La production conventionnelle d'électricité est l'une des plus grandes sources d'émissions de CO2. Pour une transformation réussie des systèmes énergétiques conventionnels en systèmes énergétiques non polluants et renouvelables, les systèmes et l'économie traditionnels axés sur la technologie doivent être combinés pour un point de vue holistique plus précis en tenant compte des facteurs sociopolitiques, techniques, économiques et environnementaux. Les systèmes énergétiques hybrides sont considérés comme la solution la plus réalisable à la nature stochastique des ressources énergétiques renouvelables (RER). Différentes sources renouvelables telles que les piles à combustible éoliennes, solaires et à hydrogène peuvent être intégrées pour former des systèmes hybrides. Une stratégie de gestion de l'énergie (SME) est une stratégie de coordination des flux d'énergie entre les différents composants, en tenant compte de la demande d'énergie et d'autres contraintes. Le choix d'un EMS précis est l'élément clé d'un système hybride car il contribue à fournir une solution optimale de conception et de gestion du fonctionnement du système hybride. L'objectif de l'optimisation est de trouver des configurations appropriées pour des solutions rentables. L'optimisation et le SME doivent être traités comme une seule entité pour bien comprendre la conception du système. Cette étude se concentre sur une analyse technico-économique avec un dimensionnement optimisé des composants d'un système d'énergie renouvelable hybride (HRES) pour répondre à la demande de charge résidentielle d'une zone spécifique au Pakistan. Neuf scénarios différents basés sur le système convertisseur PV-vent-diesel-BSS sont étudiés en termes de coût actuel net total (TNPC), de coût de l'énergie nivelé (LCOE) et d'émissions de gaz à effet de serre (GES) pour trouver la conception optimale du système. Le logiciel HOMER Pro est utilisé pour développer le modèle HRES et pour l'analyse de simulation, avec un dimensionnement optimal de chaque composant pour une solution économique. Des études de simulation ont établi que le convertisseur PV-vent-BSS est le meilleur choix approprié pour l'emplacement donné, et les tailles optimales des composants ont été déterminées. Le TNPC de ce système est de 47 398 $ et le LCOE est de $ 0.309/kWh. Cela représente une diminution de 81,7 % du coût global par rapport au scénario de base (diesel uniquement) et une réduction de 100 % des gaz nocifs tout en satisfaisant 100 % des besoins énergétiques avec 63,9 % du surplus. Le modèle Matlab/Simulink est développé pour la conception optimale du système HRES. Sa validité est testée en maintenant les tensions de bus (c.c. et c.a.), la plage de fonctionnement sécurisée du SOC de stockage et l'équilibre de puissance réel entre les différents composants du système d'énergie renouvelable hybride (HRES), et une tension c.a. efficace, indépendamment des perturbations externes. Le contrôle prédictif de modèle (CPM) est considéré comme un algorithme très performant. Étant donné que les convertisseurs de puissance sont largement appliqués dans les micro-réseaux (MG), la formulation du problème avec MPC pour un convertisseur de source de tension bidirectionnel reconfigurable (VSC) est appliquée dans ce travail pour les MG hybrides. Les fluctuations inévitables dues aux charges linéaires et non linéaires et à la nature des sources renouvelables sont abordées. La régulation de la tension alternative est mise en œuvre par l'intermédiaire d'un redresseur à commande prédictive de modèle d'ensemble de contrôle fini (FCS-MPC) basé sur l'extrémité avant active (AFE), tandis que le MPC à alimentation directe (DPMPC) est utilisé pour contrôler l'alimentation pendant le fonctionnement connecté au réseau. La régulation d'une tension de charge CA se fait par MPC basé sur la tension (MPVC) dans l'opération d'îlotage de la MG. De plus, la transition du HRES du mode lié au réseau au mode isolé du réseau est analysée de manière exhaustive. Le logiciel Matlab/Simulink ® a certifié la robustesse et évalué les performances du modèle HRES proposé sous différentes charges variables, à savoir équilibrées, déséquilibrées et non linéaires. La stratégie proposée offre des performances supérieures avec une faible distorsion harmonique totale (THD), par rapport aux stratégies précédemment développées. La forme d'onde de sortie de la tension et du courant a un THD de 0,28 % contre 3,71 % avec la stratégie conventionnelle. Les contributions de cet article résident dans l'utilisation séquentielle d'HOMER ainsi que des outils Matlab et dans la validation du plan HRES suggéré pour l'emplacement considéré ; ainsi que dans la mise en œuvre de FCS-MPC pour un VSC bidirectionnel reconfigurable.

