Design, development and evaluation on decision making algorithms, based on innovative smart energy networks

Abstract

This dissertation proposes and implements a new architecture in energy microgrids as well as an innovative energy management platform (VMGA platform), which monitors and controls the producers-consumers of renewable energy sources in real time. The main objectives of the platform are: a) the creation of real and forecast data by individual customers, b) the communication with the market players and the conclusion of agreements for specific contracts / services that will be executed in a predetermined time frame, c) the planning, development and validation of decisions for the dynamic creation of micro-grid infrastructure, d) communication of the results of contracts / services to each producer-consumer in order to achieve specific demand response actions, e) participation in liberalized electricity markets EU regulatory framework The above objectives are achieved by implementing 1) predictive production and consumption algorithms, 2) with dynamic pricing algorithms, 3) with dynamic producer-consumer grouping algorithms. Relationships between users of social networks are utilized through the development of the GSRN module, in combination with economic models for changing user behavior (such as peer pressure). These lead to the creation, dynamic adaptation and management of virtual energy communities (VECs -clustering) that aim to activate behavioral changes in order to improve energy efficiency and their economic benefits. The proposed techniques of pricing, grouping of producers-consumers and management of their renewable energy as well as the management of all data have been implemented with technologies such as: 1) Ruby on Rails, 2) Python, 3) PostegreSQL In addition to benefiting from a proposed innovative (HCCI), which allows extensive computational work to be performed in less time guarantee the successful operation of the proposed system-architecture and execution of the algorithms as a whole.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει και υλοποιεί μια νέα αρχιτεκτονική στα ενεργειακά μικροδίκτυα καθώς και μια καινοτόμα πλατφόρμα διαχείρισης ενέργειας (πλατφόρμα VMGA), η οποία παρακολουθεί και ελέγχει τους παραγωγούς-καταναλωτές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε πραγματικό χρόνο. Οι κύριοι στόχοι της πλατφόρμας είναι: α) η δημιουργία πραγματικών και προγνωστικών δεδομένων από μεμονωμένους πελάτες, β) η επικοινωνία με τους φορείς της αγοράς και η σύναψη συμφωνιών για συγκεκριμένες συμβάσεις / υπηρεσίες που θα εκτελούνται σε προκαθορισμένο χρονικό πλαίσιο, γ) ο σχεδιασμός, ανάπτυξη και επικύρωση λήψης αποφάσεων για τη δυναμική δημιουργία υποδομών μικρο-δικτύων ενέργειας, δ) η γνωστοποίηση των αποτελεσμάτων των συμβάσεων/υπηρεσιών σε κάθε παραγωγό-καταναλωτή προκειμένου να επιτευχθούν συγκεκριμένες δράσεις απόκρισης ζήτησης , ε) η συμμετοχή σε απελευθερωμένες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας σύμφωνα με το κανονιστικό πλαίσιο της Ε.Ε. Οι παραπάνω στόχοι επιτυχγάνονται με την υλοποίηση 1) προβλεπτικών αλγορίθμων παραγωγής και κατανάλωσης, 2) με δυναμικούς λαγόριθμους τιμολόγησης, 3) με δυναμικούς αλγόριθμους ομαδοποίησης παραγωγών-κατναλωτών. Οι σχέσεις μεταξύ χρηστών των κοινωνικών δικτύων αξιοποιούνται μέσω της ανάπτυξης του GSRN module, σε συνδυασμό με οικονομικά μοντέλα για αλλαγή συμπεριφοράς χρηστών (όπως peer pressure). Αυτά οδηγούν στη δημιουργία, της δυναμικής προσαρμογής και της διαχείρισης των εικονικών ενεργειακών κοινοτήτων (VECs -clustering) που στοχεύουν να ενεργοποιήσουν τις αλλαγές συμπεριφοράς με στόχο την βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας και τους οικονομικού τους ωφέλους. Οι προτεινόμενες τεχνικές τιμολόγησης, ομαδοποίησης παραγωγών-καταναλωτών και διαχείρισης της ανανεώσιμης ενέργειάς τους καθώς και η διαχείριση όλων των δεδομένων έχουν υλοποιηθεί με τεχνολογίες όπως: 1) Ruby on Rails, 2) Python, 3) PostegreSQL Επιπλέον επωφελούμενοι από μια προτεινόμενη-καινοτόμο υβριδική υποδομή (HCCI), η οποία επιτρέπει εκτεταμένες υπολογιστικές εργασίες να εκτελούνται σε μικρότερο χρονικό εγγυόνται για την επιτυχή λειτουργία του προτεινόμενου συστήματος-αρχιτεκτονικής και εκτέλεση των αλγορίθμων στο σύνολό τους.