Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

<p>U ovom radu su istraživane semantičke veb tehnologije i njihova<br />primena u elektroenergetskim sistemima. Analizirani su CIM<br />standardi usvojeni od strane IEC-a (61970-501 i 61970-552) i njihova<br />ograničenja, razmatrana postojeća CIM metodologija zasnovana na<br />ovim standardima i dati predlozi za unapređenje ove metodologije<br />u skladu sa tekućim dostignućima u polju semantičkih veb<br />tehnologija. Istovremeno je razmatrana modularnost veb aplikacija<br />baziranih na CIM modelu podataka sa stanovišta semantičkog veba i<br />dat predlog modularne arhitekture veb aplikacija koja se oslanja na<br />CIM semantiku.</p> / <p>This paper explores the semantic web technologies and their application<br />in power systems. It also analyzes CIM standards adopted by IEC (61970-<br />501 and 61970-552) and their limitations, assesses the existing CIM<br />methodology based on these standards and provides suggestions for<br />improving this methodology in accordance with the current achievements<br />in the field of semantic web technologies. At the same time, the modularity<br />of web applications based on the CIM data model was considered from the<br />semantic web standpoint and the proposal of a modular web application<br />architecture based on the CIM semantics was given.</p>

Submitted by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-13T19:10:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Clustering-DrivenEquipament.pdf: 3943251 bytes, checksum: d4f4bb67f5ccb99e089a085eb18d8222 (MD5) / Approved for entry into archive by Kelren Mota (kelrenlima@ufpa.br) on 2018-06-13T19:12:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Clustering-DrivenEquipament.pdf: 3943251 bytes, checksum: d4f4bb67f5ccb99e089a085eb18d8222 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-13T19:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Clustering-DrivenEquipament.pdf: 3943251 bytes, checksum: d4f4bb67f5ccb99e089a085eb18d8222 (MD5) Previous issue date: 2018-03-16 / Os modernos sistemas elétricos de potência, conhecidos como smart grids, contam com vários avanços, sendo um deles a introdução de comunicação bidirecional. Em alguns casos, os dados trocados na rede s~ao de importância crítica. As transmissões de dados devem atender aos limites de atraso específicos estabelecidos pelas agências reguladoras para que o smart grid funcione corretamente. O cumprimento desses padrões permite o uso de novas aplicações de monitoramento, controle e proteção do sistema, que resultam em um sistema elétrico mais e ciente, estável e ecológico. Esta tese apresenta uma metodologia para análise e planejamento de redes de comunicação sem o para smart grid que usa um algoritmo de clusterização para determinar as posições ideais dos pontos de acesso e gateways da rede a serem instalados. Depois, calcula o atraso para cada dispositivo eletrônico inteligente que atua como o assinante da rede. Desta forma, uma análise pode ser feita para obter a qualidade de serviço almejada para uma determinada con figuração de rede específica em um cenário específico co. Os resultados obtidos no estudo de caso realizado mostram, que é possível alcançar uma topologia de rede, que satisfaça os requisitos de atraso máximo de 100% dos seus assinantes, usando WiMAX ou uma combinação de Wi-Fi e WiMAX. Além disso, a tese explora um modo de comunicação restrito que pode suspender temporariamente as transferências de dados não críticos. Na maioria das con figurações de cenário, o modo restrito entrega todos os dados dentro do prazo máximo. A implementação do software do modelo proposto é disponibilizada publicamente sob licença open-source, para que qualquer pessoa, incluindo pesquisadores, ou empresas privadas e públicas, possa aproveitá-lo. O modelo apresentado nesta dissertação é customizável, permitindo o uso de outras tecnologias e ser usado com outras redes, inclusive para cenários que não são relacionados ao smart grid. / The modern power grids, known as smart grids, rely on various advancements, one of them being the introduction of bi-directional communication. In some cases, data exchanged in the network is of critical importance. The data transmissions need to meet speci c delay limits set by the regulatory agencies in order for the smart grid to function properly. Meeting these standards allows the use of new applications of monitoring, control and system protection, resulting in a more e cient, stable and environment-friendly system. This thesis presents a methodology for analysis and planning of wireless communication networks for smart grid, which uses a clustering algorithm to determine the optimal positions of the routers and gateways of the network to be installed. After, it calculates the delay for each Intelligent Eletronic Device that is a network subscriber. This way, an analysis can be made to obtain the Quality of Service requested for a speci c network setup in a speci c scenario. The results obtained in the performed case study show that it is possible to achieve a network topology that satis es the maximum delay requirements of 100% of its subscribers, using WiMAX or a combination of Wi-Fi and WiMAX. Also, the thesis explores a restricted communication mode that can temporarily suspend the transferences of non-critical data. In most scenario con gurations, the restricted mode delivers all the data within the maximum delay. The software implementation of the proposed model is made publicly available under open-source license, so that anyone, including researchers, or private and public companies, can take advantage of it. The model presented in this thesis is customizable, allowing the use of other technologies and be used with other networks, including scenarios that are not related to smart grid.

