A Methodology for Optimal Load Management and Aggregation Strategies in Grid-Interactive Building Clusters
Notice bibliographique
Résumé
The decentralization of energy markets, driven by electrification and renewable energy adoption, necessitates a shift from a “follow-the-supply” to a “follow-the-demand” model, requiring grid operators to digitalize and modernize infrastructure to better accommodate distributed energy production and balance demand. In this context, energy aggregators play a crucial role by enabling building clusters to function as unified entities, thereby optimizing interactions with day-ahead coordination and intra-day markets. This thesis investigates two key aspects of demand-side management: the role of energy aggregators in shaping residential load profiles and the development of optimal aggregation strategies. These aspects have been scarcely investigated, especially by exploiting measured data. To achieve these goals, a hierarchical control methodology is proposed for energy aggregators to coordinate individual homes within clusters. Leveraging data from smart thermostats and power meters, the methodology integrates predictive modelling and control strategies at a building cluster scale. To this aim, buildings are modelled as reduced-order grey-box networks, capturing thermal dynamics in a simplified yet accurate manner. Machine learning techniques are employed to support the creation of these data-driven models, ensuring robustness and adaptability. Advanced control techniques, such as the economic Model Predictive Control, evaluate energy flexibility by comparing performance to reference demand profiles, ensuring adherence to technical constraints while minimizing the economic expense. A Monte Carlo estimation technique is used to account for variability and heterogeneity within portfolios, facilitating probabilistic decision-making to address uncertainties and diverse operational conditions. Clustering techniques are then used to propose a flexibility-informed benchmarking procedure, supporting the creation of control archetypes and diverse strategies. The proposed methodology is validated through three case studies and measured dataset of varying populations and resolution: (1) the Experimental House for Building Energetics in Shawinigan, Quebec, a fully instrumented, unoccupied research house to test real implementation of demand-side management; (2) a virtual community of 30 houses in Trois-Rivières, Quebec, equipped with smart thermostats and sensors; and (3) a dataset of approximately 100,000 monitored homes provided by a North American thermostat company enables the creation of energy aggregation strategies and prediction of their aggregated impact on the grid. These case studies demonstrate the effectiveness of energy aggregators in optimizing household costs and support transactive power grid management. By addressing the dual objectives of cost minimization for customers and operational efficiency for grid operators, this research contributes to the design and implementation of energy aggregators as key enablers of the “follow-the-demand” energy paradigm. This thesis provides actionable insights into energy flexibility and portfolio management, paving the way for the scalable deployment of sustainable and efficient energy systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».