aisa smarthome
شبکه هوشمند

شبکه هوشمند چیست؟

مقدمه

شبکه هوشمند یک شبکه الکتریکی است که شامل انواع عملکرد و اقدامات انرژی از جمله کنتورهای هوشمند، لوازم هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر و منابع کارآمد انرژی، تهویه برق و کنترل تولید و توزیع برق است.

سیاست شبکه هوشمند بر مبنای پلتفرم فناوری (Smart Grid) اروپا سازماندهی شده است. استفاده از فناوری شبکه هوشمند در حوزه صنعت برق بسیار گسترده است. اگرچه همچنان زیرساخت‌های فنی آن در حال تکمیل است.

تاریخچه توسعه شبکه برق

اولین سیستم شبکه برق جریان متناوب در سال 1886 در گاردینگ بارینگتون ماساچوست نصب شد. در آن زمان شبکه یک سیستم یک طرفه متمرکز از انتقال برق، توزیع برق و کنترل تقاضا محور بود.

در قرن بیستم شبکه‌ های محلی به مرور زمان رشد کردند و سرانجام به دلایل اقتصادی و قابلیت اطمینان به هم پیوستند. تا دهه 1960 شبکه‌ های برق کشورهای توسعه یافته بسیار بزرگ، بالغ و بسیار به هم پیوسته شده بودند. و به هزاران نیروگاه تولید مرکزی قدرت از طریق خطوط برق با ظرفیت بالا و به صورت انشعابی تقسیم شده بودند و به مراکز اصلی بار منتقل می‌کردند.

نیروگاه ها از نظر استراتژیکی برای نزدیکی به ذخایر سوخت‌ های فسیلی (مین‌ ها، چاه‌ های خود یا در نزدیکی خطوط ریلی، جاده یا بندر) قرار داشتند. قرار گرفتن سدهای برق آبی در مناطق کوهستانی نیز به شدت بر ساختار شبکه در حال ظهور تأثیر داشت. نیروگاه‌ های هسته‌ ای در نزدیکی آب خنک کننده قرار گرفتند. سرانجام، ایستگاه‌ های برق با سوخت فسیلی در ابتدا بسیار آلوده کننده بودند و از مراکز جمعیت فاصله داشتند. در اواخر دهه 1960، شبکه برق به اکثریت قریب به اتفاق جمعیت کشورهای توسعه یافته رسید و فقط مناطق دور افتاده منطقه خارج از شبکه باقی مانده بودند.

شبکه هوشمند

اندازه‌ گیری مصرف برق بر اساس نیاز هر کاربر به منظور امکان صدور صورت حساب مناسب با توجه به سطح مصرف کاربران مختلف ضروری بود. به دلیل محدود بودن جمع‌ آوری داده‌ ها و قابلیت پردازش در طول دوره رشد شبکه، معمولاً تمهیداتی با تعرفه ثابت در دستور کار قرار می‌گیرد و ترتیبات تعرفه دوگانه برق شبانه با سرعت کمتری نسبت به توان روز شارژ می‌شود. تعرفه‌های دوگانه استفاده از برق کم هزینه شب را در برنامه‌ هایی نظیر حفظ بانک‌ های گرما که برای تسویه تقاضای روزانه انجام می‌شود. کاهش می‌دهد و تعداد توربین‌های مورد نیاز برای خاموش کردن درطی شب را کاهش می‌دهد. در نتیجه منجر به بهبود بهره‌ وری و سودآوری از امکانات تولید و انتقال می‌شود.

از دهه 1970 تا 1990 تقاضای رو به رشد منجر به افزایش تعداد نیروگاه‌ ها شد. در برخی مناطق تأمین برق به ویژه در اوج زمان نتوانست این تقاضا را پشت سر بگذارد و منجر به کیفیت پایین از جمله قطعی برق و خاموشی شد. برق به صنایع گرمایشی، ارتباطی، روشنایی و سرگرمی وابسته بود و مصرف‌ کنندگان خواستار سطح بالاتری از قابلیت اطمینان بودند.

در اواخر قرن بیستم الگوی تقاضای برق برقرار شد. گرمایش خانگی و تهویه مطبوع منجر به افزایش روزانه تقاضا شد که توسط مجموعه‌ ای از ژنراتور های اوج قدرت روبرو شد. که فقط برای دوره‌ های کوتاه هر روز روشن می‌شوند. استفاده نسبتاً کم از این ژنراتورها همراه با افزونگی لازم در شبکه برق، هزینه‌ های بالایی را برای شرکت‌ های برق به همراه داشت که همین امر در قالب افزایش تعرفه‌ ها ارسال شد.

در قرن بیست و یکم برخی از کشورهای در حال توسعه نظیر چین، هند و برزیل شبکه هوشمند مستقر شد.

فرصت های نوسازی

از اوایل قرن بیست و یکم فرصت‌ های استفاده از پیشرفت‌ های فناوری ارتباطات الکترونیکی برای رفع محدودیت‌ ها و هزینه‌ های شبکه برقی آشکار شده است. محدودیت‌ های فنی در اندازه‌ گیری باعث می‌شود. که قیمت‌ ها به طور متوسط کاهش یابد و به طور یکسان به همه مصرف‌ کنندگان منتقل شود. به موازات آن نگرانی‌ هایی در مورد خسارت‌ های زیست محیطی از نیروگاه‌ های فسیلی و تمایل به استفاده از مقادیر زیادی از انرژی تجدید پذیر ایجاد شده است.

اشکال غالب مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی بسیار متغیر است، بنابراین نیاز به سیستم‌ های کنترل پیشرفته‌ تری آشکار می‌شود تا اتصال منابع به شبکه بسیار تسهیل شود. قدرت سلولهای فتوولتائیک (و تا حدی توربینهای بادی) نیز به طور چشمگیری ضرورت نیروگاههای بزرگ و متمرکز را زیر سؤال می‌برد. سرانجام، نگرانی از حمله تروریستی در برخی از کشورها منجر به ایجاد شبکه انرژی قوی‌ تر شده که کمتر وابسته به نیروگاه‌ های متمرکز باشند.

تعریف شبکه هوشمند

اولین تعریف رسمی از شبکه هوشمند توسط قانون استقلال انرژی و امنیت در ژانویه سال 2007 (EISA-2007) ارائه شد. و در دسامبر 2007 توسط جورج دبلیو بوش رئیس جمهور آمریکا به عنوان قانون امضا شد. این لایحه می‌تواند تعریفی برای Smart Grid در نظر گرفته شود که به شرح زیر است:

“این سیاست ایالات متحده آمریکا است که از نوسازی سیستم انتقال و توزیع برق ملل حمایت کند. تا زیرساختهای برق مطمئن و ایمنی را داشته باشد و بتواند رشد تقاضای آینده را برآورده سازد. و هر یک از موارد زیر را در زیرساخت شبکه هوشمند خود پوشش دهد:

  1. افزایش استفاده از اطلاعات دیجیتالی و کنترل فناوری برای بهبود قابلیت اطمینان، امنیت و کارایی شبکه برقی.
  2. بهینه‌ سازی پویا از عملکرد و منابع شبکه با تأمین امنیت کامل.
  3. استقرار و ادغام منابع توزیع شده و تولید از جمله منابع تجدید پذیر.
  4. توسعه و ادغام پاسخ تقاضا، منابع تقاضا و منابع بهره‌ وری انرژی.
  5. استقرار فناوری‌ های هوشمند (در زمان واقعی، خودکار، فناوری‌ های تعاملی در جهت بهینه‌ سازی فیزیکی بهره‌ برداری از لوازم و دستگاههای مصرفی) برای اندازه‌گیری، ارتباطات مربوط به عملیات شبکه و وضعیت و اتوماسیون توزیع.
  6. ادغام وسایل هوشمند و دستگاههای مصرف کننده.
  7. استقرار و ادغام فناوریهای پیشرفته ذخیره‌ سازی برق و اصلاح وسایل نقلیه برقی و هیبریدی پلاگین و تهویه مطبوع.
  8. ارائه گزینه‌ های کنترل و اطلاع‌ رسانی به موقع به مصرف کنندگان.
  9. تدوین استانداردهای ارتباطی و قابلیت همکاری دستگاهها و تجهیزات متصل به شبکه برقی، از جمله زیرساختهای ارائه دهنده شبکه.
  10. شناسایی و پایین آمدن موانع غیرمنطقی یا غیر ضروری برای اتخاذ فناوری‌ ها، شیوه‌ ها و خدمات شبکه هوشمند.”

