Desenvolvimento de um modelo de programação linear inteira mista para o problema do gerenciamento energético de microrredes

Abstract

Esta tese apresenta um modelo matemático para o problema de Gerenciamento Energético (GE) de uma Microrrede (MG) por meio de um modelo matemático de Programação Linear Inteira Mista. No problema do GE, o objetivo é determinar uma política de operação que minimiza, ao longo de um horizonte de planejamento, o custo de operação, sujeito às restrições técnicas e econômicas. Propõe-se um modelo detalhado para a microturbina (MT) e Célula a Combustível (CC), nas quais as restrições associadas a fatores como a rampas de partida e desligamento, mínimo tempo de operação ou inatividade, limites de geração, e várias peculiaridades que não foram devidamente considerados na literatura são estudadas. Outra importante contribuição desta tese é a modelagem de um sistema de armazenamento de energia específico para o problema GE da MG, a bateria de íons de lítio, comparando-se as várias modelagens encontradas na literatura. O modelo proposto também considera uma representação detalhada das demandas críticas, deslocáveis e com possibilidade de descontinuação, juntamente com um novo conceito de demanda difusas, que são aspectos importantes no conceito de MG. Para analisar a modelagem proposta, uma MG é utilizada juntamente com uma MT, uma CC, uma bateria, geradores eólicos e fotovoltaicos, demandas críticas e controláveis, com a opção de operar conectada ou ilhada à rede principal. Os casos de estudo são separados em três grandes grupos para se verificar as peculiaridades do GE da MG, a modelagem de cada Recurso Energético Distribuído (RED) e a modelagem da demanda controlável. Os resultados indicam que o modelo é adequado para o GE da MG.<br>

Abstract : This thesis presents a mathematical model for the Energy Management (EM) problem of a Microgrid (MG) by means of a Mixed Integer Linear Programming (MILP) approach. In the EM problem, the objective is to determine a generation and a controllable load demand schedule that minimizes, over a planning horizon, the operation cost subject to economical and technical constraints. It is proposed a detail modelling for Microturbines (MTs) and Fuel Cells (FCs), where the constraints associated with such factors as the ramps, minimum up and downtime, generation limits, and various peculiarities that have not been adequately considered in literature. Other important contribution of this thesis is the modelling of a specific energy storage system to the MG EM problem, the lithium-ion battery, comparing various approaches. The proposed model also considers a detailed representation of critical, reschedulable and curtailable loads, along with a new concept of diffuse loads, which could be important elements in the MG concept. To analyses the proposed modelling, a MG is used along with a MT, a FC, a battery, wind and photovoltaic generators, with the critical and controllable load demands, connected or island to the main grid. The study cases are divided into three big groups to verify the peculiarities of the MG EM, each Distributed Energy Resource (DER) and controllable load demand modelling. The results indicate that the model is adequate for the MG EM.