An innovative approach to demand side energy management within smart grids : conceptual design and experimental validation

The objective of this project is to develop solutions to improve energy efficiency in electric grids. The basic approach adopted in this research is based on a new concept in the Smart Grid, namely Demand/Response Optimization, which enables the implementation of the autonomous demand side energy management for a big variety of consumers, ranging from homes to buildings, factories, commercial centers, campuses, military bases, and even microgrids. After the introductory chapter, the Second Chapter presents the Italian electricity market asset, and the main innovations operated toward its liberalization. The Third Chpter presents the topic of the Smart Grid and assesses the state of the art with respect to the scopes of the project. Afterward, we introduce an architecture for autonomous demand side load management composed of three main layers, of which two, online scheduling and minimumcost scheduling, are fully addressed, while the third layer, Demand/Response, is left as future extension. Such architecture takes advantage of time-scale separation of energy consumption. It is scalable and flexible. The second part of this project is focused on the implementation of the proposed architecture and in giving the proof of concept through case study simulations and experimental results, which are presented in Chapter Five and Six respectively.

Lo scopo di questa ricerca `e proporre una serie di strumenti per la gestione efficiente dell’energia a diversi livelli della Smart Grid, dal livello domestico al livello distrettuale. L’idea di patenza e’ consistita nell’adattare tecniche di gestione dei processi in sistemi informatici real-time al contesto della gestione del consumo elettrico. Successivamente, constatando che le richieste energetiche hanno dinamiche temporali diverse le une dalle altre, si `e arrivati a progettare un’architettura a livelli per il controllo della domanda energetica a lato consumatore (DSM, Demand Side energy Management), in modo che ogni livello ottimizzi operazioni su orizzonti temporali differenti e con algoritmi diversi. La gestione ottimizzata dei carichi elettrici viene vista in questo contesto non solo come come mezzo per l’integrazione della generazione distribuita da fonti rinnovabili, ma anche per l’aumento della stabilit`a della rete e per una effettiva e completa liberalizzazione del mercato energetico. Questo capitolo presenta un breve excursus sulla tesi in lingua italiana, ed `e seguito da un capitolo simile in lingua francese. Si tenga conto che l’esposizione in dettaglio di tutto il lavoro svolto ed i risultati ottenuti `e fornita nella sezione in lingua inglese.