In this research, the experiences and behaviors of end-users in a smart grid project are explored. In PowerMatching City, the leading Dutch smart grid project, 40 households were equipped with various decentralized energy sources (PV and microCHP), hybrid heat pumps, smart appliances, smart meters and an in-home display. Stabilization and optimization of the network was realized by trading energy on the market. To reduce peak loads on the smart grid, several types of demand side management were tested. Households received feedback on their energy use either based on costs, or on the percentage of consumed energy that had been produced locally. Furthermore, devices could be controlled automatically, smartly or manually to optimize the energy use of the households. Results from quantitative and qualitative research showed that: (1) feedback on costs reduction is valued most; (2) end-users preferred to consume self-produced energy (this may even be the case when, from a cost or sustainability perspective, it is not the most efficient strategy to follow); (3) automatic and smart control are most popular, but manually controlling appliances is more rewarding; (4) experiences and behaviors of end-users depended on trust between community members, and on trust in both technology (ICT infrastructure and connected appliances) and the participating parties.
DOCUMENT
Elke periode kent zijn eigen revolutie en elke revolutie brengt zijn eigen organisatorische model met zich mee. We bevinden ons nu in de 4e industri¨ele revolutie, waar het internet van dingen ons verbindt met autonome embedded systemen. Deze systemen zijn actief in de virtuele ’cyber’ wereld, alsook in de echte ’fysieke’ wereld om ons heen. Deze zogenoemde ’Cyber-Fysieke’ Systemen volgen daarmee een modern organisatorisch model, namelijk zelfmanagement, en zijn dan ook in staat zelf proactieve acties te ondernemen. Dit proefschrift belicht productiesystemen vanuit het Cyber-Fysieke perspectief. De productiesystemen zijn hier herconfigureerbaar, autonoom en zeer flexibel. Dit kan enkel worden bereikt door het ontwikkelen van nieuwe methodes en het toepassen van nieuwe technologie¨en die flexibiliteit verder bevorderen. Echter, effici¨entie is ook van belang, bijvoorbeeld door productassemblage zo flexibel te maken dat het daardoor kosteneffici¨ent is om de productie van diverse producten met een lage oplage, zogenaamde high-mix, low volume producten, te automatiseren. De mogelijkheid om zo flexibel te kunnen produceren moet bereikt worden door de creatie van nieuwe methoden en middelen, waarbij nieuwe technologie¨en worden gecombineerd; een belangrijk aspect hierbij is dat dit toepasbaar getest moet worden door gebruik van simulatoren en speciaal hiervoor ontwikkelde productiesystemen. Dit onderzoek zal beginnen met het introduceren van het concept achter de bijbehorende productiemethodologie, welke Grid Manufacturing is genoemd. Grid Manufacturing wordt uitgevoerd door autonome entiteiten (agenten) die zowel de productiesystemen zelf, als de producten representeren. Producten leven dan al in de virtuele cyber wereld voordat zij daadwerkelijk zijn gebouwd, en zijn zich bewust uit welke onderdelen zij gemaakt moeten worden. De producten communiceren en overleggen met de autonome herconfigureerbare productiesystemen, de zogenaamde equiplets. Deze equiplets leveren generieke diensten aan een grote diversiteit aan producten, die hierdoor op elk moment geproduceerd kunnen worden. Het onderzoek focust hierbij specifiek op de equiplets en de technische uitdagingen om dynamisch geautomatiseerde productie mogelijk te maken. Om Grid Manufacturing mogelijk te maken is er een set van technologische uitdagingen onderzocht. De achtergrond, onderzoeksaanpak en concepten zijn dan ook de eerste drie inleidende hoofdstukken. Daarna begint het onderzoek met Hoofdstuk 4 Object Awareness. Dit hoofdstuk beschrijft een dynamische manier waarop informatie uit verschillende autonome systemen gecombineerd wordt om objecten te herkennen, lokaliseren en daarmee te kunnen manipuleren. Hoofdstuk 5 Herconfiguratie beschrijft hoe producten communiceren met de equiplets en welke achterliggende systemen ervoor zorgen dat, ondanks | Dutch Summary 