Multiagent demand-side management for real-world energy cooperatives

Abstract

Balancing energy demand and production in modern Smart Grids with increased penetration of intermittent renewable energy resources is a challenging problem and sophisticated Demand-Side Management (DSM) mechanisms have been hailed as means to deal with this problem. In this dissertation, we propose mechanisms for the formation of agent cooperatives offering large-scale DSM services, and put forward a complete framework for their operation. Our scheme employs several algorithms to promote the formation of the most effective shifting coalitions. It takes into account the shifting costs of the individuals, and rewards them according to their shifting efficiency. Moreover, to also allow the decentralized coordination of cooperatives of prosumers, we combine a strictly proper scoring rule with a cryptocurrency framework based on blockchain. Furthermore, we propose a vehicle-to-grid/grid-to-vehicle (V2G/G2V) algorithm for environments populated with electric vehicles that promotes new business models that make use of the capability of electric vehicles to store energy. Additionally, to assess participating agents’ uncertainty and predict their future behavior, we adopt machine learning techniques. Finally, we provide a methodology for delivering large scale DSM services in the real world based on an IoT service-oriented architecture. Our simulation results based on real-world data show that using the proposed methods in real-world large-scale settings can significantly benefit the end-users, the Grid, and the environment.

Η εξισορρόπηση της ζήτησης και της παραγωγής ενέργειας στα σύγχρονα έξυπνα δίκτυα με αυξημένη διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι ένα μεγάλο πρόβλημα, για τη λύση του οποίου απαιτούνται περίπλοκοι μηχανισμοί για την αποτελεσματική διαχείριση της ζήτησης ενέργειας (DSM). Σε αυτή τη διατριβή, προτείνουμε μηχανισμούς για το σχηματισμό συνεταιρισμών ευφυών πρακτόρων που προσφέρουν υπηρεσίες DSM μεγάλης κλίμακας, και παρουσιάζουμε ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο λειτουργίας. Τα σχήματα λαμβάνουν υπόψη τα ατομικά κόστη μετατόπισης κατανάλωσης και ανταμείβουν τους συνεισφέροντες ανάλογα με την αποδοτικότητα τους. Επίσης, για να επιτρέψουμε τον αποκεντρωμένο συντονισμό των συνεταιρισμών καταναλωτών-παραγωγών ενέργειας,συνδυάζουμε έναν αυστηρά αρμόζοντα κανόνα βαθμολόγησης με ένα κρυπτονόμισμα βασισμένο σε “αλυσίδα από μπλοκ” (blockchain). Επιπλέον, προτείνουμε αλγόριθμο για φόρτιση και αποφόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων που προωθεί επιχειρηματικά μοντέλα που κάνουν χρήση της δυνατότητας των ηλ. οχημάτων να αποθηκεύουν ενέργεια. Συμπληρωματικά, για να αξιολογήσουμε την αβεβαιότητα των συμμετεχόντων, και να προβλέψουμε σωστά τη μελλοντική τους συμπεριφορά, υιοθετούμε τεχνικές μηχανικής μάθησης. Τέλος, παρέχουμε μεθοδολογία για την παροχή υπηρεσιών διαχείρισης ζήτησης (DSM) μεγάλης κλίμακας βασισμένη σε αρχιτεκτονική διαδικτύου των πραγμάτων (IoT). Τα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις που χρησιμοποιούν δεδομένα από τον πραγματικό κόσμο, δείχνουν ότι η χρήση των προτεινόμενων μεθόδων σε συνθήκες μεγάλης κλίμακας μπορεί να ωφελήσει σημαντικά τους τελικούς χρήστες, το δίκτυο, και το περιβάλλον.