Bi-level model for operational scheduling of a distribution company that supplies electric vehicle parking lots

Nowadays, the presence of renewable energy resources (RERs), electric vehicle (EV) penetration, and the implementation of demand response (DR) programs are the main affecting factors in the operational scheduling of a distribution company (DISCO). By the new market participants such as parking lot (PL) owners in the DISCO, a bi-level framework can be created for modeling the distribution network. Therefore, in this paper, a new bi-level model is suggested for DISCO’s operational scheduling that involves technical and environmental terms in the objective function. The maximization of the profit of the DISCO owner and the PL owner are the objective functions in each level. These purposes depend on the customers’ load, the power purchased from the upstream network, the power exchanged with the PL owner (for the upper-level) and the power exchanged with the DISCO owner, as well as the EV owners (for the lower-level). Linearization of the model is carried out by applying the Karush–Kuhn–Tucker (KKT) condition and Fortuny-Amat and McCarl linearization approach. Furthermore, EVs’ and RERs’ uncertainties, as well as DR programs are modeled. Also, three types of risk are described including risk-seeker, risk-neutral, and risk-averse (with conditional value-at-risk (CVaR) index). For evaluation of the proposed model, it is applied to the IEEE 15-bus test system. Results show that by charging/discharging schedule of EVs and critical peak pricing program, the DISCO owner gains more profit. Also, the sensitivity analysis allows determining that the EV penetration, nominal power of RERs and customer involvement in the DR program directly affect the DISCO owner’s profit.© 2019 Elsevier. This manuscript version is made available under the Creative Commons Attribution–NonCommercial–NoDerivatives 4.0 International (CC BY–NC–ND 4.0) license, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed

Decision Support for Smart Grid Planning and Operation Considering Reliability

[ES] Esta tesis aporta contribuciones a los temas de los sistemas de energía y la movilidad eléctrica. Por lo tanto, se proponen soluciones innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional sin o con pocas unidades de recursos energéticos distribuidos, y para la planificación, operación, reconfiguración, y gestión de recursos energéticos en redes de distribución en media tensión considerando una alta penetración de los recursos energéticos distribuidos en el contexto de las redes inteligentes. Las preocupaciones sobre la disponibilidad de combustibles fósiles y el aumento de los efectos climático causados por su uso generalizado en la generación de electricidad han llevado a varias políticas e incentivos para atenuar estos problemas. Estas medidas contribuyeron a inversiones considerables en fuentes de energía renovables y motivaron muchas iniciativas de redes inteligentes. Aunque el panorama futuro de los sistemas eléctricos modernos parece muy prometedor, la integración a gran escala de fuentes de energía renovables de naturaleza intermitente, como la eólica y la fotovoltaica, plantea nuevos desafíos y limitaciones en la industria eléctrica actual. Hoy en día, el diseño de la red de distribución no está correctamente preparado para alojar una gran cantidad de fuentes de energía renovables distribuidas. Por lo tanto, los operadores del sistema de distribución reconocen la necesidad de cambiar el diseño de la red mediante la planificación y el refuerzo. A medida que aumenta la penetración de las fuentes de energía renovable, un agregador de energía puede proporcionar una generación y demanda altamente flexibles según lo requiere el paradigma de red inteligente. Además, esta entidad puede permitir lograr una alta integración de la oferta de energía renovable y aumentar el valor para los pequeños productores y consumidores que no pueden negociar directamente en el mercado mayorista. Sin embargo, la entidad agregadora de energía necesita herramientas adecuadas de apoyo a la decisión para superar los desafíos complejos y hacer frente a un gran número de recursos energéticos. Por lo tanto, la gestión de recursos energéticos es crucial para que la entidad agregadora de energía reduzca los costos de operación, aumente de los beneficios, reduzca la huella de carbono y mejore la estabilidad del sistema. En la perspectiva mundial actual, muchas personas se están mudando a las ciudades en busca de una mejor calidad de vida, contribuyendo de esta manera a la continua expansión de las áreas urbanas. En consecuencia, el sector de transportes está jugando un papel crítico en las emisiones de dióxido de carbono. Teniendo en cuenta esto, muchas ventajas medioambientales y económicas pueden ser obtenidas del cambio de los motores de combustión interna a los vehículos eléctricos. Sin embargo, este cambio contribuirá a una carga en la red de distribución, dando lugar a la posibilidad de congestión de la red. Por lo tanto, para facilitar la integración de la carga de los vehículos eléctricos en la red de distribución, un modelo de predicción del comportamiento del usuario de un vehículo eléctrico pode ser una herramienta muy importante. Además, el paradigma de la red inteligente está desafiando la estructura de control y operación convencional diseñado para redes de distribución pasivas. De este modo, la reconfiguración de la red de distribución será una estrategia esencial y significativa para el operador del sistema de distribución. En el estado del arte actual se identificó una falta de modelos, estrategias y herramientas de apoyo a la toma de decisiones adecuadas para los dominios de problemas de planificación, operación y gestión de recursos energéticos de redes de distribución en media tensión con una alta penetración de fuentes de energía distribuidas. Por lo tanto, surgen varios desafíos de investigación que llevan a la necesidad de desarrollar modelos nuevos e innovadores que aborden: a) el impacto de las fuentes de energía renovable y la variabilidad de la demanda en la planificación de la expansión a largo plazo, b) el problema de la gestión de los recursos energéticos a gran escala, teniendo en cuenta la demanda, las fuentes de energía renovables, los vehículos eléctricos y la variabilidad de los precios del mercado, c) el análisis de impacto de los precios de carga dinámicos de los vehículos eléctricos en la operación de la red de distribución y en el comportamiento del usuario del vehículo eléctrico. Además, en el contexto de la red de distribución de media tensión radial tradicional, también se verificó la necesidad de modelos innovadores para mejorar la confiabilidad a través de la identificación de nuevas inversiones en los componentes de la red. Por lo tanto, esta tesis propone soluciones innovadoras para hacer frente a todos estos vacíos y problemas. Para ese propósito, las contribuciones de la tesis, resultan en un innovador sistema de apoyo a la decisión llamado Advanced Decision Support Tool for Smart Grid Planning and Operation (SupporGrid). El SupporGrid se compone de un conjunto de modelos diversificados que juntos contribuyen a manejar la complejidad de la planificación tradicional de las redes de distribución radial (PlanTGrid), y para la planificación (PlanSGrid), operación (OperSGrid), y los problemas de gestión de recursos energéticos (ERMGrid) en redes de distribución de media tensión en el paradigma de red inteligente. PlanTGrid incluye un modelo de planificación de expansión para redes de distribución radial tradicionales para identificar la posibilidad de nuevas inversiones al costo mínimo. La planificación de la expansión a largo plazo de las redes de distribución en un contexto de red inteligente con una alta penetración de fuentes de energía renovables distribuidas y que trata las fuentes de incertidumbre se resuelve mediante el uso PlanSGrid. OperSGrid contiene una herramienta de simulación de viajes de los usuarios de los vehículos eléctricos funcionando en conjunto con un modelo de operación y reconfiguración que utiliza descomposición de Benders y precios marginales para comprender el impacto del precio de carga de energía dinámica en ambos lados: la red de distribución y el usuario de vehículo eléctrico. Para hacer frente a la gestión de recursos energéticos a gran escala con problemas de respuesta a la demanda y sistemas de almacenamiento de energía, así como con la variabilidad de la demanda, las fuentes de energía renovable, los vehículos eléctricos y el precio de mercado, ERMGrid incluye un modelo estocástico de dos etapas. Las metodologías desarrolladas para el sistema de soporte de decisiones se han probado y validado en escenarios realistas. Los resultados prometedores logrados en condiciones realistas respaldan la hipótesis de que las metodologías son adecuadas e innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional, y para la planificación, operación, reconfiguración y gestión de recursos energéticos a largo plazo de la red de distribución considerando alta penetración de recursos energéticos distribuidos y de vehículos eléctricos en el contexto de red inteligente. Los resultados prometedores logrados en condiciones realistas respaldan la hipótesis de que las metodologías son adecuadas e innovadoras para la planificación de la red de distribución radial tradicional, y para la planificación, operación, reconfiguración y gestión de recursos energéticos a largo plazo de la red de distribución considerando la alta distribución de recursos energéticos y la penetración de vehículos eléctricos. De hecho, este sistema de apoyo a la decisión mejorará el funcionamiento de las redes de distribución de media tensión, permitiendo ahorros para las partes interesadas

A Bi-Layer Multi-Objective Techno-Economical Optimization Model for Optimal Integration of Distributed Energy Resources into Smart/Micro Grids