کنتورهای هوشمند

کمیسیون اتحادیه اروپا چنین تعریفی را برای شبکه‌ های هوشمند ارائه می‌دهد:

Smart Grid یک شبکه برق است که با هزینه‌ای مناسب می‌تواند رفتار و عملکرد کلیه کاربران متصل به آن از جمله ژنراتورها و مصرف‌ کنندگان را به منظور اطمینان از کارایی سیستم پایدار با توان اقتصادی و ضرر کم و سطح بالایی از کیفیت و امنیت تأمین نماید. یک شبکه هوشمند از محصولات و خدمات خلاقانه و فناوری‌های مانیتورینگ، کنترل، ارتباطات و خوددرمانی استفاده می‌کند تا:

  • اتصال بهتر و بهره‌ برداری آسان تری از ژنراتورها در همه ابعاد و فناوری‌ ها ارائه دهد.
  • به مصرف‌ کنندگان این امکان را بدهد که در بهینه‌ سازی کارایی سیستم نقش داشته باشند.
  • اطلاعات و گزینه‌ های بیشتری در مورد نحوه استفاده از خود را در اختیار مصرف‌ کنندگان قرار دهد.
  • تأثیرات زیست‌ محیطی کل سیستم تأمین برق را به میزان قابل‌ توجهی کاهش دهد.
  • بسیار قابل‌ اعتماد است و کیفیت و امنیت سیستم را حفظ یا حتی بهبود می‌دهد.
  • خدمات موجود را به صورت مؤثر حفظ و بهبود می‌بخشد.

در اکثر تعاریف یک عنصر مشترک وجود دارد که آن هم کاربرد پردازش دیجیتال و ارتباطات در شبکه قدرت است که باعث می‌شود جریان داده و مدیریت اطلاعات در شبکه هوشمند کنترل شود. قابلیت‌ های مختلف ناشی از استفاده عمیق و یکپارچه فناوری دیجیتال از شبکه‌های برق است. ادغام اطلاعات شبکه جدید یکی از موضوعات اصلی در طراحی شبکه‌ های هوشمند است.

نوآوری‌های اولیه فناوری

فناوری‌های شبکه هوشمند از تلاش‌های قبلی برای استفاده از کنترل الکترونیکی، اندازه‌گیری و نظارت پدید آمده‌اند. در دهه 1980 میلادی از کنتور اتوماتیک برای نظارت بر بار مصرفی مشترکان استفاده شد و به یکی از زیرساخت‌های پیشرفته در اندازه‌گیری دهه 1990 تبدیل شد که کنتورها می‌توانند نحوه استفاده از برق در زمان‌های مختلف روز را ذخیره کنند. کنتورهای هوشمند ارتباطات مستمر را اضافه می‌کنند به طوری که امکان نظارت در زمان واقعی انجام می‌شود.

دستگاه‌هایی از قبیل سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی و خانگی، یخچال و فریزر چرخه وظیفه خود را تنظیم کرده بودند تا از فعال شدن در مواقعی که شبکه دچار شرایط اوج می‌شد، جلوگیری کنند. پروژه Telegestore ایتالیا با شروع در سال 2000 ، تعداد زیادی خانه (27 میلیون) را با استفاده از کنتورهای هوشمند با پهنای باند کم متصل کرد.

نظارت و هماهنگ‌سازی شبکه‌های وسیع در اوایل دهه 1990 هنگامی تحقق یافت که اداره برق بونویل تحقیقات شبکه هوشمند خود را با سنسورهای نمونه اولیه که قادر به تجزیه و تحلیل بسیار سریع ناهنجاری‌های کیفیت برق در مناطق جغرافیایی بسیار بزرگ هستند، گسترش داد. اوج این کار اولین سیستم اندازه‌گیری منطقه وسیع عملیاتی (WAMS) در سال 2000 بود. سایر کشورها به سرعت در حال راه‌اندازی و ادغام این فناوری هستند. چین با تکمیل برنامه اقتصادی 5 ساله گذشته در سال 2012 ، یک WAMS ملی جامع را آغاز کرده است.

ویژگی‌های شبکه هوشمند

ویژگی‌های شبکه هوشمند

شبکه هوشمند مجموعه کاملی از پاسخ‌ های فعلی و پیشنهادی به چالش‌ های عرضه برق را نشان می‌دهد. از آنجا که از عوامل متنوع و طبقه‌ بندی‌ های رقابتی بی‌ شماری وجود دارد و یک تعریف جهانی برای این موضوع وجود ندارد.

