Demand response (DR) has been widely documented as a potential solution for severalchallenges the electrical power system is facing, such as the integration of intermittentrenewable electricity generation and maintaining system reliability undera rapid, global electrification. While l ots of r esearch has been done i nto differentmarket designs and tariffing methods, less work is available on the implications ofdemand response on power grid operation, especially for the low voltage side. Thepurpose of this thesis is to estimate the impact of a demand response program on thepower losses in the low-voltage distribution network.The thesis will also contributeto the, currently limited, knowledge base on practical implementation of demandresponse by evaluating the outcome of a real-life DR pilot project. This pilot is partof smart cities development project ’Stockholm Royal Seaport’ (SRS) in the east ofStockholm.The study compared the consumption behaviour of around 400 reference consumerswith a group of 154 DR enabled apartments, that are provided with an hourly varyingelectricity tariff. The goal was to evaluate what percentage of daily consumptionis being shifted from peak to off-peak hours by the active consumers in responseto the price signal, using hourly metering data collected between the 1st of Januaryand the 22nd of March 2017. During this period, grid measurements were also collectedfrom the SRS smart grid and used to estimate the technical power losses inthe low-voltage distribution network. By combining the daily load shift of the DRconsumers and the observed daily power loss fraction in the grid, an estimation wasmade of the impact of the demand response on the grid losses. A simulation modelwas also proposed, and used to simulate the effect of load shift on losses in a givengrid situation.It was found that the DR apartments overall exhibit a load shift of 2.8% of dailyelectricity consumption towards peak hours, and have a lower average load factor(0.57 versus 0.62 for the reference group). This could either mean that the pricesignal does not sufficiently manage to change load behaviour, or that the referencegroup was not representative. However, a strong variation in average load shift wasobserved amongst the individual DR apartments, ranging from -16% (shift towardspeak hours) to 7%. Especially the most electricity consuming apartments showedpositive load shifts. No direct influence of the load shift on the level of grid losseswas found. This could be due to a too small amount of DR consumers in the grid orconfounding factors such as variations in power factor and load size. To circumventthis problem, the simulation model was used to calculate loss reductions for severalpossible reference consumer groups and their possible reactions to a price signal. Itwas found that in the SRS project, the potential for loss reductions is limited becausethe reference group are already ’good’ consumers. The maximum loss reductionwould be around 4%. For grids with severe peak consumption however, optimalloss reductions from load shifting up to 25% were found.The key take-away is that, while the technical potential for loss reduction is considerablein grids with strong peak loads, more research is needed to identify incentivesthat effectively manage to make households change their consumption behaviour.More work should also be done to find methods that can correctly evaluate loadshifts. / Efterfrågeflexibilitet (DR) har i stor utsträckning setts som en möjlig lösning för flerautmaningar som elsystemet står inför, till exempel integration av intermittent förnybarelproduktion och för att upprätthålla tillförlitligheten i elsystem under en snabb, globalelektrifiering. Medan mycket forskning har gjorts i olika marknadslösningar ochtariffsystem är mindre arbete tillgängligt om konsekvenserna av efterfrågeflexibilitetpå elnätet, speciellt för lågspänningssidan. Syftet med detta examensarbete är attuppskatta inverkan av ett efterfrågeflexibilitetprogram på förluster ilågspänningsdistributionsnätet. Rapporten kommer också att bidra till den förnärvarande begränsade kunskapsbasen om praktisk genomförande avefterfrågeflexibilitet genom att utvärdera resultatet av ett verkligt DR-pilotprojekt.Denna pilot är en del av ett utvecklingsprojekt för smarta städer "Stockholm RoyalSeaport" (SRS) i östra delen av Stockholm.Studien jämförde konsumtionsbeteendet hos cirka 400 referenskonsumenter med engrupp av 154 DR-aktiverade lägenheter, som är försedda med ett varierande timprisför el. Målet var att utvärdera vilken procentandel av daglig