232 dat het product niet bekend is met de hardware van de equiplet, deze toch in staat is acties uit te voeren. Tevens beschrijft het hoofdstuk hoe de equiplets omgaan met verschillende hardwareconfiguraties en ondanks de aanpassingen zichzelf toch kunnen besturen. De equiplet kan dan ook aangepast worden zonder dat deze opnieuw geprogrammeerd hoeft te worden. In Hoofdstuk 6 Architectuur wordt vervolgens dieper ingegaan op de bovenliggende architectuur van de equiplets. Hier worden prestaties gecombineerd met flexibiliteit, waarvoor een hybride architectuur is ontwikkeld die het grid van equiplets controleert door het gebruik van twee platformen: Multi-Agent System (MAS) en Robot Operating System (ROS). Nadat de architectuur is vastgesteld, wordt er in Hoofdstuk 7 onderzocht hoe deze veilig ingezet kan worden. Hierbij wordt een controlesysteem ingevoerd dat het systeemgedrag bepaalt, waarmee het gedrag van de equiplets transparant wordt gemaakt. Tevens zal een simulatie met input van de sensoren uit de fysieke wereld ’live’ controleren of alle bewegingen veilig uitgevoerd kunnen worden. Nadat de basisfunctionaliteit van het Grid nu compleet is, wordt in Hoofdstuk 8 Validatie en Utilisatie gekeken naar hoe Grid Manufacturing gebruikt kan worden en welke nieuwe mogelijkheden deze kan opleveren. Zo wordt er besproken hoe zowel een hi¨erarchische als een heterarchische aanpak, waar alle systemen gelijk zijn, gebruikt kan worden. Daarnaast laat het hoofdstuk o.a. aan de hand van enkele voorbeelden en simulaties zien welke effecten herconfiguratie kan hebben, en welke voordelen deze aanpak zoal kan bieden.. Het proefschrift laat zien hoe met technische middelen geautomatiseerde flexibiliteit mogelijk wordt gemaakt. Hoewel het gehele concept nog volwassen zal moeten worden, worden er enkele aspecten getoond die op de korte termijn toepasbaar zijn in de industrie. Enkele voorbeelden hiervan zijn: (1) het combineren van gegevens uit diverse (autonome) bronnen voor 6D-lokalisatie; (2) een data-gedreven systeem, de zogeheten hardware-abstractielaag, die herconfigureerbare systemen controleert en de mogelijkheid biedt om deze productiesystemen aan te passen zonder deze te hoeven herprogrammeren; en (3) het gebruik van Cyber-Fysieke systemen om de veiligheid te verhogen.
MULTIFILE
Battery energy storage (BES) can provide many grid services, such as power flow management to reduce distribution grid overloading. It is desirable to minimise BES storage capacities to reduce investment costs. However, it is not always clear how battery sizing is affected by battery siting and power flow simultaneity (PFS). This paper describes a method to compare the battery capacity required to provide grid services for different battery siting configurations and variable PFSs. The method was implemented by modelling a standard test grid with artificial power flow patterns and different battery siting configurations. The storage capacity of each configuration was minimised to determine how these variables affect the minimum storage capacity required to maintain power flows below a given threshold. In this case, a battery located at the transformer required 10–20% more capacity than a battery located centrally on the grid, or several batteries distributed throughout the grid, depending on PFS. The differences in capacity requirements were largely attributed to the ability of a BES configuration to mitigate network losses. The method presented in this paper can be used to compare BES capacity requirements for different battery siting configurations, power flow patterns, grid services, and grid characteristics.
DOCUMENT
As electric loads in residential areas increase as a result of developments in the areas of electric vehicles, heat pumps and solar panels, among others, it is becoming increasingly likely that problems will develop in the electricity distribution grid. This research will analyse different solutions to such problems to determine Using a model developed as part of this project, we will simulate various cases to determine under which circumstances load balancing at a community-level is more (cost) effective than alternative solutions (e.g. grid reinforcement and/or household batteries).