The energy management system is executed in microgrids for optimal integration of distributed energy resources (DERs) into the power distribution grids. To this end, various strategies have been more focused on cost reduction, whereas effectively both economic and technical indices/factors have to be considered simultaneously. Therefore, in this paper, a two-layer optimization model is proposed to minimize the operation costs, voltage fluctuations, and power losses of smart microgrids. In the outer-layer, the size and capacity of DERs including renewable energy sources (RES), electric vehicles (EV) charging stations and energy storage systems (ESS), are obtained simultaneously. The inner-layer corresponds to the scheduled operation of EVs and ESSs using an integrated coordination model (ICM). The ICM is a fuzzy interface that has been adopted to address the multi-objectivity of the cost function developed based on hourly demand response, state of charges of EVs and ESS, and electricity price. Demand response is implemented in the ICM to investigate the effect of time-of-use electricity prices on optimal energy management. To solve the optimization problem and load-flow equations, hybrid genetic algorithm (GA)-particle swarm optimization (PSO) and backward-forward sweep algorithms are deployed, respectively. One-day simulation results confirm that the proposed model can reduce the power loss, voltage fluctuations and electricity supply cost by 51%, 40.77%, and 55.21%, respectively, which can considerably improve power system stability and energy efficiency.</jats:p

Management of renewable-based multi-energy microgrids in the presence of electric vehicles

This study proposes a stochastic optimisation programming for scheduling a microgrid (MG) considering multiple energy devices and the uncertain nature of renewable energy resources and parking lot‐based electric vehicles (EVs). Both thermal and electrical features of the multi‐energy system are modelled by considering combined heat and power generation, thermal energy storage, and auxiliary boilers. Also, price‐based and incentive‐based demand response (DR) programs are modelled in the proposed multi‐energy MG to manage a commercial complex including hospital, supermarket, strip mall, hotel and offices. Moreover, a linearised AC power flow is utilised to model the distribution system, including EVs. The feasibility of the proposed model is studied on a system based on real data of a commercial complex, and the integration of DR and EVs with multiple energy devices in an MG is investigated. The numerical studies show the high impact of EVs on the operation of the multi‐energy MGs.©2020 IET. This paper is a postprint of a paper submitted to and accepted for publication in IET Renewable Power Generation and is subject to Institution of Engineering and Technology Copyright. The copy of record is available at the IET Digital Library.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed

A chronological literature review of electric vehicle interactions with power distribution systems

In the last decade, the deployment of electric vehicles (EVs) has been largely promoted. This development has increased challenges in the power systems in the context of planning and operation due to the massive amount of recharge needed for EVs. Furthermore, EVs may also offer new opportunities and can be used to support the grid to provide auxiliary services. In this regard, and considering the research around EVs and power grids, this paper presents a chronological background review of EVs and their interactions with power systems, particularly electric distribution networks, considering publications from the IEEE Xplore database. The review is extended from 1973 to 2019 and is developed via systematic classification using key categories that describe the types of interactions between EVs and power grids. These interactions are in the framework of the power quality, study of scenarios, electricity markets, demand response, demand management, power system stability, Vehicle-to-Grid (V2G) concept, and optimal location of battery swap and charging stations.Introduction General Overview Chronological Review: Part I Chronological Review: Part II Brief Observations Conclusions and Future Works Final Reflections Author Contributions Funding Acknowledgments Conflicts of Interest Reference

Integrated framework for modeling the interactions of plug-in hybrid electric vehicles aggregators, parking lots and distributed generation facilities in electricity markets

This paper presents an integrated framework for the optimal resilient scheduling of an active distribution system in the day-ahead and real-time markets considering aggregators, parking lots, distributed energy resources, and Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs) interactions. The main contribution of this paper is that the impacts of traffic patterns on the available dispatchable active power of PHEVs in day-ahead and real-time markets are explored. A two stage framework is considered. Each stage consists of a four-level optimization procedure that optimizes the scheduling problems of PHEVs, parking lots and distributed energy resources, aggregators, and active distribution system. The distribution system procures ramp-up and ramp-down services for the upward electricity market in a real-time horizon. The active distribution system can utilize a switching procedure to sectionalize its system into a multi-microgrid system to mitigate the impacts of external shocks. The model was assessed by the 123-bus test system. The proposed algorithm reduced the interruption and operating costs of the 123-bus test system by about 94.56% for the worst-case external shock. Further, the traffic pattern decreased the available ramp-up and ramp-down of parking lots by about 58.61% concerning the no-traffic case.© 2023 The Author(s). Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed