Optimization for Battery Energy Storage Systems

Bc. Jakub Drábik

Diplomová práce

Anotace:

Tato práce se zabývá koordinovaným řízením bateriových úložišť energie v portfoliu zákazníků s vlastní spotřebou a výrobou elektřiny, a to z pohledu účastníka trhu odpovědného za odchylky. Modelované prostředí zahrnuje fotovoltaickou výrobu, baterie instalované u jednotlivých zákazníků, denní nominaci portfolia, průběžné řízení v reálném čase a následné zúčtování odchylek. Práce formuluje nezávislý model pro jednoho zákazníka jako referenční variantu a koordinovaný portfoliový model, ve kterém se toky elektřiny mezi jednotlivými zákazníky a sítí sdružují do společné portfoliové pozice. Práce vyhodnocuje dvě strategie nominace, naivní nominaci založenou přímo na předpovědi a nominaci založenou na smíšeném celočíselném lineárním programování. Modely jsou zasazeny do chronologického simulačního rámce, který využívá předpovědi dostupné v okamžiku rozhodování, uplatňuje vždy první rozhodnutí z každého kroku průběžné optimalizace a vyhodnocuje skutečně dosažené náklady na základě měřené spotřeby, měřené fotovoltaické výroby, cen na denním trhu a cen za odchylku. Navržený rámec je testován na reálných provozních datech poskytnutých společností Wattstor. Výsledky ukazují, že koordinované řízení založené na předpovědi snižuje skutečné náklady portfolia ve srovnání s nezávislou optimalizací každého zákazníka. Nominace založená na smíšeném celočíselném lineárním programování však nepřekonává naivní nominaci, protože její nižší náklady na denním trhu jsou vyváženy vyššími náklady na opotřebení baterií a náklady spojenými s odchylkami. Výpočty s úplnou znalostí budoucnosti ukazují, že hodnotu koordinace lze výrazně zlepšit snížením nejistoty předpovědí a cen.

Abstract:

This thesis addresses the coordinated dispatch of battery energy storage systems in a portfolio of prosumer sites operated from the perspective of a balance responsible party. The work models a setting with photovoltaic generation, site-level batteries, day-ahead portfolio nomination, rolling real-time dispatch, and ex post imbalance settlement. It formulates an independent single-site model as the customers’ outside option and a coordinated portfolio model that aggregates site-level grid exchanges into a common portfolio position. Two nomination strategies are evaluated, a naive forecast-based nomination and an MILP-based nomination. The models are implemented in a chronological simulation framework that uses only forecasts available at the decision time, applies the first action of each rolling optimization, and evaluates realized costs using measured load, measured photovoltaic generation, day-ahead prices, and imbalance prices. The framework is tested on real operational data provided by the company Wattstor. The results show that coordinated dispatch reduces realized portfolio cost relative to independent single-site optimization under the forecast-based setting. However, the MILP-based nomination does not outperform the naive nomination, because its lower day-ahead cost is offset by higher battery degradation and imbalance costs. Perfect-foresight experiments show that the value of coordination can be substantially improved by reducing forecast and price uncertainty.

Keywords

battery energy storage system, photovoltaics, mixed-integer linear programming, coordinated dispatch, balance responsible party, nomination, imbalance settlement

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 5. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 19. 6. 2026
• Vedoucí: doc. Mgr. Hana Rudová, Ph.D.
• Oponent: Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Felix Winter, BSc

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Umělá inteligence a zpracování dat / Zpracování a analýza rozsáhlých dat