Energy optimization in the energy internet

dc.contributor.authorASSALA , Nacef
dc.contributor.authorMECHTA , Djamila Supervisor
dc.contributor.authorLOUAIL , Lemia Co-Supervis
dc.date.accessioned2026-07-07T10:25:31Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractThis thesis aims to bridge the gap between energy routing and P2P energy trading by developing a system that integrates both the economic and physical dimensions of energy exchange. The objectives are to optimally match prosumers, maximize producer profits, minimize consumer costs, and ensure efficient, reliable, and collision-free energy transfers. To achieve these objectives, several models and algorithms are proposed. First, the trading problem is formulated as a fractional knapsack problem and solved using a greedy algorithm combined with Dijkstra’s shortest-path algorithm. Second, simulated annealing is applied to producer subset determination, demonstrating superior convergence and ability to escape local optima compared to other heuristic optimization approaches proposed in the literature. Third, power loss is incorporated into path optimization through a modified greedy search algorithm that outperforms traditional shortest-path methods. Fourth, a quantum genetic algorithm is employed to pair prosumers, accounting for both costs and physical losses, thereby significantly reducing computation time while improving efficiency. A dynamic scheduling mechanism is then introduced to mitigate congestion, prevent collisions, and enhance fairness and reliability. Finally, an adaptive multi-commodity flow (MCF) framework with Mirror Descent learning is developed to simultaneously address all three routing challenges in a unified optimization approach validated on a real-world dataset of 300 Australian households over 2,648 trading hours. The proposed framework demonstrates significant improvements in cost-effectiveness, transmission efficiency, and system reliability. Results show up to 39.34% cost reduction depending on infrastructure capacity, transmission losses maintained below 1.2%, 55.9% grid independence, and sub-millisecond optimization enabling real-time market operation. The adaptive approach eliminates manual parameter tuning through online learning, automatically identifying binding constraints and adjusting routing priorities across diverse operating conditions. By unifying economic and physical aspects of energy transfers at scale, this thesis contributes a novel foundation for sustainable, decentralized, and intelligent energy markets.
dc.description.sponsorshipCette thèse vise à combler le fossé entre le routage énergétique et le commerce d’énergie P2P en développant un système qui intègre les dimensions économiques et physiques de l’échange d’énergie. Les objectifs sont d’optimiser l’appariement des prosommateurs, de maximiser les profits des producteurs, de minimiser les coûts pour les consommateurs, et d’assurer des transferts d’énergie efficaces, fiables et sans collision. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs modèles et algorithmes sont proposés. Premièrement, le problème commercial est formulé comme un modèle de sac à dos fractionnaire et résolu à l’aide d’un algorithme glouton combiné à la sélection de chemin basée sur Dijkstra. Deuxièmement, le recuit simulé est appliqué à la détermination du sous-ensemble de producteurs, démontrant une convergence supérieure et une capacité à échapper aux optima locaux par rapport aux autres approches d’optimisation heuristique proposées dans la littérature. Troisièmement, la perte de puissance est intégrée dans l’optimisation du chemin via un algorithme de recherche gloutonne modifié qui surpasse les méthodes traditionnelles de plus court chemin. Quatrièmement, un algorithme génétique quantique est employé pour apparier les prosommateurs en tenant compte à la fois du coût et des pertes physiques, réduisant considérablement le temps de calcul tout en améliorant l’efficacité. Un mécanisme d’ordonnancement dynamique est ensuite introduit pour atténuer la congestion, prévenir les collisions et améliorer l’équité et la fiabilité. Enfin, un cadre de flux multi-commodités (MCF) adaptatif avec apprentissage par descente miroir est développé pour traiter simultanément les trois défis de routage dans une approche d’optimisation unifiée validée sur un ensemble de données réel de 300 ménages australiens sur 2 648 heures de transaction. Le cadre proposé démontre des améliorations significatives en termes de rentabilité, d’efficacité de transmission et de fiabilité du système. Les résultats montrent une réduction des coûts de 33 à 83% selon la capacité de l’infrastructure, des pertes de transmission maintenues en dessous de 1,2%, une indépendance du réseau de 55,9% et une optimisation sub-milliseconde permettant un fonctionnement du marché en temps réel. L’approche adaptative élimine le réglage manuel des paramètres grâce à l’apprentissage en ligne, identifiant automatiquement les contraintes contraignantes et ajustant les priorités de routage dans diverses conditions d’exploitation. En unifiant les aspects économiques et physiques des transferts d’énergie à grande échelle, cette thèse apporte une base novatrice pour des marchés énergétiques durables, décentralisés et intelligents.
dc.identifier.urihttps://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/1912
dc.language.isoen
dc.publisherSetif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Sciences
dc.subjectEnergy Internet
dc.subjectSmart Grid
dc.subjectEnergy Routing
dc.subjectPeer-to-Peer Energy Trading
dc.subjectProducer Subset
dc.subjectScheduling
dc.titleEnergy optimization in the energy internet
dc.typeThesis

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