A Mixed-Integer SDP Solution Approach to Distributionally Robust Unit Commitment with Second Order Moment Constraints

A power system unit commitment (UC) problem considering uncertainties of renewable energy sources is investigated in this paper, through a distributionally robust optimization approach. We assume that the first and second order moments of stochastic parameters can be inferred from historical data, and then employed to model the set of probability distributions. The resulting problem is a two-stage distributionally robust unit commitment with second order moment constraints, and we show that it can be recast as a mixed-integer semidefinite programming (MI-SDP) with finite constraints. The solution algorithm of the problem comprises solving a series of relaxed MI-SDPs and a subroutine of feasibility checking and vertex generation. Based on the verification of strong duality of the semidefinite programming (SDP) problems, we propose a cutting plane algorithm for solving the MI-SDPs; we also introduce a SDP relaxation for the feasibility checking problem, which is an intractable biconvex optimization. Experimental results on a IEEE 6-bus system are presented, showing that without any tunings of parameters, the real-time operation cost of distributionally robust UC method outperforms those of deterministic UC and two-stage robust UC methods in general, and our method also enjoys higher reliability of dispatch operation

Integrating renewable energy resources into the smart grid: recent developments in information and communication technologies

Rising energy costs, losses in the present-day electricity grid, risks from nuclear power generation, and global environmental changes are motivating a transformation of the conventional ways of generating electricity. Globally, there is a desire to rely more on renewable energy resources (RERs) for electricity generation. RERs reduce green house gas emissions and may have economic benefits, e.g., through applying demand side management with dynamic pricing so as to shift loads from fossil fuel-based generators to RERs. The electricity grid is presently evolving towards an intelligent grid, the so-called smart grid (SG). One of the major goals of the future SG is to move towards 100% electricity generation from RERs, i.e., towards a 100% renewable grid. However, the disparate, intermittent, and typically widely geographically distributed nature of RERs complicates the integration of RERs into the SG. Moreover, individual RERs have generally lower capacity than conventional fossil-fuel plants, and these RERs are based on a wide spectrum of different technologies. In this article, we give an overview of recent efforts that aim to integrate RERs into the SG. We outline the integration of RERs into the SG along with their supporting communication networks. We also discuss ongoing projects that seek to integrate RERs into the SG around the globe. Finally, we outline future research directions on integrating RERs into the SG

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)

Manager’s and citizen’s perspective of positive and negative risks for small probabilities

So far „risk‟ has been mostly defined as the expected value of a loss, mathematically PL, being P the probability of an adverse event and L the loss incurred as a consequence of the event. The so called risk matrix is based on this definition. Also for favorable events one usually refers to the expected gain PG, being G the gain incurred as a consequence of the positive event. These “measures” are generally violated in practice. The case of insurances (on the side of losses, negative risk) and the case of lotteries (on the side of gains, positive risk) are the most obvious. In these cases a single person is available to pay a higher price than that stated by the mathematical expected value, according to (more or less theoretically justified) measures. The higher the risk, the higher the unfair accepted price. The definition of risk as expected value is justified in a long term “manager‟s” perspective, in which it is conceivable to distribute the effects of an adverse event on a large number of subjects or a large number of recurrences. In other words, this definition is mostly justified on frequentist terms. Moreover, according to this definition, in two extreme situations (high-probability/low-consequence and low-probability/high-consequence), the estimated risk is low. This logic is against the principles of sustainability and continuous improvement, which should impose instead both a continuous search for lower probabilities of adverse events (higher and higher reliability) and a continuous search for lower impact of adverse events (in accordance with the fail-safe principle). In this work a different definition of risk is proposed, which stems from the idea of safeguard: (1Risk)=(1P)(1L). According to this definition, the risk levels can be considered low only when both the probability of the adverse event and the loss are small. Such perspective, in which the calculation of safeguard is privileged to the calculation of risk, would possibly avoid exposing the Society to catastrophic consequences, sometimes due to wrong or oversimplified use of probabilistic models. Therefore, it can be seen as the citizen‟s perspective to the definition of risk