بهره برداری هاب انرژی با استفاده از روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل مقاوم با در نظر گرفتن خطای پیش بینی بار الکتریکی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

چکیده: در سیستم چند حامله انرژی، نقاطی فیزیکی بنام هاب انرژی وجود دارند که محل تحویل انرژی به مصرف­کننده بوده و امکان تبدیل و ذخیره­سازی انرژی را نیز دارند. امروزه کنترل­ پیش‌بین مبتنی بر مدل روشی مؤثر در کنترل این سامانه محسوب می­شود اما این روش توانایی رویارویی با عدم قطعیت سامانه را ندارد. در این مقاله برای رفع این ضعف عدم­قطعیت ناشی از خطای پیش­بینی بارهای الکتریکی به‌صورت اغتشاش به مدل فضای حالت سامانه اضافه می‌شود سپس از کنترل­کننده پیش­بین مبتنی بر مدل مقاوم بر مبنای ماتریس­های نابرابری­های خطی استفاده می­شود. کنترل­کننده پیشنهادی برای کنترل هاب انرژی شامل ترانسفورماتور، بویلر، CHP و ذخیره­سازهای حرارتی و الکتریکی با در نظر گرفتن برنامه پاسخگویی بار به ­کار گرفته می­شود. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد که باوجود عدم­قطعیت روش کنترل ­پیش­بین مقاوم نسبت به کنترل پیش­بین معمولی برنامه­ریزی دقیق­تری را برای سامانه انجام می­دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Operation of Energy Hub using Robust Model Predictive Control considering Uncertainties of Forecasted Electrical Loads

چکیده [English]

Abstract: Multi-carrier systems have a number of physical nodes which are called energy hub, providing energy for consumers. Energy hub converts and stores energy as well. Recently, Model Predictive Control has been widely used to efficiently control Hubs. MPCs show no high performance facing to system uncertainties. In this paper to address this weakness, uncertainties of forecasted electrical loads has been added as disturbance to the state-space model of the system. Then LMI based Robust Model Predictive Controller studied on the EH consisting of transformer, boiler, CHP, electrical and heat storages considering demand side management. As simulation results show, Robust predictive controller  carry outs  more precise planning for the system  than predictive controller, whilst uncertainty exists.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Energy hub
  • Robust model predictive control
  • operation
  • uncertainty
  • controlable load

مراجع

[1] M. Geidl, G. Koeppel, P. Favre-Perrod, B. Klockl, G. Andersson and K. Frohlich, "Energy hubs for the future," IEEE Power and Energy Magazine, vol. 5, no. 1, pp. 24, 2007.
[2] R. Frik and P. Favre-Perrod, Proposal for a multifunctional energy bus and its interlink with generation and consumption, ETH Zurich: High voltage Laboratory, 2004.
[3] M. D. Galus and G. Andersson, "Power system considerations of plug-in hybrid electric vehicles based on a multi energy carrier model," in Power & Energy Society General Meeting, pp. 1-8, 2009.
[4] T. Krause, F. Kienzle, Y. Liu and G. Andersson, "Modeling interconnected national energy systems using an energy hub approach," in IEEE Trondheim PowerTech, pp. 1-7, 2011.
[5] K. Alanne and A. Saari, "Distributed energy generation and sustainable development," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 10, no. 6, pp. 539-558, 2006.
[6] عباس محمدویسی، علیرضا حاتمی­شریف، «ارائه چارچوبی برای مدیریت انرژی خانه هوشمند: برنامه­ریزی بهینه تجهیزات خانگی و برنامه­ریزی بهینه بهره­برداری از منابع انرژی جدیدپذیر»، مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 45، شماره 1، صفحه 53، تبریز، بهار 1394.
[7] M. Gent and J. Lamont, "Minimum-emission dispatch," IEEE Transactions on power apparatus and systems, vol. PAS-90, no. 6, pp. 2650-2660, 1971.
[8] J. Talaq, F. El-Hawary and M. El-Hawary, "Minimum emissions power flow," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 9, no. 1, pp. 429-435, 1994.
[9] G. Koeppel and G. Andersson, "Reliability modeling of multi-carrier energy systems," Energy, vol. 34, pp. 235-244, 2009.
[10] M. Schulze, L. Friedrich and M. Gautschi, "Modeling and optimization of renewables: applying the energy hub approach," in IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies, pp. 83-88, 2008.
[11] A. Hajimiragha, C. Canizares, M. Fowler, M. Geidl and G. Andersson, "Optimal energy flow of integrated energy systems with hydrogen economy considerations," in Bulk Power System Dynamics and Control-VII. Revitalizing Operational Reliability, pp. 1-11, 2007.
[12] M. Schulze and P. C. Del Granado, "Implementation of feed-in tariffs into multi-energy systems," WASET 2009 World Academy of Science, Engineering and Technology, 2009.
[13] F. Kienzle, P. Ahčin and G. Andersson, "Valuing investments in multi-energy conversion, storage, and demand-side management systems under uncertainty," IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 2, no. 2, pp. 194-202, 2011.
[14] A. Parisio, C. Del Vecchio and A. Vaccaro, "A robust optimization approach to energy hub management," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 42, no. 1, pp. 98-104, 2012.
[15] A. Parisio, C. Del Vecchio and G. Velotto, "Robust Optimization of operations in energy hub," in Decision and Control and European Control Conference (CDC-ECC), pp. 4943-4948, 2011.
[16] S. Pazouki, M.-R. Haghifam and A. Moser, "Uncertainty modeling in optimal operation of energy hub in presence of wind, storage and demand response," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 61, pp. 335-345, 2014.
[17] M. Arnold and G. Andersson, "Model predictive control of energy storage including uncertain forecasts," in Power Systems Computation Conference (PSCC), pp. 1-7, 2011.
[18] M. Arnold, R. Negenborn, G. Andersson and B. De Schutter, "Distributed predictive control for energy hub coordination in coupled electricity and gas networks," in Intelligent Infrastructures, pp. 235-273, 2010.
[19] M. Arnold, R. R. Negenborn, G. Andersson and B. De Schutter, "Model-based predictive control applied to multi-carrier energy systems," in Power & Energy Society General Meeting, pp. 1-8, 2009.
[20] M. J. Arnold, On predictive control for coordination in multi-carrier energy systems, Ph.D. Thesis, ETH Zurich, 2011.
[21] M. Morari and J. H. Lee, "Model predictive control: past, present and future," Computers & Chemical Engineering, vol. 23, no. 4-5, pp. 667-682, 1999.
[22] فاطمه پیروزمند، نعمت­اله قهرمـان ، محمدرضا عـاروان، «طراحی کنترل­کننده پیش­بین مقاوم با استفاده از نامساوی­های ماتریسی خطی برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره»، مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 44،شماره 4، صفحه 10، تبریز، زمستان 1393.
[23] E. F. Camacho and C. B. Alba, Model predictive control, Springer Science & Business Media, 2013.
[24] L. Wang, Model predictive control system design and implementation using MATLAB, Springer Science & Business Media, 2009.
[25] J. Löfberg, Minimax approaches to robust model predictive control, Link ̈oping Studies in Science and Technology, Dissertations, No. 812, 2003.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار