Distributed Market Clearing Approach for Local Energy Trading in Transactive Market

This paper proposes a market clearing mechanism for energy trading in a local transactive market, where each player can participate in the market as seller or buyer and tries to maximize its welfare individually. Market players send their demand and supply to a local data center, where clearing price is determined to balance demand and supply. The topology of the grid and associated network constraints are considered to compute a price signal in the data center to keep the system secure by applying this signal to the corresponding players. The proposed approach needs only the demanded/supplied power by each player to reach global optimum which means that utility and cost function parameters would remain private. Also, this approach uses distributed method by applying local market clearing price as coordination information and direct load flow (DLF) for power flow calculation saving computation resources and making it suitable for online and automatic operation for a market with a large number of players. The proposed method is tested on a market with 50 players and simulation results show that the convergence is guaranteed and the proposed distributed method can reach the same result as conventional centralized approach.Comment: Accepted paper. To appear in PESGM 2018, Portland, OR, 201

Fully distributed AC power flow (ACPF) algorithm for distribution systems

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/163883/1/stg2bf00044.pd

Efficient Event Notification Middleware for Smart Microgrids over P2P Networks

© 2018 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permissíon from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertisíng or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.[EN] Microgrids are moving towards large-scale smart distributed networks which demand an efficient and reliable communication infrastructure to manage, control and monitor energy resources. With regard to this, publisher/subscriber eventbased middleware has become relevant for large-scale distributed time applications because it allows decouple time and space between senders and receivers. Particularly the content publish/subscribe systems over structured peer-to-peer (P2P) networks has emerged to enhance scalability and dynamism of notification middleware systems. However, this type of systems use multicast routing schemes that still generate much network traffic and as a consequence an overload of the communication channel is produced. This results in inefficient network utilization and rapid depletion of network resources leading to unreliable operations, degradation of system performance and even instability of the microgrid. In this paper, a new content-based publish/subscribe notification middleware over structured P2P systems is proposed, such that smart microgrid communication requirements are met. This proposed system organizes the publications and subscriptions in a one dimensional representation using the Hilbert space filling curve. Through this representation, an innovative routing and matching algorithms are developed. Experimental results demonstrate that the proposed publisher/subscribe system significantly enhance efficiency of the system, network performance and the use of computational resources.This work is supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and the European Regional Development Fund (ERDF) under Grant ENE2015- 64087- C2- 2 R. This work is supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) under BES- 2013- 064539.Marzal-Romeu, S.; Salas-Puente, RA.; González-Medina, R.; Garcerá, G.; Figueres Amorós, E. (2018). Efficient Event Notification Middleware for Smart Microgrids over P2P Networks. IEEE Transactions on Smart Grid. https://doi.org/10.1109/TSG.2018.2865432

Modeling, Simulation, and Hardware-in-the-Loop Implementation of Distributed Voltage Control in Power Systems with Renewable Energy Sources

This dissertation develops and analyzes distributed controllers for power systems with renewable energy sources. A comprehensive state space modeling of voltage source inverters (VSIs) is developed specifically to address the secondary voltage control. This model can be used for simulation and control design. Unlike frequency, voltage is a local phenomenon, meaning that it cannot be controlled from a far distance. Therefore, a voltage zoning matrix that relates the sensitivity of the loads to the sources is proposed. The secondary voltage control is designed by applying the eigenvalue decomposition of the voltage zoning matrix to obtain the reference generators voltages. The developed algorithm in this study has been tested on multiple IEEE case studies, and the results show its effectiveness, yet it is a centralized control algorithm. To reduce the risk of a single point of failure in the centralized controllers, distributed secondary voltage controllers have been proposed in the recent literature. However, the communication messages are still exchanged among all controllers in the system. Therefore, a fully distributed algorithm is proposed in this dissertation study through the design of a communication layer by clustering the sources based on a developed sensitivity methodology. A modified IEEE 13 bus feeder with integrating renewable energy sources shows a significant improvement in time of convergence. A real communication protocol is then applied to the system to analyze the communication effect of packet loss and latency on the given distributed control system. Furthermore, to demonstrate the voltage control problem on the hardware-in-the-loop system, the detailed steps to implement the simulation model in the OPAL-RT real-time simulator (RTS) are discussed. The results of RTS coordinate with the software modeling outcomes

μGIM - Microgrid intelligent management system based on a multi-agent approach and the active participation of end-users

