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Type: Dissertação
Title: Energy community markets under network constraints considering battery units integration
Author: Barbosa, Pedro Henrique Peters
First Advisor: Dias, Bruno Henriques
Co-Advisor: Soares, Tiago André Teixeira
Co-Advisor: Borba, Bruno Soares Moreira Cesar
Referee Member: Canizes, Bruno Miguel da Rocha
Referee Member: Melo, Igor Delgado de
Resumo: A penetração crescente de Recursos Energéticos Distribuídos (REDs) atualmente, trouxe desafios para as redes de baixa tensão tradicionais. Como consequência, o rápido avanço dessa tecnologia consolidou a posição dos prosumidores, entidades que produzem e consomem eletricidade, como membros ativos de muitas redes de distribuição. Dentre as mudanças causadas por tais avanços, as demandas dos prosumidores levaram à proliferação dos mercados de energia locais baseados em modelos centrados nos consumidores. Esses modelos de mercado permitem contratos entre as partes (peers) sem a intervenção de terceiros nas transações. Isso, entretanto, implica em possíveis violações de restrições operativas da rede elétrica onde os peers se encontram. Esse estudo, almeja abordar o tema de integração dos mercados centrados nos consumidores à rede elétrica de distribuição existente através de uma série de simulações computacionais. Para tanto, uma metodologia foi implementada no sentido de empregar baterias nos mercados centrados nos consumidores como uma maneira de agregar social welfare para uma comunidade e garantir que as restrições de rede não sejam violadas durante transações energéticas. O método descrito foca em simulações sequenciais de otimização do mercado e análise do fluxo de potência da rede de distribuição, instalando baterias nas barras e linhas que sofrem violações durante operação. As simulações sequenciais tem inicio com a solução de um problema de otimização de um mercado de energia, determinístico e não-linear, estruturado usando a ferramenta de otimização Pyomo. Em seguida, a simulação sequencial continua e usa os resultados obtidos na otimização do mercado como entrada para o problema de fluxo de potência, usando a ferramenta de simulação de sistemas de distribuição OpenDSS. Todos os estágios da metodologia proposta nesse trabalho foram simulados por um programa em Python, que encadeia os resultados de cada etapa de simulação com o início da etapa seguinte. Para validar essa estratégia, sete estudos de caso foram simulados e discutidos usando dados reais do consumo e produção de energia de prosumidores enquanto conectados a uma rede de distribuição típica da Costa Rica. Os resultados obtidos indicam potenciais ganhos para o social welfare quando instaladas baterias e uma análise caso a caso para prevenção de violações na rede.
Abstract: The greater penetration of Distributed Energy Resources (DERs) in recent years has led to many changes in traditional low-voltage networks. As a consequence, the rapid advance of this technology has consolidated the position of prosumers, an entity that produces and consumes electricity, as an active member of many distribution networks. Among the changes that this entails, prosumers’ demands have led to the proliferation of local energy markets based on existing consumer-centric models. These market models allow trade between peers without intervention of conventional parties in transactions. This, however, implies possible violations to the technical constraints of the electricity network where such peers are located. This study aims to address, as its main objective, the subject of integrating consumer-centric markets to the existing distribution network through a series of computational simulations. To do so, a methodology was implemented in order to employ batteries in consumer-centric markets as a way to aggregate social welfare to a community and ensure that network constraints are not violated during the energy exchange. The method described focuses in sequential simulations of market optimization and distribution network power flow analysis, installing batteries in buses and lines that directly experience any constraint violation during operation. The sequential simulation starts by solving an energy market non-linear deterministic optimization problem structured using the Pyomo optimization tool. Afterwards, the sequential simulation continues with market results being used as input for the power flow using the OpenDSS distribution system simulation tool. All stages of the methodology proposed in this work were simulated in a Python based program that binds each step’s results with start of the following step. To verify this strategy, seven case studies were simulated and discussed using realistic data of prosumers energy consumption and generation while connected to a typical distribution network in Costa Rica. The results obtained point towards potential social welfare gains from installing batteries and a case-by-case analysis to preventing network violations.
Keywords: Mercados de energia elétrica
Otimização
Recursos energéticos distribuídos
Mercados centrados no consumidor
Electricity markets
Optimization
Distributed energy resources
Consumer centric markets
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15347
Issue Date: 9-Mar-2023
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