) 3 ( Δ f i Δ f i ) 2 π T i j s
Figure DE202023100612U1_0002
The grid frequency of each hµG is controlled by an ALFC unit consisting of a combination of primary (droop) and secondary (PID) control. The effect of the ALFC with PID controllers (ΔX i1 ) is expressed in (1) for the i te hµG and the effective power exchange am i ten hµG (ΔPt ii ) considering the frequency distortion (B i ) is given in (2) (for i = 1, 2, 3). Δ X i 1 = ( B i Δ f i Δ P t i i ) ( K p i 1 + K p i 1 s + s K p i 1 ) Δ f i K i
Figure DE202023100612U1_0001
Δ P t i i = j , i = 1 ( j i ) 3 Δ P t i j = j , i = 1 ( j i ) 3 ( Δ f i Δ f i ) 2 π T i j s
Figure DE202023100612U1_0002

System zur SpannungsregelungVoltage regulation system

Die Netzspannung des iten hµG wird durch spezielle AVR-Einheiten geregelt. Die detaillierte Modellierung der AVR-Einheiten wird erörtert und sowohl in isolierten als auch in zusammengeschalteten hµGs erfolgreich betrieben. Es wurden separate PID-Regler für jede AVR-Einheit mit den in (3) bewerteten Regelungsmaßnahmen (ΔXi2) eingesetzt. Der Leistungsaustausch (ΔPEQ) für die AVR und die Spannungsänderung (Δui) für das ite hµGs sind in (4)-(5) angegeben. Δ X i 2 = ( K p i 2 + K I i 2 s + s K D i 2 ) Δ E V i

Figure DE202023100612U1_0003
Δ p E Q i = ( p s Δ δ i + K 1 Δ E f i )
Figure DE202023100612U1_0004
Δ u i = K 2 Δ δ i + K 3 Δ E f i
Figure DE202023100612U1_0005
The mains voltage of the i ten hµG is regulated by special AVR units. Detailed modeling of the AVR units is discussed and successfully operated in both isolated and interconnected hµGs. Separate PID controllers were used for each AVR unit with the control measures (ΔX i2 ) evaluated in (3). The power exchange (ΔPEQ) for the AVR and the voltage change (Δui) for the i te hµGs are given in (4)-(5). Δ X i 2 = ( K p i 2 + K I i 2 s + s K D i 2 ) Δ E V i
Figure DE202023100612U1_0003
Δ p E Q i = ( p s Δ δ i + K 1 Δ E f i )
Figure DE202023100612U1_0004
Δ and i = K 2 Δ δ i + K 3 Δ E f i
Figure DE202023100612U1_0005

Virtuelles TrägheitsunterstützungssystemVirtual inertial support system

Größere Lastschwankungen oder ein höherer Anteil an erneuerbaren Energien sind in autonomen hµGs aufgrund der geringen Trägheit meist für die Instabilität der Systemfrequenz verantwortlich. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, diesen hµGs eine Trägheitsunterstützung zu bieten, und zwar praktisch mit geeigneten ESS und bidirektionalen Leistungswandlern unter Berücksichtigung der SSM-basierten IRP. Die Trägheitsleistung (H) des hµG kann durch (6) unter Berücksichtigung der Scheinleistung s^, der mechanischen (Tm, Pm) und elektrischen (Te, Pe) Drehmomente/Leistungen bei Messung der Systemfrequenz (ω = 2nf) geschätzt werden. d ω d t = ω 2 ( T m T e 2 H S ^ ) = ω ( p m p e ) 2 H S ^

Figure DE202023100612U1_0006
Larger load fluctuations or a higher proportion of renewable energy are mostly responsible for the instability of the system frequency in autonomous hµGs due to the low inertia. Therefore, it is crucial to provide these hµGs with inertial support, practically with appropriate ESS and bi-directional power converters considering the SSM-based IRP. The inertial power (H) of the hµG can be estimated by (6) considering the apparent power s^, the mechanical (T m , P m ) and electrical (T e , P e ) torques/powers when measuring the system frequency (ω = 2nf). become. i.e ω i.e t = ω 2 ( T m T e 2 H S ^ ) = ω ( p m p e ) 2 H S ^
Figure DE202023100612U1_0006

Daher sind die meisten der angewandten Techniken eine auf Ableitung basierende virtuelle Trägheitsregelung gemäß (6), indem eine Trägheitsverstärkung mal Ableitung des gemessenen Frequenzfehlers (Δf) geschätzt wird, was einen Ableitungsregler nachbildet. Allerdings verstärken die allein verwendeten Ableitungsregler den stationären Fehler sowie die Rauschsignale und verursachen Sättigungseffekte. Um diese Probleme zu überwinden, wird ein PI-Regler parallel zum Ableitungsregler eingesetzt (kombiniert zur Nachbildung des PID-Reglers), um Δf wie in dargestellt zu verarbeiten.Therefore, most of the techniques applied are derivative-based virtual inertial control according to (6) by estimating an inertial gain times derivative of the measured frequency error (Δf), emulating a derivative controller. However, the derivative controllers used alone amplify the stationary error and the noise signals and cause saturation effects. To overcome these problems, a PI controller is used in parallel with the derivative controller (combined to emulate the PID controller) to control Δf as in shown to process.

Im VIS wurden Superkondensatoren und SMES bereits erfolgreich als ESS eingesetzt. Allerdings sollte ein höherer Anteil an erneuerbaren Energien aus WEA/SPV absorbiert werden, um deren negative Auswirkungen auf die Systemfrequenz auszugleichen, indem einige Speichereinheiten wie BES verwendet werden. Daher verfügt es über eine neue VIS-Einheit mit einem schnell schaltenden bidirektionalen Stromrichter (siehe ), die CES- und BES-Einheiten auf der Grundlage ihres Ladezustands (SOC) kombiniert (siehe ). Die BES-Einheit könnte je nach Stapelgröße/Kapazität der Batterieeinheiten mehr Strom für längere Zeiträume speichern und die CES-Einheit bei höherer EE-Durchdringung oder Lastschwankungen unterstützen. Für die Regelung jeder VIS-Einheit des i-ten hµGs werden separate PID-Regler mit Regelungsfunktionen (ΔXi3) gemäß (7) eingesetzt. Der geregelte Leistungsaustausch (ΔPVISi) in jeder VIS-Einheit kann anhand des linearisierten Modells (8) für die i-te hµGs unter Berücksichtigung gesunder Batteriebedingungen, d. h. 20 % < SOC < 90 %, geschätzt werden. Δ X i 3 = ( B i Δ f i Δ P t i i ) ( K p i 3 + K p i 3 s + s K p i 3 ) Δ f i R i )

Figure DE202023100612U1_0007
Δ P V I i s = ( K B E K B E S 1 + s T B E S + K C E K C E S 1 + s T C E S ) ( 1 + s T 1 1 + s T 2 ) ( 1 + s T 3 1 + s T 4 ) Δ X i 3
Figure DE202023100612U1_0008
In the VIS, supercapacitors and SMES have already been used successfully as ESS. However, a higher share of renewable energy from WT/SPV should be absorbed to offset their negative impact on system frequency by using some storage units like BES. Therefore it features a new VIS unit with a fast switching bidirectional power converter (see ), which combines CES and BES units based on their state of charge (SOC) (see ). The BES unit could store more power for longer periods depending on the stack size/capacity of the battery units and support the CES unit in case of higher EE penetration or load fluctuations. Separate PID controllers with control functions (ΔXi3) according to (7) are used to control each VIS unit of the i-th hµG. The regulated power exchange (ΔPVISi) in each VIS unit can be estimated using the linearized model (8) for the ith hµGs considering healthy battery conditions, ie 20% < SOC < 90%. Δ X i 3 = ( B i Δ f i Δ P t i i ) ( K p i 3 + K p i 3 s + s K p i 3 ) Δ f i R i )
Figure DE202023100612U1_0007
Δ P V I i s = ( K B E K B E S 1 + s T B E S + K C E K C E S 1 + s T C E S ) ( 1 + s T 1 1 + s T 2 ) ( 1 + s T 3 1 + s T 4 ) Δ X i 3
Figure DE202023100612U1_0008

System zur Unterstützung der NachfragesteuerungSystem to support demand management

Die kombinierte Nachfragereaktion könnte durch eine geeignete Steuerung der Frequenzschwelle aller mit den hµGs verbundenen DRS-Geräte eine gleichmäßige Charakteristik des Frequenzgangs ermöglichen. Die HEV-Ladestation des Ortes wird als DRS-Einheit DSM betrachtet, wie in modelliert. Die von jeder DRS-Einheit des iten hµG zu jedem Zeitpunkt zu aktivierende Nettoleistung (ΔPDRMi) kann durch die Strategie (9) unter Berücksichtigung der Änderung der maximal verfügbaren DRS (ΔPDRMi) im iten hµGs bewertet werden, die durch (10) auf der Grundlage des DRS-Vertrags mit der HEV-Ladestation geschätzt wird. Der Bereich der maximalen Frequenzregelung wird vom Versorgungsunternehmen festgelegt, Δfm = 0.05 Hz. Die Netzbelastungskoeffizienten (LDRi) für DRS sind proportionale Reglerverstärkungen und werden mit Optimierungsverfahren abgestimmt. Δ P D R i = { Δ f i Δ f m Δ P D R M i L D R M i Δ P t i i , Δ f m Δ f i Δ f m Δ f i | Δ f i | Δ P D R M i ,  otherwise

Figure DE202023100612U1_0009
Δ P D R M i = k = 1 n S O C i K K H E V 1 + s T H E V
Figure DE202023100612U1_0010
The combined demand response could allow for a smooth frequency response characteristic by appropriately controlling the frequency threshold of all DRS devices connected to the hµGs. The HEV charging station of the place is considered as a DRS unit DSM as in modeled. The Net power (ΔP DRMi ) to be activated by each DRS unit of the i th hµG at any time can be evaluated by the strategy (9) considering the change of the maximum available DRS (ΔP DRMi ) in the i th hµGs, which is determined by (10) is estimated based on the DRS contract with the HEV charging station. The range of maximum frequency regulation is determined by the utility, Δf m = 0.05 Hz. The grid loading coefficients (L DRi ) for DRS are proportional controller gains and are tuned using optimization techniques. Δ P D R i = { Δ f i Δ f m Δ P D R M i L D R M i Δ P t i i , Δ f m Δ f i Δ f m Δ f i | Δ f i | Δ P D R M i , otherwise
Figure DE202023100612U1_0009
Δ P D R M i = k = 1 n S O C i K K H E V 1 + s T H E V
Figure DE202023100612U1_0010

System der erneuerbaren EnergienSystem of renewable energy

Die LFR-Anlage wird wegen des geringeren Flächenbedarfs der Parabolrinnen-Kollektoranlage vorgezogen, deren Leistungsaustausch bei Änderung der Sonneneinstrahlung (ΔΦ) wie folgt ausgedrückt wird (11). Der Leistungsaustausch der SPV-Einheit aufgrund einer Änderung von ΔΦ wird in (12) mit dem Wirkungsgrad (η = 10%), der Temperatur (Ta = 27.2 °C) und der Solarfläche (S = 4084 m2) angegeben. Der Leistungsaustausch der WEA-Einheit aufgrund der Änderung der Windgeschwindigkeit (ΔVW) wird in (13) mit der Luftdichte (ρ = 1.25 kg/m3) und der überstrichenen Fläche (Ar = 1735 m2) angegeben, deren Leistungskoeffizient (Cp) durch (14) bestimmt wird. Die Netto-RES-Durchdringung der einzelnen hµGs wird wie folgt geschätzt (15). Δ P S T P = ( K L F R 1 + s T L F R ) ( K H X T H X 1 + s T H X ) ( 1 1 + s T S T ) Δ ϕ

Figure DE202023100612U1_0011
Δ P S T V = η S { 1 0.005 ( 25 + T a ) } 1 + s T P V Δ ϕ
Figure DE202023100612U1_0012
Δ P W T G = 0.5 ρ C p A r V w 2 1 + s T w t Δ V W
Figure DE202023100612U1_0013
100 C P = ( 44 1.67 β ) sin ( ( λ 3 ) π 15 0.3 β ) 1.84 ( λ 3 ) β
Figure DE202023100612U1_0014
Δ P R E S 1 = Δ P S T P , Δ P R E S 2 = Δ P W T G , Δ P R E S 3 = Δ P S P V ,
Figure DE202023100612U1_0015
The LFC system is preferred to the parabolic trough collector system because of the smaller area requirement, whose power exchange with changes in solar radiation (ΔΦ) is expressed as follows (11). The power exchange of the SPV unit due to a change in ΔΦ is given in (12) with the efficiency (η = 10%), the temperature (T a = 27.2 °C) and the solar area (S = 4084 m 2 ). The power exchange of the WTG unit due to the change in wind speed (ΔVW) is given in (13) with the air density (ρ = 1.25 kg/m 3 ) and the swept area (A r = 1735 m 2 ), whose power coefficient (C p ) is determined by (14). The net RES penetration of each hµG is estimated as follows (15). Δ P S T P = ( K L f R 1 + s T L f R ) ( K H X T H X 1 + s T H X ) ( 1 1 + s T S T ) Δ ϕ
Figure DE202023100612U1_0011
Δ P S T V = n S { 1 0.005 ( 25 + T a ) } 1 + s T P V Δ ϕ
Figure DE202023100612U1_0012
Δ P W T G = 0.5 ρ C p A right V w 2 1 + s T w t Δ V W
Figure DE202023100612U1_0013
100 C P = ( 44 1.67 β ) sin ( ( λ 3 ) π 15 0.3 β ) 1.84 ( λ 3 ) β
Figure DE202023100612U1_0014
Δ P R E S 1 = Δ P S T P , Δ P R E S 2 = Δ P W T G , Δ P R E S 3 = Δ P S P V ,
Figure DE202023100612U1_0015

System zur Erzeugung von BioenergieBioenergy production system

Die kommunalen Abfälle (fest/flüssig) werden getrennt gesammelt, getrennt und so aufbereitet, dass sie für die Stromerzeugung in den entsprechenden BEGS-Anlagen (d. h. BCHP, BDEG, BGTG und MHTG) bereit sind und die auf Abfallverbrennung basierenden hµGs unterstützen. Die detaillierte Modellierung dieser Blöcke wird erörtert, die von den Blöcken BCHP, BGTG, MHTG und BDEGi gelieferte Leistung ist jedoch in (16)-(19) angegeben. Außerdem wird der Nettobeitrag jeder BEGS-Einheit mit ihrem hµG wie folgt geschätzt (20) (für i=1,2,3). Δ P B C = ( K B C 1 + s T B S G ) ( 1 + s K R T R 1 + s T R ) ( 1 1 + s T B C T ) Δ X 11

Figure DE202023100612U1_0016
Δ P B C = ( 1 + s X C ( 1 + s X C ) ( 1 + s b B ) ) ( 1 + s T C R 1 + s T B G ) ( K B G 1 + s T B T ) Δ X 21
Figure DE202023100612U1_0017
Δ P M H = ( K M H 1 + s T H G ) ( 1 + s T R S 1 + s T R H ) ( 1 s T H T 1 + 0.5 s T H T ) Δ X 31
Figure DE202023100612U1_0018
Δ P B D i = K B D i ( 1 1 + s T V A ) ( 1 1 + s T B E ) Δ X i 1
Figure DE202023100612U1_0019
Δ P B E G 1 = Δ P B c + Δ P B D 1 , Δ P B E G 2 = Δ P B G + Δ P B D 1 , Δ P B E G 3 = Δ P M H + Δ P B D 3 ,
Figure DE202023100612U1_0020
The municipal waste (solid/liquid) is collected separately, separated and treated to be ready for power generation in the relevant BEGS plants (ie BCHP, BDEG, BGTG and MHTG) supporting the incineration based hµGs. The detailed modeling of these blocks is discussed, but the performance provided by blocks BCHP, BGTG, MHTG and BDEGi is given in (16)-(19). In addition, the net contribution of each BEGS unit with its hµG is estimated as follows (20) (for i=1,2,3). Δ P B C = ( K B C 1 + s T B S G ) ( 1 + s K R T R 1 + s T R ) ( 1 1 + s T B C T ) Δ X 11
Figure DE202023100612U1_0016
Δ P B C = ( 1 + s X C ( 1 + s X C ) ( 1 + s b B ) ) ( 1 + s T C R 1 + s T B G ) ( K B G 1 + s T B T ) Δ X 21
Figure DE202023100612U1_0017
Δ P M H = ( K M H 1 + s T H G ) ( 1 + s T R S 1 + s T R H ) ( 1 s T H T 1 + 0.5 s T H T ) Δ X 31
Figure DE202023100612U1_0018
Δ P B D i = K B D i ( 1 1 + s T V A ) ( 1 1 + s T B E ) Δ X i 1
Figure DE202023100612U1_0019
Δ P B E G 1 = Δ P B c + Δ P B D 1 , Δ P B E G 2 = Δ P B G + Δ P B D 1 , Δ P B E G 3 = Δ P M H + Δ P B D 3 ,
Figure DE202023100612U1_0020