In the thesis we have shown that it is possible with current technology, to buildneighborhoods that are largely self-sufficient. We have obtained some information aboutongoing work in the field of energy efficient buildings and active house which we have usedto develop a model. The feasibility study for Ranagård we have e.g been forced tofollow laws on groundwater covered, resulting in the construction of basements for singlefamilyhome is not possible. The model that we have built up overtime has been the central part of the work. The model illustrates very well what an activehouse neighborhood means and potential of such an area. Important to note here is the resultwe finally arrived at only can be applied for Ranagård in Halmstad municipality as theconditions vary so much at the local/municipal level.

Os smart grids representam a nova geração dos sistemas elétricos de potência, combinando avanços em computação, sistemas de comunicação, processos distribuídos e inteligência artificial para prover novas funcionalidades quanto ao acompanhamento em tempo real da demanda e do consumo de energia elétrica, gerenciamento em larga escala de geradores distribuídos, entre outras, a partir de um sistema de controle distribuído sobre a rede elétrica. Esta estrutura modifica profundamente a maneira como se realiza o planejamento e a operação de sistemas elétricos nos dias de hoje, em especial os de distribuição, e há interessantes possibilidades de pesquisa e desenvolvimento possibilitada pela busca da implementação destas funcionalidades. Com esse cenário em vista, o presente trabalho utiliza uma abordagem baseada no uso de sistemas multiagentes para simular esse tipo de sistema de distribuição de energia elétrica, considerando opções de controle distintas. A utilização da tecnologia de sistemas multiagentes para a simulação é baseada na conceituação de smart grids como um sistema distribuído, algo também realizado nesse trabalho. Para validar a proposta, foram simuladas três funcionalidades esperadas dessas redes elétricas: classificação de cargas não-lineares; gerenciamento de perfil de tensão; e reconfiguração topológica com a finalidade de reduzir as perdas elétricas. Todas as modelagens e desenvolvimentos destes estudos estão aqui relatados. Por fim, o trabalho se propõe a identificar os sistemas multiagentes como uma tecnologia a ser empregada tanto para a pesquisa, quanto para implementação dessas redes elétricas. / The smart grids represent a new generation of electric power systems, combining advances in computing, communication, distributed systems, and artificial intelligence, to provide new features to the power systems as the real-time demand monitoring and real-time energy consumption monitoring, large-scale managing of distributed generators, among others. It is possible by the existence of a distributed control system on the grid. This structure modifies the way it conducts the planning and operation of electrical systems currently, especially in the distribution level, and there are interesting possibilities for research and development made possible by the need for implementation of these features. With this scenario in mind, this thesis uses an approach based on multi-agent systems to simulate this new power distribution system, considering different control options. The use of multi-agent systems technology for smart grid simulation is based on the concept of smart grid as a distributed system - this conceptualization is realized in this work too. In order to validate this proposal, three features expected of these grids were simulated: the classification of non-linear loads; the voltage profile management; and the topological reconfiguration in order to reduce electrical losses. All modeling and developments of these studies are reported here. Finally, the study aims to identify the multi-agent systems as a technology to be utilized both for research and for implementing these grids.

