Loading...

Smart Energy Hub Optimal Operation; a Game Theoritic Approach

Sheikhi, Aras | 2016

1193 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 48741 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Ranjbar, Ali Mohammad
  7. Abstract:
  8. The development of technologies such as micro turbines and gas furnaces has been the major driving force towards integration of electricity and natural gas networks in the energy hubs (EH). Besides, the existing power grids are getting smarter by implementing the new generation of information technologies and communication systems. In smart grid, the electricity suppliers can modify the customers’ electrical load consumption by employing appropriate scheduling schemes such as DR (demand response) programs. In this thesis, I consider the S. E. Hubs (smartenergy hubs) framework, in which the customers can use EMS (energy management system) to access to the electricity and natural gas prices data and wisely manage their daily energy consumption. I extend the existing DR programs to the IDR (integrated demand response) programs with the aim of modifying both electricity and natural gas consumption on the customer side. The interaction between S.E. hubs in the IDR program is formulated as a non-cooperative game in two scenarios. In the first one consumers are only experincing must-run loads and in the second one they have some shiftable loads too. In the latter one I consider utility function to model their behaviour correctly. The goal of the IDR game in the former scenario is to minimize the customers’ consumption cost and in the latter case it is considering both maximizing the natural gas and electricity utility companies’profit and also minimizing the customers’ consumption cost and their utility simultaneously. After running the IDR game in first scenario aggregated energy bill has been plunged around 28% and peak to average ratio (PAR) has been moderated for electrical grid. In the case of second scenario, it is shown that the proposed game model is an ordinal potential game with unique Nash equilibrium. Simulations are performed on an energy system with 6 S. E. Hubs, one electricity utility, and one natural gas utility companies. The results confirm that the IDR program can benefit both the customer side, by reducing the electricity and gas consumption cost, and the supplier side, by reducing the peak load demand in the electricity and natural gas load profiles. It is also shown that the proposed game reduces customer energy bill and electrical peak to average ratio (PAR) up to 34 % and 28 %, and simultaneously increasing the electricity and natural gas suppliers turnovers 36% and 12% respectively
  9. Keywords:
  10. Smart Energy Hub ; Smart Power Grid ; Game Theory ; Optimization ; Demand Response ; Integrated Demand Response

