Resilient peer-to-peer energy trading: addressing price uncertainty and communication delays in decentralized markets

Yaghoubi, Mostafa (2025). Resilient peer-to-peer energy trading: addressing price uncertainty and communication delays in decentralized markets. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This paper presents a robust, fully decentralized peer-to-peer (P2P) energy trading framework tailored for smart grids, that address critical challenges such as wholesale market price uncertainty and communication network delays. The framework enables prosumers, equipped with energy storage systems and participating in demand response (DR) programs, to engage in dynamic energy transactions with local participants and retailers. By employing a robust optimization approach, the model effectively mitigates risks associated with retail price volatility, ensuring reliable decision-making under uncertain market conditions. Communication delays are explicitly incorporated to assess their impact on market convergence, decision efficiency, and operational stability. By using the Fast-Alternating Direction Method of Multipliers (FADMM) algorithm, the proposed framework achieves decentralized market clearing without the need for a central supervisory node, thereby preserving privacy and ensuring scalability. Flexible interaction mechanisms between buyers, sellers, and retailers enhance social welfare through optimized local and retail market participation. Simulation results validate the framework’s efficacy under diverse scenarios, including deterministic and stochastic pricing conditions, with and without communication delays. The findings demonstrate the robustness of the proposed model in maximizing social welfare, reducing grid dependency, and addressing real-world operational challenges in decentralized energy markets, contributing to the advancement of scalable and sustainable P2P energy trading systems.

Titre traduit

Négociation résiliente d’énergie pair-à-pair: gérer l’incertitude des prix et les retards de communication sur les marchés décentralisés

Résumé traduit

Cet article présente un cadre robuste et entièrement décentralisé pour la négociation d’énergie pair-à-pair (P2P), conçu pour les réseaux électriques intelligents, afin de relever des défis critiques tels que l’incertitude des prix sur le marché de gros et les retards dans les réseaux de communication. Ce cadre permet aux prosommateurs, équipés de systèmes de stockage d’énergie et participant à des programmes de réponse à la demande (DR), de réaliser des transactions énergétiques dynamiques avec des acteurs locaux et des fournisseurs d’énergie. Grâce à une approche d’optimisation robuste, le modèle atténue efficacement les risques liés à la volatilité des prix de détail, garantissant une prise de décision fiable dans des conditions de marché incertaines. Les retards de communication sont explicitement pris en compte pour évaluer leur impact sur la convergence du marché, l’efficacité des décisions et la stabilité opérationnelle. En utilisant l’algorithme Méthode Rapide de Direction Alternée des Multiplicateurs, le cadre proposé permet une compensation décentralisée du marché sans nécessiter de nœud de supervision central, préservant ainsi la confidentialité et assurant une évolutivité. Des mécanismes d’interaction flexibles entre acheteurs, vendeurs et fournisseurs améliorent le bien-être social grâce à une participation optimisée aux marchés locaux et de détail. Les résultats de simulation valident l’efficacité du cadre dans divers scénarios, incluant des conditions de tarification déterministes et stochastiques, avec et sans retards de communication. Les résultats démontrent la robustesse du modèle proposé pour maximiser le bien-être social, réduire la dépendance au réseau et relever les défis opérationnels réels des marchés énergétiques décentralisés, contribuant ainsi au développement de systèmes de négociation d’énergie P2P évolutifs et durables.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 43-45).
Mots-clés libres:	marché pair-à-pair, délais de communication, optimisation décentralisée robuste, méthode de multiplicateurs à direction alternée rapide, prosommateur, incertitude des prix
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dziong, Zbigniew
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	02 juin 2025 17:16
Dernière modification:	02 juin 2025 17:16
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3621

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