O presente trabalho visa propor uma metodologia para desenvolvimento e aplicação de um inovador emulador de redes elétricas inteligentes (REIs) para testes sistêmicos de funcionalidades de Smart Grids envolvendo dispositivos inteligentes (hardware) e sistemas de tecnologia da informação (software) em ambiente laboratorial. Além de dar uma dimensão da importância dos laboratórios de redes elétricas inteligentes para a pesquisa do tema, o levantamento bibliográfico apresentado neste trabalho permite concluir que as pesquisas envolvendo hardware-in-the-loop (HIL) tendem a concentrar suas análises nos equipamentos de hardware testados, como dispositivos de medição, equipamentos de potência (inversores de frequência e outros), dispositivos de controle e seus algoritmos e não em estudos que envolvam análises mais sistêmicas e interações dos dispositivos com sistemas de TI normalmente presentes nos Centros de Operação da Distribuição (COD), os quais cumprem papéis cada vez mais importantes nas funcionalidades de Redes Inteligentes. A metodologia proposta parte da premissa de que um ambiente para testes de funcionalidades de Smart Grids deve permitir análises sistêmicas, não apenas focadas nos dispositivos de controle de uma porção particular da rede ou sistemas de automação específicos, mas devem envolver a maior porção de rede possível e necessária para a correta representação das redes elétricas inteligentes. Neste sentido, a metodologia define e caracteriza os principais módulos e etapas de desenvolvimento de um emulador de redes elétricas inteligentes, ao mesmo tempo em que propõe soluções para os desafios de integração destes módulos, aplicando conceitos de hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), e simulação com sincronização orientada a evento, além de propor soluções com simulação de sistemas de potência em regime permanente e hardware de baixo custo que permitiram o desenvolvimento do emulador de redes em laboratório de Smart Grid. As principais características do emulador de REIs desenvolvido e implementado no laboratório de Smart Grid, conforme a metodologia proposta, também são descritas neste trabalho. Por fim, são apresentados os casos teste, mais especificamente provas de conceito, envolvendo redes de teste IEEE/PES e redes reais das concessionárias do grupo EDP, financiador do projeto de implantação do laboratório no âmbito do Programa de P&D ANEEL, os quais serviram de base para a avaliação do desempenho do emulador e discussões finais sobre as contribuições da metodologia de desenvolvimento proposta neste trabalho. / This work aims to proposing a methodology for the development and application of an innovative Smart Grid emulator for systemic testing of Smart Grids functionalities involving intelligent devices and information technology systems in a laboratory environment. Besides demonstrating the importance of the Smart Grid for the subject research, the literature review clarifies that the research involving hardware-in-the-loop (HIL) tends to concentrate its analyses in the equipment under test, such as power devices, control devices and their algorithms. Instead, it should consider systemic studies involving the interaction of these devices with Operation Centre IT systems, so relevant to the Smart Grid functionalities. The proposed methodology is based on the premise that an environment for testing Smart Grids functionalities should allow systemic analysis instead of focusing only on control devices of a specific area or specific automation systems. Instead, it should involve a more detailed representation of the network that is necessary for the correct representation of the Smart Grid. In this direction, the methodology defines and characterizes the development stages and main modules of a Smart Grid emulator and proposes solutions for integration issues. It applies concepts of hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), simulation with event-driven synchronization, besides steady-state power simulation and low-cost hardware solutions that enabled the development of the Power grid emulator at a Smart Grid laboratory. The main features of the Smart Grid emulator developed and implemented at the Smart Grid laboratory, according to the proposed methodology, are also described in this work. Finally, the description of the Smart Grid laboratory, test cases and proofs of concepts involving IEEE/PES test feeders and real networks of the EDP utility, sponsor of the project for laboratory implementation under the ANEEL R&D Program, are presented to prove the Emulator performance and to discuss the contribution of the methodology herein proposed.

