Methodological and Technological Support for the Coordination of Smart Networks of SMEs

Part 2: Behaviour and Coordination

Smart demand side management of low-voltage distribution networks using multi-objective decision making

A novel intelligent online demand side management system is proposed for peak load management in low-voltage distribution networks. This method uses low-cost controllers with low-bandwidth two-way communication installed in custumers’ premises and at distribution transformers to manage the peak load while maximising customer satisfaction. A multi-objective decision making process is proposed to select the load(s) to be delayed or controlled. The efficacy of the proposed control system is verified by simulation of three different feeder types.

Smart coordination of energy storage units (ESUs) for voltage and loading management in distribution networks

This paper proposes a distributed control approach to coordinate multiple energy storage units (ESUs) to avoid violation of voltage and thermal constraints, which are some of the main power quality challenges for future distribution networks. ESUs usually are connected to a network through voltage source converters. In this paper, both ESU converters active and reactive power are used to deal with the above mentioned power quality issues. ESUs' reactive power is proposed to be used for voltage support, while the active power is to be utilized in managing network loading. Two typical distribution networks are used to apply the proposed method, and the simulated results are illustrated in this paper to show the effectiveness of this approach.

On-line Demand Management of Low Voltage Residential Distribution Networks in Smart Grids

A novel intelligent online demand management system is discussed in this chapter for peak load management in low voltage residential distribution networks based on the smart grid concept. The discussed system also regulates the network voltage, balances the power in three phases and coordinates the energy storage within the network. This method uses low cost controllers, with two-way communication interfaces, installed in costumers’ premises and at distribution transformers to manage the peak load while maximizing customer satisfaction. A multi-objective decision making process is proposed to select the load(s) to be delayed or controlled. The efficacy of the proposed control system is verified by a MATLAB-based simulation which includes detailed modeling of residential loads and the network.

Using smart people to form future mobile wireless networks

The concept of a body-to-body network, where smart communicating devices carried or worn by a person are used to form a wireless network with devices situated on other nearby persons. New innovations in this area will see the form factor of smart devices being modified, so that they may be worn on the human body or integrated into clothing, in the process creating a new generation of smart people. Applications of body-to-body networking will extend well beyond the support of cellular and Wi-Fi networks. They will also be used in short-range covert military applications, first responder applications, team sports and used to interconnect body area networks (BAN). Security will be a major issue as routing between multiple nodes will increase the risk of unauthorized access and compromise sensitive data. This will add complexity to the medium access layer (MAC) and network management. Antennas designed to operate in body centric communications systems may be broadly categorized as on- or off-body radiators, according to their radiation pattern characteristics when mounted on the human body.

Context-Aware Body Area Networks (CABAN) for interactive smart environments:Interference characterization

Body Area Networks are unique in that the large-scale mobility of users allows the network itself to travel across a diverse range of operating domains or even to enter new and unknown environments. This network mobility is unlike node mobility in that sensed changes in inter-network interference level may be used to identify opportunities for intelligent inter-networking, for example, by merging or splitting from other networks, thus providing an extra degree of freedom. This paper introduces the concept of context-aware bodynets for interactive environments using inter-network interference sensing. New ideas are explored at both the physical and link layers with an investigation based on a 'smart' office environment. A series of carefully controlled measurements of the mesh interconnectivity both within and between an ambulatory body area network and a stationary desk-based network were performed using 2.45 GHz nodes. Received signal strength and carrier to interference ratio time series for selected node to node links are presented. The results provide an insight into the potential interference between the mobile and static networks and highlight the possibility for automatic identification of network merging and splitting opportunities. © 2010 ACM.

Smart electricity networks based on large integration of renewable sources and distributed generation

Das Grünbuch 2006 der Europäischen Kommission "Eine Europäische Strategie für nachhaltige, wettbewerbsfähige und sichere Energie" unterstreicht, dass Europa in ein neues Energie-Zeitalter eingetreten ist. Die vorrangigen Ziele europäischer Energiepolitik müssen Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Versorgungssicherheit sein, wobei sie eine zusammenhängende und logische Menge von Taktiken und Maßnahmen benötigt, um diese Ziele zu erreichen. Die Strommärkte und Verbundnetze Europas bilden das Kernstück unseres Energiesystems und müssen sich weiterentwickeln, um den neuen Anforderungen zu entsprechen. Die europäischen Stromnetze haben die lebenswichtigen Verbindungen zwischen Stromproduzenten und Verbrauchern mit großem Erfolg seit vielen Jahrzehnten gesichert. Die grundlegende Struktur dieser Netze ist entwickelt worden, um die Bedürfnisse großer, überwiegend auf Kohle aufgebauten Herstellungstechnologien zu befriedigen, die sich entfernt von den Verbraucherzentren befinden. Die Energieprobleme, denen Europa jetzt gegenübersteht, ändern die Stromerzeugungslandschaft in zwei Gesichtspunkten: die Notwendigkeit für saubere Kraftwerkstechnologien verbunden mit erheblich verbesserten Wirkungsgraden auf der Verbraucherseite wird es Kunden ermöglichen, mit den Netzen viel interaktiver zu arbeiten; andererseits müssen die zukünftigen europaweiten Stromnetze allen Verbrauchern eine höchst zuverlässige, preiswerte Energiezufuhr bereitstellen, wobei sowohl die Nutzung von großen zentralisierten Kraftwerken als auch kleineren lokalen Energiequellen überall in Europa ausgeschöpft werden müssen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Informationen, die in dieser Arbeit dargestellt werden, auf aktuellen Fragen mit großem Einfluss auf die gegenwärtigen technischen und wirtschaftspolitischen Diskussionen basieren. Der Autor hat während der letzten Jahre viele der hier vorgestellten Schlussfolgerungen und Empfehlungen mit Vertretern der Kraftwerksindustrie, Betreibern von Stromnetzen und Versorgungsbetrieben, Forschungsgremien und den Regulierungsstellen diskutiert. Die folgenden Absätze fassen die Hauptergebnisse zusammen: Diese Arbeit definiert das neue Konzept, das auf mehr verbraucherorientierten Netzen basiert, und untersucht die Notwendigkeiten sowie die Vorteile und die Hindernisse für den Übergang auf ein mögliches neues Modell für Europa: die intelligenten Stromnetze basierend auf starker Integration erneuerbarer Quellen und lokalen Kleinkraftwerken. Das neue Modell wird als eine grundlegende Änderung dargestellt, die sich deutlich auf Netzentwurf und -steuerung auswirken wird. Sie fordert ein europäisches Stromnetz mit den folgenden Merkmalen: – Flexibel: es erfüllt die Bedürfnisse der Kunden, indem es auf Änderungen und neue Forderungen eingehen kann – Zugänglich: es gestattet den Verbindungszugang aller Netzbenutzer besonders für erneuerbare Energiequellen und lokale Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad sowie ohne oder mit niedrigen Kohlendioxidemissionen – Zuverlässig: es verbessert und garantiert die Sicherheit und Qualität der Versorgung mit den Forderungen des digitalen Zeitalters mit Reaktionsmöglichkeiten gegen Gefahren und Unsicherheiten – Wirtschaftlich: es garantiert höchste Wirtschaftlichkeit durch Innovation, effizientes Energiemanagement und liefert „gleiche Ausgangsbedingungen“ für Wettbewerb und Regulierung. Es beinhaltet die neuesten Technologien, um Erfolg zu gewährleisten, während es die Flexibilität behält, sich an weitere Entwicklungen anzupassen und fordert daher ein zuversichtliches Programm für Forschung, Entwicklung und Demonstration, das einen Kurs im Hinblick auf ein Stromversorgungsnetz entwirft, welches die Bedürfnisse der Zukunft Europas befriedigt: – Netztechnologien, die die Stromübertragung verbessern und Energieverluste verringern, werden die Effizienz der Versorgung erhöhen, während neue Leistungselektronik die Versorgungsqualität verbessern wird. Es wird ein Werkzeugkasten erprobter technischer Lösungen geschaffen werden, der schnell und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, so dass bestehende Netze Stromeinleitungen von allen Energieressourcen aufnehmen können. – Fortschritte bei Simulationsprogrammen wird die Einführung innovativer Technologien in die praktische Anwendung zum Vorteil sowohl der Kunden als auch der Versorger stark unterstützen. Sie werden das erfolgreiche Anpassen neuer und alter Ausführungen der Netzkomponenten gewährleisten, um die Funktion von Automatisierungs- und Regelungsanordnungen zu garantieren. – Harmonisierung der ordnungspolitischen und kommerziellen Rahmen in Europa, um grenzüberschreitenden Handel von sowohl Energie als auch Netzdienstleistungen zu erleichtern; damit muss eine Vielzahl von Einsatzsituationen gewährleistet werden. Gemeinsame technische Normen und Protokolle müssen eingeführt werden, um offenen Zugang zu gewährleisten und den Einsatz der Ausrüstung eines jeden Herstellers zu ermöglichen. – Entwicklungen in Nachrichtentechnik, Mess- und Handelssystemen werden auf allen Ebenen neue Möglichkeiten eröffnen, auf Grund von Signalen des Marktes frühzeitig technische und kommerzielle Wirkungsgrade zu verbessern. Es wird Unternehmen ermöglichen, innovative Dienstvereinbarungen zu benutzen, um ihre Effizienz zu verbessern und ihre Angebote an Kunden zu vergrößern. Schließlich muss betont werden, dass für einen erfolgreichen Übergang zu einem zukünftigen nachhaltigen Energiesystem alle relevanten Beteiligten involviert werden müssen.

Rheological and thermal behaviour of poly(N-isopropylacrylamide)/alginate smart polymeric networks

Interpenetrating polymeric networks based on sodium alginate and poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) covalently crosslinked with N,N′-methylenebisacrylamide have been investigated using rheology, thermogravimetry, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction measurements and scanning electron microscopy (SEM). An improved elastic response of the samples with a higher PNIPAAm content and increased amount of crosslinking agent was found. The temperature-responsive behaviour of the hydrogel samples was evidenced by viscoelastic measurements performed at various temperatures. It is shown that the properties of these gels can be tuned according to composition, amount of crosslinking agent and temperature changes. X-ray scattering analysis revealed that the hydrophobic groups are locally segregated even in the swollen state whilst cryo-SEM showed the highly heterogeneous nature of the gels.