Dynamisches Last-Generator-SystemDynamic load generator system

Es wurden die monatlichen Stromverbrauchsdaten von 3 Verbrauchern an verschiedenen Standorten verwendet und diese so normiert, dass sie in die Simulationszeit (tsim) der vorgeschlagenen hµGs passen, wie in den letzten 4 Spalten von Tabelle 1 aufgeführt. So konnte die effektive lineare Lastabweichung (ΔPLLi) des iten hµGs für die Analyse der Systemleistung über das ganze Jahr hinweg anhand dieser realen Daten repliziert werden. Das praktische Lastmuster besteht jedoch aus Nichtlinearitäten, die von mehreren nichtlinearen Geräten und Stromrichtern gemeinsam eingebracht werden. Daher wurde eine effektive nichtlineare Belastungskonfiguration (NL) (ΔPNL) als (21) für die Auslegung der Nettobelastung (ΔPLi) als (22) berücksichtigt, die dem tatsächlichen Bedarfsmuster des iten hµGs entspricht. Δ P N L = ( 3  sin ( 36.942 t ) + 5  sin ( 4.417 t ) 10  sin ( 5 t ) ) × 10 3

Figure DE202023100612U1_0021
Δ P L i = Δ P L L i + Δ P N L
Figure DE202023100612U1_0022
Monthly electricity consumption data from 3 consumers at different locations were used and normalized to fit the simulation time (t sim ) of the proposed hµGs as listed in the last 4 columns of Table 1. In this way, the effective linear load deviation (Δ PLLi ) of the i th hµG for the analysis of system performance throughout the year could be replicated using this real data. However, the practical load pattern consists of non-linearities introduced jointly by multiple non-linear devices and power converters. Therefore, an effective non-linear loading configuration (NL) (Δ PNL ) as (21) was considered for the design of the net loading (Δ PLi ) as (22), which corresponds to the actual demand pattern of the i th hµG. Δ P N L = ( 3 sin ( 36,942 t ) + 5 sin ( 4.417 t ) 10 sin ( 5 t ) ) × 10 3
Figure DE202023100612U1_0021
Δ P L i = Δ P L L i + Δ P N L
Figure DE202023100612U1_0022

Die effektive Last-Generator-Dynamik für das ite hµGs kann wie folgt geschätzt werden (23), unter Berücksichtigung eines einzelnen Generator-Last-Modells für eine geringe Trägheit (H = 0.1 s) mit 50 Hz Nennfrequenz. Hier wird der momentane Nettoleistungsfehler (ΔPEi) des iten hµGs als (24) unter Berücksichtigung aller Quellen und Lasten mit VIS/DRS geschätzt. Δ f i = 1 D i + s M i Δ P E i

Figure DE202023100612U1_0023
Δ P E i = Δ P R E S i + Δ P B E G i + Δ P D R i + Δ P V I S i Δ P Q E i Δ P L i Δ P t i i
Figure DE202023100612U1_0024
The effective load-generator dynamics for the i te hµGs can be estimated as follows (23), considering a single generator-load model for low inertia (H = 0.1 s) with 50 Hz nominal frequency. Here the instantaneous net power error (Δ PEi ) of the i th hµG is estimated as (24) considering all sources and loads with VIS/DRS. Δ f i = 1 D i + s M i Δ P E i
Figure DE202023100612U1_0023
Δ P E i = Δ P R E S i + Δ P B E G i + Δ P D R i + Δ P V I S i Δ P Q E i Δ P L i Δ P t i i
Figure DE202023100612U1_0024

Formulierung des Zielsformulation of the goal

Die Zielfunktion für das vorgeschlagene System wird durch die Nettoabweichung der Scheinleistung (die eine lineare Kombination aus Wirk- und Blindleistung ist, d. h. ΔS = ΔP + jΔQ oder ΔS2 = ΔP2 + ΔQ2) unter Berücksichtigung der entsprechenden Gewichte (Toleranzfaktor) für Δf (∝ΔP) und Δu (∝ΔQ) als wf und wv geschätzt. Dies könnte als Zielfunktion (J) mit der Bezeichnung Integral-Quadrat des gewichteten absoluten Fehlers (ISWAE) implementiert werden, die für eine gleichzeitige Verringerung der Netzspannung, der Frequenz und der Belastung der Verbindungsleitungen minimiert werden muss. Das genaue Ziel für das vorgeschlagene Verbundsystem könnte wie folgt ausgedrückt werden (25), wobei der Frequenzregelung (wf = 1, um die Nulltoleranz für Δf zu replizieren) Vorrang vor der Spannung mit einer 10 %igen Abschwächung (wv = 0.9, um die ± 10 %ige Toleranz für Δu zu replizieren) und der Verringerung der Netzbelastung um 5 % (wt = 0.95, um die ± 5 %ige Toleranz für Δu zu replizieren) eingeräumt wird. Min . j = 0 t s i m { i = 1 3 [ ( w f | Δ f i | ) 2 + ( w v | Δ u i | ) 2 ] + ( w t | Δ P t i i | ) 2 } d t s .t: lb K c i j u b

Figure DE202023100612U1_0025
The objective function for the proposed system is given by the net apparent power deviation (which is a linear combination of active and reactive power, ie ΔS = ΔP + jΔQ or ΔS 2 = ΔP 2 + ΔQ 2 ) considering the appropriate weights (tolerance factor) for Δf (∝ΔP) and Δu (∝ΔQ) estimated as wf and wv. This could be implemented as an objective function (J) called the integral squared of the weighted absolute error (ISWAE), which must be minimized for a simultaneous reduction in line voltage, frequency and interconnection stress. The precise target for the proposed composite system could be expressed as (25) where frequency control (wf = 1 to replicate the zero tolerance for Δf) takes precedence over voltage with a 10% attenuation (w v = 0.9 to replicate the ± 10% tolerance for Δu) and allowing the network loading to be reduced by 5% (w t = 0.95 to replicate the ± 5% tolerance for Δu). minutes . j = 0 t s i m { i = 1 3 [ ( w f | Δ f i | ) 2 + ( w v | Δ and i | ) 2 ] + ( w t | Δ P t i i | ) 2 } i.e t s .t: pounds K c i j and b
Figure DE202023100612U1_0025

Dabei bezeichnet KCij die PID-Verstärkungen (KPij, KIij und KDij) für den jten Regler im iten hµGs unter Berücksichtigung der Grenzen von Ib und ub (untere und obere Grenze). Die grundlegenden Fehlerzahlen (FOD), wie Spitzenüberschwinger, Spitzenunterschwinger und Einschwingzeiten für Spannung, Frequenz und Netzbelastung der vorgeschlagenen hµGs werden mit einer Bandbreite von 0.1 % bewertet. Der Leistungsindex auf der Grundlage von FOD (JFOD) der verteilten hµGs wird mit (26) geschätzt, um die Reaktionen des Gesamtsystems zu untersuchen. J F O D = i = 1 3 ( U S F i 2 + O S F i 2 + T S F i 2 + U S V i 2 + O S V i 2 + T S V i 2 + U S T i i 2 + O S T i i 2 + T S T i i 2 )

Figure DE202023100612U1_0026
Here, K Cij denotes the PID gains (K Pij , K Iij and K Dij ) for the j th controller in the i th hµGs, taking into account the limits of Ib and ub (lower and upper limit). The fundamental error figures (FOD), such as peak overshoot, peak undershoot and settling times for voltage, frequency and grid loading of the proposed hµGs are evaluated with a bandwidth of 0.1%. the lei The development index based on FOD (JFOD) of the distributed hµGs is estimated to be (26) to examine the overall system responses. J f O D = i = 1 3 ( u S f i 2 + O S f i 2 + T S f i 2 + u S V i 2 + O S V i 2 + T S V i 2 + u S T i i 2 + O S T i i 2 + T S T i i 2 )
Figure DE202023100612U1_0026

Jedes hµG ist mit 3 PID-Reglern zur Regelung von Frequenz (ΔXi1), Spannung (ΔXi2) und Trägheit (ΔXi3) der vorgeschlagenen miteinander verbundenen hµGs ausgestattet, wie in dargestellt. In jedem hµG müssen 10 Reglerverstärkungen (3 × 3PID-Verstärkungen + 1 proportionale Verstärkung für DRS) eingestellt werden. Für eine reibungslose Koordinierung der vorgeschlagenen verteilten hµGs müssen also 30 (10 × 3) Verstärkungsparameter eingestellt werden, was die konventionelle Abstimmung von Reglern in einem derart komplexen Netz erschwert. Die metaheuristische Technik spielt eine wichtige Rolle bei der Bewältigung solcher Herausforderungen durch eine präzise Abstimmung der Reglerverstärkungen. Die überlegene Leistung der hybriden Technik in Bezug auf die grundlegende Technik in solchen Szenarien. Daher wurde eine neue QCSHO-Technik entwickelt, die die Konzepte von QOBL und CLS in der grundlegenden SHO zur Abstimmung aller Reglerverstärkungen durch Minimierung des Ziels (J) sowie des JFOD hybridisiert, was umfassend diskutiert wird.Each hµG is equipped with 3 PID controllers to regulate the frequency (ΔX i1 ), voltage (ΔX i2 ) and inertia (ΔX i3 ) of the proposed interconnected hµGs as in shown. In each hµG, 10 controller gains (3 × 3PID gains + 1 proportional gain for DRS) must be set. Thus, for smooth coordination of the proposed distributed hµGs, 30 (10 × 3) gain parameters need to be tuned, making conventional tuning of controllers in such a complex network difficult. Metaheuristic engineering plays an important role in overcoming such challenges by precisely tuning controller gains. The superior performance of the hybrid technique in relation to the basic technique in such scenarios. Therefore, a new QCSHO technique was developed that hybridizes the concepts of QOBL and CLS in the basic SHO to tune all controller gains by minimizing the target (J) as well as the JFOD, which is widely discussed.

