Please wait a minute...
Submit  |   Chinese  | 
Advanced Search
   Home  |  Online Now  |  Current Issue  |  Focus  |  Archive  |  For Authors  |  Journal Information   Open Access  
Submit  |   Chinese  | 
Engineering    2015, Vol. 1 Issue (4) : 436 -446
Research |
Smart Grids with Intelligent Periphery: An Architecture for the Energy Internet
Felix F. Wu1,2,(),Pravin P. Varaiya1,Ron S. Y. Hui2
1. Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, CA 94720, USA
2. Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Hong Kong, Hong Kong, China

A future smart grid must fulfill the vision of the Energy Internet in which millions of people produce their own energy from renewables in their homes, offices, and factories and share it with each other. Electric vehicles and local energy storage will be widely deployed. Internet technology will be utilized to transform the power grid into an energy-sharing inter-grid. To prepare for the future, a smart grid with intelligent periphery, or smart GRIP, is proposed. The building blocks of GRIP architecture are called clusters and include an energy-management system (EMS)-controlled transmission grid in the core and distribution grids, micro-grids, and smart buildings and homes on the periphery; all of which are hierarchically structured. The layered architecture of GRIP allows a seamless transition from the present to the future and plug-and-play interoperability. The basic functions of a cluster consist of ① dispatch, ② smoothing, and ③ mitigation. A risk-limiting dispatch methodology is presented; a new device, called the electric spring, is developed for smoothing out fluctuations in periphery clusters; and means to mitigate failures are discussed.

Keywords smart grid      future grid      Energy Internet      energy-management system      integrating renewables      power system operation      power system control      distribution automation systems      demand-side management     
Corresponding Authors: Felix F. Wu   
Just Accepted Date: 23 December 2015   Issue Date: 04 January 2016
E-mail this article
E-mail Alert
Articles by authors
Felix F. Wu
Pravin P. Varaiya
Ron S. Y. Hui
Cite this article:   
Felix F. Wu,Pravin P. Varaiya,Ron S. Y. Hui. Smart Grids with Intelligent Periphery: An Architecture for the Energy Internet[J]. Engineering, 2015, 1(4): 436 -446 .
URL:     OR
1   F. F. Wu, K. Moslehi, A. Bose. Power system control centers: Past, present, and future. Proc. IEEE, 2005, 93(11): 1890–1908
2   International Energy Agency. Energy technology perspectives 2015. [2015-11-24].
3   International Energy Agency. Technology roadmaps. [2015-11-24].
4   International Energy Agency. World energy outlook 2014. [2015-11-24].
5   J. Rifkin. The Third Industrial Revolution: How Lateral Power Is Transforming Energy, the Economy, and the World. New York: Palgrave Macmillan, 2011
6   J. Taft, P. De Martini. Ultra large-scale power system control architecture: A strategic framework for integrating advanced grid functionality. San Jose: Cisco Connected Energy Business Unit. 2012
7   D. Bakken,  GRIP—Grids with Intelligent periphery: Control architectures for Grid2050π. In: 2011 IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm). Brussels, Belgium, 2011: 7–12
8   J. Walrand, P. Varaiya. High-Performance Communication Networks. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1996
9   N. Cohn. Control of Generation and Power Flow on Interconnected Systems. New York: John Wiley & Sons, Ltd., 1966
10   P. P. Varaiya, F. F. Wu, J. W. Bialek. Smart operation of smart grid: Risk-limiting dispatch. Proc. IEEE, 2011, 99(1): 40–57
11   R. Rajagopal, E. Bitar, P. Varaiya, F. Wu. Risk-limiting dispatch for integrating renewable power. Int. J. Elec. Power, 2013, 44(1): 615–628
12   K. Dowd. Measuring Market Risk. New York: John Wiley & Sons, Ltd., 2002
13   B. Zhang, R. Rajagopal, D. Tse. Network risk limiting dispatch: Optimal control and price uncertainty. IEEE Trans. Automat. Contr., 2014, 59(9): 2442–2456
14   C. Peng, Y. Hou. Risk-limiting dispatch with operating constraints. In: IEEE PES General Meeting. Washington D.C., USA, 2014
15   S. Y. R. Hui, C. K. Lee, F. F. Wu. Power control circuit and method for stabilizing a power supply: PCT, 61/389,489. 2012-04-05
16   S. Y. R. Hui, C. K. Lee, F. F. Wu. Electric springs—A new smart grid technology. IEEE Trans. Smart Grid, 2012, 3(3): 1552–1561
17   S. C. Tan, C. K. Lee, S. Y. R. Hui. General steady-state analysis and control principle of electric springs with active and reactive power compensations. IEEE Trans. Power Electr., 2013, 28(8): 3958–3969
18   X. Chen, Y. Hou, S. C. Tan, C. K. Lee, S. Y. R. Hui. Mitigating voltage and frequency fluctuation in microgrids using electric springs. IEEE Trans. Smart Grid, 2015, 6(2): 508–515
19   C. K. Lee, S. Y. R. Hui. Input AC voltage control bi-directional power converters: US, 13/907,350. 2013-12-05
20   K. T. Mok, T. Yang, S. C. Tan, C. K. Lee, S. Y. R. Hui. Distributed grid voltage and utility frequency stabilization via shunt-type electric springs. In: 2015 IEEE Energy Conversion Congress & Exposition. Montreal, Canada, 2015: 3774–3779
21   C. K. Lee, S. Y. R. Hui. Reduction of energy storage requirements in future smart grid using electric springs. IEEE Trans. Smart Grid, 2013, 4(3): 1282–1288
22   S. Yan, S. C. Tan, C. K. Lee, B. Chaudhuri, S. Y. R. Hui. Electric springs for reducing power imbalance in three-phase power systems. IEEE Trans. Power Electr., 2015, 30(7): 3601–3609
23   J. Soni, K. R. Krishnanand, S. K. Panda. Load-side demand management in buildings using controlled electric springs. In: Proceedings of IECON 2014—40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Dallas, TX, USA, 2014: 5376–5381
24   North American Electric Reliability Corporation. Severe impact resilience: Considerations and recommendations. 2012[2015-11-24]. Final_May_9_2012-Board_Accepted.pdf
25   M. M. Adibi. Power System Restoration: Methodologies & Implementation Strategies. New York: Wiley-IEEE Press, 2000
26   S. Liu, Y. Hou, C. Liu, R. Podmore. The healing touch: Tools and challenges for smart grid restoration. IEEE Power Energy M., 2014, 12(1): 54–63
27   T. Krause, G. Andersson, K. Frohlich, A. Vaccaro. Multiple-energy carriers: Modeling of production, delivery, and consumption. Proc. IEEE, 2011, 99(1): 15–27
28   M. Qadrdan, J. Wu, N. Jenkins, J. Ekanayake. Operating strategies for a GB integrated gas and electricity network considering the uncertainty in wind power forecasts. IEEE Trans. Sustain. Energ., 2014, 5(1): 128–138
[1] Yonghua Song,Jin Lin,Ming Tang,Shufeng Dong. An Internet of Energy Things Based on Wireless LPWAN[J]. Engineering, 2017, 3(4): 460 -466 .
[2] Thomas J. Overbye,James Weber. Smart Grid Wide-Area Transmission System Visualization[J]. Engineering, 2015, 1(4): 466 -474 .
[3] Nick Jenkins,Chao Long,Jianzhong Wu. An Overview of the Smart Grid in Great Britain[J]. Engineering, 2015, 1(4): 413 -421 .
Copyright © 2015 Higher Education Press & Engineering Sciences Press, All Rights Reserved.