AANLEIDING In het RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ heeft De Haagse Hogeschool, specifiek de opleiding Elektrotechniek, ervaren dat de opkomst van het onderwerp ‘Gelijkspanning’ (ook wel DC) in het beroepenveld sterk samenhangt met ontwikkelingen in het vakgebied van ‘Vermogenselektronica’ of ‘Power Eletronics’. Het beroepenveld vraagt steeds vaker om steeds meer kennis op dit vakgebied, in het kader van bijvoorbeeld de energietransitie, Smart Grids, Internet-of-Things etc. Om deze kennis op een goed gestructureerde wijze over te dragen aan studenten, moeten er een aantal belemmeringen worden weggewerkt. Een van deze belemmeringen is de beperkte beschikbaarheid van kennis; het vakgebied is relatief nieuw en nog sterk in ontwikkeling. Binnen De Haagse Hogeschool is door de opleiding Elektrotechniek (met kennis van de nog weg te werken belemmeringen) de bewuste keuze gemaakt om zich binnen Nederland te willen profileren met het onderwerp ‘Gelijkspanning’. Vanuit het eerdere RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ werden hiertoe een eerste vak en practicum ontwikkeld: Vermogenselektronica 1. Hierin worden beginselen van DC-DC omvormers behandeld. DC-DC omvormers zorgen voor het transformeren van DC-spanningen, om energie bij hoge spanningen en dus lage verliezen te kunnen transporteren. Vanaf het huidige collegejaar (2015-2016) is ook een tweede vak op dit gebied toegevoegd aan het curriculum: Vermogenselektronica 2: hierin worden DC-AC omvormers op hoofdlijnen behandeld. Deze omvormers zorgen ervoor dat veel gebruikte types motoren aangedreven kunnen worden met gelijkspanning. Deze hoofdlijnen staan in de ogen van het beroepenveld nog (te) ver af van toepassingen waarmee zij werken. Daarbij moet gedacht worden aan bijvoorbeeld elektrische mobiliteit (specifieke types motoren), verlichting (DC-DC), distributietechnieken (DC-DC op hogere vermogens) of slimme netten (integratie van energietechniek, communicatietechnologie en regeltechniek / embedded systems). DOELSTELLING Het doel van het project is het opstellen van een implementatiewijze ter verdere invulling van de onderwerpen ‘Gelijkspanning’ en ‘Vermogenselektronica’ in het curriculum van de opleiding Elektrotechniek voor de teamleider van Elektrotechniek van De Haagse Hogeschool om de gewenste profilering te kunnen realiseren. ACTIVITEITEN Vanuit de curriculum commissie van de opleiding Elektrotechniek wordt opdracht gegeven aan een apart team om het implementatievoorstel voor te bereiden. Hierin werken twee docent/onderzoekers samen met de teamleider en enkele extern specialisten. In vijf opeenvolgende stappen wordt op een top-down manier gewerkt aan 1. Formuleren competenties voor DC 2. Hoofdstromen curriculum inrichten 3. Uitwerken vakinhoudelijke gebieden Elektrotechniek (‘leeg vel papier’) 4. Koppelen opzet aan bezetting en kennis in het team en bij partners 5. Voorbereiden besluitvorming RESULTAAT Op deze wijze wordt een heldere visie ontwikkeld op het benodigde onderwijs om het onderwerp gelijkspanning gestructureerd aan te kunnen bieden. Daarbij gaat het om vakinhoudelijke kennis in vakken, met bijbehorende practica en projecten. Om deze kennis goed aan te bieden wordt nadrukkelijk ook de samenwerking met andere kennisinstellingen (zoals Zuyd Hogeschool en de TU-Delft) gezocht.
The integration of renewable energy resources, controllable devices and energy storage into electricity distribution grids requires Decentralized Energy Management to ensure a stable distribution process. This demands the full integration of information and communication technology into the control of distribution grids. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) is used to communicate measurements and commands between individual components and the control server. In the future this control is especially needed at medium voltage and probably also at the low voltage. This leads to an increased connectivity and thereby makes the system more vulnerable to cyber-attacks. According to the research agenda NCSRA III, the energy domain is becoming a prime target for cyber-attacks, e.g., abusing control protocol vulnerabilities. Detection of such attacks in SCADA networks is challenging when only relying on existing network Intrusion Detection Systems (IDSs). Although these systems were designed specifically for SCADA, they do not necessarily detect malicious control commands sent in legitimate format. However, analyzing each command in the context of the physical system has the potential to reveal certain inconsistencies. We propose to use dedicated intrusion detection mechanisms, which are fundamentally different from existing techniques used in the Internet. Up to now distribution grids are monitored and controlled centrally, whereby measurements are taken at field stations and send to the control room, which then issues commands back to actuators. In future smart grids, communication with and remote control of field stations is required. Attackers, who gain access to the corresponding communication links to substations can intercept and even exchange commands, which would not be detected by central security mechanisms. We argue that centralized SCADA systems should be enhanced by a distributed intrusion-detection approach to meet the new security challenges. Recently, as a first step a process-aware monitoring approach has been proposed as an additional layer that can be applied directly at Remote Terminal Units (RTUs). However, this allows purely local consistency checks. Instead, we propose a distributed and integrated approach for process-aware monitoring, which includes knowledge about the grid topology and measurements from neighboring RTUs to detect malicious incoming commands. The proposed approach requires a near real-time model of the relevant physical process, direct and secure communication between adjacent RTUs, and synchronized sensor measurements in trustable real-time, labeled with accurate global time-stamps. We investigate, to which extend the grid topology can be integrated into the IDS, while maintaining near real-time performance. Based on topology information and efficient solving of power flow equation we aim to detect e.g. non-consistent voltage drops or the occurrence of over/under-voltage and -current. By this, centrally requested switching commands and transformer tap change commands can be checked on consistency and safety based on the current state of the physical system. The developed concepts are not only relevant to increase the security of the distribution grids but are also crucial to deal with future developments like e.g. the safe integration of microgrids in the distribution networks or the operation of decentralized heat or biogas networks.