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • اهمیت و انگیزش
    • مرور مراجع
    • نوآوری و رساله
    • فصل‌های پیش رو
  • تعریف و مدل‌سازی سپهر انرژی، چارچوبی جدید برای رسیدن به الگوی بهینه‌تر مصرف
    • مزایای استفاده از چارچوب سپهر انرژی
    • مدل عمومی یک سپهر انرژی
      • سیستم تولید همزمان برق و حرارت
      • قرار دادن چیلر جذبی برای تبدیل انرژی حرارتی به سرمایشی
    • ساختار شبکه‌ی گاز
      • کیفیت گاز رسیده به مشترک نهایی
      • ایستگاه رگولاتور
      • شیرهای اتصال
      • ارتباط بین شبکه‌ی برق و گاز
    • معادلات پخش بار شبکه‌ی گاز
    • هوشمند سازی سپهر انرژی
      • شبکه‌ی ارتباطی داخل و بیرون سپهر انرژی
      • تعاریف پایه‌ای یک شبکه
      • استانداردهای سری IEEE802
      • پریزهای برق هوشمند برای شبکه‌ی داخل سپهر هوشمند انرژی
    • کنتورهای هوشمند و سیستم مدیریت انرژی
    • استفاده از رایانش ابری در شبکه‌ی ارتباطی بیرون سپهر انرژی
    • مدیریت سمت بار در گذر زمان، حرکت از روش‌های کلاسیک به سمت روش‌های نوین مدیریت بار در سپهر هوشمند انرژی
    • تعریف کلاسیک مدیریت از سمت بار در شبکه برق
      • اهداف مدیریت از سمت بار
    • روش‌های کلاسیک مدیریت از سمت بار
      • بهبود راندمان دستگاه‌های مصرف‌کننده
      • روش زمانِ استفاده
      • رزروگردان مجازی
      • روش پاسخگویی بار
    • روش پاسخ‌گویی بار تحولی در جهت هرچه پویاتر شدن مشترکین
      • تقسیم‌بندی انواع روش‌های پاسخگویی بار
      • فواید پاسخگویی بار در شبکه های برق
      • موانع پیش‌روی پاسخگویی بار در شبکه‌های برق
      • بررسی انواع دسته‌بندی بارهای الکتریکی در برنامه پاسخگویی بار
    • مفهوم مدیریت از سمت بار و پاسخگویی بار در شبکه گاز
      • مدیریت از سمت بار در شبکه گاز
      • مفهوم پاسخگویی باردر شبکه گاز از رویا تا واقعیت
    • پاسخگویی یکپارچه بار در سپهر هوشمند انرژی، روشی نوین در دستیابی به نقاط بهینه مصرف
      • پاسخگویی یکپارچه بار
  • مروری بر مفاهیم تئوری بازی
    • مقدمه
    • تعریف بازی‌ها در شکل نرمال
    • تحلیل نتایج بازی‌ها: از نقطه‌ی بهینه تا نقطه‌ی تعادل
      • قانون بهینگی پارتو
      • تعریف بهترین پاسخ و تعادل نش
      • مثال: محاسبه‌ی تعادل نش و نقطه‌ی پارتو برای یک بازی با دو بازیگر
    • معرفی کلاس‌های خاصی از بازی غیرهمکارانه
      • بازی پتانسیل
      • بازی استکلبرگ
    • بررسی وجود و یگانگی تعادل نش در بازی به شکل نرمال
      • شرایط وجود تعادل نش در یک بازیn-نفره
      • شرایط یکتایی تعادل نش در یک بازی n-نفره
  • رایانش ابری، روشی نوین برای ارتباط مخابراتی بین سپهرهای هوشند انرژی
    • مدل ارتباطی مشترکین با تآمین‌کنندگان انرژی
      • مدل ارتباط مستقیم هر مشترک با تامین‌کنندگان انرژی (Config. A)
      • مدل ازتباط کلیه مشترکین باهم و با تامین‌کنندگان انرژی (Config. B)
      • مدل رایانش ابری (Config. C)
    • پیاده‌سازی چارچوب رایانش ابری در سیستم مدیریت بار
    • بررسی تعداد پیام‌های مخابره شده در ساختار رایانش ابری
      • تعداد پیام‌های مبادله شده در ساختار رایانش ابری
      • بررسی هزینه اجرای الگوریتم در ساختار رایانش ابری و روش کلاسیک
  • پاسخگویی یکپارچه بار در سپهرهای هوشمند انرژی خود مختار بدون قابلیت جابجایی بار
    • مدل‌سازی سیستم در سناریوی عدم وجود بارهای قابل جابجایی
      • مدل قیمت حامل‌های انرژی
      • مدل مصرف‌کنندگان انرژی
    • تعریف بازی بین اجزای سیستم
      • اجزای بازی
      • وجود و یکتایی تعادل نش بازی
    • شبیه‌سازی و بررسی نتایج
      • بررسی قیمت برق و گاز
      • هزینه برق و گاز سپهر هوشمند انرژی
      • بررسی تغییرات نسبت پیک به متوسط بار مجموعه مصرف‌کنندگان
  • بهینه‌سازی عملکرد سپهرهای هوشمند خودمختار و قیمت‌ساز در حضور بارهای قابل جابجایی
    • مدل‌سازی مسئله
      • مدل تولیدکنندگان انرژی
      • مدل سپهر هوشمند انرژی در حالت قیمت‌ساز
    • تعریف بازی بین اجزای سیستم
      • اجزای بازی
      • تابع مطلوبیت برق و گاز
      • بررسی تعادل نش بازی
      • معرفی تابع پتانسیل بازی
      • الگوریتم پراکنده ابزاری برای حل مسئله
    • شبیه‌سازی و بررسی نتایج
      • تعریف کلی مسئله
      • معرفی پارامترهای سیستم
      • پروفایل بار
      • بررسی تغییرات توان الکتریکی ورودی به سپهر هوشمند انرژی
      • بررسی تغییرات میزان گاز طبیعی ورودی به سپهر هوشمند انرژی
      • بررسی توان خروجی الکتریکی سپهر هوشمند انرژی
      • بررسی توان خروجی حرارتی سپهر هوشمند انرژی
      • بررسی تغییرات نسبت پیک به متوسط بار مجموعه مصرف‌کنندگان
      • بررسی تغییرات ضریب توزیع در سپهر هوشمند انرژی
      • هزینه‌های جاری مشترکین بعد و قبل از پیاده‌سازی پاسخگویی یکپارچه بار
      • درآمد تامین‌کنندگان انرژی بعد و قبل از پیاده‌سازی پاسخگویی یکپارچه بار
      • بررسی تعادل نش بازی پاسخ‌گویی یکپارچه بار
      • زمان اجرای الگوریتم پراکنده برای برنامه یکپارچه پاسخگویی بار
  • جمع‌بندی و پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده
  • ضمایم
  • ضمیمه 1: اثبات وجود تعادل نش در یک بازی n-نفره مقعر
  • ضمیمه 2: بررسی یکتایی بازی n نفره مقعر
  • ضمیمه 3: بررسی الگوریتم پراکنده برای حل مسئله زیرفصل5‏.‏1
  • ضمیمه 4: اثبات کارکرد تابع پتانسیل معرفی شده
  • ضمیمه 5:اثبات محدب بودن تابع پتانسیل مطرح شده در فصل 6
  • ضمیمه 6:لیست مقالات ارائه شده
  • مراجع
...see more