Energy consumption in the form of fuel or electricity is ubiquitous globally. Among energy types, electricity is crucial to human life in terms of cooking, warming and cooling of shelters, powering of electronic devices as well as commercial and industrial operations. Therefore, effective prediction of future electricity consumption cannot be underestimated. Notably, repeated imbalance is noticed between the demand and supply of electricity, and this is affected by different weather profiles such as temperature, wind speed, dew point, humidity and pressure of the electricity consumption locations. Effective planning is therefore needed to aid electricity distribution among consumers. Such effective planning is activated by the need to predict future electricity consumption within a short period and the effect of weather variables on the predictions. Although state-of-the-art techniques have been used for such predictions, they still require improvement for the purpose of reducing significant predictive errors when used for short-term load forecasting. This research develops and deploys a near-zero cooperative probabilistic scenario analysis and decision tree (PSA-DT) model to address the lacuna of significant predictive error faced by the state-of-the-art models and to analyse the effect of each weather profile on the cooperative model. The PSA-DT is a machine learning model based on a probabilistic technique in view of the uncertain nature of electricity consumption, complemented by a DT to reinforce the collaboration of the two techniques. Based on detailed experimental analytics on residential, commercial and industrial data loads, the PSA-DT model with weather profiles outperforms the state-of-the-art models in terms of accuracy to a minimal error rate. This implies that its deployment for electricity demand planning will be of great benefit to various smart-grid operators and homes. / School of Computing / M. Sc. (Computer Science)

O presente trabalho visa propor uma metodologia para desenvolvimento e aplicação de um inovador emulador de redes elétricas inteligentes (REIs) para testes sistêmicos de funcionalidades de Smart Grids envolvendo dispositivos inteligentes (hardware) e sistemas de tecnologia da informação (software) em ambiente laboratorial. Além de dar uma dimensão da importância dos laboratórios de redes elétricas inteligentes para a pesquisa do tema, o levantamento bibliográfico apresentado neste trabalho permite concluir que as pesquisas envolvendo hardware-in-the-loop (HIL) tendem a concentrar suas análises nos equipamentos de hardware testados, como dispositivos de medição, equipamentos de potência (inversores de frequência e outros), dispositivos de controle e seus algoritmos e não em estudos que envolvam análises mais sistêmicas e interações dos dispositivos com sistemas de TI normalmente presentes nos Centros de Operação da Distribuição (COD), os quais cumprem papéis cada vez mais importantes nas funcionalidades de Redes Inteligentes. A metodologia proposta parte da premissa de que um ambiente para testes de funcionalidades de Smart Grids deve permitir análises sistêmicas, não apenas focadas nos dispositivos de controle de uma porção particular da rede ou sistemas de automação específicos, mas devem envolver a maior porção de rede possível e necessária para a correta representação das redes elétricas inteligentes. Neste sentido, a metodologia define e caracteriza os principais módulos e etapas de desenvolvimento de um emulador de redes elétricas inteligentes, ao mesmo tempo em que propõe soluções para os desafios de integração destes módulos, aplicando conceitos de hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), e simulação com sincronização orientada a evento, além de propor soluções com simulação de sistemas de potência em regime permanente e hardware de baixo custo que permitiram o desenvolvimento do emulador de redes em laboratório de Smart Grid. As principais características do emulador de REIs desenvolvido e implementado no laboratório de Smart Grid, conforme a metodologia proposta, também são descritas neste trabalho. Por fim, são apresentados os casos teste, mais especificamente provas de conceito, envolvendo redes de teste IEEE/PES e redes reais das concessionárias do grupo EDP, financiador do projeto de implantação do laboratório no âmbito do Programa de P&D ANEEL, os quais serviram de base para a avaliação do desempenho do emulador e discussões finais sobre as contribuições da metodologia de desenvolvimento proposta neste trabalho. / This work aims to proposing a methodology for the development and application of an innovative Smart Grid emulator for systemic testing of Smart Grids functionalities involving intelligent devices and information technology systems in a laboratory environment. Besides demonstrating the importance of the Smart Grid for the subject research, the literature review clarifies that the research involving hardware-in-the-loop (HIL) tends to concentrate its analyses in the equipment under test, such as power devices, control devices and their algorithms. Instead, it should consider systemic studies involving the interaction of these devices with Operation Centre IT systems, so relevant to the Smart Grid functionalities. The proposed methodology is based on the premise that an environment for testing Smart Grids functionalities should allow systemic analysis instead of focusing only on control devices of a specific area or specific automation systems. Instead, it should involve a more detailed representation of the network that is necessary for the correct representation of the Smart Grid. In this direction, the methodology defines and characterizes the development stages and main modules of a Smart Grid emulator and proposes solutions for integration issues. It applies concepts of hardware-in-the-loop, software-in-the-loop (SIL), simulation with event-driven synchronization, besides steady-state power simulation and low-cost hardware solutions that enabled the development of the Power grid emulator at a Smart Grid laboratory. The main features of the Smart Grid emulator developed and implemented at the Smart Grid laboratory, according to the proposed methodology, are also described in this work. Finally, the description of the Smart Grid laboratory, test cases and proofs of concepts involving IEEE/PES test feeders and real networks of the EDP utility, sponsor of the project for laboratory implementation under the ANEEL R&D Program, are presented to prove the Emulator performance and to discuss the contribution of the methodology herein proposed.

