Component-based dynamic modelling of energy entities and energy management strategies for a smart Home Area Power Network (HAPN)

Abstract

The motivation of this work is to present an energy cost reduction concept in a home area power network (HAPN) with intelligent generation and flexible load demands. This study endeavors to address the energy management system (EMS) and layout-design challenges faced by HAPN through a systematic design approach. The growing demand for electricity has become a significant burden on traditional power networks, prompting power engineers to seek ways to improve their efficiency. One such solution is to integrate dispersed generation sources, such as photovoltaic (PV) and storage systems, with an appropriate control mechanism at the distribution level. In recent years, there has been a significant increase in interest in the installation of PV-Battery systems, due to their potential to reduce carbon emissions and lower energy costs. This research proposes an optimal economic power dispatch strategy using Model Predictive Control (MPC) to enhance the overall performance of HAPN. A hybrid AC/DC microgrid concept is proposed to address the control choices made by the appliance scheduling and hybrid switching approaches based on a linear programming optimization framework. The suggested optimization criteria improve consumer satisfaction, minimize grid disconnections, and lower overall energy costs by deploying inexpensive clean energy generation and control. Various examples from actual case study demonstrate the use of the established EMS and design methodology.

Die Motivation dieser Arbeit besteht darin, ein Konzept zur Senkung der Energiekosten in einem Heimnetzwerk (HAPN) mit intelligenter Erzeugung und exiblen Lastanforderungen vorzustellen. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird ein Entwurf für ein HAPN entwickelt, indem das Energiemanagementsystem (EMS) und der Entwurf des Layouts auf der Grundlage des Systemmodells und der betrieblichen Anforderungen gelöst werden. Die steigende Nachfrage nach Elektrizität ist für traditionelle Stromnetze kostspielig und infrastrukturintensiv. Daher konzentrieren sich Energietechniker darauf, die Effizienz der derzeitigen Netze zu erhöhen. Dies kann durch die Integration verteilter Erzeugungsanlagen (z. B. Photovoltaik (PV), Speicher) mit einem geeigneten Kontrollmechanismus für das Energiemanagement auf der Verteilungsseite erreicht werden. Darüber hinaus hat das Interesse an der Installation von PV-Batterie-basierten Systemen aufgrund der Reduzierung der CO2-Emissionen und der Senkung der Energiekosten erheblich zugenommen. Es wird eine optimale wirtschaftliche Strategie für den Energieeinsatz unter Verwendung einer modellprädiktiven Steuerung (MPC) entwickelt. Es wird zudem ein hybrides AC/DC-Microgrid-Konzept vorgeschlagen, um die Steuerungsentscheidungen, die von den Ansätzen der Geräteplanung und der hybriden Umschaltung getroffen werden, auf der Grundlage eines linearen Programmierungsoptimierungsrahmens zu berücksichtigen. Die vorgeschlagenen Optimierungskriterien verbessern die Zufriedenheit der Verbraucher, minimieren Netzabschaltungen und senken die Gesamtenergiekosten durch den Einsatz von kostengünstiger und sauberer Energieerzeugung. Verschiedene Beispiele aus einer Fallstudie demonstrieren den Einsatz des entwickelten EMS und der Entwurfsmethodik.