Sistema de gestión de energía descentralizado basado en multiagentes para operación de múltiples microrredes

Palabras clave: Microrredes, sistemas multiagente, gestión de energía eléctrica, sistema distribuido, Simulador OpenDSS-G

Resumen

En años recientes, las microrredes han logrado un considerable desarrollo debido a que representan una alternativa técnica para responder a contingencias en la red de distribución, como también a incrementar el nivel de generación distribuida, entre otros beneficios. Por tal motivo, el presente artículo presenta un modelo de gestión energética basado en sistemas multiagentes para microrredes que operan en modo isla. El objetivo de esta investigación es el diseño de un sistema multiagente que permita gestionar el funcionamiento de un conjunto de microrredes distribuidas en un entorno aislado, además de mantener la correcta conexión con el bus común que une todas las microrredes, el sistema multiagente debe evitar sobrecargas y descargas profundas en las baterías. La metodología implementada es de tipo empírico analítica, la simulación comienza con una revisión del estado del arte, en búsqueda de una estrategia que permita coordinar un sistema de microrredes compuesto, donde estas están conectadas al mismo sistema de distribución operando en modo isla. La simulación del sistema se realizó mediante OpenDSS-G y Python. Los resultados obtenidos sugieren que un sistema de gestión de energía descentralizado, basado en la teoría de sistemas de agentes múltiples, puede tener importantes beneficios como, por ejemplo, el carácter autónomo de las microrredes para la generación de energía en zonas no interconectadas. Finalmente, con la teoría de multiagente se pueden crear sistemas de generación distribuida más confiables debido a su capacidad autónoma de toma de decisiones, para cubrir demandas eléctricas desde microrredes vecinas y conjuntamente prevenir sobrecargas y profundas descargas en las baterías.

Biografía del autor/a

Alfredo Sánchez-Silvera*, Universidad Santo Tomás, Colombia

Universidad Santo Tomás, Bogotá-Colombia, alfredosanchez@usantotomas.edu.co

José Guillermo Guarnizo-Marín, Universidad Santo Tomás, Colombia

Universidad Santo Tomás, Bogotá-Colombia, jose.guarnizo@usantotomas.edu.co

Edwin Francisco Forero-García, Universidad Santo Tomás, Colombia

Universidad Santo Tomás, Bogotá-Colombia, edwinforero@usantotomas.edu.co

Davis Montenegro-Martínez, Electric Power Research Institute, Estados Unidos

Electric Power Research Institute, Palo Alto, California-Estados Unidos, dmmartinez@epri.com

Referencias bibliográficas

J. D. Garzón-Hidalgo; A. J. Saavedra-Montes, “Una metodología de diseño de micro redes para zonas no interconectadas de Colombia,” TecnoLógicas, vol. 20, no. 39, pp. 39–53, May 2017. https://doi.org/10.22430/22565337.687

D. López-García; A. Arango-Manrique; S. X. Carvajal-Quintero, “Integration of distributed energy resources in isolated microgrids: the Colombian paradigm,” TecnoLógicas, vol. 21, no. 42, pp. 13–30, May. 2018. https://doi.org/10.22430/22565337.774

C.-H. Yoo; I. Y. Chung; H. J. Lee; S. S. Hong, “Intelligent Control of Battery Energy Storage for Multi-Agent Based Microgrid Energy Management,” Energies, vol. 6, no. 10, pp. 4956–4979, Sep. 2013. https://doi.org/10.3390/en6104956

J. M. Ramírez Scarpetta et al., “Control en Microrredes de A. C: Control Jerárquico, Tecnologías y Normativa,”, Comité de Estudios C6 - Sistemas de distribución y generación dispersa, Documento técnico, Bogotá, 2020. http://www.cigrecolombia.org/Documents/Documentos-t%C3%A9cnicos/DT-6.2-Control%20en%20Microrredes%20de%20Corriente%20Alterna%20Control%20Jer%C3%A1rquico,%20Tecnolog%C3%ADas%20y%20Normativa.pdf

M. N. Mojdehi; N. Webb, “Microgrid interoperability: First steps from policy to implementation,” in 2016 IEEE Power and Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference, ISGT, Minneapolis, 2016. https://doi.org/10.1109/ISGT.2016.7781025

L. Che; M. Khodayar; M. Shahidehpour, “Only connect: Microgrids for distribution system restoration,” IEEE Power Energy Mag., vol. 12, no. 1, pp. 70–81, Jan. 2014. https://doi.org/10.1109/MPE.2013.2286317