<p>Sve češćom upotrebom cloud okruženja dolazi do potrebe da se postojeća softverska rešenja migriraju. Metodologija za migraciju na cloud postoji više, gde se u finalnim fazama planiraju modifikacije nad arhitekturom softvera tako da se iskoriste prednosti cloud sistema. Za ekonomsku efikasnost usled uštede resursa je neophodna višeorganizacijska osobina. Svrha ovog istraživanja je da pojasni višeorganizacijsko svojstvo i da predloži rešenje za migraciju postojećih softvera na višeorganizacijski SaaS ali sa što manje neophodnih modifikacija ciljnog softvera. S toga je predloženo rešenje platforma koja omogućuje lakšu migraciju. Nakon faze istraživanja i sagledavanja domena pametnih elektroenergetskih mreža, kreiran je prototip predloženog rešenja kao i niz eksperimenata u skladu sa definisanim naučnim pitanjima. Eksperimenti su izvršeni u privatnom cloud okruženju. Hipoteze su adresirane kroz viziju primene rešenja na NDMS (Napredni distributivni menadžment sistem) u slučaju šest organizacija, a doneti su sledeći zaključci: višeorganizacijskim modelom se ostvaruju uštede u resursima od 32%, za tri reda veličine veća visoka dostupnost, ali uz usporenja do 20 milisekundi po svakom servisnom zahtevu. Takođe, aplikativni model učesnika modernih PaaS usluga nije primeren gde je sinhronizam zahtevan, niti u slučajevima gde se očekuju odgovori nad skupom učesnika u realnom vremenu. Istraživanje ukazuje na mogućnost primene višeorganizacijskog modela čak i u slučaju kompleksnih rešenja kakva se sreću u domenu pametnih elektroenergetskih mreža, a akademskom validacijom potvrđuju način implementacije važnog finalnog koraka u procesu migracije softvera na cloud bazirani SaaS.</p> / <p>Progressive cloud adoption requires migration of existing software solutions. Today, many cloud adoption methodologies exist. Usually, the final phase in cloud adoption include software architecture modifications to make the most of the benefits of cloud computing, like multi-tenancy which enables economic efficiency. The aim of this research is to explain the multi-tenancy and to provide a solution for migration of existing software to multi-tenant SaaS while modifying the target software as little as possible. Therefore, the research proposes a platform that enables easier cloud adoption. After the research phase focused on a smart grid domain, the prototype was created with experiments targeting formulated research questions. The experiments were conducted in a private cloud environment. Research hypotheses were analyzed using hypothetical multi-tenant ADMS (Advanced Distribution Management System) in case of six tenants, with the following conclusions: multi-tenancy saves 32% of resources, it provides three orders of magnitude higher availability, but affects performances by introducing a delay of up to 20 milliseconds per service request. Also, reliable actors programing model used in modern PaaS services is not suitable in use cases with needs for synchronous behavior, nor in in use cases where querying a set of actors is needed in real time. The research demonstrates feasibility of applying multi-tenancy even in cases of complex software solutions like the ones in the smart grid domain. The proposed solution is academically validated and it can be used as a final important step in migration of existing software to cloud based multi-tenant SaaS.</p>

Abstract The global energy system is undergoing a slow but massive change, initiated by environmental concerns but it is increasingly driven also by the zero-marginal cost of renewable energy. This change includes an increase in the effort to make the electric power system the main transport path for energy in the future. A massive research and development effort has henceforth been put into modernizing the electricity grid towards a so-called Smart Grid, by combining the power grid with communication networks and automation, as well as modernized market systems and structures. This work contributes to this process by introducing two unique models. The