Cet article présente une stratégie basée sur le contrôle hiérarchique de l'horizon glissant, également appelé contrôle prédictif de modèle (MPC), pour gérer efficacement un système de stockage d'énergie hydrogène (HESS) au sein d'un microréseau éolien-solaire insulaire. Un électrolyseur utilise l'électricité produite à partir de sources renouvelables pour produire de l'hydrogène propre, qui est ensuite ré-électrifié par une pile à combustible au besoin pour répondre aux charges du micro-réseau. La principale contribution réside dans l'incorporation de plusieurs réservoirs de stockage d'hydrogène dans le HESS, le distinguant de la littérature existante, qui se concentre généralement sur un seul réservoir. L'incorporation de plusieurs réservoirs dans le HESS permet le stockage de grands volumes d'hydrogène pour une utilisation à long terme, permettant au micro-réseau de fonctionner de manière autonome sans interaction avec le réseau de distribution. Afin d'assurer des performances optimales, la sélection de l'appareil le plus approprié pour le fonctionnement à chaque pas de temps est cruciale. La stratégie de contrôle proposée prend en compte les coûts économiques et opérationnels, les aspects de dégradation et les contraintes physiques du HESS, tout en assurant simultanément le suivi des demandes de référence et en lissant en priorité les variations des sources d'énergie renouvelables. Des simulations numériques et une configuration de micro-réseau à l'échelle du laboratoire démontrent que le contrôleur gère efficacement le HESS, satisfaisant ainsi les contraintes économiques et optimisant les coûts du dispositif, même lorsque des écarts se produisent entre les scénarios prédits et en temps réel. En outre, l'inclusion de plusieurs réservoirs d'hydrogène permet au micro-réseau d'atténuer les fluctuations des sources d'énergie renouvelables et de répondre efficacement à la demande de charge.

Este documento presenta una estrategia basada en el control jerárquico de horizonte rodante, también llamado control predictivo de modelo (MPC), para gestionar de manera eficiente un sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno (HESS) dentro de una microrred eólica-solar aislada. Un electrolizador utiliza electricidad generada a partir de fuentes renovables para producir hidrógeno limpio, que luego es reelectrificado por una celda de combustible según sea necesario para satisfacer las cargas de la microrred. La principal contribución radica en la incorporación de múltiples tanques de almacenamiento de hidrógeno en el HESS, distinguiéndolo de la literatura existente, que normalmente se centra en un solo tanque. La incorporación de múltiples tanques en el HESS permite el almacenamiento de grandes volúmenes de hidrógeno para un uso a largo plazo, permitiendo que la microrred funcione de forma autónoma sin interacción con la red eléctrica. Para garantizar un rendimiento óptimo, la selección del dispositivo más adecuado para el funcionamiento en cada paso de tiempo es crucial. La estrategia de control propuesta tiene en cuenta los costes económicos y operativos, los aspectos de degradación y las limitaciones físicas del HESS, al tiempo que garantiza el seguimiento de las demandas de referencia y, con la máxima prioridad, suaviza las variaciones de las fuentes de energía renovables. Las simulaciones numéricas y una configuración de microrred a escala de laboratorio demuestran que el controlador gestiona eficazmente el HESS, satisfaciendo así las limitaciones económicas y optimizando los costes del dispositivo, incluso cuando se producen desviaciones entre los escenarios previstos y en tiempo real. Además, la inclusión de múltiples tanques de hidrógeno permite que la microrred mitigue las fluctuaciones en las fuentes de energía renovables y satisfaga efectivamente la demanda de carga.

This paper presents a strategy based on the hierarchical rolling horizon control, also called model predictive control (MPC), for efficiently managing a hydrogen-energy storage system (HESS) within an islanded wind-solar microgrid. An electrolyzer uses electricity generated from renewable sources to produce clean hydrogen, which is then re-electrified by a fuel cell as needed to meet the microgrid's loads. The main contribution lies in the incorporation of multiple hydrogen storage tanks in the HESS, distinguishing it from existing literature, which typically focuses on a single tank. The incorporation of multiple tanks in the HESS enables the storage of large volumes of hydrogen for long-term use, allowing the microgrid to operate autonomously without interaction with the utility grid. In order to ensure optimal performance, the selection of the most suitable device for operation at each time-step is crucial. The proposed control strategy takes into account the economic and operational costs, degradation aspects, and physical constraints of the HESS, while simultaneously ensuring the tracking of reference demands and with the highest priority smoothing out the variations of renewable energy sources. Numerical simulations and a lab-scale microgrid setup demonstrate that the controller effectively manages the HESS thus satisfying economic constraints and optimizing device costs, even when deviations occur between the predicted and real-time scenarios. Furthermore, the inclusion of multiple hydrogen tanks allows the microgrid to both mitigate fluctuations in renewable power sources and effectively meet load demand.

تقدم هذه الورقة استراتيجية تستند إلى التحكم الهرمي في الأفق المتداول، وتسمى أيضًا نموذج التحكم التنبؤي (MPC)، لإدارة نظام تخزين طاقة الهيدروجين (HESS) بكفاءة داخل شبكة مجهرية جزرية للرياح الشمسية. يستخدم المحلل الكهربائي الكهرباء المولدة من مصادر متجددة لإنتاج هيدروجين نظيف، والذي يتم إعادة كهربته بعد ذلك بواسطة خلية وقود حسب الحاجة لتلبية أحمال الشبكة الدقيقة. تكمن المساهمة الرئيسية في دمج خزانات تخزين الهيدروجين المتعددة في هيس، مما يميزها عن الأدبيات الموجودة، والتي تركز عادة على خزان واحد. يتيح دمج خزانات متعددة في HESS تخزين كميات كبيرة من الهيدروجين للاستخدام طويل الأجل، مما يسمح للشبكة الدقيقة بالعمل بشكل مستقل دون تفاعل مع شبكة المرافق. من أجل ضمان الأداء الأمثل، يعد اختيار الجهاز الأنسب للتشغيل في كل خطوة زمنية أمرًا بالغ الأهمية. تأخذ استراتيجية التحكم المقترحة في الاعتبار التكاليف الاقتصادية والتشغيلية، وجوانب التدهور، والقيود المادية لـ HESS، مع ضمان تتبع المتطلبات المرجعية في الوقت نفسه ومع إعطاء الأولوية القصوى لتهدئة الاختلافات في مصادر الطاقة المتجددة. تُظهر المحاكاة العددية وإعداد الشبكة الدقيقة على نطاق المختبر أن وحدة التحكم تدير HESS بفعالية وبالتالي تلبي القيود الاقتصادية وتحسن تكاليف الجهاز، حتى عند حدوث انحرافات بين السيناريوهات المتوقعة والسيناريوهات في الوقت الفعلي. علاوة على ذلك، فإن تضمين خزانات الهيدروجين المتعددة يسمح للشبكة الدقيقة بالتخفيف من التقلبات في مصادر الطاقة المتجددة وتلبية الطلب على الأحمال بشكل فعال.