Energy and resources management in Micro Grid environments

Althought Micro Grid technologies are still in the experimental phase, the potential improvement of efficiency robustness and flexibility is significant. The energy waste and the load swing can be greatly reduced, nonetheless an automated system that properly manages the resources is required to fully develop the potential of the available resources. On purpose, an energy management system approach, based on Mixed Integer Linear Programming technique has been investigated, implemented and proposed. The dissertation covers the theoretical aspects of the problem, such as the MILP management approach, the model of a Micro Grid for two of the most common scenarios, and the algorithms that support the management system. The experimentations have shown the effectiveness of the approach in terms of management efficiency and robustness. To improve the management, the modelling of the behaviour of a real life photovoltaic power plant has been deemed necessary . By taking into account the effect of partial shading, the actual performance of a plant can be evaluated and thus the accuracy of the forecast of solar energy production can be improved. Additionally, to feed the state of the system back to the manager, an algorithm that monitors the activity of each appliance within the system through the analysis of the aggregated energy consumption has been investigated. To support the management activity, also, a scheduling algorithm aimed at ultra low power devices has been proposed and implemented, as a mean to develop sensor devices powered by renewable energy supply. This type of sensor can be effectively used in automated meter reading systems to provide the manager with the information relating water and gas consumption. Furthermore, a leakage detection algorithm has been developed and investigated to differentiate actual consumption from resource waste.

Nonostante le tecnologie Micro Grid siano ancora in fase sperimentale, il potenziale miglioramento di efficienza robustezza e flessibilità è significativo. Lo spreco di energia e le fluttuazioni del carico possono essere notevolmente ridotte, ciononostante un sistema automatico che gestisca correttamente le risorse risulta necessario per sviluppare completamente il potenziale delle risorse disponibili. Al riguardo, un approccio alla gestione dell’energia, basato su tecniche Mixed Integer Linear Programming è stato esaminato, implementato e proposto. La dissertazione copre gli aspetti teorici del problema, quali le tecniche di gestione MILP, il modello di Micro Grid per due degli scenari più comuni, e gli algoritmi a supporto del sistema di gestione. Le sperimentazioni hanno evidenziato l’efficacia del metodo in termini di efficienza e robustezza. Per migliorare la gestione, si è ritenuto necessario modellare il comportamento di un impianto fotovoltaico reale. Prendendo in considerazione l’effetto dell’ombreggiamento parziale, le performance dell’impianto possono essere valutate, e l’accuratezza nella predizione della produzione di energia solare migliorata. Inoltre, per fornire al gestore lo stato del sistema, un algoritmo capace di monitorare l’attività di ciascun carico a partire dall’analisi del consumo aggregato di energia è stato esaminato. A supporto dell’attività di gestione, inoltre, è stato implementato un algoritmo di schedulazione per dispositivi a consumo ridotto, per lo sviluppo di dispositivi sensore alimentati da fonti rinnovabili impiegabili nei sistemi di lettura automatica dei contatori, così da fornire al manager le informazioni relative al consumo di acqua e gas. A complemento, un algoritmo per l’identificazione delle perdite, per distinguere il consumo effettivo dallo spreco di risorse, è stato investigato.