förbrukning de aktivakonsumenterna flyttar från höglasttimmar till låglasttimmar som svar på prissignalen.Studien är baserad på timmätningsdata samlad mellan den 1:a januari och den 22:amars 2017. Under denna period samlades också mätdata från elnätet in och dessa datahar använts för att uppskatta de tekniska förlusterna i lågspänningsdistributionsnätet.Genom att kombinera den dagliga lastförflyttningen av DR konsumenterna och denobserverade dagliga effektförlustfraktionen i nätet gjordes en uppskattning av effektenav efterfrågeflexibilitetet på nätförlusterna. En simuleringsmodell föreslogs också, ochanvändes för att simulera effekten av lastförflyttning på förluster i en given situationför nätet.Det konstaterades att DR-lägenheterna totalt sett uppvisar en lastförflyttning på 2,8 %av det dagliga elförbrukning mot höglasttimmar, och har en lägre genomsnittliglastfaktor (0,57 mot 0,62 för referensgruppen). Detta kan antingen betyda attprissignalen inte lyckas tillräckligt med att ändra förbrukningsbeteende eller attreferensgruppen inte var representativ. En stark variation i genomsnitt lastförflyttninghar emellertid observerats bland de enskilda DR-lägenheterna, från -16 % (flyttningtill höglasttimmar) till 7%. Speciellt de mest elförbrukande lägenheterna visadepositiva lastförflyttningar. Inget direkt inflytande av lastflyttning på nätförlusternahittades. Detta kan bero på en för liten mängd DR-konsumenter i nätet eller andrafaktorer som variationer i effektfaktor och belastningsstorlek. För att kringgå dettaproblem användes simuleringsmodellen för att beräkna förlustreduktioner för fleramöjliga referenskonsumentgrupper och deras eventuella reaktioner på en prissignal.Det konstaterades att potentialen för förlustreduktioner är begränsad i SRS-projekteteftersom referensgruppen är redan "bra" konsumenter. Den maximalaförlustreduktionen skulle vara omkring 4 %. För nät med hög topplast hittadesoptimala förlustreduktioner från lastförflyttning upp till 25 %. Den viktigasteslutsatsen är att medan den tekniska potentialen för förlustreduktion är stor i nät medhög topplast så krävs det mer forskning för att identifiera incitament som effektivtlyckas få hushållen att förändra sitt konsumtionsbeteende. Mer arbete bör också görasför att hitta metoder som korrekt kan utvärdera lastförflyttningar.

The electric power industry and society are facing the challenges and opportunities of transforming the present power grid into a smart grid. To meet these challenges, new types of control systems are connected over IT infrastructures. While this is done to meet highly set economical and environmental goals, it also introduces new sources of uncertainty in the control loops. In this thesis, we consider control design taking some of these uncertainties into account. In Part I of the thesis, some economical and environmental concerns in smart grids are taken into account, and a scheduling framework for static loads (e.g., smart appliances in residential areas) and dynamic loads (e.g., energy storage systems) in the distribution level is investigated. A robust formulation is proposed taking the user behavior uncertainty into account, so that the optimal scheduling cost is less sensitive to unpredictable changes in user preferences. In addition, a novel distributed algorithm for the studied scheduling framework is proposed, which aims at minimizing the aggregated electricity cost of a network of apartments sharing an energy storage system. We point out that the proposed scheduling framework is applicable to various uncertainty sources, storage technologies, and programmable electrical loads. In Part II of the thesis, we study smart grid uncertainty resulting from possible security threats. Smart grids are one of the most complex cyber-physical systems considered, and are vulnerable to various cyber and physical attacks. The attack scenarios consider cyber adversaries that may corrupt a few measurements and reference signals, which may degrade the system’s reliability and even destabilize the voltage magnitudes. In addition, a practical attack-resilient framework for networked control systems is proposed. This framework includes security information analytics to detect attacks and a resiliency policy to improve the performance of the system running under the attack. Stability and optimal performance of the networked control system under attack and by applying the proposed framework, is proved here. The framework has been applied to an energy management system and its efficiency is demonstrated on a critical attack scenario. / <p>QC 20160830</p>