first provides a tool for better understanding the impact of combined infrastructure networks with a simple yet complex model of a combined energy, communication and decision model. The second model provides a detailed agent-based environment of an electricity market, supporting various independent entities inside the market, as well as a high time resolution and the often-neglected aspect of coupled market stages. That is, all mis-predictions of the first market stage (day-ahead) have to be settled at the second (balancing) stage. Both models are then used to assess the problem of demand side management, in which the traditional practice of power production being adjusted to the demand is at least partially dropped and flexibility in the demand is used to match the supply – as such technologies are deemed crucial to integrate the unsteady supply from renewable resources, like wind and solar power. We find that complicated scaling effects can be found even in the simplified model, hinting at insufficient consideration of the complexities involved in the real world. We then go to show such unfavorable scaling effects also exist in the current market environment as modeled in our second model. Finally, we show how to circumvent these problems within the current environment as well as introduce a framework to analyze cyber-physical systems and better handle their complexity. / Tiivistelmä Globaali energiajärjestelmä on hitaan, mutta massiivisen muutoksen edessä. Tämän muutostarpeen on käynnistänyt ympäristöämme koskevat huolet, mutta lisääntyvässä määrin tähän vaikuttaa nykyään uusiutuvan energian marginaalikustannusten nollataso. Tähän muutokseen liittyy selkeä sähköverkkojen roolin korostuminen, ja pyrkimyksenä näyttää olevan muutos, jossa sähköverkot siirtävät suurimman osan käyttämästämme energiasta. Tämän seurauksena on käynnistetty merkittäviä tutkimus-ja tuotekehityspanostuksia, joiden tavoitteena on nykyaikaistaa sähköverkot älysähköverkoiksi. Älysähköverkoissa yhdistyvät sähköverkkoon integroidut tietoliikenneverkot ja automaatio sekä modernit sähkömarkkinajärjestelmät ja -rakenteet. Tämä työ tuottaa lisää ymmärrystä uudistumisprosessiin tuottamalla kaksi uutta malliratkaisua. Ensimmäisessä mallissa kehitetään työkalu, jonka avulla pystytään paremmin ymmärtämään toisiinsa yhdistettyjen infrastruktuuriverkkojen toimintaa yksinkertaisella, mutta kompleksisella mallilla, jossa energia- ja tietoliikenneverkot sekä tarvittava päätöksenteko yhdistetään. Toinen malli tuottaa yksityiskohtaisen agenttipohjaisen ympäristön sähkömarkkinasta. Malli tukee erilaisten itsenäisten sähkömarkkinaosapuolten mallintamista korkealla aikaresoluutiolla ja erityisesti usein huomiotta jätettyjen toisiinsa kytkeytyvien eri markkinavaiheiden mallintamista. Malli antaa eväitä vastata kysymykseen, miten ensimmäisessä markkinavaiheessa (vuorokausimarkkina) syntyvä ero tuotannon ja kulutuksen välillä tasapainotetaan toisessa markkinavaiheessa (tasapainotusmarkkina). Kumpaakin luotua mallia hyödynnetään arvioitaessa kulutushallintaa, jossa sähköverkkojen perinteisestä tuotannon ja kulutuksen tasapainosta ainakin osittain luovutaan ja kysyntä- eli kulutusjoustoa käytetään tasaamaan kulutus tuotannon suuruiseksi. Tämänkaltaiset mekanismit ovat oleellisia ja kriittisiä, kun sähköverkkoon liitetään suuria määriä vaihtelevatuottoista uusiutuvaa energiaa, kuten aurinko- ja tuulienergiaa. Tutkimuksessa huomasimme merkittäviä ja monimutkaisia skaalautuvuusilmiöitä, jotka kertovat, että sähköverkkojen tutkimuksessa reaalimaailman kompleksisuuden huomioiminen on ollut riittämätöntä. Sähkömarkkinamallia hyödyntämällä huomasimme vastaavia epätoivottuja skaalausilmiöitä esiintyvän myös nykyisessä sähkömarkkinassa. Erityisesti loimme keinoja, joilla skaalausilmiöistä on mahdollista päästä eroon nykyistä sähkömarkkinarakennetta käytettäessä. Tässä työssä luotuja malleja ja niiden viitekehystä hyödyntämällä pystymme paremmin analysoimaan kyberfysikaalisia järjestelmiä ja hallitsemaan niiden kompleksisuutta.