La generación de electricidad convencional es una de las mayores fuentes de emisiones de CO2. Para una transformación exitosa de los sistemas de energía convencionales en sistemas de energía no contaminantes y renovables, los sistemas tradicionales centrados en la tecnología y la economía deben combinarse para tener un punto de vista holístico más preciso con la consideración de factores sociopolíticos, técnicos, económicos y ambientales. Los sistemas de energía híbrida se consideran la solución más factible a la naturaleza estocástica de los recursos energéticos renovables (RER). Se pueden integrar diferentes fuentes renovables como la eólica, la solar y las pilas de combustible de hidrógeno para formar sistemas híbridos. Una estrategia de gestión de energía (EMS) es una estrategia para la coordinación del flujo de energía entre diferentes componentes, considerando la demanda de energía y otras restricciones. La elección de un EMS preciso es el elemento clave de un sistema híbrido, ya que es fundamental para proporcionar una solución óptima del diseño del sistema híbrido y la gestión de la operación. El objetivo de la optimización es encontrar configuraciones adecuadas para soluciones rentables. La optimización y el EMS deben tratarse como una sola entidad para comprender completamente el diseño del sistema. Este estudio se centra en un análisis tecnoeconómico con un dimensionamiento optimizado de los componentes de un sistema híbrido de energía renovable (HRES) para satisfacer la demanda de carga residencial de un área específica en Pakistán. Se investigan nueve escenarios diferentes basados en el sistema PV-wind-diesel-BSS-converter en términos de costo presente neto total (TNPC), costo de energía nivelado (LCOE) y emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) para encontrar el diseño óptimo del sistema. El software HOMER Pro se utiliza para desarrollar el modelo HRES y para el análisis de simulación, con un tamaño óptimo de cada componente para una solución económica. Los estudios de simulación establecieron que el convertidor PV-wind-BSS es la mejor opción adecuada para la ubicación dada, y se determinaron los tamaños óptimos de los componentes. El TNPC de este sistema es de $ 47,398 y el LCOE es $ 0.309/kWh. Esto representa una disminución del 81,7 % en el coste total, en comparación con el caso base (solo diésel) y una reducción del 100% en los gases nocivos, al tiempo que se satisface el 100 % de las necesidades energéticas con un 63,9 % del excedente. El modelo MATLAB/Simulink se desarrolla para el diseño óptimo del sistema hres. Su validez se prueba manteniendo las tensiones de bus (CC y CA), el rango de operación seguro del SOC de almacenamiento y el equilibrio de potencia real entre los diferentes componentes del sistema híbrido de energía renovable (HRES), y una tensión de CA efectiva, independientemente de las perturbaciones externas. El control predictivo del modelo (MPC) se considera un algoritmo de alto rendimiento. Dado que los convertidores de potencia se aplican en gran medida en microrredes (MG), la formulación del problema con MPC para un convertidor de fuente de voltaje bidireccional reconfigurable (VSC) se aplica en este trabajo para MG híbrida. Se abordan las inevitables fluctuaciones debidas a las cargas lineales y no lineales y a la naturaleza de las fuentes renovables. La regulación de la tensión de CA se implementa a través de un rectificador de control predictivo de modelo de conjunto de control finito (FCS-MPC) basado en el extremo frontal activo (AFE), mientras que el MPC de potencia directa (DPMPC) se utiliza para controlar la potencia durante la operación conectada a la red. La regulación de un voltaje de carga de CA se realiza a través de MPC basado en voltaje (MPVC) en la operación de islote del MG. Además, se analiza exhaustivamente la transición de HRES del modo conectado a la cuadrícula al modo aislado de la cuadrícula. El software MATLAB/Simulink ® certificó la robustez y evaluó el rendimiento del modelo HRES propuesto bajo diferentes cargas variables, a saber, equilibradas, desequilibradas y no lineales. La estrategia propuesta ofrece un rendimiento superior con baja distorsión armónica total (ThD), en comparación con las estrategias desarrolladas anteriormente. La forma de onda de salida de voltaje y corriente tiene una ThD de 0.28% en comparación con 3.71% con la estrategia convencional. Las contribuciones de este trabajo radican en el uso secuencial de las herramientas HOMER y MATLAB y en la validación del plan HRES sugerido para la ubicación considerada; junto con la implementación de FCS-MPC para un VSC bidireccional reconfigurable.

