Smart Grids

Inteligentní sítě (anglicky Smart grid) jsou silové elektrické a komunikační sítě, které umožňují regulovat výrobu a spotřebu elektrické energie v reálném čase, jak v místním, tak v globálním měřítku. Jejím principem je interaktivní obousměrná komunikace mezi výrobními zdroji a spotřebiči nebo spotřebiteli o aktuálních možnostech výroby a spotřeby energie.

Jedním ze základních problémů v oblasti Smart grids je balancování výroby a spotřeby elektrické energie. Ve dvacátém století byla výroba elektřiny koncentrovaná v síti velkých elektráren (zejména uhelných, jaderných či vodních) a tyto zdroje byly navrženy tak, aby byly schopny regulovat svoji produkci podle aktuální spotřeby. V poslední době nastal prudký rozvoj obnovitelných zdrojů (především slunečních a větrných), které nejenže nejsou schopny regulovat svoji výrobu podle potřeby, ale navíc množství vyrobené elektrické energie je značně proměnlivé v čase a dopředu se velmi špatně odhaduje. Proto dochází k vývoji elektrických baterií a spotřebičů, které jsou schopny plánovat svoji spotřebu energie podle možností sítě. Efektivní využití těchto zařízení vyžaduje pokročilé algoritmy, které jsou schopny dopředu odhadnout množství vyrobené a spotřebované energie, naplánovat jednotlivá zařízení podle jejich možností a pružně reagovat na změny v reálném čase.

Základní informace

  • Název: Úvod do inteligentních energetických sítí
  • Kód: NOPT056
  • Rozvrh
  • Rozsah, examinace: 2/0 Zk
  • Předmět bude vyučován v českém nebo anglickém jazyce podle zájmu studentů.
  • Výuka bude probíhat v zimním semestru 2018/19.

Cíle předmětu

Cílem předmětu je seznámit studenty se současnými problémy v energetice, s matematickým modelováním jednotlivých problémů a optimalizačními algoritmy používanými k jejich řešení.

Obsah předmětu

  • Úvod: seznámení se se současnými problémy v energetice
  • Matematické modelování: výroba a spotřeba energie v distribučních sítích
  • Predikce dat: statistické metody, neuronové sítě
  • Plánování: optimalizační metody založené na lineáním a konvexním programování a evolučním programování
  • Teorie her, aukční mechanismy a obchodování s energií na burzách
  • Termodynamika a vytápění budov
  • Elektrotechnika a modelování přenosových sítí
Přesná náplň bude záviset na počtu studentů, jejich znalostech, zkušenostech a zájmu.

Předpoklady

Základy matematického modelování a optimalizace (například Optimalizační metody).

Literatura

  • Çengel, Yunus A., and Michael A. Boles. "6-7." Thermodynamics: An Engineering Approach. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. 299. Print.
  • Y. A. Çengel and A. J. Ghajar. Heat and mass transfer: fundamentals and applications. McGraw-Hill, 2011.
  • Beale R. and Jackson T.: Neural Computing: An Introduction, IOP Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990
  • Mitchell, M.: Introduction to genetic algorithms. MIT Press, 1996.
  • W. Saad, Z. Han, H. V. Poor and T. Basar, "Game-Theoretic Methods for the Smart Grid: An Overview of Microgrid Systems, Demand-Side Management, and Smart Grid Communications," in IEEE Signal Processing Magazine, vol. 29, no. 5, pp. 86-105, Sept. 2012.
  • K. Dvijotham, P. Van Hentenryck, M. Chertkov, M. Vuffray, S. Misra, Graphical Models for Optimal Power Flow, Proceedings of 22nd International Conference on Principles and Practice of Constraint Programming (CP 2016).

Smart Grids

A smart grid is a modernized electrical grid that uses analog or digital information and communications technology to gather and act on information in an automated fashion to improve the efficiency, reliability, economics, and sustainability of the production and distribution of electricity.

One the main problems in Smart Grids is balancing energy production and consumption. In 20th century, the production of electricity was concentrated in a group of large power stations (mainly coal, nuclear or water) and these sources were designed to be able to control their output according to demands. However in recent years, the production from renewable energy sources (especially solar and wind) have been significantly increasing. These sources cannot be easily controlled and furthermore, their future output is hard to estimate. Therefore, devices and batteries are being developed to be able to plan their consumption according to the availability of the electricity network. Efficient usage of these devices requires advanced algorithms that can estimate production and consumption of energy, schedule each devices according to their possibilities and dynamically react on every event in real time.

Basic information

  • Name: Introduction to Smart Grids
  • Teacher: Jiří Fink
  • Code: NOPT056
  • Hours per week, examination: 1/1 Zk/Z
  • The course will in the winter semester 2018/19

Goals

Aim of the course is introducting students to the recent problems in modern energy systems, mathematic modelling and optimization methods used to control electrical devices.

Syllabus

  • Introduction: Discussion of recent problems in the area of Smart Grids which we will study during the semester
  • Mathematical modelling: Production and consumption of energy in distribution networks
  • Data prediction: Statistical methods, neural networks
  • Planning: Optimization methods based on linear and convex programming and evolutionary programming
  • Game theory, auction methods, Power Exchange
  • Thermodynamics and house heating
  • Electrical engineering and modelling of transmission networks

Entry requirements

Basic knowledge of mathematical modelling and optimization, e.g. Optimization metods