A. Majzoobi; A. Khodaei, “Application of Microgrids in Supporting Distribution Grid Flexibility,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 32, no. 5, pp. 3660–3669, Sep. 2017. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2016.2635024

D. Wu; F. Tang; T. Dragicevic; J. C. Vasquez; J. M. Guerrero, “A Control Architecture to Coordinate Renewable Energy Sources and Energy Storage Systems in Islanded Microgrids,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 6, no. 3, pp. 1156–1166, May. 2015. https://doi.org/10.1109/TSG.2014.2377018

J. A. P. Lopes; C. L. Moreira; A. G. Madureira, “Defining Control Strategies for MicroGrids Islanded Operation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 21, no. 2, pp. 916–924, May 2006. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.873018

H. Mahmood; D. Michaelson; J. Jiang, “Strategies for Independent Deployment and Autonomous Control of PV and Battery Units in Islanded Microgrids,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 3, no. 3, pp. 742–755, Sep. 2015. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2015.2413756

T. L. Vandoorn; J. C. Vasquez; J. De Kooning; J. M. Guerrero; L. Vandevelde, “Microgrids: Hierarchical Control and an Overview of the Control and Reserve Management Strategies,” IEEE Ind. Electron. Mag., vol. 7, no. 4, pp. 42–55, Dec. 2013. https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2279306

J. Rocabert; A. Luna; F. Blaabjerg; P. Rodríguez, “Control of Power Converters in AC Microgrids,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 11, pp. 4734–4749, Nov. 2012. https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2199334

D. Wu; F. Tang; T. Dragicevic; J. C. Vasquez; J. M. Guerrero, “Autonomous Active Power Control for Islanded AC Microgrids With Photovoltaic Generation and Energy Storage System,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 29, no. 4, pp. 882–892, Dec. 2014. https://doi.org/10.1109/TEC.2014.2358612

A. H. Fathima; K. Palanisamy, “Optimization in microgrids with hybrid energy systems – A review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 45, pp. 431–446, May. 2015. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2015.01.059

G. Zhabelova; V. Vyatkin; V. N. Dubinin, “Toward Industrially Usable Agent Technology for Smart Grid Automation,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 4, pp. 2629–2641, Apr. 2015. https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2371777

P. H. Nguyen; W. L. Kling; P. F. Ribeiro, “A Game Theory Strategy to Integrate Distributed Agent-Based Functions in Smart Grids,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 4, no. 1, pp. 568–576, Mar. 2013. https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2236657

L. Hernandez et al., “A multi-agent system architecture for smart grid management and forecasting of energy demand in virtual power plants,” IEEE Commun. Mag., vol. 51, no. 1, pp. 106–113, Jan. 2013. https://doi.org/10.1109/MCOM.2013.6400446

C. P. Nguyen; A. J. Flueck, “Agent Based Restoration With Distributed Energy Storage Support in Smart Grids,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 3, no. 2, pp. 1029–1038, Jun. 2012. https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2186833

B. Ramachandran; S. K. Srivastava; C. S. Edrington; D. A. Cartes, “An Intelligent Auction Scheme for Smart Grid Market Using a Hybrid Immune Algorithm,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 10, pp. 4603–4612, Oct. 2011. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2102319

H. Dagdougui; R. Sacile, “Decentralized Control of the Power Flows in a Network of Smart Microgrids Modeled as a Team of Cooperative Agents,” IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 22, no. 2, pp. 510–519, Mar. 2014. https://doi.org/10.1109/TCST.2013.2261071

C. M. Colson; M. H. Nehrir, “Comprehensive Real-Time Microgrid Power Management and Control With Distributed Agents,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 4, no. 1, pp. 617–627, Mar. 2013. https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2236368

O. Palizban; K. Kauhaniemi; J. M. Guerrero, “Microgrids in active network management—Part I: Hierarchical control, energy storage, virtual power plants, and market participation,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 36, pp. 428–439, Aug. 2014. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2014.01.016

W. Liu; W. Gu; W. Sheng; X. Meng; Z. Wu; W. Chen, “Decentralized Multi-Agent System-Based Cooperative Frequency Control for Autonomous Microgrids With Communication Constraints,” IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 5, no. 2, pp. 446–456, Apr. 2014. https://doi.org/10.1109/TSTE.2013.2293148

Q. Li; F. Chen; M. Chen; J. M. Guerrero; D. Abbott, “Agent-Based Decentralized Control Method for Islanded Microgrids,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 7, no. 2, pp. 637-649, Mar. 2016. https://doi.org/10.1109/TSG.2015.2422732

C.-X. Dou; B. Liu, “Multi-Agent Based Hierarchical Hybrid Control for Smart Microgrid,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 4, no. 2, pp. 771–778, Jan. 2013. https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2230197

