Agency services for the management of distributed energy networks using parallel auction markets

Resum

En las próximas décadas, el sistema de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica afrontará los retos más importantes de su historia. La escasez de los recursos energéticos tradicionales, los efectos de los gases invernadero y el aumento imparable ,de la demanda llaman a transitar hacia un nuevo tipo de infraestructura capaz de explotar el potencial que ofrecen las nuevas fuentes de energía renovable, y de conceder autonomía y capacidad de decisión a los usuarios. Este nuevo modelo de red eléctrica es conocido como Smart Grid, y es habitualmente propuesto como una red distribuida, reactiva e inteligente. Con el objeto de emprender una migración segura y gradual, inicialmente se trabaja enlla implementación de entornos acotados,de energía distribuida que reúnen muchas de las caracteriisticas del futuro Smart Grid, incluyendo la presencia de sistemas de gestión ¡inteligentes. En este ámbito especifico se centra el trabajo y las contribuciones de esta tesis. En concreto: • Desarrolla un modelo arquitectónico, denominado Servicios de Agencia, cuyo propósito es facilitar la adopción de los agentes inteligentes !como sistema de gestión en contextos distribuidos como las redes de energía distribuida y los grids computacionales. • Estudia el estado del arte de las soluciones algoritmicas que proponen a los agentes inteligentes como sistemas de gestión de entomos de energía distribuida. Se escoge el algoritmo más prometedor y completo para esta tarea, el cual se basa en la ejecución de mercados de subastas paralelas inversas. • Diseña e implementa una infraestructura de cosimulación basada en las herramientas GridLAB-D y Jade. Esta posibilita la evaluación de forma realista y estándar de sistemas de gestión de energía distribuida basados en agentes software. • Evalúa cualitativa y cuantitativamente el modelo arquitectónico Servicios de Agencia en un entamo estándar (basado en programas demanda-respuesta OpenADR) usando mercados de subastas paralelas como sistema de gestión. En este apartado, además de demostrar la viabilidad y las ventajas de la propuesta en un entorno realista, se descubre que, como sistema de gestión, las subastas paralelas pueden ser un mecanismo altamente ineficiente si las pujas de los compradores, debido a incentivos colectivos y particulares, quedan concentradas en un grupo reducido de subastas. • Diseña, implementa y evalúa el mecanismo HUDP, el cual, respetando derechos esenciales de los participantes y conservando la naturaleza competitiva de los mercados, logra redistribuir de forma uniforme la participación de los compradores entre las subastas dispomibles. Todo el trabajo de la tesis se desarrolla respetando los principios de la investigación reproducible. This thesis develops the Agency Services architectonic model that aims at facilitating, ina realistic manner, the implementation of agent-based and market-based management systems for distributed energy networks (DEN). The model is evaluated in the context of OpenADR programs using a novel co-simulation infrastructure and the most promising algorithm of;the state of the art, which is based on 'parallel auctions. To improve the efficacy andefficiency of parallel auctions as management system, a novel mechanism, called HUDP, is designed, implemented and evaluated obtaining promising results. The work is done respecting the prililciples of Reproducible Research.