3 zeigt ein Flussdiagramm der QCSHO-Technik. 3 shows a flow chart of the QCSHO technique.

Quasi-oppositionelle chaotische Selfish-Herd-OptimierungQuasi-oppositional chaotic selfish stove optimization

Das egoistische Verhalten von Tieren, die sich in Herden zusammenschließen, um bei Bedrohung durch Raubtiere zu überleben, wird als SHO-Technik bezeichnet. Die Bewegung dieser egoistischen Tiere zur Erlangung der zentralen Position bei intraspezifischen Wettbewerben während der Prädation zur Erhöhung ihrer Überlebenschancen wird als SHO bezeichnet.The selfish behavior of animals forming herds to survive when threatened by predators is known as the SHO technique. The movement of these selfish animals to gain central position in intraspecific competitions during predation to increase their chances of survival is called SHO.

In den meisten realistischen Szenarien herrscht während eines Raubtierangriffs Chaos in der Herde, was zu einer chaotischen Bewegung der egoistischen Herde in Richtung des Zentrums führt, um zu überleben. Die zu erwartende Konkurrenz zwischen den egoistischen Herden ist in der Chaoszone sehr hoch, wie in dargestellt, was eine gedrängte Bewegung in der Nähe des Zentrums erzwingt. Allerdings ist die Lebensbedrohung der Tiere, die den Räubern (Hxi, Hxy, Hxj) gegenüberstehen, größer als die der ihnen gegenüberstehenden Artgenossen (Oxi, Oxy, Oxj). Auch hier kann ein Tier mit weniger Konkurrenz (H*xi, H*xy, H*xj) in der Nähe gegenüberliegender Punkte (quasigegenüberliegend genannt) verfügbar sein, verglichen mit den genau gegenüberliegenden Punkten (Oxi, Oxy, Oxj) in Bezug auf das Zentrum der Herde, wie in gezeigt. Diese Idee inspirierte dazu, SHO so zu modifizieren, dass die chaotischen Tiere mit höherem Risiko (H*xi, H*xy, H*xj) während der Prädation durch die Individuen mit geringerem Überlebensrisiko (Hxi, Hxy, Hxj) ersetzt werden, um eine bessere optimale Lösung zu erzielen. Ein neues QCSHO-Verfahren wird entwickelt, indem die Konzepte von QOBL und CLS mit dem grundlegenden SHO-Verfahren kombiniert werden, um diese typische Aktivität von selbstsüchtigen Herden während der Prädation zu imitieren, wobei eine logistische Karte für CLS in (27) berücksichtigt wird, um eine schnellere Lösung zu erzielen. C h i + 1 = μ ( 1 C h i ) C h i

Figure DE202023100612U1_0027
wobei, Chi ∈ (0,1) and Chi ≠ 0.25, 0.5, 0.75In most realistic scenarios, chaos reigns in the herd during a predator attack, resulting in chaotic movement of the selfish herd towards the center in order to survive. The expected competition between the selfish herds is very high in the Chaos Zone, as in shown, forcing a crowded movement near the center. However, the threat to life of the animals facing the predators (H xi , H xy , H xj ) is greater than that of the conspecifics facing them (O xi , O xy , O xj ). Again, an animal with less competition (H*xi, H*xy, H*xj) may be available near opposite points (called quasi-opposite) compared to the exact opposite points (O xi , O xy , O xj ) in relation to the center of the herd, as in shown. This idea inspired to modify SHO such that the chaotic higher risk animals (H*xi, H*xy, H*xj) are replaced with the lower survival risk individuals (Hxi, Hxy, Hxj) during predation in order to to get a better optimal solution. A new QCSHO procedure is developed by combining the concepts of QOBL and CLS with the basic SHO procedure to mimic this typical activity of selfish herds during predation, considering a logistic map for CLS in (27), to get a faster solution. C H i + 1 = µ ( 1 C H i ) C H i
Figure DE202023100612U1_0027
where, Ch i ∈ (0,1) and Ch i ≠ 0.25, 0.5, 0.75

Das zentrale (Mxy) und das gegenüberliegende (Oxy) Tier für ein ausgewähltes (Hxy) Individuum in der Herde können durch (28) unter Berücksichtigung der maximalen (ub) und minimalen (Ib) Grenze der Parameter ausgedrückt werden. Gemäß QOBL wird das quasigegensätzliche Tier in der Herde auf der Grundlage von (29) ausgewählt, wobei eine Zufallszahl (Rj) mit der Sprungrate (Jr) verglichen wird. M x y = ( u b y l b y ) 2 , und O x y = u b y + l b y H x y

Figure DE202023100612U1_0028
H x y = { M x y + ( O x y M x y ) R j ,   i f   H x y < M x y O x y + ( M x y O x y ) R j ,   o t h e r w i s e
Figure DE202023100612U1_0029
The central (M xy ) and opposite (O xy ) animal for a selected (H xy ) individual in the herd can be expressed by (28) considering the maximum (ub) and minimum (Ib) limit of the parameters. According to QOBL, the quasi-opposite animal in the herd is selected based on (29), comparing a random number (R j ) to the hop rate (J r ). M x y = ( and b y l b y ) 2 , and O x y = and b y + l b y H x y
Figure DE202023100612U1_0028
H x y = { M x y + ( O x y M x y ) R j , i f H x y < M x y O x y + ( M x y O x y ) R j , O t H e right w i s e
Figure DE202023100612U1_0029

Es wird erwartet, dass die Leistung von SHO durch das modifizierte QCSHO-Verfahren mit den Vorteilen von CLS und QOBL verbessert wird, das einen schnelleren Suchprozess als die normale stochastische Suche unterstützt. Die einzelnen Schritte des vorgeschlagenen QCSHO-Verfahrens sind in als Flussdiagramm dargestellt, das sowohl CLS- als auch QOBL-Schritte enthält. Das neue QCSHO-Verfahren ruft die Simulink-Modelle in auf, um die Überlebenswerte der Herden in jeder Iteration zu bewerten/aktualisieren, wie in erläutert, indem es die abgestimmten Reglerverstärkungen weitergibt und die optimale Lösung findet. Die detaillierten Simulationsergebnisse und Leistungsvergleiche werden diskutiert.The performance of SHO is expected to be improved by the modified QCSHO method with the advantages of CLS and QOBL, which has a faster search process than the normal stochastic one search supported. The individual steps of the proposed QCSHO procedure are in presented as a flowchart containing both CLS and QOBL steps. The new QCSHO method calls the Simulink models in to assess/update herd survival values in each iteration, as in explained by passing on the tuned controller gains and finding the optimal solution. The detailed simulation results and performance comparisons are discussed.

Analyse der simulierten ErgebnisseAnalysis of the simulated results

Das in dargestellte lineare Übertragungsfunktionsmodell der projizierten hµGs wird entwickelt, während alle Optimierungsverfahren in Skriptdateien kodiert sind. Die Leistungen der verteilten hµGs werden für die gleichzeitige Spannungs-Frequenz-Regelung durch Simulationen auf einem Desktop-Computer (4 GB RAM, Intel-3.4 GHz i7-4770 CPU) in folgenden Ansätzen untersucht.This in The presented linear transfer function model of the projected hµGs is developed, while all optimization procedures are encoded in script files. The performances of the distributed hµGs are examined for the simultaneous voltage-frequency regulation by simulations on a desktop computer (4 GB RAM, Intel 3.4 GHz i7-4770 CPU) in the following approaches.

