dc.contributor.advisor | Bordons Alba, Carlos | es |
dc.contributor.advisor | Ridao Carlini, Miguel Ángel | es |
dc.creator | Báez González, Pablo | es |
dc.date.accessioned | 2020-10-20T11:41:45Z | |
dc.date.available | 2020-10-20T11:41:45Z | |
dc.date.issued | 2020-07-08 | |
dc.identifier.citation | Báez González, P. (2020). An Integrated Framework for Modelling and Control of eP2P Interactions based on Model Predictive Control. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/102070 | |
dc.description.abstract | The energy paradigm is undergoing substantial changes in recent years. In terms of
production, it is observable how distributed generation, with an ever-increasing
contribution from renewable sources, is displacing large concentrated generation plants.
But the fundamental change is not so much about energy supply as about diluting the
historical roles of producers and consumers to give way to the concept of prosumers.
That is, instead of just being energy consumers, households and industries also become
producers. In principle, the purpose of this production, which is inherently distributed,
is self-consumption. However, when there is a surplus of production, prosumers can
choose between storing the excess, if they have an energy storage system, or sell the
unused fraction of energy.
An obvious type of prosumers are those industries that have renewable generation
facilities and which, as a consequence of their production process, generate by-products
that can be used for cogeneration. In this case an obvious problem for the company is
to select at all times the power sources that minimize the cost of production, which is
known as Optimal Power Dispatch (OPD). If, in addition, the energy consumption time
profile of the manufacturing process (per unit of raw material introduced) is known, it
is also possible to make an optimal production schedule to minimize energy cost, which
is called Optimal Power Scheduling (OPS). Chapter 3 presents an Economic Model
Predictive Controller (EMPC) that simultaneously performs OPD and OPS using an
olive mill as an example.
The emergence of the role of energy prosumers makes it necessary to extend, improve
or replace the traditional mechanisms of energy exchange. This thesis includes novel
approaches for modelling the behaviour of prosumers. It also proposes new structures to
facilitate energy trading, always from the perspective of the peerification of the energy
paradigm. Thus, another line of research studies the establishment of peer-to-peer
(P2P) markets for the exchange of energy between heterogeneous prosumers (homes,
vehicles, intelligent buildings, etc.). The efficiency of markets based on both discrete
double auctions (DDAs) and continuous double auctions (CDAs) is compared. An
Energy Management System (EMS) is also introduced including market agent software
that allows the necessary tasks for participation in the auctions to be carried out automatically (determination of private valuation, role selection and price adaptation).
Chapter 4, Chapter 5 and Chapter 6 present some examples of such exchange markets
stablished between different types of prosumers: i) energy market for electric vehicles
that coincide parked in a large workplace, ii) power market for households within the
same neighbourhood and iii) integrated energy and power markets for heterogeneous
energy entities.
The evolution of aforementioned mechanisms and the appearance of new market
models must be accompanied by the development of control techniques that optimise
and automate all the processes related to energy saving and trading, by a group of
increasingly heterogeneous prosumers. This thesis deals with how different variants of
predictive controllers can contribute to this last aspect. For industries with cogeneration
capacity, the EMPC contributes to the optimal scheduling of production to maximise
the return from energy reuse, either through self-consumption or through the trading of
surpluses. The use of stochastic predictive control is proposed in order to maximise the
expected return on the participation of prosumers, whatever their type, in continuous
markets where the price of energy may undergo stochastic variations. | es |
dc.description.abstract | El paradigma energético está experimentando cambios sustanciales en los últimos
años. En cuanto a la producción, se observa cómo la generación distribuida,
con un aporte cada vez mayor de fuentes renovables, está desplazando a las grandes
plantas de generación concentrada. Pero el cambio fundamental no consiste tanto
en el suministro de energía como en la dilución de la clasificación tradicional entre
productores y consumidores para dar paso al concepto de prosumidores. Es decir,
en lugar de ser simplemente consumidores de energía, los hogares y las industrias
también se convierten en productores. En principio, el objetivo de esta producción,
que es intrínsecamente distribuida, es el autoconsumo. Sin embargo, cuando hay un
excedente de producción, los prosumidores pueden elegir entre almacenar el excedente,
si tienen un sistema de almacenamiento de energía, o vender la fracción no utilizada de
la energía.
Un tipo obvio de prosumidores son aquellas industrias que cuentan con instalaciones
de generación renovable y que, como consecuencia de su proceso de producción,
generan subproductos que pueden ser utilizados para la cogeneración. En este caso, un
problema obvio para la empresa es seleccionar en todo momento las fuentes de energía
que minimizan el coste de producción, lo que se conoce como Optimal Power Dispatch
(OPD). Si, además, se conoce el perfil temporal de consumo de energía asociado al
proceso de fabricación (por unidad de materia prima introducida), también es posible
realizar un programa de producción óptimo para minimizar el coste de la energía, lo cual
se denomina Optimal Power Scheduling (OPS). El capítulo 3 presenta un Controlador
Predictivo Económico basado en Modelo (EMPC) que realiza simultáneamente OPD y
OPS utilizando como caso de estudio una almazara olivarera.
La aparición de la figura de los prosumidores energéticos hace necesario ampliar,
mejorar o sustituir los mecanismos tradicionales de intercambio energético. Esta tesis
incluye enfoques novedosos para modelar el comportamiento de los prosumidores.
También propone nuevas estructuras para facilitar el comercio de energía, siempre
desde la perspectiva de la peerificación del paradigma energético. Así, otra línea
de investigación estudia el establecimiento de mercados peer-to-peer (P2P) para el
intercambio de energía entre prosumidores heterogéneos (viviendas, vehículos, edificios inteligentes, etc.). Se compara la eficiencia de los mercados basados tanto en subastas
dobles discretas (Discrete Double Auction - DDA) como en subastas dobles continuas
(Continuous Double Auctions - CDA). También se introduce un Sistema de Gestión
Energética (Energy Management System - EMS) que incluye un software de agente
de mercado que permite que las tareas necesarias para la participación en las subastas
(determinación de la valoración privada, selección de roles y adaptación de precios)
se lleven a cabo automáticamente. Los capítulos 4, 5 y 6 presentan algunos ejemplos
de estos mercados de intercambio establecidos entre diferentes tipos de prosumidores:
i) mercado de energía para vehículos eléctricos que coinciden aparcados en un gran
lugar de trabajo, ii) mercado de energía para hogares dentro de un mismo barrio y iii)
mercados integrados de energía y electricidad para entidades energéticas heterogéneas.
La evolución de los mecanismos mencionados y la aparición de nuevos modelos de
mercado deben ir acompañados del desarrollo de técnicas de control que optimicen y
automaticen todos los procesos relacionados con el ahorro y la comercialización de la
energía, por parte de un conjunto de prosumidores cada vez más heterogéneos. Esta
tesis trata de cómo las diferentes variantes de los controladores predictivos pueden
contribuir a este último aspecto. Para las industrias con capacidad de cogeneración,
el EMPC contribuye a la programación óptima de la producción para maximizar
el rendimiento de la reutilización de la energía, ya sea a través del autoconsumo o
de la comercialización de excedentes. Por otro lado, se propone el uso del control
predictivo estocástico para maximizar el rendimiento esperado de la participación de
los prosumidores, cualquiera que sea su tipo, en mercados P2P donde el precio de la
energía está sujeto a incertidumbres. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 160 p. | es |
dc.language.iso | eng | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | An Integrated Framework for Modelling and Control of eP2P Interactions based on Model Predictive Control | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dcterms.identifier | https://ror.org/03yxnpp24 | |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática | es |
dc.publication.endPage | 135 | es |