قابلیت اطمینان

شبکه هوشمند از فناوری‌ هایی نظیر تخمین حالت استفاده می‌کند که تشخیص خطا را بهبود می‌بخشد و اجازه می‌دهد تا بدون مداخله تکنسین‌ ها، شبکه خودش را بهبود دهد. این کار باعث اطمینان بیشتر از برق و کاهش آسیب‌ پذیری در برابر حوادث طبیعی یا حمله می‌شود.

خطوط برق اولیه در شبکه با استفاده از یک مدل شعاعی ساخته شده بودند. اتصال بعدی از طریق چندین مسیر تضمین شده که به آن به عنوان ساختار شبکه گفته می‌شود شکل می‌گرفت. با این حال مشکلی که وجود داشت این بود که اگر جریان فعلی یا اثرات مرتبط با آن در شبکه از حد هر عنصر خاص شبکه فراتر رود، آن عنصر دچار مشکل می‌شود و به تبع به دیگر عناصر شبکه منتقل می‌شود و در نهایت ممکن است کل شبکه با شکست مواجه شود.

انعطاف‌پذیری در توپولوژی شبکه

زیرساختهای انتقال و توزیع نسل بعدی قادر به کنترل جریانهای احتمالی انرژی دو طرفه خواهند بود و این امکان را برای تولید توزیع مثل پنل‌های فتوولتائیک بر روی سقف‌ های ساختمانی فراهم می‌کند.

شبکه‌ های کلاسیک برای جریان یک طرفه برق طراحی شده بودند. اما اگر یک شبکه فرعی محلی انرژی بیشتری را تولید کند. جریان معکوس می‌تواند مسائل ایمنی و قابلیت اطمینان را افزایش دهد. یک شبکه هوشمند می‌تواند این شرایط را مدیریت کند.

کارایی

استقرار فناوری شبکه هوشمند به ویژه در مدیریت تقاضا کمک‌ های بی‌شماری برای بهبود کلی بهره‌ وری از زیرساخت‌ های انرژی پیش بینی شده ارائه داده است. به عنوان مثال خاموش کردن تهویه هوا در کوتاه مدت در قیمت برق و کاهش ولتاژ مؤثر است.

تنظیم بار یا تعادل بار

کل بار متصل به شبکه برق با گذشت زمان می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال اگر یک برنامه تلویزیونی محبوب شروع شود میلیون‌ها تلویزیون بلافاصله شروع به جذب جریان می‌کنند. برای پاسخگویی به افزایش سریع در مصرف برق، یک شبکه هوشمند به تمام مجموعه‌ های تلویزیونی هشدار می‌دهد و به منظور کاهش بار به طور موقت با استفاده از الگوریتم‌های پیش‌بینی ریاضیاتی از پیش تعریف شده، پیش‌ بینی می‌کند که برای عرضه چند مرحله باید طی شود. در شبکه سنتی نرخ خرابی فقط با هزینه ژنراتور های آماده ‌به‌ کار کاهش می‌یابد اما در یک شبکه هوشمند کاهش بار حتی توسط بخش کمی از مشتری ممکن است این مشکل را برطرف کند.

استراتژی‌ های متعادل‌ سازی بار برای تغییر الگوی مصرف‌ کنندگان طراحی شده است تا تقاضا یکنواخت شود و تحولات ذخیره انرژی و تولید انرژی تجدید پذیر فرصت‌ هایی را برای ایجاد شبکه‌ های برق متعادل بدون تأثیر در رفتار مصرف‌ کنندگان فراهم کند. به طور معمول، ذخیره انرژی در زمان‌ های غیر اوج، تقاضای زیاد را در ساعات اوج کاهش می‌دهد.