Conventional electricity generation is one of the greatest sources of CO2 emissions. For a successful transformation of conventional energy systems into non-polluting and renewable energy systems, technology-focused traditional systems and economics must be combined for a more accurate holistic viewpoint with consideration of socio-political, technical, economic and environmental factors. Hybrid energy systems are considered the most feasible solution to the stochastic nature of renewable energy resources (RERs). Different renewable sources such as wind, solar, and hydrogen fuel cells can be integrated to form hybrid systems. An energy management strategy (EMS) is a strategy for power flow coordination among different components, by considering power demand and other constraints. The choice for an accurate EMS is the key element of a hybrid system as it is instrumental in providing an optimum solution of the hybrid system design and operation management. The objective of the optimization is to find suitable configurations for cost-effective solutions. Optimization and EMS must be treated as one entity to completely understand the system design. This study focuses on a techno-economic analysis with an optimized sizing of a hybrid renewable energy system (HRES) components to meet the residential load demand of a specific area in Pakistan. Nine different scenarios based on the PV-wind-diesel-BSS-converter system are investigated in terms of total net present cost (TNPC), Levelized cost of energy (LCOE), and greenhouse gas (GHG) emissions to find the optimal system design. HOMER Pro software is used to develop the HRES model and for simulation analysis, with optimal sizing of each component for an economical solution. Simulation studies established that PV-wind-BSS-converter is the best suitable choice for the given location, and the optimal component sizes were determined. The TNPC of this system is $47,398 and the LCOE is $ 0.309/kWh. This represents an 81.7 % decrease in overall cost, compared to the base case (diesel only) and a 100% reduction in harmful gases while satisfying 100 % of the energy requirement with a 63.9 % of the surplus. MATLAB/Simulink model is developed for the optimum HRES system design. Its validity is tested by maintaining bus voltages (dc and ac), the secure operation range of storage SOC and real power balance among different components of the hybrid renewable energy system (HRES), and an effective ac voltage, irrespective of external perturbations. Model predictive control (MPC) is regarded as a high-performing algorithm. Since power converters are largely applied in microgrids (MGs), the problem formulation with MPC for a reconfigurable bidirectional voltage source converter (VSC) is applied in this work for hybrid MG. The inevitable fluctuations due to the linear and non-linear loads and the nature of renewable sources are addressed. The regulation of ac voltage is implemented through a finite control set model predictive control (FCS-MPC) based active front end (AFE) rectifier, while direct power MPC (DPMPC) is used to control the power during grid-connected operation. The regulation of an ac load voltage is done through voltage based MPC (MPVC) in the islanding operation of the MG. Moreover, the HRES transition from grid-tied to grid-isolated mode is comprehensively analyzed. MATLAB/Simulink ® software certified the robustness and evaluated the performance of the proposed HRES model under different varying loads viz. balanced, unbalanced, and nonlinear. The proposed strategy offers superior performance with low total harmonic distortion (THD), compared to previously developed strategies. The output waveform of voltage and current have THD of 0.28 % compared to 3.71 % with the conventional strategy. The contributions of this paper lie in the sequential use of HOMER as well as MATLAB tools and in the validation of the suggested HRES plan for the considered location; along with the implementation of FCS-MPC for a reconfigurable bidirectional VSC.