[ES] Los sistemas de potencia y energía están cambiando su paradigma tradicional, de sistemas centralizados a sistemas descentralizados. La aparición de redes inteligentes permite la integración de recursos energéticos descentralizados y promueve la gestión inclusiva que involucra a los usuarios finales, impulsada por la gestión del lado de la demanda, la energía transactiva y la respuesta a la demanda. Garantizar la escalabilidad y la estabilidad del servicio proporcionado por la red, en este nuevo paradigma de redes inteligentes, es más difícil porque no hay una única sala de operaciones centralizada donde se tomen todas las decisiones. Para implementar con éxito redes inteligentes, es necesario combinar esfuerzos entre la ingeniería eléctrica y la ingeniería informática. La ingeniería eléctrica debe garantizar el correcto funcionamiento físico de las redes inteligentes y de sus componentes, estableciendo las bases para un adecuado monitoreo, control, gestión, y métodos de operación. La ingeniería informática desempeña un papel importante al proporcionar los modelos y herramientas computacionales adecuados para administrar y operar la red inteligente y sus partes constituyentes, representando adecuadamente a todos los diferentes actores involucrados. Estos modelos deben considerar los objetivos individuales y comunes de los actores que proporcionan las bases para garantizar interacciones competitivas y cooperativas capaces de satisfacer a los actores individuales, así como cumplir con los requisitos comunes con respecto a la sostenibilidad técnica, ambiental y económica del Sistema. La naturaleza distribuida de las redes inteligentes permite, incentiva y beneficia enormemente la participación activa de los usuarios finales, desde actores grandes hasta actores más pequeños, como los consumidores residenciales. Uno de los principales problemas en la planificación y operación de redes eléctricas es la variación de la demanda de energía, que a menudo se duplica más que durante las horas pico en comparación con la demanda fuera de pico. Tradicionalmente, esta variación dio como resultado la construcción de plantas de generación de energía y grandes inversiones en líneas de red y subestaciones. El uso masivo de fuentes de energía renovables implica mayor volatilidad en lo relativo a la generación, lo que hace que sea más difícil equilibrar el consumo y la generación. La participación de los actores de la red inteligente, habilitada por la energía transactiva y la respuesta a la demanda, puede proporcionar flexibilidad en desde el punto de vista de la demanda, facilitando la operación del sistema y haciendo frente a la creciente participación de las energías renovables. En el ámbito de las redes inteligentes, es posible construir y operar redes más pequeñas, llamadas microrredes. Esas son redes geográficamente limitadas con gestión y operación local. Pueden verse como áreas geográficas restringidas para las cuales la red eléctrica generalmente opera físicamente conectada a la red principal, pero también puede operar en modo isla, lo que proporciona independencia de la red principal. Esta investigación de doctorado, realizada bajo el Programa de Doctorado en Ingeniería Informática de la Universidad de Salamanca, aborda el estudio y el análisis de la gestión de microrredes, considerando la participación activa de los usuarios finales y la gestión energética de lascarga eléctrica y los recursos energéticos de los usuarios finales. En este trabajo de investigación se ha analizado el uso de conceptos de ingeniería informática, particularmente del campo de la inteligencia artificial, para apoyar la gestión de las microrredes, proponiendo un sistema de gestión inteligente de microrredes (μGIM) basado en un enfoque de múltiples agentes y en la participación activa de usuarios. Esta solución se compone de tres sistemas que combinan hardware y software: el emulador de virtual a realidad (V2R), el enchufe inteligente de conciencia ambiental de Internet de las cosas (EnAPlug), y la computadora de placa única para energía basada en el agente (S4E) para permitir la gestión del lado de la demanda y la energía transactiva. Estos sistemas fueron concebidos, desarrollados y probados para permitir la validación de metodologías de gestión de microrredes, es decir, para la participación de los usuarios finales y para la optimización inteligente de los recursos. Este documento presenta todos los principales modelos y resultados obtenidos durante esta investigación de doctorado, con respecto a análisis de vanguardia, concepción de sistemas, desarrollo de sistemas, resultados de experimentación y descubrimientos principales. Los sistemas se han evaluado en escenarios reales, desde laboratorios hasta sitios piloto. En total, se han publicado veinte artículos científicos, de los cuales nueve se han hecho en revistas especializadas. Esta investigación de doctorado realizó contribuciones a dos proyectos H2020 (DOMINOES y DREAM-GO), dos proyectos ITEA (M2MGrids y SPEAR), tres proyectos portugueses (SIMOCE, NetEffiCity y AVIGAE) y un proyecto con financiación en cascada H2020 (Eco-Rural -IoT)