Step-Response-Analyse für die MethodenauswahlStep-response analysis for method selection

Es ist von entscheidender Bedeutung, geeignete Methoden wie Optimierungsverfahren, Zielfunktionen und Regler zu wählen, um die Systemreaktionen in angemessener Weise zu untersuchen. Die Sprungantworten der vorgeschlagenen verteilten hµGs werden analysiert, um diese Methoden unter Berücksichtigung einer sprunghaften Änderung von ΔPL (sinkt von 0.75 p.u. auf 0.725), ΔΦ (steigt von 0.615 kW/m2 auf 0.645), ΔVw (steigt von 6.3 m/s auf 6.96), für tsim = 20s mit einem normalen Tagesszenario zu vergleichen. Dann werden die überlegenen Methoden zur gleichzeitigen Spannungs-Frequenz-Regelung in verteilten hµGs sowohl mit VIS als auch DRS zusammengestellt.It is of crucial importance to choose suitable methods such as optimization methods, objective functions and controllers in order to study the system responses in an appropriate way. The step responses of the proposed distributed hµGs are analyzed to fit these methods considering a step change in ΔP L (decreases from 0.75 pu to 0.725), ΔΦ (increases from 0.615 kW/m2 to 0.645), ΔV w (increases from 6.3 m/s to 6.96), for t sim = 20s to be compared with a normal daily scenario. Then the superior methods for simultaneous voltage-frequency control in distributed hµGs using both VIS and DRS are compiled.

Technik-Sortimenttechnology range

Das vorgeschlagene verteilte hµGs in wird mit PSO, GOA, SSA, SHO, QSHO, CSHO und dem projizierten QCSHO simuliert, um die Zielfunktionen J in (25) zu minimieren. Die Konvergenzkurven aller 7 Optimierungsverfahren mit Sprungantworten werden unter Berücksichtigung von PID-Reglern mit der vorgeschlagenen ISWAE als (25) für anfängliche 20 s der Belastungen verglichen. Der FOD-basierte Leistungsindex (JFOD) des Systems, ausgedrückt in (26), wird für alle Verfahren unter Berücksichtigung der ISWAE geschätzt und in der ersten Spalte von Tabelle 3 verglichen.The proposed distributed hµGs in is simulated with PSO, GOA, SSA, SHO, QSHO, CSHO and the projected QCSHO to minimize the objective functions J in (25). The convergence curves of all 7 step response optimization methods are compared considering PID controllers with the proposed ISWAE as (25) for initial 20 s of the loads. The FOD-based index of performance (JFOD) of the system, expressed in (26), is estimated for all methods considering the ISWAE and compared in the first column of Table 3.

Objektives SortimentObjective assortment

Die optimierten Sprungantworten der verteilten hµGs werden für dasselbe Szenario unter Verwendung aller 5 Zielfunktionen Integraler absoluter Fehler (IAE), Integraler quadratischer Fehler (ISE), Integraler zeitlich gewichteter absoluter Fehler (ITAE) und Integraler zeitlich gewichteter quadratischer Fehler (ITSE) zusammen mit ISWAE geschätzt und für QCSHO-abgestimmte PID-Regler verglichen, was die Überlegenheit von ISWAE gegenüber anderen bestätigt.The optimized step responses of the distributed hµGs are estimated for the same scenario using all 5 objective functions Integral Absolute Error (IAE), Integral Squared Error (ISE), Integral Time-Weighted Absolute Error (ITAE) and Integral Time-Weighted Squared Error (ITSE) along with ISWAE and compared for QCSHO-tuned PID controllers, confirming the superiority of ISWAE over others.

Controller-SortimentController range

Die Sprungantworten der verteilten hµGs werden durch getrennte Abstimmung von Integral- (I), Proportional-Integral- (PI), Proportional-Derivativ- (PD), Integral-Derivativ- (ID) und PID-Reglern unter Verwendung von QCSHO-optimierter ISWAE geschätzt und in Tabelle 3 unter Schätzung der JFOD verglichen, was die Überlegenheit von PID bestätigt. Schließlich wird das vorgeschlagene QCSHO-Verfahren mit der ISWAE-Funktion (J) für die Abstimmung der Verstärkungen von PID-Reglern bevorzugt, da diese Kombination besser abschneidet als die anderen, wie aus und Tabelle 4 hervorgeht (die besseren Werte sind in fetter Schrift hervorgehoben). Die mit QCSHO abgestimmten PID-Regler-Verstärkungen für zusammengeschaltete hµGs sind in Tabelle 4 unter Berücksichtigung von ISWAE aufgeführt und werden ohne erneute Abstimmung der PID-Regler verwendet, um die Stabilität des Systems zu untersuchen.The step responses of the distributed hµGs are obtained by separately tuning integral (I), proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), integral-derivative (ID), and PID controllers using QCSHO-optimized ISWAE estimated and compared in Table 3 under Estimation of JFOD, confirming the superiority of PGD. Finally, the proposed QCSHO method using the ISWAE function (J) is preferred for tuning the gains of PID controllers, as this combination performs better than the others, as shown in FIG and Table 4 (better values are highlighted in bold). The QCSHO tuned PID controller gains for interconnected hµGs are listed in Table 4 considering ISWAE and are used without retuning the PID controllers to study the stability of the system.

Antworten von verteilten hµGsResponses from distributed hµGs

Um die Systemreaktionen über das ganze Jahr hinweg unter verschiedenen klimatischen Bedingungen zu untersuchen, werden die in Echtzeit aufgezeichneten monatlichen Durchschnittswerte von Sonne und Wind sowie die normalisierten Lastdaten mit einer Dauer von 10s für jeden Monat wie in Tabelle 1 angegeben angeordnet, wobei tsim = 120s berücksichtigt wird. Das vorgeschlagene verteilte hµGs, wie in 2(a) modelliert, wird für die gleichzeitige Spannungs-/Frequenzregelung in vier verschiedenen Szenarien der EE-Durchdringung mit LL und einem Szenario der Laständerung einschließlich NL unter Verwendung der abgestimmten PID-Verstärkungen aus Tabelle 4 simuliert. Die Reaktionen für alle fünf Fälle werden aufgetragen und im Folgenden einzeln diskutiert, wobei die Systemreaktionen sowohl mit VIS als auch mit DRS verglichen werden.To study the system responses throughout the year under different climatic conditions, the real-time recorded monthly averages of sun and wind and the normalized load data with a duration of 10s for each month are arranged as indicated in Table 1, where t sim = 120s is taken into account. The proposed distributed hµGs, as in 2(a) modeled, the EE- Penetration simulated with LL and a load change scenario including NL using the tuned PID gains from Table 4. The responses for all five cases are plotted and discussed individually below, comparing system responses to both VIS and DRS.

In diesem Fall wird von einem normalen Tagesszenario ausgegangen, bei dem die verfügbaren EE-Erzeugungen (SPV, STP und WEA) mit allen BEGS-Einheiten (BCHP, MHTG, BGTG und BDEGi) koordiniert werden, einschließlich der Unterstützung durch VISi- und DRSi-Einheiten, um eine bestimmte LL (ΔPL = ΔPLL) zu liefern. Dies bestätigt die Verbesserung der Netzqualität aufgrund der schnelleren Unterstützung durch VIS/DRS-Einheiten zur Glättung von Δfi und Δui bei minimalem ΔPtij. Die Netzspannung, die Netzfrequenz und die Netzbelastung werden innerhalb von 3s, 6s bzw. 1s bei jeder Störung der Quelle/Last auf ihre Nennwerte zurückgeführt.In this case, a normal daily scenario is assumed, where the available RES generations (SPV, STP and WEA) are coordinated with all BEGS entities (BCHP, MHTG, BGTG and BDEGi), including the support of VISi and DRSi Units to provide a specific LL (ΔPL = ΔPLL). This confirms the improvement in power quality due to faster support by VIS/DRS units to smooth Δf i and Δu i at minimum ΔP tij . The mains voltage, the mains frequency and the mains load are restored to their nominal values within 3s, 6s or 1s in the event of any source/load fault.

Nichtverfügbarkeit von SolarstützenUnavailability of solar supports

In diesem Fall wird von einem normalen Nachtszenario oder einem Szenario mit bewölktem Himmel ausgegangen (oder während der Wartung/des Ausfalls von SPV- und STP-Einheiten), wobei die WEA-Generationen nur denselben LL versorgen. Die auf Müllverbrennung basierenden BEGS-Einheiten werden so koordiniert, dass sie die überschüssige Nachfrage bei fehlender Solarunterstützung decken. Diese bestätigen auch die Verbesserung der Netzqualität mit einem schnelleren Einschwingen von Δfi, Δui und ΔPtij auf ihre Nennwerte innerhalb von 2s, 5s bzw. 1s für jede Störung in Quelle/Last bei fehlender Solarunterstützung.In this case, a normal night or cloudy sky scenario is assumed (or during maintenance/failure of SPV and STP units), with the WT generations only feeding the same LL. The waste incineration based BEGS units will be coordinated to meet excess demand in the absence of solar support. These also confirm the improvement in power quality with faster settling of Δf i , Δu i and ΔP tij to their nominal values within 2s, 5s and 1s, respectively, for any source/load disturbance in the absence of solar support.

