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AbstractAbstract
[en] Future electricity distribution grids will host an important and growing share of variable renewable energy sources and local storage resources. Moreover, they will face new load structures due for example to the growth of the electric vehicle market. These trends raise the need for new distribution grid architecture and operation paradigms to keep the grid stable and to ensure quality of supply. In addition, these new paradigms will enable the provision of advanced new services. On the one hand, distribution System Operators will increasingly rely on demand side flexibility provided by distributed energy resources (such as flexible loads, storage resources and controllable distributed energy sources) due to their adaptability and potential cost-effectiveness compared to traditional infrastructure reinforcements. On the other hand, households will progressively become prosumers playing an active role on smart grid energy management by exploiting flexibility potential of household devices that consume, store or produce electricity. The Internet of Things is a main enabler for households to play an active role, as it has been pushing a new wave of Smart Home connected devices and related services, from which the energy domain can become one of the main business cases. In this thesis we propose a novel architecture capable of fostering collaboration among wholesale market actors, Distribution System Operators and end customers, to leverage flexible distributed energy resources while respecting distribution system constrains. The architecture is designed for providing innovative Residential Demand Side Management services, with a special focus on services enabled by self-consumption at the household and neighborhood level. Following these general objectives, the thesis provides three main contributions. First, based on Internet of Things and blockchain technology, we propose the building blocks for future distribution grid energy management architectures. Then, focusing on the services enabled by such architectures, we propose hour-ahead markets for the local exchange of renewable energy among households together with dynamic phase allocation mechanism to improve the quality of electricity supply. Finally, we propose a real time control mechanism for the adjustment of market decisions to satisfy Distribution System Operator constraints. The architecture and demand side management mechanisms proposed in this thesis have the potential to alleviate congestion, reduce voltage deviations and losses, and consequently augment distribution grid capacity for hosting renewable energy sources. We evaluate such potential through comprehensive simulations using power flow analysis and realistic load profiles, providing valuable insight for the design of future distribution grid architectures and energy management systems. (author)
[fr]
Les futurs reseaux de distribution d'electricite devront heberger une part importante et croissante de sources d'energies renouvelables intermittentes. De plus, ils devront faire face a des nouvelles variations des courbes de charge, dues notamment a une part croissante de vehicules electriques. Ces tendances induisent le besoin de nouveaux paradigmes et architectures d'exploitation du reseau de distribution, afin de fiabiliser les reseaux et assurer la qualite de fourniture d'electricite. Par ailleurs, ces nouveaux paradigmes vont permettre le developpement des services innovants. D'un cote, les gestionnaires de reseau s'appuieront de plus en plus sur des flexibilites fournies par des ressources energetiques distribuees (flexibilites de consommation, stockage electrique, modulation des sources d'energie) a cause de son potentiellement meilleur rapport cout-efficacite par rapport au renforcement des infrastructures. D'un autre cote, les consommateurs deviendront progressivement des prosumers (acteurs de leur consommation d'energie) qui joueront un role actif dans la gestion de l'energie des reseaux intelligents, en exploitant la flexibilite de certaines des equipements de leur logement (appareils electromenagers, batteries et panneaux solaires) pour moduler leur courbe de charge. L'Internet des Objets est un outil essentiel pour permettre aux logements de jouer un role actif, car il a pousse une nouvelle vague d'appareils connectes a la Smart Home et de services associes, dont le domaine de l'energie peut devenir l'une des principales applications. Dans cette these nous proposons une nouvelle architecture capable de favoriser la collaboration entre les acteurs du marche de gros, les gestionnaires de reseau de distribution et les clients finaux, afin de tirer parti des ressources energetiques distribuees tout en prenant en compte les contraintes des reseaux de distribution. L'architecture est concue pour fournir des services innovants de gestion de la demande residentielle, avec un focus particulier sur les services lies a l'autoconsommation individuelle (au niveau d'un logement) et collective (a l'echelle d'un quartier). Dans le cadre de ces objectifs generaux, la these apporte trois contributions principales. D'abord, sur la base de l'Internet des Objets et de la technologie blockchain, la these fournit les elements de base pour les futures architectures de gestion de l'energie au niveau du reseau de distribution. Ensuite, en focalisant sur les services rendus par de telles architectures, nous proposons un marche intra-journalier au pas horaire pour l'echange local de l'energie renouvelable entre les logements, associe a un mecanisme d'allocation dynamique des phases afin d'ameliorer la qualite de fourniture d'electricite. Finalement, nous proposons un mecanisme de controle en temps reel pour l'ajustement des transactions du marche vers des echanges finaux d'electricite qui respectent les restrictions posees par le gestionnaire du reseau electrique. L'architecture et les mecanismes de gestion de la demande proposes visent a reduire les transits et les pertes et, par consequent, a augmenter la capacite d'accueil des sources d'energie renouvelables sur les reseaux de distribution basse tension. Les performances sont evaluees a l'aide de simulations de load flow basees sur des profils de charge realistes. Elles fournissent des elements utiles a la conception des futurs systemes de gestion des reseaux de distribution. (auteur)Original Title
Paradigmes et architectures innovantes pour l'avenir des reseaux electriques de distribution soutenant la transition energetique
Primary Subject
Source
16 Apr 2018; 167 p; 101 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These docteur, Specialite: Informatique et Reseaux
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALGORITHMS, ALLOCATIONS, COMPUTERIZED SIMULATION, DYNAMIC PROGRAMMING, ELECTRIC UTILITIES, GAME THEORY, HOUSEHOLDS, INTERNET, ITERATIVE METHODS, LOAD MANAGEMENT, MARKET, ON-SITE POWER GENERATION, POWER DISTRIBUTION SYSTEMS, QUALITY ASSURANCE, REAL TIME SYSTEMS, RESIDENTIAL SECTOR, RETAIL PRICES, SMART GRIDS
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