Publication: Energy management system for PV-BESS-diesel generator islanded microgrid using model predictive control
cris.virtual.department | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
cris.virtualsource.department | 8a2edf29-3d74-4979-b3ab-0653438e79c1 | |
cris.virtualsource.orcid | 8a2edf29-3d74-4979-b3ab-0653438e79c1 | |
dc.contributor.author | Muhammad Sharir Fathullah Mohd Yunus | |
dc.contributor.supervisor | Siti Hajar Yusoff | |
dc.contributor.supervisor | Teddy Surya Gunawan | |
dc.contributor.supervisor | Mohd Shahrin Abu Hanifah | |
dc.contributor.supervisor | Suriza Ahmad Zabidi | |
dc.date.accessioned | 2025-05-28T02:19:34Z | |
dc.date.available | 2025-05-28T02:19:34Z | |
dc.date.issued | 2025 | |
dc.description.abstract | Islanded microgrid is identified as a cost-effective solution to provide electricity to the off-grid areas which are far from the main electricity grid. However, intermittent nature of renewable energy source (RES) and unpredictable nature of load demand can cause an imbalance in the islanded microgrid. In islanded microgrid, components such as battery energy storage system (BESS) and diesel generator can compensate this problem. Diesel generator, especially, can provide auxiliary energy and act as the main grid in the islanded microgrid. Nonetheless, the inefficient utilisation of diesel generator can lead to unnecessary operation cost, shorten the life span and most importantly, contributing to the environmental pollution. Hence, energy management system (EMS) is employed to operate and manage the microgrid efficiently. Model predictive control (MPC) which has grown in popularity in recent years will be integrated with the EMS. The focus of this research is to reduce the use of diesel generator through efficient microgrid management utilising MPC-based EMS. It is proposed that load curtailment and greenhouse gas emissions cost function are included in the EMS to reduce the cost of the diesel generator operation. Two test cases are designed. The first test case compares the performance MPC-based EMS with and without load curtailment to evaluate the diesel generator cost savings. The second test case will observe the impact of the cost functions especially diesel fuel consumption cost and greenhouse gas emission cost influence the cost saving of diesel generator. The MPC-based EMS is simulated using MATLAB software. The optimisation problem of the MPC-based EMS is formulated using mixed integer quadratic programming (MIQP) and is solved using CPLEX. The results shows that the reduction of diesel fuel cost and consumption by 52.21% in MPC-based EMS utilising load curtailment compared to without load curtailment. In the second test case, it is found the second order polynomial diesel fuel consumption cost function is sufficed in reducing fuel cost by 34% compared to combining both diesel fuel consumption cost function and greenhouse gas emission cost function. In contrast, diesel fuel cost and consumption increased dramatically by 178%, despite a trivial improvement in greenhouse gas emission cost. Hence, it can be concluded that MPC-based EMS with load curtailment is able to improve the cost saving of the diesel generator. In addition, second order polynomial diesel fuel consumption cost function is sufficed to drive down the usage of diesel generator. However, load curtailment, particularly demand side management strategies, must be enhanced for islanded or standalone microgrids where incentive-based method cannot be applied. | |
