SMART-TWINS

Developing a Model-based Digital Twin Reference Architecture for Active Energy Consumers and Smart Communities

This work is supported by a grant of the Ministry of Research, Innovation and Digitization, CNCS- UEFISCDI, project number PN-III-P4-PCE-2021-0334, within PNCDI III.

PROJECT EXECUTIVE SUMMARY:
The project proposal envisions the integration of Internet of Things, data, models and key performance indicators for 2 layers: prosumers and communities into a Digital Twin Reference Architecture (DTRA) to take advantage of Renewable Energy Sources (RES) potential, improve the sustainable consumption and enable the implementation of digital twins. DTRA will be structured into 2 layers: L1-consumers/prosumers & L2-CECs/microgrid. Thus, 2 Digital Twin prototypes will be built on DTRA to integrate the proposed models for the 2 layers.

The importance of the proposal theme is underlined by the Clean Energy Package issued by EU (mid 2019). The package sets significant targets for the next decades and empowers the prosumers and Citizen Energy Communities (CEC) in transition to a sustainable low-carbon environment. Emerging CEC are technologically complex, encapsulating the assets of consumers, prosumers and other local entities (RES, storage facilities, electric vehicle charging stations). They are based on voluntary participation, enabling access to electricity markets, being financially responsible for imbalances they cause. Thus, CEC enable their members to share the electricity among members, reap the rewards of local RES, trade and even manage the grid. Starting from the EU vision for CEC, the project scope is to support them by developing model-based digital solutions, creating a reference architecture, to successfully deliver economic, social and environmental benefits to its members that can be quantified as: cost reduction, better usage of RES, social contribution (reducing CO2&deforestation, standard coal saved), better standard of living and citizens’ health.

PROJECT DURATION: 01.06.2022 – 31.12.2024

PRINCIPAL INVESTIGATOR: CONF. UNIV. DR. SIMONA VASILICA OPREA

PREZENTAREA PRINCIPALELOR REZULTATE ALE PROIECTULUI

ETAPA 1 – 2022:

  • Act 1.1 – Propunerea șabloanelor pentru colectarea și integrarea datelor
  • Act 1.2 – Propunerea modelului de comunicație și a arhitecturii pentru managementul datelor

În cadrul etapei 2022 au fost studiate și analizate principalele concepte și activități legate de consumatori, prosumatori și comunitățile inteligente de energie (CE). De asemenea, au fost studiate caracteristicile replicilor digitale (Digital Twins – DT) și a fluxurilor de integrare și procesare a datelor (Digital Thread – DTH). Au fost identificate principalele cerințe pentru dezvoltarea replicilor digitale pentru consumatori/prosumatori (nivelul L1) și pentru comunități (nivelul L2). A fost propusă arhitectura soluției SMART-TWINS structurată pe trei noduri de comunicație și procesare a datelor: edge, fog, cloud. Această abordare permite dezvoltarea replicilor digitale pentru cele 2 entități fizice: prosumator și CE, modelându-le ca sisteme cibernetice și înglobând date, componente, modele și procese. Arhitectura va fi dezvoltată utilizând șabloane de procesare a datelor și un model de comunicație compus din cele trei noduri.

În cadrul activității A1.1 au fost propuse șabloane specifice la nivel elementar pentru a modela funcționalitățile prosumatorilor și CE, iar în A1.2 a fost propus modelul de comunicație.

Figure 1 – Communication model between the Digital Thread and Digital Twins for L1 and L2

Rezultatele obținute în cadrul etapei au fost diseminate în 3 jurnale indexate ISI (2 publicate și 1 articol aflat în evaluare în runda 2), precum și în cadrul a trei conferințe internaționale.

DISEMINAREA REZULTATELOR

ARTICOLE IN JURNALE INDEXATE ISI:

  1. Simona-Vasilica Oprea, Adela Bâra, A signaling game-optimization algorithm for residential energy communities implemented at the edge-computing side, Computers & Industrial Engineering, Volume 169, 2022, 108272, ISSN 0360-8352, https://doi.org/10.1016/j.cie.2022.108272.  La acest articol s-a strecurat o eroare materială referitoare la acknowledgement care a fost corectată prin corrigendum publicat de revistă în Computers & Industrial Engineering 174 (2022) 108812: Corrigendum to “A signaling game-optimization algorithm for residential energy communities implemented at the edge-computing side” [Comput. Ind. Eng. 169 (2022) 108272]: The authors regret that by mistake the acknowledgement was wrongly written. It should have been “This work was supported by a grant of the Ministry of Research, Innovation and Digitization, CNCSUEFISCDI, project number PN-III-P4-PCE-2021-0334, within PNCDI III.” – în Q1 după IF, Q2 după AIS
  2. Oprea, S-V., Bâra, A., Mind the gap between PV generation and residential load curves: Maximizing the roof-top PV usage for prosumers with an IoT-based Adaptive Optimization and Control Module, Expert Systems with Applications, Volume 212, February 2023, 118828, https://doi.org/10.1016/j.eswa.2022.118828 – în Q1 după IF și după AIS

ARTICOLE PUBLICATE IN CADRUL CONFERINTELOR INTERNATIONALE:

  1. Simona-Vasilica Oprea, Adela Bâra, Machine Learning Algorithms and PV Forecast for Off-Grid Prosumers Energy Management, THE INTERNATIONAL CONFERENCE „PRESENT ISSUES OF GLOBAL ECONOMY” – 19th Edition, PIGE 2022, 14-16 Iulie 2022, Constanța, Romînia. Mind the gap between PV generation and residential load curves: Maximizing the roof-top PV usage for prosumers with an IoT-based adaptive optimization and control module Articolul a fost publicat în Ovidius University Annals, Economic Sciences Series, Ovidius University of Constanta, Faculty of Economic Sciences, vol. 0(1), pages 117-123, September 2022, ISSN: 2344-4614, Editura Ovidius University Press, https://stec.univ-ovidius.ro/conferinte-detalii/the-international-conference-present-issues-of-global-economy-19th-edition-june-23th-25th-2022
  2. Ciurea Cristian, Simona-Vasilica Oprea, Digital Humanism and a Quantitative Analysis of Users Behavior in Virtual Exhibitions during the Pandemic Context, The Ninth International Conference on Information Technology and Quantitative Management (ITQM 2022), 9-11 Decembrie 2022, Beijing, China, http://itqm-meeting.org/2022/ – acceptat
  3. Simona-Vasilica Oprea, Adela Bâra, Why is more efficient to combine BeautifulSoup and Selenium in scraping for data under energy crisis, The International Conference on “Global Economy under Crisis” – 11th Edition (GEUC 2022), December, 15h-16th 2022, Constanța, România, https://www.stec.univ-ovidius.ro/conferinte-detalii/the-international-conference-global-economy-under-crisis-11th-edition-december-15th-16th-2022 – în curs de evaluare