N. L. Diaz; J. G. Guarnizo; M. Mellado; J. C. Vasquez; J. M. Guerrero, “A Robot-Soccer-Coordination Inspired Control Architecture Applied to Islanded Microgrids,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 4, pp. 2728–2742, Apr. 2017. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2572262

A. Kantamneni; L. E. Brown; G. Parker; W. W. Weaver, “Survey of multi-agent systems for microgrid control,” Eng. Appl. Artif. Intell., vol. 45, pp. 192–203, Oct. 2015. https://doi.org/10.1016/J.ENGAPPAI.2015.07.005

M. Baun; M. A. Awadallah; B. Venkatesh, “Implementation of load-curve smoothing algorithm based on battery energy storage system,” in 2016 IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE), Vancouver, 2016, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/CCECE.2016.7726668

T. S. Mahmoud; D. Habibi; O. Bass, “Fuzzy logic for smart utilisation of Storage Devices in a typical microgrid,” in 2012 International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Nagasaki, 2012, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/ICRERA.2012.6477333

K. Alqunun; P. A. Crossley, “Rated energy impact of BESS on total operation cost in a microgrid,” in 2016 IEEE Smart Energy Grid Engineering (SEGE), Oshawa, 2016, pp. 292–300. https://doi.org/10.1109/SEGE.2016.7589540

R. Morsali; S. Ghorbani; R. Kowalczyk; R. Unland, “On Battery Management Strategies in Multi-agent Microgrid Management,” in Business Information Systems Workshops, Springer, Cham. 2017, pp. 191–202. https://doi.org/10.1007/978-3-319-69023-0_17

M. Batool; F. Shahnia; S. M. Islam, “Multi-level supervisory emergency control for operation of remote area microgrid clusters,” J. Mod. Power Syst. Clean Energy, vol. 7, no. 5, pp. 1210–1228, Jan. 2019. https://doi.org/10.1007/s40565-018-0481-6

F. Shahnia; S. Bourbour; A. Ghosh, “Coupling Neighboring Microgrids for Overload Management Based on Dynamic Multicriteria Decision-Making,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 8, no. 2, pp. 969–983, Mar. 2017. https://doi.org/10.1109/TSG.2015.2477845

E. Bullich-Massagué; F. Díaz-González; M. Aragüés-Peñalba; F. Girbau-Llistuella; P. Olivella-Rosell; A. Sumper, “Microgrid clustering architectures,” Appl. Energy, vol. 212, pp. 340–361, Feb. 2018. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.12.048

M. Wooldridge, “Intelligent Agents: The Key Concepts,” Multi-Agent Systems and Applications II, Springer, Berlin, Heidelberg, 2002, pp. 3–43. https://doi.org/10.1007/3-540-45982-0_1

C. S. Karavas; G. Kyriakarakos; K. G. Arvanitis; G. Papadakis, “A multi-agent decentralized energy management system based on distributed intelligence for the design and control of autonomous polygeneration microgrids,” Energy Convers. Manag., vol. 103, pp. 166–179, Oct. 2015. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.06.021

D. Montenegro; M. Hernandez; R. Dugan, OpenDSS-G (fomer DSSim-PC), 2013. https://sourceforge.net/projects/dssimpc/?source=navbar

F. Shahnia; S. Bourbour, “A practical and intelligent technique for coupling multiple neighboring microgrids at the synchronization stage,” Sustain. Energy, Grids Networks, vol. 11, pp. 13–25, Sep. 2017. https://doi.org/10.1016/j.segan.2017.06.002

J. A. Gil Tobón; M. A. Muñoz Marín, “Curva de Cargabilidad,” Derivado del curso de Instalaciones Eléctricas Industriales II, pp. 1–5, 2013. https://es.scribd.com/document/143045728/Curva-de-Cargabilidad-Articulo

F. Z. Harmouch; N. Krami; N. Hmina, “A multiagent based decentralized energy management system for power exchange minimization in microgrid cluster,” Sustain. Cities Soc., vol. 40, pp. 416–427, Jul. 2018. https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.04.001

IDEAM, “Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia.” 2015. http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html

Cómo citar
[1]
A. Sánchez Silvera, J. G. . Guarnizo-Marín, E. F. . Forero-García, y D. . Montenegro-Martínez, «Sistema de gestión de energía descentralizado basado en multiagentes para operación de múltiples microrredes», TecnoL., vol. 24, n.º 51, p. e1880, jun. 2021.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2021-06-09
Sección
Artículos de investigación

Métricas