يعد توليد الكهرباء التقليدي أحد أكبر مصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. من أجل التحول الناجح لأنظمة الطاقة التقليدية إلى أنظمة طاقة غير ملوثة ومتجددة، يجب الجمع بين الأنظمة التقليدية والاقتصادات التي تركز على التكنولوجيا للحصول على وجهة نظر شاملة أكثر دقة مع مراعاة العوامل الاجتماعية والسياسية والتقنية والاقتصادية والبيئية. تعتبر أنظمة الطاقة الهجينة الحل الأكثر جدوى للطبيعة العشوائية لموارد الطاقة المتجددة (RERs). يمكن دمج مصادر متجددة مختلفة مثل خلايا وقود الرياح والطاقة الشمسية والهيدروجين لتشكيل أنظمة هجينة. استراتيجية إدارة الطاقة (EMS) هي استراتيجية لتنسيق تدفق الطاقة بين المكونات المختلفة، من خلال النظر في الطلب على الطاقة والقيود الأخرى. يعد اختيار نظام الإدارة البيئية الدقيق هو العنصر الرئيسي في النظام الهجين لأنه أساسي في توفير الحل الأمثل لتصميم النظام الهجين وإدارة التشغيل. الهدف من التحسين هو إيجاد تكوينات مناسبة لحلول فعالة من حيث التكلفة. يجب التعامل مع التحسين ونظام الإدارة البيئية ككيان واحد لفهم تصميم النظام تمامًا. تركز هذه الدراسة على التحليل الفني والاقتصادي مع الحجم الأمثل لمكونات نظام الطاقة المتجددة الهجين (HRES) لتلبية طلب الحمل السكني لمنطقة معينة في باكستان. يتم التحقيق في تسعة سيناريوهات مختلفة بناءً على نظام محول PV - wind - diesel - BSS من حيث إجمالي صافي التكلفة الحالية (TNPC)، والتكلفة المستوية للطاقة (LCOE)، وانبعاثات غازات الدفيئة (GHG) للعثور على التصميم الأمثل للنظام. يستخدم برنامج HOMER Pro لتطوير نموذج HRES وتحليل المحاكاة، مع الحجم الأمثل لكل مكون لحل اقتصادي. أثبتت دراسات المحاكاة أن محول PV - wind - BSS هو أفضل خيار مناسب للموقع المحدد، وتم تحديد أحجام المكونات المثلى. TNPC لهذا النظام هو 47398 $ و LCOE هو $ 0.309/kWh. وهذا يمثل انخفاضًا بنسبة 81.7 ٪ في التكلفة الإجمالية، مقارنة بالحالة الأساسية (الديزل فقط) وانخفاضًا بنسبة 100 ٪ في الغازات الضارة مع تلبية 100 ٪ من متطلبات الطاقة بنسبة 63.9 ٪ من الفائض. تم تطوير نموذج MATLAB/Simulink لتصميم نظام HRES الأمثل. يتم اختبار صلاحيتها من خلال الحفاظ على جهد الناقل (DC و AC)، ونطاق التشغيل الآمن لمخزون الكربون العضوي في التربة وتوازن الطاقة الحقيقي بين المكونات المختلفة لنظام الطاقة المتجددة الهجين (HRES)، وجهد التيار المتردد الفعال، بغض النظر عن الاضطرابات الخارجية. يعتبر نموذج التحكم التنبؤي (MPC) خوارزمية عالية الأداء. نظرًا لأن محولات الطاقة يتم تطبيقها إلى حد كبير في الشبكات الدقيقة (MGS)، يتم تطبيق صياغة المشكلة مع MPC لمحول مصدر الجهد ثنائي الاتجاه القابل لإعادة التشكيل (VSC) في هذا العمل لـ MG الهجين. تتم معالجة التقلبات الحتمية بسبب الأحمال الخطية وغير الخطية وطبيعة المصادر المتجددة. يتم تنفيذ تنظيم جهد التيار المتردد من خلال مقوم الواجهة الأمامية النشطة القائم على نموذج التحكم المحدود (FCS - MPC)، بينما يتم استخدام الطاقة المباشرة MPC (DPMPC) للتحكم في الطاقة أثناء التشغيل المتصل بالشبكة. يتم تنظيم جهد حمل التيار المتردد من خلال MPC القائم على الجهد (MPVC) في تشغيل الجزر لـ MG. علاوة على ذلك، يتم تحليل انتقال HRES من وضع الشبكة المربوطة إلى وضع الشبكة المعزولة بشكل شامل. صادق برنامج MATLAB/Simulink ® على متانة وتقييم أداء نموذج HRES المقترح تحت أحمال متفاوتة مختلفة، أي متوازنة وغير متوازنة وغير خطية. تقدم الاستراتيجية المقترحة أداءً فائقًا مع تشوه توافقي إجمالي منخفض (THD)، مقارنة بالاستراتيجيات التي تم تطويرها مسبقًا. يحتوي الشكل الموجي للخرج للجهد والتيار على THD بنسبة 0.28 ٪ مقارنة بـ 3.71 ٪ مع الاستراتيجية التقليدية. تكمن مساهمات هذه الورقة في الاستخدام المتسلسل لأدوات هوميروس وكذلك أدوات MATLAB وفي التحقق من صحة خطة HRES المقترحة للموقع المدروس ؛ جنبًا إلى جنب مع تنفيذ FCS - MPC لـ VSC ثنائي الاتجاه قابل لإعادة التشكيل.