محدود کردن پیک یا سطح و زمان با قیمت گذاری

برای کاهش تقاضا در دوره‌ های اوج مصرف با هزینه‌ های بالا، ارتباطات و فناوری‌ های اندازه‌ گیری، دستگاه‌ های هوشمند را در خانه و تجارت اطلاع می‌دهند. که اگر تقاضای انرژی زیاد باشد، میزان مصرف برق را ردیابی کنند. همچنین این امکان را برای شرکتها فراهم می‌آورد. تا با برقراری ارتباط مستقیم با دستگاه‌ ها به منظور جلوگیری از اضافه بار سیستم، میزان مصرف را کاهش دهند. برای مثال ابزاری برای کاهش استفاده از گروه ایستگاههای شارژ وسیله نقلیه الکتریکی یا تغییر نقاط تنظیم دمای هوا از سیستم‌ های تهویه مطبوع در یک شهر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای ایجاد انگیزه در استفاده مجدد از آنها، قیمت برق در دوره‌ های تقاضای زیاد افزایش می‌یابد و در دوره‌ های کم تقاضا کاهش می‌یابد. تصور بر این است که مصرف‌ کنندگان و مشاغل در صورت نیاز به مصرف‌ کنندگان و دستگاه‌ های مصرف کننده بیشتر. نسبت به حق بیمه گران و قیمت استفاده از برق در دوره‌ های اوج آگاهی داشته باشند. تمایل به مصرف کمتری در دوره‌ های اوج مصرف داشته باشند.

پایداری

قابلیت انعطاف پذیری شبکه هوشمند، امکان نفوذ بیشتر در منابع انرژی تجدید پذیر بسیار متغیر از قبیل انرژی خورشیدی و انرژی باد را فراهم می‌کند. نوسانات سریع در تولید و توزیع، از جمله هوای ابری یا مه آلود، چالش‌ های قابل توجهی را برای مهندسان برق به وجود می آورد. که باید از طریق تغییر در خروجی ژنراتور های کنترل پذیرتر مانند توربین‌ های گازی و ژنراتورهای برق، سطح قدرت پایدار را تضمین کنند. به همین دلیل فناوری شبکه هوشمند شرط لازم برای مقادیر بسیار زیاد انرژی تجدید پذیر در شبکه را فراهم می‌آورد.

فعال کردن بازار

شبکه هوشمند امکان برقراری ارتباط منظم بین تأمین کنندگان و مصرف کنندگان را فراهم می‌کند. و به آنها این امکان را می‌دهد تا در استراتژی‌ های عملیاتی خود انعطاف پذیرتر و پیشرفته‌ تر باشند. ژنراتورهایی با انعطاف پذیری بیشتر قادر به فروش انرژی استراتژیک برای حداکثر سود خواهند بود. در حالی که ژنراتورهای انعطاف پذیر مانند توربین‌های بخار با بار پایه و توربین‌های بادی بر اساس سطح تقاضا و وضعیت سایر ژنراتورهایی که در حال حاضر کار می‌کنند تعرفه متفاوتی دریافت می‌کنند.

بستر خدمات پیشرفته

مانند سایر صنایع استفاده از ارتباطات دو طرفه قوی، سنسورهای پیشرفته و فناوری محاسبات توزیع شده. باعث افزایش راندمان، قابلیت اطمینان و ایمنی و استفاده از انرژی می‌شود. همچنین این امکان را برای خدمات کاملاً جدید یا بهبود در سرویس‌های موجود مانند نظارت بر آتش سوزی و هشدارهایی که می‌توانند برق را قطع کنند. برقراری تماس تلفنی با خدمات اضطراری و غیره را ایجاد می‌کند.

قدرت کنترل

میزان داده مورد نیاز برای انجام نظارت و خاموش کردن وسایل شخصی به صورت خودکار در مقایسه با داده‌ هایی که در حال حاضر حتی برای دسترسی به خانه‌ های از راه دور نیز برای پشتیبانی از خدمات صوتی، امنیتی، اینترنت و تلویزیون در دسترس هستند ، بسیار اندک است. بسیاری از به‌ روزرسانی‌ های پهنای باند شبکه هوشمند با ارائه بیش از حد خدمات به منظور پشتیبانی از خدمات مصرف کننده و کمک به یارانه ارتباطات با خدمات مرتبط با انرژی یا یارانه دادن خدمات مرتبط با انرژی مانند نرخ‌ های بالاتر در ساعات اوج با ارتباطات، پرداخت می‌شوند.

فناوری

بخش عمده‌ ای از فناوری‌ های شبکه هوشمند در حال حاضر در سایر کاربردها از جمله ساخت و ارتباط از راه دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. و برای استفاده در عملیات شبکه تطبیق می‌شوند.

