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Sustainable distribution network planning considering multi-energy systems and plug-in electric vehicles parking lots

Publication . Neyestani, Nilufar; Catalão, João Paulo da Silva; Matias, João Carlos de Oliveira

Entre todos os recursos associados à evolução das redes elétricas para o conceito de smart grid, os sistemas de multi-energia e os veículos eléctricos do tipo plug-in (PEV) são dois dos principais tópicos de investigação hoje em dia. Embora estes recursos possam acarretar uma maior incerteza para o sistema de energia, as suas capacidades de demanda/armazenamento flexível de energia podem melhorar a operacionalidade do sistema como um todo. Quando o conceito de sistemas de multi-energia e os parques de estacionamento com estações de carregamento para os PEVs são combinados no sistema de distribuição, a demanda pode variar significativamente. Sendo a demanda de energia uma importante informação no processo de planeamento, é essencial estimar de precisa essa demanda. Deste modo, três níveis padrão de carga podem ser extraídos tendo em conta a substituição da procura entre carriers de energia, a demanda associada ao carregamento dos PEVs, e presença de parques de estacionamento com estações de carregamento no sistema. A presença de PEVs num sistema multi-energia obriga a outros requisitos (por exemplo, um sistema de alimentação) que devem ser fornecidos pelo sistema, incluindo as estações de carregamento. A componente elétrica dos PEVs dificulta a tarefa ao operador do sistema na tentativa de encontrar a melhor solução para fornecer os serviços necessários e utilizar o potencial dos PEVs num sistema multi-energia. Contudo, o comportamento sociotécnico dos utilizadores de PEVs torna difícil ao operador do sistema a potencial gestão das fontes de energia associada às baterias. Desta forma, este estudo visa providenciar uma solução para os novos problemas que irão ocorrer no planeamento do sistema. Nesta tese, vários aspetos da integração de PEVs num sistema multi-energia são estudados. Primeiro, um programa de resposta à demanda é proposto para o sistema multi-energia com tecnologias do lado da procura que possibilitem alternar entre fornecedores de serviços. Em seguida, é realizado um estudo abrangente sobre as questões relativas à modelação dos PEVs no sistema, incluindo a modelação das incertezas, as preferências dos proprietários dos veículos, o nível de carregamento dos PEV e a sua interação com a rede. Posteriormente é proposta a melhor estratégia para a participação no mercado de energia e reserva. A alocação na rede e os possíveis efeitos subjacentes são também estudados nesta tese, incluindo o modelo dos PEVs e dos parques de estacionamento com estações de carregamento nesse sistema de multi-energia.

2016-10Doctoral thesis

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Nova metodologia multiobjetivo de apoio à decisão para problemas de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica

Publication . Santos, Sérgio da Fonseca; Catalão, João Paulo da Silva

Os sistemas de distribuição de energia elétrica são geralmente estruturados como sistemas que contêm poucas malhas mas a maioria deles opera com uma topologia radial, principalmente para acomodar a proteção coordenada. Obter a configuração radial ótima sob vários critérios tem sido um tema de investigação ativo nas últimas duas décadas. Motivado pelo elevado esforço computacional requerido e pela não linearidade do problema, a maioria das metodologias propostas, mono-objetivo ou multiobjetivo, usam várias meta-heurísticas. Nesta dissertação, o problema de reconfiguração de sistemas de distribuição é formulado como sendo de programação linear inteira-mista multiobjetivo, respeitando as restrições de radialidade. Implementando uma versão melhorada do método de e-Restrições permite gerar uma representação adequada do conjunto de Pareto, sendo uma nova contribuição relativamente a estudos anteriores. O objetivo consiste em determinar as configurações radiais ótimas durante vários intervalos de tempo, minimizando as perdas de energia ativa e os custos emergentes das operações de switching. A metodologia proposta é inicialmente testada em sistemas de 16 e 69 nós, sendo posteriormente testada num sistema real baseado na Ilha de S. Miguel nos Açores.

2014-7-7Master thesis

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Planning of power distribution systems with high penetration of renewable energy sources using stochastic optimization

Publication . Santos, Sérgio da Fonseca; Catalão, João Paulo da Silva; Cabrita, Carlos Manuel Pereira; Fitiwi, Desta Zahlay

Driven by techno-economic and environmental factors, there is a global drive to integrate more distributed energy resources in power systems, particularly at the distribution level. These typically include smart-grid enabling technologies, such as distributed generation (DG), energy storage systems and demand-side management. Especially, the scale of DG sources (mainly renewables) integrated in many distribution networks is steadily increasing. This trend is more likely to continue in the years to come due to the advent of emerging solutions, which are expected to alleviate existing technical limitations and facilitate smooth integration of DGs. The favorable agreements of countries to limit greenhouse gas (GHG) emissions and mitigate climate change are also expected to accelerate the integration of renewable energy sources (RESs). However, the intermittent and volatile nature of most of these RESs (particularly, wind and solar) makes their integration in distribution networks a more challenging task. This is because such resources introduce significant operational variability and uncertainty to the system. Hence, the development of novel methodologies and innovative computational tools is crucial to realize an optimal and cost-efficient integration of such DGs, minimizing also their side effects. Novel methodologies and innovative computational tools are developed in this thesis that take into account the operational variability and uncertainty associated with the RES power generation, along with the integration of smart-grid enabling technologies. The developed methodologies and computational tools are tested in real-life power systems, as well as in standard test systems, demonstrating their computational proficiency when compared with the current state-of-the-art. Due to the inherent uncertainty and variability of RESs, stochastic programming is used in this thesis. Moreover, to ensure convergence and to use efficient off-the-shelf solvers, the problems addressed in this thesis are formulated using a mixed integer linear programming (MILP) approach.

2017-07Doctoral thesis

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