Innovative paradigms and architecture for future distribution electricity networks supporting the energy transition

par José Luis Horta

Thèse de doctorat en Informatique et réseaux

Sous la direction de Daniel Kofman.

Le président du jury était Gérard Memmi.

Le jury était composé de Ana Bušić, David Menga.

Les rapporteurs étaient Georg Carle, Georges Kariniotakis.

  • Titre traduit

    Paradigmes et architectures innovantes pour l'avenir des réseaux électriques de distribution soutenant la transition énergétique


  • Résumé

    Les futurs réseaux de distribution d’électricité devront héberger une part importante et croissante de sources d’énergies renouvelables intermittentes. De plus, ils devront faire face à une part croissante de véhicules électriques. Ces tendances induisent le besoin de nouveaux paradigmes et architectures d’exploitation du réseau de distribution, afin de fiabiliser les réseaux et d'assurer la qualité de fourniture d’électricité. Dans cette thèse nous proposons une nouvelle architecture capable de favoriser la collaboration entre les acteurs du marché de gros, les gestionnaires de réseau de distribution et les clients finaux, afin de tirer parti des ressources énergétiques distribuées tout en prenant en compte les contraintes des réseaux de distribution. L’architecture est conçue pour fournir des services innovants de gestion de la demande résidentielle, dans le cadre de l'autoconsommation individuelle et collective (à l'échelle d'un quartier). La thèse apporte trois contributions principales. D'abord, sur la base de l'internet des objets et de la technologie blockchain, la thèse fournit les éléments de base pour les futures architectures de gestion de l'énergie au niveau du réseau de distribution. Ensuite, en focalisant sur les services rendus par de telles architectures, nous proposons un marché intra-journalier au pas horaire pour l'échange local de l'énergie renouvelable entre maisons, associé à un mécanisme d'allocation dynamique des phases afin d'améliorer la qualité de fourniture. Finalement, nous proposons un mécanisme de contrôle en temps réel pour l'ajustement des transactions du marché vers des échanges finaux d'électricité qui respectent les restrictions posées par le gestionnaire du réseau électrique.


  • Résumé

    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. 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.


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