Nichtverfügbarkeit von WindkraftanlagenUnavailability of wind turbines

Dieser Fall wird unter der Annahme eines normalen Tagesszenarios mit ungünstigen Windgeschwindigkeiten (oder während der Wartung/des Ausfalls einer WEA) angenommen, wobei nur solargestützte erneuerbare Energien (d.h. STP und SPV) die LL versorgen. Die auf Müllverbrennung basierenden BEGS-Einheiten werden koordiniert, um den Nachfrageüberschuss bei fehlender Windunterstützung zu decken. Die Frequenz-, Spannungs- und Lastgänge der verteilten hµGs, die in diesem Szenario mit VIS/DRS unterstützt werden, sind aufgezeichnet. Diese bestätigen erneut die Verbesserung der Netzqualität mit einem schnelleren Einschwingen von Δfi, Δui und ΔPtij auf ihre Nennwerte innerhalb von 2.5s, 6s bzw. 1s für jede Störung in Quelle/Last bei fehlender Windunterstützung.This case is assumed assuming a normal daily scenario with unfavorable wind speeds (or during maintenance/failure of a WTG) with only solar-assisted renewables (ie STP and SPV) supplying the LL. The waste incineration based BEGS units are coordinated to meet the excess demand in the absence of wind support. The frequency, voltage and load profiles of the distributed hµGs that are supported in this scenario with VIS/DRS are recorded. These again confirm the improvement in power quality with faster transient response of Δf i , Δu i and ΔP tij to their nominal values within 2.5s, 6s and 1s, respectively, for any source/load disturbance in the absence of wind support.

Nichtverfügbarkeit von Wind- und SolarstromunterstützungUnavailability of wind and solar power support

In diesem Fall wird von einem stürmischen Tag/Nacht-Klimaszenario ausgegangen, bei dem es keine EE-Erzeugung (oder Wartung/Ausfall aller EE-Anlagen) gibt, um diese LL zu liefern. Alle auf Müllverbrennung basierenden BEGS-Einheiten werden koordiniert, um den Gesamtbedarf unter diesen extremen klimatischen Bedingungen zu decken. Die Frequenz-, Spannungs- und Netzlastgänge der verteilten hµGs, die in diesem Szenario mit VIS/DRS unterstützt werden, sind aufgezeichnet. Diese bestätigen auch die Verbesserung der Netzqualität mit einem schnelleren Einschwingen von Δfi, Δui und ΔPtij auf ihre Nennwerte innerhalb von 3s, 5s bzw. 1s für jede Störung in Quelle/Last bei fehlender EE-Unterstützung.In this case, a stormy day/night climate scenario is assumed, where there is no RES production (or maintenance/failure of all RES assets) to deliver this LL. All waste incineration based BEGS units are coordinated to meet the total demand in these extreme climatic conditions. The frequency, voltage and network load profiles of the distributed hµGs that are supported in this scenario with VIS/DRS are recorded. These also confirm the power quality improvement with faster transient response of Δf i , Δu i and ΔP tij to their nominal values within 3s, 5s and 1s, respectively, for any disturbance in source/load in the absence of EE support.

Reaktionen von verteilten hµGs in normalem Klima mit NLResponses of distributed hµGs in normal climate with NL

In diesem Fall wird von einem verallgemeinerten Szenario ausgegangen, das dieselben klimatischen Bedingungen wie Szenario 1 berücksichtigt, wobei alle verfügbaren EE-Erzeugungen zusammen LL und NL liefern (ΔPL = ΔPLL + ΔPNL). Alle BEGS-Anlagen werden koordiniert, um den Nachfrageüberschuss zu decken. Die Frequenz-, Spannungs- und Netzlastgänge der projektierten verteilten hµGs, die mit VIS/DRS in diesem allgemeinen Lastszenario unterstützt werden, sind aufgezeichnet. Diese bestätigen weiterhin die Verbesserung der Netzqualität mit einem schnelleren Einschwingen von Δfi, Δui und ΔPtij auf ihre Nennwerte innerhalb von 3s, 6s bzw. 1s für jede Störung in Quelle/Last.In this case, a generalized scenario is assumed, considering the same climatic conditions as scenario 1, where all available RES generations together provide LL and NL (ΔP L = ΔP LL + ΔP NL ). All BEGS plants are coordinated to cover the excess demand. The frequency, voltage and network load profiles of the projected distributed hµGs that are supported with VIS/DRS in this general load scenario are recorded. These further confirm the improvement in power quality with faster settling of Δf i , Δu i and ΔP tij to their nominal values within 3s, 6s and 1s respectively for any source/load disturbance.

Die Antworten in allen fünf vorgenannten Fällen haben die Zuverlässigkeit der geplanten VIS- und DRS-Einheiten während des ganzen Jahres mit neuartigen, auf QCSHO abgestimmten PID-Reglern in verteilten hµGs bestätigt. Es wird weiter ausgebaut, um die optimale Zuweisung von VIS- und DRS-Einheiten für den wirtschaftlichen Betrieb von verteilten hµGs zu untersuchen.Responses in all five cases above have confirmed the year-round reliability of the planned VIS and DRS units with novel QCSHO tuned PID controllers in distributed hµGs. It will be further expanded to investigate the optimal allocation of VIS and DRS units for the economical operation of distributed hµGs.

Optimale Zuweisung von VIS/DRS-EinheitenOptimal assignment of VIS/DRS units

Die geplanten verteilten hµG wurden erfolgreich in verschiedenen extremen Klima-/Lastszenarien getestet, wobei jedes hµG sowohl von VISals auch von DRS-Einheiten unterstützt wurde. Die Anordnung sowohl von VIS- als auch von DRS-Einheiten für jedes hµG mit geeigneten Steuerungsstrategien macht das System jedoch komplexer und umfangreicher, was möglicherweise nicht wirtschaftlich ist (aufgrund zusätzlicher Kosten im Zusammenhang mit beiden Unterstützungssystemen). Auch die Verfügbarkeit geeigneter DR-Geräte und ESS für alle diese Unterstützungssysteme ist möglicherweise nicht immer möglich. Daher ist es wichtig, die geeignetsten Anordnungen dieser VIS- und DRS-Einheiten auf der Grundlage des IRP für einen wirtschaftlichen Betrieb der verteilten hµGs zu untersuchen. Alle 22 möglichen Anordnungen dieser VIS- und DRS-Einheiten in den verteilten hµGs werden unter Berücksichtigung von QCSHO-abgestimmten PID mit ISWAE simuliert, wie in Tabelle 5 aufgeführt.The planned distributed hµG were successfully tested in various extreme climate/load scenarios, with each hµG being supported by both VIS and DRS units. However, arranging both VIS and DRS units for each hµG with appropriate control strategies adds complexity and volume to the system, which may not be economical (due to additional costs associated with both support systems). Also, the availability of suitable DR devices and ESS for all of these support systems may not always be possible. Therefore, it is important to study the most appropriate arrangements of these VIS and DRS units based on the IRP for economical operation of the distributed hµGs. All 22 possible arrangements of these VIS and DRS units in the distributed hµGs are simulated with ISWAE considering QCSHO matched PID as listed in Table 5.

