Optimization-Based Market-Clearing Procedure with EVs Aggregator Participation

For the upcoming new generation of electric power systems, i.e. smart grids, one of the most important challenges is to achieve an adequate economic and technical management involving the different agents in the process. In order to deliver the available power from suppliers to consumers, a market-clearing mechanism is needed. At the same time, technical operation calls for controlling that technical limits are not reached to preserve the security of the system. In this environment, Electric Vehicles (EVs) are gaining importance both in economic and technical issues. In this paper, an optimization-based approach is proposed for clearing the market in a smart grid. The traditional participants in energy markets are included in the formulation, stressing the role of EVs aggregators. The results presented in this paper illustrate the influence of EVs in the market-clearing procedure. The benefits for the system and EVs aggregators are also studiedUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Modeling a Decentralized Market-Based Scheme for Responsive Demands

One of the major problems in the present era consists on carefully and wisely explore the resources that can be obtained throughout interaction and exploration of the present resources on our planet. As for that, it is important not only to explore resources efficiently, but also to explore them in a way that considers consistency on its exploration. A problem that energy networks are facing nowadays is the high and rising consumption level. Since not only population is growing exponentially, but also due to the fact that electricity is substituting other resources whose usage was almost electricity independent, increasing the requirements of energy and introducing problems to the network control, such as the reduction of the possibility for the network agents to find an alternative during peak hours to fulfill the energy requirements of the fleet in a scenario in which generators fail to work. To solve that problem, it would be crucial to reduce consumption during peak hours, postponing consumption to valley hours, where the network agents won't face problems such as a demand level superior the maximum accepted demand. That problem can be solved using demand response programs. Demand response programs allow end-use customers to make changes in electric usage from their usual consumption patterns, allowing them to postpone load consumption from peaks hours to valley hours. It is observable that the development of many technologies, as well as a crescent flux of information and communication, lead to a new age of smart grid. Through smart meters, demand response end-users have access to their level of consumption, as well as the price/signal data. In this scenario, customers' participation in demand response programs is more likely to happen than ever before, increasing the number and participation of responsive demands in the smart grid. Considering the difficulty for customers to directly negotiate with the independent system operator, a linking agent will be considered for managing the customers and providing individual demand response programs for each demand response end-user. On the other side, DR end-users want to have maximum satisfaction while using electricity. In a flat pricing mode, in which demand response is not considered, customers tend to use electricity at the most convenient time throughout the day, driven by their personal preferences. However, some of the electricity usage can be shiftable without causing a major impact on the demand response end-users' satisfaction. Each demand response provider attempts to form a load pattern of its demand response end-users, achieving compensation for the expenditure saving incurred to system operator due to load shaping. The DR provider motivates the end-users to adjust their electricity consumption profile by price-based or incentive-based programs. By incentivizing end-users to change their consumption scheduling, their energy usage costs will decrease, being the consumers rewarded by their price-adapted consumption. Goals In order to identificate the effectiveness of the proposed model, some case studies will be considered, being the results analyzed based on the following targets: - Investigating the billing costs of the proposed decentralized customers compared to an uncontrolled approach; - Investigating the results of the proposed model compared to a centralized aggregator-based approach, where a demand response aggregator directly purchases electricity on behalf of responsive demands in the day-ahead market

Analysis and Operation of Smart Grids with Electric Vehicles

Hoy en día la creciente preocupación por temas medioambientales está llevando a muchos países a tomar medidas que permitan un uso más racional de la energía y un futuro más sostenible. La mejora de la eficiencia de los sistemas y el uso de recursos renovables son algunos puntos sobre los que se debe trabajar para poder atajar las consecuencias de los gases de efecto invernadero, principal responsable del cambio climático. En relación con esto, el sector eléctrico es el uno de los más importantes responsables de emisiones nocivas a la atmósfera seguido por el sector del transporte. Su fuerte dependencia en los combustibles fósiles, particularmente el petróleo y sus derivados, justifica esta última afirmación. Por este motivo, la movilidad mediante vehículos eléctricos está atrayendo la atención de empresas, países y grupos de investigación, como una medida importante para poder hacer frente a las consecuencias negativas derivadas del uso actual de la energía. Resulta claro que la introducción del vehículo eléctrico afectará de manera importante a la operación, gestión y planificación de los sistemas eléctricos actuales. En primer lugar, será necesario tener en cuenta un consumo eléctrico adicional, la carga de las baterías de los vehículos eléctricos. En una primera etapa, donde el número de vehículos desplegados por las ciudades sea reducido no serán necesarias medidas especiales. Sin embargo, en un futuro con miles de vehículos, una mala gestión de la carga puede llevar a problemas técnicos de congestión en las líneas o niveles de tensión no admisibles. Por otra parte, su adecuada integración requiere que los sistemas eléctricos existentes tiendan a incorporar las tecnologías de la información y comunicación más avanzadas, mejores dispositivos de medida, una adecuada infraestructura para carga y descarga así como una mayor presencia de energías renovables. En definitiva, los sistemas eléctricos han de incorporar más inteligencia, ser más sostenibles, eficientes y seguros, en otras palabras, han de tender hacia el concepto de “smart grid”. De esta forma, esta tesis trata de cubrir puntos relevantes en relación la integración satisfactoria de los vehículos eléctricos en las redes eléctricas del futuro. Los aspectos tratados son la gestión de la demanda, la resolución de problemas técnicos y el papel de una nueva entidad gestora de vehículos eléctricos, el agregador. La gestión de la demanda hace referencia a estrategias específicas que tratan de cambiar los patrones de consumo actuales hacia otros comportamientos que permitan un funcionamiento más eficiente del sistema eléctrico. De esta forma, se tiene como objetivo reducir la demanda de electricidad de forma general o bien desplazar dicha demanda hacia otros periodos de tiempo más favorables. Para conseguir esto, es necesario proporcionar algún tipo de incentivo a los consumidores para que puedan modificar sus hábitos o planificar sus actividades de otra manera. En esta tesis, se propone usar señales de precio para provocar ese cambio. El resultado es una curva de demanda más plana que permite aprovechar mejor la infraestructura existente y los recursos de generación disponibles, retrasando ulteriores planificaciones. Desde el punto vista del consumidor, los costes de la energía son menores. En ausencia de medidas correctoras, la presencia de vehículos provocará en el futuro problemas técnicos en el sistema eléctrico. Con vistas a proporcionar solución los problemas más comunes de índole técnica, dos herramientas se desarrollan en esta tesis, un problema centralizado que despacha a los generadores de la red y un algoritmo que hace uso de los vehículos eléctricos. Ambos enfoques permiten aliviar las congestiones de manera efectiva en determinadas situaciones. En particular, la inyección de potencia o la carga de los vehículos en ciertos nudos de la red se propone como una medida posible para llevar al sistema a un estado seguro. Finalmente, se plantea una estrategia que permite la maximización de los beneficios de un agente agregador que gestiona la carga y la descarga de los vehículos. Como consecuencia de su aplicación, los conductores ven sus necesidades de movilidad satisfechas a la vez que los costes de carga se reducen. De esta forma, la carga se producirá en las horas nocturnas donde los costes de la energía son normalmente más pequeños y la descarga tendrá lugar en las horas donde hay picos de demanda. Dicha estrategia permite a los agregadores disponer de una herramienta útil a la hora de participar en los mercados de energía eléctrica. Su aplicación es ilustrada a través de un algoritmo de liquidación de mercado en el que además de los elementos comunes presentes hoy en día en los mercados eléctricos, la introducción de agentes agregadores es también tenida en cuenta