Demand side management for large scale integration of photovoltaic power plants.

Abstract

Nowadays, due to the abundance of sun light at earth surface and the decreasing cost of technology, the number of countries adopting solar electricity generation systems is constantly increasing, ensuring great benefits for the society, environment and economy. However, Photovoltaic (PV) energy imposes challenges to the Distribution and Transmission Grid Operators (DSO and TSO) due to its variability and intermittency. In large interconnected grids, short term fluctuations in PV power plants may impact utility operations by compelling generators to be operated in a less efficient manner. At the same time, there is the necessity to incorporate a higher penetration of variable solar electricity generation in the grid. Additionally, in buildings, the PV generation and electricity consumption do not have the same variation profile and such mismatch brings the need to export to the grid a significant part of the locally generated energy, even though the same amount of energy is later imported back for local consumption. These aspects are a source of inefficiency and create problems on the electrical grid management and can be even a source of economic losses. However, for the problems caused by the mismatch between the PV generation and consumption, if properly controlled, several residential appliances can be used as Demand Response resource therefore contributing to minimize the mismatch between the generation and consumption. The objective of this Master thesis work is to analyze the photovoltaic generation power in order to minimize the grid integration issues through demand side management, using the control of residential appliances.

Atualmente, devido à abundância de radiação solar na superfície terrestre e à diminuição dos custos de tecnologia, o número de países que adotam sistemas de geração de energia solar tem aumentado constantemente, garantindo grandes benefícios para a sociedade, meio ambiente e economia. No entanto, a energia solar fotovoltaica impõe desafios para os operadores das redes de distribuição e de transporte devido à sua variabilidade e intermitência. Em grandes redes interligadas, as flutuações de curto prazo em grandes centrais fotovoltaicas podem ter impacto nas operações de serviços das utilities, levando os geradores convencionais a operar de uma forma menos eficiente. Simultaneamente, é necessário incorporar nas redes uma penetração mais elevada de geração solar variável. Adicionalmente, em edifícios, a geração solar fotovoltaica e o consumo de energia elétrica não têm o mesmo perfil de variação e tal desajuste leva à necessidade de exportar para a rede uma parte significativa da energia gerada localmente, apesar da mesma quantidade de energia necessitar de ser depois importada para assegurar o consumo local. Estes aspetos são uma fonte de ineficiência e criam problemas à gestão da rede elétrica e podem mesmo ser uma fonte de perdas económicas. Contudo, para os problemas causados pelo desajuste entre a geração de energia fotovoltaica e o consumo de energia, algumas cargas em edifícios residenciais, se devidamente controladas, podem ser usadas como recurso de Demand Response, contribuindo assim para minimizar o desajuste entre a oferta e o consumo de energia. O objetivo desta Tese de Mestrado foi analisar a geração solar fotovoltaica de forma a minimizar os problemas de integração na rede, através de gestão da procura, usando o controlo das cargas residenciais.