  • ارتباطات یکپارچه: زمینه‌ های بهبود شامل: اتوماسیون پست، پاسخ به تقاضا، اتوماسیون توزیع، کنترل نظارتی و جمع‌ آوری داده‌ ها (SCADA)، سیستم‌ های مدیریت انرژی، شبکه‌ های مش بی‌ سیم و سایر فناوری‌ها، ارتباطات حامل خط برق و فیبر نوری است. ارتباطات یکپارچه برای بهینه‌ سازی قابلیت اطمینان سیستم، استفاده از دارایی و امنیت در زمان واقعی، امکان کنترل، تبادل اطلاعات و داده‌ ها را فراهم می‌آورد.
  • سنجش و اندازه‌گیری: وظیفه ارزیابی وضعیت پایداری و ثبات شبکه، نظارت بر سلامت تجهیزات، جلوگیری از سرقت انرژی و پشتیبانی از استراتژی‌ های کنترل را عهده‌دار است. فناوری‌ های مرتبط عبارتند از: متر پیشرفته ریزپردازنده (متر هوشمند) و تجهیزات خواندن، سیستم‌ های نظارت بر سطح گسترده، (به طور معمول مبتنی بر خوانش آنلاین توسط سنجش درجه حرارت توزیع شده همراه با سیستم‌ های درجه‌ بندی گرما در زمان واقعی، زمان ابزارهای قیمت‌ گذاری و استفاده در زمان واقعی، سوئیچ‌ ها و کابل‌ های پیشرفته، فناوری رادیو و رله‌ های محافظ دیجیتال.

کنتورهای هوشمند

  • واحدهای اندازه‌گیری فازور. بسیاری از افراد جامعه مهندسی سیستمهای قدرت معتقدند که اگر یک شبکه اندازه‌گیری فازور در منطقه گسترده وجود داشته باشد. ممکن است میزان خاموشی در منطقه بسیار کمتر شود.
  • کنترل جریان برق توزیع شده: دستگاه‌های کنترل جریان نیرو برای کنترل جریان نیرو در داخل، به خطوط انتقال موجود وصل می‌شوند. خطوط انتقال با استفاده از چنین دستگاههایی از طریق استفاده بیشتر از انرژی تجدید پذیر با ارائه کنترل زمان واقعی در مورد چگونگی هدایت انرژی در شبکه، فناوری شبکه را قادر می‌سازند تا انرژی متناوب را از منابع تجدید پذیر برای استفاده‌های بعدی ذخیره کند.
  • تولید برق هوشمند با استفاده از اجزای پیشرفته: تولید برق هوشمند مفهومی برای مطابقت با تولید برق با تقاضا و استفاده از چندین مولد یکسان است. تطبیق عرضه و تقاضا به نام توازن بار برای تأمین پایداری و قابلیت اعتماد برق ضروری است. انحراف کوتاه‌مدت در تعادل منجر به تغییرات فرکانس و عدم همخوانی طولانی‌مدت در خاموشی‌ها می‌شود. اپراتورهای سیستم‌های انتقال نیرو وظیفه متعادل‌سازی را بر عهده دارند. و توان خروجی کلیه ژنراتورها را با بار شبکه برق آنها مطابقت می‌دهند. وظیفه متعادل‌سازی بار به مراتب چالش برانگیز می‌شود. زیرا ژنراتورهای متناوب و متغیر مانند توربین‌های بادی و سلولهای خورشیدی به شبکه اضافه می‌شوند. و سایر تولیدکنندگان را مجبور می‌سازد. که بازده خود را بسیار بیشتر از آنچه در گذشته مورد نیاز بود تطبیق دهند.
  • اتوماسیون سیستم نیرو امکان تشخیص سریع و راهکارهای دقیق برای اختلال در شبکه یا قطع برق را فراهم می‌کند. این فناوری‌ها به چهار حوزه اصلی دیگر متکی هستند و به آنها کمک می‌کنند. سه دسته فناوری برای روشهای کنترل پیشرفته عبارتند از: عوامل هوشمند توزیع شده (سیستم‌های کنترل) ، ابزارهای تحلیلی (الگوریتم‌های نرم‌افزاری و کامپیوترهای پر سرعت) و کاربردهای عملیاتی (SCADA ، اتوماسیون پستهای فرعی، پاسخ به تقاضا و …). با استفاده از تکنیک‌های برنامه‌نویسی هوش مصنوعی.

