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)

A low-cost secure iot mechanism for monitoring and controlling polygeneration microgrids

The use of Internet-connected devices at homes has increased to monitor energy consumption. Furthermore, renewable energy sources have also increased, reducing electricity bills. However, the high cost of the equipment limits the use of these technologies. This paper presents a low-cost secured-distributed Internet of Things (IoT) system to monitor and control devices connected in a polygeneration microgrid, as a combined power system for local loads with renewable sources. The proposed mechanism includes a Wireless Sensor Actuator Networked Control System that links network nodes using the IEEE 802.15.4 standard. The Internet communication enables the monitor and control of devices using a mobile application to increase the efficiency. In addition, security mechanisms are implemented at several levels including the authentication, encryption, and decryption of the transmitted data. Furthermore, a firewall and a network intrusion detection-and-prevention program are implemented to increase the system protection against cyber-attack. The feasibility of the proposed solution was demonstrated using a DC microgrid test bench consisting of a diverse range of renewable energy sources and loads

Every Moment Counts: Synchrophasors for Distribution Networks with Variable Resources

Chapter 34 in the textbook, "Renewable Energy Integration: Practical Management of Variability, Uncertainty and Flexibility

Application of Wireless Sensor and Actuator Networks to Achieve Intelligent Microgrids: A Promising Approach towards a Global Smart Grid Deployment

Smart Grids (SGs) constitute the evolution of the traditional electrical grid towards a new paradigm, which should increase the reliability, the security and, at the same time, reduce the costs of energy generation, distribution and consumption. Electrical microgrids (MGs) can be considered the first stage of this evolution of the grid, because of the intelligent management techniques that must be applied to assure their correct operation. To accomplish this task, sensors and actuators will be necessary, along with wireless communication technologies to transmit the measured data and the command messages. Wireless Sensor and Actuator Networks (WSANs) are therefore a promising solution to achieve an intelligent management of MGs and, by extension, the SG. In this frame, this paper surveys several aspects concerning the application of WSANs to manage MGs and the electrical grid, as well as the communication protocols that could be applied. The main concerns regarding the SG deployment are also presented, including future scenarios where the interoperability of different generation technologies must be assured

Real-time monitoring of the prototype design of electric system by the ubidots platform

In this paper, a prototype DC electric system was practically designed. The idea of the proposed system was derived from the microgrid concept. The system contained two houses each have a DC generator and load that consists of four 12 V DC lamps. Each house is controlled fully by Arduino UNO microcontroller to work in Island mode or connected it with the second house or main electric network. House operating mode depends on the power generated by its source and the availability of the main network. Under all operating cases, the minimum price of electricity consumption should satisfy as possible. Information between the houses about the operating mode and the main network state was exchanging wirelessly with the help of the RF-HC12. This information uploaded to the Ubidots platform by the Wi-Fi-ESP8266 included in the node MCU microcontroller. This platform has several advantages such as capture, visualization, analysis, and management of data. The system was examined for different cases to verify its working by varying the load in each building. All tested states showed that the houses transfer from one mode to another automatically with high reliability and minimum energy cost. The information about the main grid states and the sources of the houses were monitored and stored at the Ubidots platform

Design and simulation of an energy homeostaticity system for electric and thermal power management in a building with smart microgrid

Nowadays, microgrids are gaining importance in electric power generation and distribution environments due to their flexibility, versatility, scalability and the possibility of supplying ancillary services when connected to the grid. They allow for the customization of electric supply for very different types of consumers. Therefore, a new control model for power and energy management based on homeostaticity of electric power systems (EPS) is presented, which has been already analyzed and approved by ENEL Chile in its developmental stage. ENEL, the largest electric utility in the country, is interested in incorporating smart microgrids in the electricity distribution market, as part of a worldwide policy. Such microgrids are to be installed in buildings serviced by ENEL. To demonstrate the model’s utility, a Simulink model of a real microgrid is used, which is comprised of PV generation, energy storage, an air conditioning (AC) equipment and thermal storage of the building upon which the microgrid is installed. The behavior of every element is simulated, including the dynamic thermal model of the building in order to optimize energy management and power supply versus consumption. The behavior of the whole system is analyzed under different environmental profiles and energy consumption patterns using the proposed homeostaticity system.Ministry of Education RTI2018-094917-B-I00Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica FPU16-03522,3170399,FP