Der auf dem FOD basierende Leistungsindex (JFOD) wurde geschätzt, um die optimale Zuweisung von VIS/DRS-Einheiten für all diese 22 Fälle zu untersuchen, und in Tabelle 5 verglichen. Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, könnte die optimale Systemleistung erreicht werden, wenn jedem hµG sowohl VIS- als auch DRS-Einheiten zugewiesen werden, was jedoch weniger wirtschaftlich wäre. Das experimentelle Ergebnis in Tabelle 5 könnte auch qualitativ für die optimale Zuweisung von Unterstützungssystemen in den vorgeschlagenen verteilten Mikrogrids gerechtfertigt sein, d. h. Anschluss von zwei DRS-Einheiten in hµG1 und hpG3, während nur eine VIS-Einheit in hµG2 angeschlossen wird. Da das vorgeschlagene System verteilter Mikronetze EE-Anlagen auf der Basis von Solarenergie in hµG1 (STP-Einheit) und hµG3 (SPV-Einheit) umfasst, die bei höherer Sonneneinstrahlung oder in Schwachlastzeiten überschüssige Energie erzeugen können. Die Störung aufgrund eines Leistungsungleichgewichts in diesem Szenario könnte durch Absorption der überschüssigen Leistung mit angeschlossenen DRS-Einheiten bewältigt werden. Die auf Windenergie basierende erneuerbare Energiequelle (WEA-Einheit) ist hingegen in hµG2 enthalten, deren Leistungsabgabe jenseits der Abschalt-/Einschaltdrehzahl sofort auf Null fällt, was zusammen mit plötzlichen Laständerungen zu einem Trägheitsungleichgewicht führt. Daher sollte eine VIS-Einheit in hµG2 installiert werden, um in solchen Szenarien eine geeignete Trägheitsunterstützung zu bieten. Es ist auch wirtschaftlich, eine geringere Anzahl von VIS-Einheiten als die DRS-Einheiten zuzuweisen, da für die Installation von VIS-Einheiten in Microgrids geeignete ESS und bidirektionale Wandler gekauft werden müssen, während die DRS-Einheiten im Besitz von privaten/öffentlichen Unternehmen sind, die keine Versorgungsunternehmen sind. Tabelle 5 bestätigt daher, dass die Installation einer VIS-Einheit in hµG2 und einer DRS-Einheit in hµG1 und hµG3 jeweils die wirtschaftlichste IRP für die vorgeschlagenen verteilten hµGs darstellt.The FOD-based index of performance (JFOD) was estimated to examine the optimal allocation of VIS/DRS units for all of these 22 cases and compared in Table 5. As shown in Table 5, optimal system performance could be achieved if each hµG were assigned both VIS and DRS units, but this would be less economical. The experimental result in Table 5 could also be qualitatively justified for the optimal allocation of support systems in the proposed distributed microgrids, i.e. H. Connection of two DRS units in hµG1 and hpG3, while only one VIS unit is connected in hµG2. Since the proposed system of distributed microgrids includes solar-based RE systems in hµG1 (STP unit) and hµG3 (SPV unit), which can generate excess energy during higher solar irradiance or off-peak periods. The power imbalance disturbance in this scenario could be managed by absorbing the excess power with connected DRS units. On the other hand, the wind-power based renewable energy source (WEA unit) is included in hµG2, whose power output falls to zero immediately beyond the cut-off/cut-on speed, which together with sudden load changes leads to an inertia imbalance. Therefore, a VIS unit should be installed in hµG2 to provide proper inertial support in such scenarios. It is also economical to allocate a smaller number of VIS units than the DRS units, since installing VIS units in microgrids requires the purchase of suitable ESS and bidirectional converters while the DRS units are owned by private/public companies that are not utilities. Table 5 therefore confirms that installing a VIS unit in hµG2 and a DRS unit in hµG1 and hµG3 is the most economical IRP for the proposed distributed hµGs, respectively.

Um die Reaktionen auf die optimale Zuordnung zu untersuchen, wird das hµG2 durch eine vierstufige Trägheitsvariation mit ± 40 % und ± 20 % Änderung (in M2) angeregt, die eine VIS-Einheit umfasst. Die anderen beiden Microgrids sind nur an DRS-Einheiten angeschlossen, und die Quelle und die Lasten werden gemäß dem verallgemeinerten Fall-5-Szenario einschließlich NL simuliert. Die dynamischen Antworten von hµG2 in Bezug auf Frequenz (Δf) und Spannung (Δu) werden aufgezeichnet. Der Vergleich der Antworten aller 4 Trägheitsvarianten bestätigt die virtuelle Trägheitsunterstützung, da alle Antworten den Nennwerten folgen (bei ΔM = 0 %). Es hat die Wirksamkeit und Anpassungsfähigkeit der vorgeschlagenen QCSHO-Technik mit schnellerer Koordinierung durch VIS/DRS-Systeme während des ganzen Jahres trotz klimatischer Unterschiede gezeigt.To study the responses to optimal assignment, the hµG2 is challenged by a four-step inertial variation with ±40% and ±20% change (in M 2 ) that spans one VIS unit. The other two microgrids are only connected to DRS units and the source and loads are simulated according to the generalized case 5 scenario including NL. The dynamic responses of hµG2 in terms of frequency (Δf) and voltage (Δu) are recorded. Comparing the responses of all 4 inertial variants confirms the virtual inertial support as all responses follow the nominal values (at ΔM = 0%). It has demonstrated the effectiveness and adaptability of the proposed QCSHO technique with faster coordination by VIS/DRS systems throughout the year despite climatic differences.

Die Ergebnisse haben insgesamt die Verbesserung der Systemreaktionen bestätigt, die auf der Zuweisung von virtueller Trägheit (VIS) / Demand Response (DRS) basierende integrierte Ressourcenplanung in den geplanten Mikronetzen mit den neuartigen QCSHO-abgestimmten PID-Reglern unter Berücksichtigung von ISWAE für optimale Spannungs-, Frequenz- und Verbindungsnetzbelastungen innerhalb zugänglicher Betriebsgrenzen. Auch die Reaktionen waren das ganze Jahr über adaptiv, mit 5 extremen Klima- und Lastschwankungen in den verteilten Microgrids mit DRS- und VIS-Einheiten (ohne Nachregelung der Regler). Es wurden weitere 22 mögliche Verteilungen von VIS/DRS-Einheiten untersucht, indem der FOD-basierte Leistungsindex für die optimale Zuweisung von IRP in den vorgeschlagenen verteilten Mikrogrids bewertet und verglichen wurde. Daher wird die Zuweisung einer VIS-Einheit im 2. hµG zusammen mit einer DRS-Einheit in jedem der 1. und 3. hµGs als die am besten geeignete und wirtschaftlichste IRP für das vorgeschlagene System vorgeschlagen, wie die Antworten bestätigen. Sie könnte mit geeigneten Optimierungsverfahren weiter ausgebaut werden, um die klassischen oder modernen Regler wie fraktionierte Regler, neuronale Regler, Fuzzy-Regler, modellprädiktive Regler und ihre Mischungen in Zukunft abzustimmen.Overall, the results have confirmed the improvement in system responses that Virtual Inertia (VIS) / Demand Response (DRS) allocation based integrated resource planning in the planned microgrids with the novel QCSHO-tuned PID controllers considering ISWAE for optimal voltage , frequency and connection network loads within accessible operating limits. Responses were also adaptive throughout the year, with 5 extreme climate and load variations in the distributed microgrids with DRS and VIS units (without readjustment of the controllers). Another 22 possible distributions of VIS/DRS units were studied by evaluating and comparing the FOD-based performance index for the optimal allocation of IRP in the proposed distributed microgrids. Therefore, the allocation of a VIS unit in the 2nd hµG along with a DRS unit in each of the 1st and 3rd hµGs is suggested as the most appropriate and economical IRP for the proposed system, as the replies confirm. It could be further expanded with suitable optimization methods in order to tune the classic or modern controllers such as fractional controllers, neural controllers, fuzzy controllers, model predictive controllers and their mixtures in the future.

4 zeigt Tabelle 1 mit Solar-/Wind- und Belastungsdaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 4 Table 1 shows solar/wind and load data according to an embodiment of the present disclosure.

5 veranschaulicht den in Tabelle 2 dargestellten Vergleich von Zielfunktionen mit PID-Reglern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 5 illustrates the comparison of target functions with PID controllers presented in Table 2 according to an embodiment of the present disclosure.

6 veranschaulicht Tabelle 3 zeigt den Vergleich des Reglers mit dem auf QCSHO abgestimmten ISWAE gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 6 Table 3 shows the comparison of the controller with the QCSHO tuned ISWAE according to an embodiment of the present disclosure.

7 veranschaulicht die in Tabelle 4 dargestellten Gewinne des PID-Reglers mit QCSHO-abgestimmter ISWAE gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 7 illustrates the gains of the PID controller with QCSHO tuned ISWAE presented in Table 4 according to an embodiment of the present disclosure.

8 veranschaulicht die in Tabelle 5 dargestellte Verteilung von DRS und VIS in hybriden Mikronetzen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 8th illustrates the distribution of DRS and VIS in hybrid micro-grids presented in Table 5, in accordance with an embodiment of the present disclosure.

