A smart power electronic multiconverter for the residential sector

Abstract

El futuro de la red incluye la generación distribuida y las tecnologías de red inteligente. Los sistemas de gestión del lado de la demanda (DSM) también serán esenciales para lograr un alto nivel de confiabilidad y robustez en los sistemas de energía. Para hacer eso, es necesario expandir la Infraestructura de medición avanzada (AMI) y los Sistemas de gestión de energía (EMS). La dirección de la tendencia es hacia la creación de centros de recursos energéticos, como el concepto de comunidad inteligente. Este documento presenta un sistema multiconvertidor inteligente para el sector residencial / vivienda con un Sistema de Almacenamiento de Energía Híbrido (HESS) que consta de supercapacitador y batería, y con integración de fuente de energía fotovoltaica (PV) local. El dispositivo funciona como una unidad de energía distribuida ubicada en cada casa de la comunidad, recibiendo puntos de ajuste de energía activos proporcionados por una comunidad inteligente EMS. Este SGA central es responsable de administrar los flujos de energía activa entre la red eléctrica, las fuentes de energía renovables, los equipos de almacenamiento y las cargas existentes en la comunidad. El multiconvertidor propuesto es responsable de cumplir con los puntos de referencia de potencia activa de referencia con la calidad de potencia adecuada; garantizando que los módulos fotovoltaicos locales funcionen con un algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT); y prolongando la vida útil de la batería gracias a un funcionamiento cooperativo del HESS. Se ha desarrollado un modelo de simulación para mostrar el funcionamiento detallado del sistema. Finalmente, se implementó un prototipo de la plataforma de multiconversores y se realizaron algunas pruebas experimentales para validarlo.

The future of the grid includes distributed generation and smart grid technologies. Demand Side Management (DSM) systems will also be essential to achieve a high level of reliability and robustness in power systems. To do that, expanding the Advanced Metering Infrastructure (AMI) and Energy Management Systems (EMS) are necessary. The trend direction is towards the creation of energy resource hubs, such as the smart community concept. This paper presents a smart multiconverter system for residential/housing sector with a Hybrid Energy Storage System (HESS) consisting of supercapacitor and battery, and with local photovoltaic (PV) energy source integration. The device works as a distributed energy unit located in each house of the community, receiving active power set-points provided by a smart community EMS. This central EMS is responsible for managing the active energy flows between the electricity grid, renewable energy sources, storage equipment and loads existing in the community. The proposed multiconverter is responsible for complying with the reference active power set-points with proper power quality; guaranteeing that the local PV modules operate with a Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm; and extending the lifetime of the battery thanks to a cooperative operation of the HESS. A simulation model has been developed in order to show the detailed operation of the system. Finally, a prototype of the multiconverter platform has been implemented and some experimental tests have been carried out to validate it.