Optimisation and Control of Storage in Smart Grids

Abstract

The high penetration of renewable energy sources, combined with the continuous growth in electricity demand, has led to a significant transformation of electrical power systems. This evolution may cause instability and reliability issues within the power grid. To ensure the stability of the electrical supply system, the integration of renewable energy sources must be carried out in a smooth and controlled manner. Energy storage systems represent an effective solution to facilitate a smooth transition while maintaining power system stability. In this work, the lithium-ion battery plays a dual role. First, it is used as an energy storage system by individual consumers to minimize electricity costs. This is achieved through energy arbitrage based on electricity pricing, power factor correction, peak demand reduction, and energy conservation Second, the lithium-ion battery is also employed to enhance the reliability and stability of the electrical grid. In this case, dynamic regulation and balancing phases are required. This work proposes control and optimization algorithms for energy storage systems to ensure the smooth integration of renewable energy sources while guaranteeing the stability of the electrical power system.

La forte intégration des énergies renouvelables, combinée à l’augmentation continue de la consommation électrique, entraîne une transformation profonde des systèmes d’énergie électrique. Cette évolution peut engendrer des problèmes de stabilité et de fiabilité du réseau électrique. Afin de garantir la stabilité du système d’alimentation électrique, l’intégration des sources d’énergie renouvelables doit être réalisée de manière progressive et maîtrisée. Le stockage de l’énergie constitue une solution pertinente pour assurer une transition en douceur, tout en maintenant la stabilité du réseau électrique. Dans ce travail, la batterie lithium-ion joue un double rôle. Premièrement, elle est utilisée comme système de stockage d’énergie par les consommateurs individuels afin de minimiser le coût de l’électricité. Cette optimisation repose sur l’arbitrage énergétique en fonction du prix de l’électricité, la correction du facteur de puissance, la réduction de la demande de pointe et la préservation de l’énergie. Deuxièmement, la batterie lithium-ion contribue à l’amélioration de la fiabilité et de la stabilité du réseau électrique. Dans ce contexte, une régulation dynamique et une phase d’équilibrage sont nécessaires. Ce travail propose ainsi des algorithmes de commande et d’optimisation du stockage d’énergie visant à assurer une intégration harmonieuse des énergies renouvelables tout en garantissant la stabilité du système d’alimentation électrique.

أدى الإدماج المتزايد لمصادر الطاقة المتجددة، إلى جانب النمو المستمر في استهلاك الطاقة الكهربائية، إلى إحداث تحولات جوهرية في أنظمة الطاقة الكهربائية. وقد تؤدي هذه التحولات إلى زعزعة استقرار وموثوقية شبكة التغذية الكهربائية. ولضمان استقرار نظام التغذية الكهربائية، يجب أن يتم دمج مصادر الطاقة المتجددة بشكل تدريجي ومنضبطيُعد تخزين الطاقة أحد الحلول الفعالة لضمان انتقال سلس، مع الحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية. في هذا العمل، تلعب بطارية الليثيوم-أيون دورًا مزدوجًا.أولاً، تُستخدم كنظام لتخزين الطاقة من قبل المستهلكين الأفراد بهدف تقليل تكلفة الكهرباء، وذلك من خلال الموازنة الطاقوية المعتمدة على سعر الكهرباء، وتصحيح معامل القدرة، وتقليل ذروة الطلب، والحفاظ على الطاقة.ثانيًا، تُستخدم بطارية الليثيوم-أيون أيضًا لتحسين موثوقية واستقرار الشبكة الكهربائية. وفي هذه الحالة، تصبح عملية التنظيم الديناميكي ومرحلة الموازنة ضرورية. يقترح هذا العمل خوارزميات تحكم وتحسين لأنظمة تخزين الطاقة، تهدف إلى ضمان دمج سلس لمصادر الطاقة المتجددة مع الحفاظ على استقرار نظام التغذية الكهربائية.