The impact of energy storage system on security constrained unit commitment (SCUC) problem in presence of renewables

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) varolan güç sistemlerine eklenmesine artan bir eğilim olduğu gerçeğine rağmen; yeterli ve güvenilir elektrik enerjisi için bu kaynakların değişkenliği ve kesikliliği gün öncesi işletme planlamasında göz önünde bulundurulmalıdır.Bununla birlikte en fazla kurulu güce sahip YEK olan rüzgar enerjisinin yaygınlığının sistem işletmesine olan olumsuz etkileri Enerji Depolama Sistemlerinin (EDS) kullanımıyla hafifletilebilir.Bu tezde EDS'nin Güvenlik Kısıtlı Ünite Atama (GKÜA) problemine etkisi yenilenebilir enerji kaynaklarının bulunduğu örnek bir şebeke için incelenecektir. Bu amaçla GKÜA problemi Karışık Tamsayı Doğrusal Programlama (KTDP) formülleri kullanılarak modellenmiştir. IBM CPLEX 12.6 programı için veri dosyası olarak kullanılmak üzere KTDP tabanlı GKÜA problemi elde etmek için bir MATLAB kodu oluşturulmuştur. Bunun yanında, bu tezde , Monte Carlo senaryoların üretilme ve indirgeme yöntemi de ortaya konulmuştur ve bunlar rüzgardan elde edilen enerjinin ve yükün belirsizliğinin KTDP tabanlı GKÜA problemine dahil edilmesi için kullanılmıştır. Üretilen senaryolar `k-means` yöntemini kullanan 'R' programıyla indirgenmiştir. Belirsizlik içermeyen deterministik GKÜA problemi de oluşturularak karşılaştırma imkanı elde edilmiştir. Son olarak oluşturulan deterministik ve stokastik problemler CPLEX kullanılarak çözülmüş ve gün öncesi planlama elde edilmiştir. Birçok çalışmada EDS'nin GKÜA problemine olan etkisi determistik veya stokastik yaklaşımlarda incelenmesine rağmen, her iki yaklaşımın tek bir çalışmada birleştirildiği bir çalışma yazarın bildiği kadarıyla bulunmamaktadır. Bu çalışmanın ana katkısı EDS'nin GKÜA problemine etkisi her iki yaklaşım da kullanılarak incelenmesidir. Ayrıca EDS'nin depolama kapasitesitesinin ve konumunun işletme maliyetinin azaltılmasına ve rüzgar enerjisinin kullanımına olan etkileri IEEE 24 baralı sistemi için incelenmiştir.

In spite of the fact that there is a growing trend for the integration of Renewable Energy Sources (RES) to the existing power systems, the intermittency and volatility of these resources should be taken into consideration in the day ahead operational planning for the sake of security and reliability of the electrical energy. Besides, the adverse effects of high penetration of wind energy - the largest global installed RES capacity - to the system operation could be mitigated with the utilization of Energy Storage Systems (ESS).The impact of ESS to the Security Constrained Unit Commitment (SCUC) problem in the presence of RES is going to be investigated throughout this thesis. SCUC is modeled using Mixed Integer Linear Programming (MILP) formulation. A MATLAB code is generated in order to generate an input file to characterize the MILP SCUC problem that is to be fed to the IBM CPLEX 12.6 solver. Moreover, a method is proposed to generate and reduce stochastic Monte-Carlo scenarios and these are integrated to the SCUC problem in order to characterize the uncertainties in the wind power generation and system demand. The generated scenarios are reduced by `k-means` method using `R` software. A deterministic SCUC, which contains no uncertainty, is also generated in order to provide a benchmark for comparison purposes. Finally, the constructed deterministic and stochastic problems are solved using IBM CPLEX 12.6 solver, and a day ahead planning is obtained.Even there are studies investigating the impact of ESS to the SCUC following either deterministic or stochastic approach, there is no publication considering both methods up to the authors knowledge. The main contribution of this study is that it considers both approaches to evaluate the impact of ESS on SCUC. Moreover, the impact of storage capacities and deployment locations of ESS to the reduction of operational cost and wind power curtailment is analyzed for the IEEE 24-bus power system.