Die Zeichnungen und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.The drawings and the foregoing description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart need not be performed in the order shown; Also, not all actions have to be carried out. Also, the actions that are not dependent on other actions can be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly mentioned in the description or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the benefits, advantages, problem solutions, and components that can cause an advantage, benefit, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, required, or essential feature or component of any or all claims.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Ein System für die integrierte Ressourcenplanung in nachhaltigen Energie- und basierten verteilten Microgrids.A system for integrated resource planning in sustainable energy and based distributed microgrids.
102102
Kombinierter Speicher zur Unterstützung der virtuellen Trägheit (VIS)Combined storage to support Virtual Inertia (VIS)
104104
Auf Ladestationen für Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) basierende Demand Response Support (DRS) EinheitHybrid Electric Vehicle (HEV) charging station based Demand Response Support (DRS) unit
106106
Steuerungseinheitcontrol unit
108108
Analyse-Verarbeitungseinheitanalysis processing unit
110110
ZentralprozessorCPU
202202
Steuergerät 11control unit 11
204204
Last1load1
206206
Steuergerät 22control unit 22
208208
Last2load2
210210
Steuergerät 33control unit 33
212212
Last3load3
214214
Regler i3Controller i3
216216
Bidirektionaler WandlerBidirectional converter
220220
Zustand der Ladungcondition of the load
302302
Startbegin
304304
Lies die Werte für N,ub,lb,dim,MaxltrRead the values for N,ub,lb,dim,Maxltr
306306
Initialisiere die Population der Tiere:A=lb+(ub-lb).rand(N.din)Initialize the population of animals: A=lb+(ub-lb).rand(N.din)
308308
Unterteile A in 2 Gruppen H (Beutetiere) und P (Raubtiere): NH=Floor(N.rand(0.7,0.9));NP=N-NHi Ch1=rand()Divide A into 2 groups H (prey) and P (predator): NH=Floor(N.rand(0.7,0.9));NP=N-NHi Ch1=rand()
310310
Initialisieren des globalen Speichers & Auswerten der Überlebenswerte für jedes Mitglied in H&PInitializing the global memory & evaluating survival values for each member in H&P
312312
Anwenden der Herdenverschiebungsoperationen für SVh<Chi & Verlassen für SVh<Ch,in H für die i-te IterationApply herd shift operations for SVh<Chi & exit for SVh<Ch,in H for the ith iteration
314314
Wenden Sie Raubtierbewegungsoperationen an, um alle Mitglieder in P für die i-te IterationApply predator movement operations to get all members in P for the ith iteration
316316
Ist i<Max1tr ?Is i<Max1tr ?
318318
Zeige die beste Lösung anShow the best solution
320320
AnhaltenStop
322322
Ablesen der Sprungrate für Quasi-Opposition=Jr & Rj=rand (0.1)Reading jump rate for quasi-opposition=Jr & Rj=rand (0.1)
324324
Aktualisiere die Überlebenswerte jedes Mitglieds in H & P für i-te IterationUpdate each member's survival stats in H&P for ith iteration
326326
Führe die entsprechende Raub- und Wiederherstellungsphase für die i-te IterationPerform the appropriate steal and restore phase for the ith iteration

Claims (7)

Ein System für die integrierte Ressourcenplanung in verteilten Mikronetzen auf Basis nachhaltiger Energie, wobei das System Folgendes umfasst: eine kombinierte speicherbasierte virtuelle Trägheitseinheit (VIS) für das Supply-Side-Management (SSM); eine auf einer Ladestation für Hybridelektrofahrzeuge (HEV) basierende Demand-Response-Support-Einheit (DRS) für Demand-Side-Management (DSM) als integrierte Ressourcenplanung (IRP) in verteilten Mikronetzen zur optimalen Regulierung von Frequenz und Spannung; eine Kontrolleinheit zur Einführung des Integralquadrats des gewichteten absoluten Fehlers (ISWAE) für die Abstimmung der Regler von verteilten hµGs unter Verwendung einer quasi-oppositionellen chaotischen Selbstherd-Optimierung (QCSHO); eine Analyseverarbeitungseinheit zum Auswerten eines Satzes von Reaktionen der Steuereinheit mit den VIS/DRS-Einheiten unter Berücksichtigung aufgezeichneter Sonnen-, Wind- und Lastdaten über das Jahr; und ein zentraler Prozessor zur Untersuchung der optimalen Zuweisung von VIS/DRS-Einheiten für den wirtschaftlichen Betrieb von verteilten hµGs.A system for integrated resource planning in distributed microgrids based on sustainable energy, the system comprising: a combined memory-based virtual inertial unit (VIS) for supply-side management (SSM); a Hybrid Electric Vehicle (HEV) charging station based Demand Response Support Unit (DRS) for Demand Side Management (DSM) as integrated resource planning (IRP) in distributed microgrids for optimal regulation of frequency and voltage; a weighted absolute error integral square (ISWAE) control unit for tuning the controllers of distributed hµGs using quasi-oppositional chaotic self-herd optimization (QCSHO); an analysis processing unit for evaluating a set of responses of the control unit with the VIS/DRS units taking into account recorded sun, wind and load data over the year; and a central processor to study the optimal allocation of VIS/DRS units for economical operation of distributed hµGs. System nach Anspruch 1, wobei der kombinierte Speicher einen Batterie-Energiespeicher (BES) und einen kapazitiven Energiespeicher (CES) umfasst.system after claim 1 , wherein the combined storage comprises a battery energy storage (BES) and a capacitive energy storage (CES). System nach Anspruch 1, wobei die quasi-oppositionelle chaotische Selfish-herd-Optimierung (QCSHO) durch Hybridisierung der chaotischen linearen Suche (CLS) und des quasi-oppositionsbasierten Lernens (QOBL) mit grundlegenden Selfish-herd-Optimierungstechniken (SHO) entwickelt wird.system after claim 1 , where quasi-oppositional chaotic selfish-herd optimization (QCSHO) is developed by hybridizing chaotic linear search (CLS) and quasi-opposition-based learning (QOBL) with basic selfish-herd optimization (SHO) techniques. System nach Anspruch 1, wobei die drei miteinander verbundenen, auf nachhaltiger Energie basierenden ungleichen hµGs, die Einheiten vom Typ LFR STP/BCHP/BDEG1 im ersten Mikronetz (hµG1), Einheiten vom Typ WTG/BGTG/BDEG2 im zweiten Mikronetz (hµG2) und Einheiten vom Typ SPV/MHTG/BDEG3 im dritten Mikronetz (hµG3) umfassen, mit einem kombinierten SSM/DSM-basierten IRP.system after claim 1 , where the three interconnected sustainable energy based dissimilar hµGs are the LFR STP/BCHP/BDEG1 type units in the first microgrid (hµG1), WTG/BGTG/BDEG2 type units in the second microgrid (hµG2) and SPV type units /MHTG/BDEG3 in the third micro-grid (hµG3), with a combined SSM/DSM-based IRP. System nach Anspruch 1, bei dem die Regeleinheit die Spannungsfrequenz (440 v-50 Hz) des Systems unabhängig von der EE-Durchdringung und den Lastunterschieden innerhalb einer zugänglichen Grenze hält, wobei die Frequenz jedes hµG durch eine ALFC-Einheit geregelt wird, die eine Kombination aus primärer (Droop-)Regelung und sekundärer (PID-)Regelung ist.system after claim 1 , where the control unit maintains the system voltage frequency (440v-50Hz) within an accessible limit, independent of EE penetration and load differentials, with the frequency of each hµG being controlled by an ALFC unit using a combination of primary ( droop) control and secondary (PID) control. System nach Anspruch 1, bei dem die Trägheitsunterstützung den hµGs praktisch mit geeigneten ESS und bidirektionalen Leistungswandlern unter Berücksichtigung der SSM-basierten IRP bereitgestellt wird, um eine Systemfrequenzinstabilität in autonomen hµGs aufgrund geringer Trägheit zu verhindern.system after claim 1 , where the inertial support to the hµGs is practically provided with appropriate ESS and bi-directional power converters considering the SSM-based IRP to prevent low-inertia system frequency instability in autonomous hµGs. System nach Anspruch 1, wobei die Sprungantworten der verteilten hµGs durch getrennte Abstimmung von Integral- (I), Proportional-Integral- (PI), Proportional-Derivativ- (PD), Integral-Derivativ- (ID) und PID-Reglern unter Verwendung von QCSHO-optimierter ISWAE geschätzt werden, was die Überlegenheit von PID bestätigt, wobei die QCSHO-Technik mit der ISWAE-Funktion (J) zur Abstimmung der Verstärkungen von PID-Reglern bevorzugt wird.system after claim 1 , where the step responses of the distributed hµGs are optimized by separately tuning integral (I), proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), integral-derivative (ID), and PID controllers using QCSHO ISWAE can be estimated, confirming the superiority of PID, favoring the QCSHO technique with the ISWAE function (J) for tuning the gains of PID controllers.
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CN116526515B (en) * 2023-07-03 2023-09-19 南方电网科学研究院有限责任公司 Power grid frequency regulation and control method and controller

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