dc.description.abstractarabic | تم تحديد الشبكة الكهربائية الصغيرة المعزولة كحل فعال من حيث التكلفة لتوفير الكهرباء للمناطق خارج الشبكة والتي تقع بعيدًا عن شبكة الكهرباء الرئيسية. ومع ذلك، فإن الطبيعة المتقطعة لمصدر الطاقة المتجددة (RES) والطبيعة غير المتوقعة لطلب الحمل يمكن أن تسبب خللًا في الشبكة الكهربائية الصغيرة المعزولة. في الشبكة الكهربائية الصغيرة المعزولة، يمكن لمكونات مثل نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) ومولد الديزل تعويض هذه المشكلة. يمكن لمولد الديزل، على وجه الخصوص، توفير الطاقة المساعدة والعمل كشبكة رئيسية في الشبكة الكهربائية الصغيرة المعزولة. ومع ذلك، فإن الاستخدام غير الفعال لمولد الديزل يمكن أن يؤدي إلى تكلفة تشغيل غير ضرورية، وتقصير عمر الخدمة والأهم من ذلك، المساهمة في التلوث البيئي. وبالتالي، يتم استخدام نظام إدارة الطاقة (EMS) لتشغيل وإدارة الشبكة الكهربائية الصغيرة بكفاءة. سيتم دمج التحكم التنبئي بالنموذج (MPC) الذي اكتسب شعبية في السنوات الأخيرة مع نظام إدارة الطاقة. يركز هذا البحث على تقليل استخدام مولد الديزل من خلال إدارة الشبكة الكهربائية الصغيرة الفعالة باستخدام نظام إدارة الطاقة القائم على MPC. تم اقتراح تضمين تقليص الحمل ووظيفة تكلفة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في نظام إدارة الطاقة لتقليل تكلفة تشغيل مولد الديزل. تم تصميم حالتين اختبار يقارن حالة الاختبار الأولى بين أداء نظام إدارة الطاقة المستند إلى MPC مع وبدون تقليص الحمل لتقييم وفورات تكلفة مولد الديزل. ستلاحظ حالة الاختبار الثانية تأثير وظائف التكلفة وخاصة تكلفة استهلاك وقود الديزل وتكلفة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري التي تؤثر على توفير تكلفة مولد الديزل. ويتم محاكاة نظام إدارة الطاقة المستند إلى MPC باستخدام برنامج MATLAB. تمت صياغة مشكلة التحسين لنظام إدارة الطاقة المستند إلى MPC باستخدام البرمجة التربيعية الصحيحة المختلطة (MIQP) وتم حلها باستخدام CPLEX. تظهر النتائج أن انخفاض تكلفة وقود الديزل واستهلاكه بنسبة 52.21٪ في نظام إدارة الطاقة المستند إلى MPC باستخدام تقليص الحمل مقارنة بعدم تقليص الحمل. في حالة الاختبار الثانية، وجد أن دالة تكلفة استهلاك وقود الديزل متعددة الحدود من الدرجة الثانية كافية لتقليل تكلفة الوقود بنسبة 34٪ مقارنة بالجمع بين كل من دالة تكلفة استهلاك وقود الديزل ودالة تكلفة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وعلى النقيض من ذلك، ارتفعت تكلفة وقود الديزل واستهلاكه بشكل كبير بنسبة 178%، على الرغم من التحسن الطفيف في تكلفة انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي. وبالتالي، يمكن الاستنتاج أن نظام إدارة الطاقة القائم على MPC مع تقليص الحمل قادر على تحسين توفير التكاليف لمولدات الديزل. بالإضافة إلى ذلك، فإن دالة تكلفة استهلاك وقود الديزل متعددة الحدود من الدرجة الثانية كافية لخفض استخدام مولدات الديزل. ومع ذلك، يجب تعزيز تقليص الحمل، وخاصة استراتيجيات إدارة جانب الطلب، للشبكات الصغيرة المعزولة أو المستقلة حيث لا يمكن للطريقة القائمة على الحوافز. | |
dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
dc.description.email | fathullah.sharir@gmail.com | |
dc.description.funder | PTPTN | |
dc.description.identifier | Thesis : Energy management system for PV-BESS-diesel generator islanded microgrid using model predictive control / by Muhammad Sharir Fathullah bin Mohd Yunus | |
dc.description.identity | G2131485Muhammadshahrirfathullahmohdyunus | |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering (KOE) | |
dc.description.nationality | MALAYSIA | |
dc.description.notes | Thesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2025. | |
dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xix, 146 leaves) ; color illustrations. | |
dc.description.programme | Master of Science in Engineering | |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32971 | |
dc.language.iso | en | |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025 | |
dc.rights | JOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM | |
dc.subject | Model Predictive Control;Microgrid;Energy Management | |
dc.title | Energy management system for PV-BESS-diesel generator islanded microgrid using model predictive control | |
dc.type | master thesis | |
dspace.entity.type | Publication | |
oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G2131485Muhammadshahrirfathullahmohdyunus_SEC.pdf
- Size:
- 23.65 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text.