تعریف شبکه هوشمند

شرکت‌های فناوری اطلاعات مختل بازار انرژی

شبکه هوشمند راهکارهای مبتنی بر فناوری اطلاعات را ارائه می‌دهد که شبکه برق سنتی فاقد آن است. شرکت‌های فناوری از چند طریق باعث اختلال در فعالان سنتی بازار انرژی می‌شوند. آنها سیستم‌های توزیع پیچیده‌ای را برای رسیدن به تولید غیرمتمرکز برق به دلیل ریزگردها توسعه می‌دهند. این فناوری در میکروگریدها باعث می‌شود مصرف انرژی برای خانوارها ارزان‌تر از خرید از خدمات شهری باشد. علاوه بر این ساکنان می‌توانند با اتصال به کنتورهای هوشمند، مصرف انرژی خود را آسانتر و مؤثرتر مدیریت کنند. با این حال عملکرد و قابلیت اطمینان میکروگریدها به تعامل مداوم بین تولید برق، ذخیره و بار مورد نیاز بستگی دارد.

منابع انرژی تجدید پذیر

تولید انرژی تجدید پذیر اغلب می‌تواند به جای شبکه‌های انتقال درتوزیع مورداستفاده قرار گیرد.بدین معنا که DSO می‌تواند جریانها را مدیریت کرده و قدرت را به صورت محلی توزیع کند.تا با فروش مستقیم انرژی به مصرف کننده، بازار خود را گسترش دهد. همزمان نرم‌افزارهای تولید سوخت‌های فسیلی به چالش کشیده می‌شوند. مقررات سختگیرانهبرای تولید منابع انرژی سنتی از سوی دولت‌ها، دشواری کار را افزایش می‌دهد و فشار شرکت‌های سنتی انرژی را برای تغییر به سمت منابع تجدید پذیر انرژی افزایش می‌دهد.

نوسان سازهای Kuramoto

هدف مدل کوراموتو این است که سیستم را به حالت تعادل نگه دارید یا همگام‌سازی فاز را حفظ کنید. نوسان‌سازهای غیر یکنواخت همچنین به مدل‌سازی فناوری‌های مختلف، انواع مختلف ژنراتورها، الگوی مصرف و غیره کمک می‌کنند.

سیستم‌های زیستی

شبکه‌های برق در بسیاری از زمینه‌های دیگر با سیستم‌های پیچیده بیولوژیکی مرتبط بوده‌اند. در یک مطالعه، شبکه‌های برق با شبکه اجتماعی دلفین مقایسه شدند. این موجودات در صورت بروز موقعیت غیرمعمول ارتباطات را ساده‌تر یا تشدید می‌کنند. ارتباطات متقابل که آنها را قادر به زنده ماندن می‌کند بسیار پیچیده است.

شبکه‌های تصادفی

در شبکه‌های فیوز تصادفی چگالی جریان ممکن است در بعضی مناطق خیلی کم باشد و در بعضی مناطق دیگر خیلی قوی. بنابراین می‌توان از تجزیه و تحلیل برای رفع مشکلات احتمالی شبکه استفاده کرد. به عنوان مثال تجزیه و تحلیل رایانه‌ای با سرعت بالا می‌تواند فیوزهای در معرض انفجار را پیش‌بینی کرده و یا الگوهایی را که ممکن است به قطع برق منجر شود، تجزیه و تحلیل کند. پیش‌بینی الگوهای بلند مدت در شبکه‌های پیچیده برای انسان دشوار است بنابراین به جای آن از شبکه‌های فیوزی یا دیودی استفاده می‌شود.

شبکه ارتباطی هوشمند

از شبیه‌سازهای شبکه برای شبیه‌سازی یا تقلید جلوه‌های ارتباطی شبکه استفاده می‌شوند. این شبیه‌سازی به طور معمول شامل ایجاد آزمایشگاه با دستگاه‌های شبکه هوشمند، برنامه‌ها و غیره است که شبکه مجازی توسط شبیه ساز شبکه ارائه می‌شود.

شبکه‌های عصبی

شبکه‌های عصبی برای مدیریت شبکه برق نیز در نظر گرفته شده‌اند. سیستم‌های انرژی الکتریکی را می‌توان به چندین روش مختلف طبقه‌بندی کرد: غیر خطی، پویا، گسسته یا تصادفی. شبکه‌های عصبی مصنوعی سعی در حل مشکل‌ترین مسائل دارند.

