Το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας θεωρείται το πιο πολύπλοκο σύστημα που έχει κατασκευαστεί από την ανθρωπότητα. Αυτό το σύστημα βιώνει σήμερα μια σημαντική μετάβαση. Μέσω αυτής της μετάβασης πρέπει αντιμετωπιστεί η αυξανόμενη ανάγκη για ενέργεια σε συνδυασμό με το πιεστικό πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής. Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι να αξιοποιήσει τους τρόπους με τους οποίους η ενεργός συμμετοχή, τόσο από πλευράς ζήτησης όσο και από πλευράς προσφοράς, στις αγορές ενέργειας μπορεί να οδηγήσει σε ενεργειακή και οικονομική ισορροπία.Αυτή η διδακτορική διατριβή αφορά στην αξιοποίηση των πρόσφατων εξελίξεων στα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας, την Ανάλυση Δεδομένων, τη Θεωρία Παιγνίων, το Διαδίκτυο των πραγμάτων και της τεχνολογίας του Blockchain για να σχεδιάσει και να αναπτύξει ένα πρωτότυπο σύστημα που ενσωματώνει τα ακόλουθα επιθυμητά χαρακτηριστικά:1)Ενσωματώνει την επιχειρησιακή λογική σε συσκευές για συμμετοχή σε ανοικτές αγορές ενέργειας χωρίς μεσάζοντες, όπως για συσκευές που καταναλώνουν ενέργεια σε κατοικίες και κατανεμημένες πηγές ενέργειας που συνδέονται σε ένα έξυπνο δίκτυο.2)Παρέχει, μέσω της μηχανικής μάθησης, πληροφορίες για αυτές τις συσκευές που απαιτούνται για την αποτελεσματικότητα και τη σταθερότητα της αγοράς.3)Επιτρέπει την αποκέντρωση της αγοράς σχεδιάζοντας αποτελεσματικούς αλγόριθμους συναίνεσης προσαρμοσμένους στις ανάγκες του ηλεκτρικού δικτύου.4)Ενσωματώνει την ενεργειακή και την οικονομική σταθερότητα όσον αφορά τόσο τους φυσικούς νόμους, που ορίζουν την λειτουργία του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας όσο και τις κοινωνικές δυνατότητες των συμμετεχόντων στην αγορά.Τα πληροφοριακά μοντέλα και συστήματα που σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία δοκιμάζονται με πειράματα μεγάλης κλίμακας, τα οποία προσομοιώνουν ηλεκτρικά δίκτυα με κατανεμημένη παραγωγή, υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ενεργή ζήτηση που ανταποκρίνεται σε σήματα τιμής.