پیش‌بینی تقاضا

یک کاربرد ANN در پیش‌بینی تقاضا است. برای اینکه شبکه‌ها از نظر اقتصادی و قابل اطمینان کار کنند، پیش‌بینی تقاضا ضروری است و مقدار توان مصرفی توسط بار باید پیش‌بینی شود. این امر به شرایط آب و هوایی، حوادث تصادفی و غیره بستگی دارد. برخی از عواملی که شبکه‌های عصبی محلی هنگام توسعه این نوع مدل‌ها در نظر می‌گیرند: طبقه‌بندی پروفایل‌های بار کلاس‌های مختلف مشتری بر اساس مصرف برق، افزایش پاسخگویی به تقاضا برای پیش‌بینی قیمت برق در زمان واقعی نسبت به شبکه‌های معمول ، لزوم ورود تقاضای گذشته، وابستگی به متغیرهای ورودی خاص، اجزای مختلفی مانند بار اوج، بار پایه، بار متوسط و غیره.

تئوری مارکوف

از آنجایی که انرژی باد بسیار محبوب است، به یک عنصر ضروری در مطالعات شبکه برق محسوب می‌شود. ذخیره‌سازی خارج از خط، تنوع باد، عرضه، تقاضا، قیمت‌گذاری و سایر عوامل را می‌توان در یک بازی ریاضی مدل کرد. در اینجا هدف توسعه استراتژی برنده است. برای مدل‌سازی و مطالعه این نوع سیستم از فرآیندهای مارکوف استفاده می‌شود.

امنیت

در حالی که نوسازی شبکه‌های برقی به شبکه‌های هوشمند امکان بهینه‌سازی فرآیندهای روزمره را می‌دهد، یک شبکه هوشمند، به صورت آنلاین می‌تواند در برابر حملات سایبری آسیب‌پذیر باشد. ترانسفورماتورهایی که ولتاژ برق ایجاد شده در نیروگاهها را برای سفرهای طولانی، خطوط انتقال و خطوط توزیع که برق را به مصرف کنندگان افزایش می‌دهند بسیار مستعد آسیب‌پذیری هستند. این سیستم‌ها به سنسورهایی متکی هستند که اطلاعات را در این زمینه جمع می‌کنند و سپس آن را به مراکز کنترل منتقل می‌کنند و در اینجا الگوریتم‌ها تجزیه و تحلیل و تصمیم‌گیری به صورت خودکار انجام می‌شوند.

هکرها می‌توانند این سیستم‌های کنترل خودکار را مختل کنند و کانالهایی را که امکان استفاده از برق تولید شده را دارند، جدا می‌کنند. به این کار انکار سرویس یا حمله DoS گفته می‌شود.

آنها همچنین می‌توانند حملات یکپارچه‌ای را انجام دهند که اطلاعات فاسد در سیستم منتقل می‌شود. علاوه بر این، هکرها می‌توانند دوباره از طریق سیستم‌های تولید انرژی تجدیدپذیر و کنتورهای هوشمند متصل به شبکه، با استفاده از نقاط ضعف و یا مواردی که امنیت آنها در اولویت قرار نگرفته است، دوباره دسترسی پیدا کنند. از آنجا که یک شبکه هوشمند دارای نقاط دسترسی زیادی نظیر کنتورهای هوشمند است، دفاع از همه نقاط ضعف آن می‌تواند مشکل باشد. همچنین در مورد امنیت زیرساختها نگرانی وجود دارد که در درجه اول مربوط به فناوری ارتباطات است.

نگرانی‌ها عمدتاً حول محور فناوری ارتباطات در قلب شبکه هوشمند قرار دارند. با هدف برقراری تماس در زمان واقعی بین آب و برق و کنتورها در خانه‌ها و مشاغل، این خطر وجود دارد که از این قابلیت‌ها می‌توان برای اقدامات جنایتکارانه یا حتی تروریستی بهره‌برداری کرد.

فهرست مطالب

sPACE
آخرین مقالات

تاثیر اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) در تعمیر و نگهداری پیش بینی شده

اینترنت اشیا (IoT) چیست؟ هرانچه که باید بدانید

شیشه هوشمند چیست؟ هر آنچه باید بدانید

سیستم اعلام حریق متعارف چیست؟

طراحی سیستم‌ های اعلام حریق

اشتراک گذاری :

اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در email

8 پاسخ

    1. هم بله هم خیر
      کنتور های دیجیتال نسبت به کنتور های قدیمی از هوشمندی بیشتری برخوردار هستند و نحوه محاسبه در زمان اوج بار و زمان های کم بار در آنها متفاوت می باشد
      ولی همچنان در نحوه ارسال مقادیر و رابط های کاربری راه های زیادی دارند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.