مقدمه ای از مقالات فن آوری اطلاعات شبکه هوشمند

چکیده: تکامل در راستای یک اقتصاد کم کربن به طور متقابل قدرت تولید و نحوه مصرف آن را تبدیل خواهد کرد. شبکههای هوشمند یک عنصر ضروری برای این تحول و برای دستیابی به امنیت انرژی، قیمت مناسب انرژی و تعدیل تغییرات اقلیمی هستند. در این مقاله، ما خلاصه ای از ویژگی های کلیدی شبکه های هوشمند، بخش های بازار و برنامه های کاربردی ارائه خواهیم داد، شرح مختصری از تاثیر شبکه های هوشمند و نقش آن در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را ارائه خواهیم کرد و ما با چشم انداز آینده نتیجه گیری خواهیم کرد. شبکه هوشمند و برخی از چالش ها برای غلبه بر آن به منظور ایجاد آن واقعیت است.

معرفی

 

در دهه گذشته جامعه ما به طور فزاینده دیجیتال شده است، ما بیشتر از همیشه به برق وابسته هستیم و این نیاز در طول بیست سال آینده دوبرابر خواهد شد. نیاز ما به منابع جدید پاک کننده برق، سیستم های نظارت و معماری شبکه افزایش می یابد.

یک شبکه یکپارچه به طور یکپارچه در هر شکل، قوی، کارآمد، قابل اطمینان، قابل دسترس و امن شبکه ارتباطی برای ایجاد و کارآیی موثر سیستم های برق نسل بعدی از تولید انرژی الکتریکی، انتقال آن و سیستم های توزیع آن، شناخته شده به عنوان “شبکه های هوشمند”.

 

در این زمینه، شبکه هوشمند می تواند به عنوان ترکیبی از زیرساخت های برق و زیرساخت ارتباطات در نظر گرفته شود. فن آوری های ارتباطی جدید و شبکه ها، کنترل بهتر دارایی های موجود و استقرار شبکه های هوشمند آینده را ساده تر می کنند.

 

در این مقاله، ما با توصیف مسائل با شبکه موجود، و معرفی ویژگی های کلید شبکه هوشمند، فن آوری ها، بخش های بازار، تاثیرات بالقوه، دیدگاه ها و چالش ها

 

 

 

GRID هوشمند: یک مرورگر

زیرساخت برق برق در سراسر جهان برای یک قرن یا بیشتر به عنوان “شبکه” به ما خدمت کرده است، اکنون سریعا در برابر مرزهایش کار می کند. خطرات بیشمار با توجه به شبکه پرقدرت با اندازه، اندازه و پیچیدگی هر روز مرتبط می شوند. چالش های متعددی با ایمنی و امنیت نیروی برق، اثرات آن بر طبیعت مانند تغییرات آب و هوایی و آلودگی جهانی است که ما باید در آینده نزدیک حل کنیم. [1]

 

II.1 مسائل مربوط به شبکه موجود

 

شبکه امروزه در حال حاضر دارای خطرات و چالش های متعددی برای غلبه بر آن است. ما بر اساس یک زیرساخت برنامه ریزی شده، کنترل شده و سازمان یافته متشکلیم که اساسا قبل از دوران ریزپردازنده ها است که انعطاف پذیری ما را محدود می کند و ما را در معرض خطر در جبهه های بحرانی قرار می دهد [4]:

 

پیشرفت فوق العاده در تقاضای پیک برای برق ناشی از رشد جمعیت، لوازم الکتریکی بیشتر از جمله سیستم های تهویه مطبوع، رایانه، تلویزیون، یخچال های بزرگتر، ماشین لباسشویی، مایکروویو و غیره، پیشرفت انتقال را تقریبا 25 درصد هر سال افزایش داده است.

 

به منظور نوآوری و تجدید ساختن شبکه های موجود، میلیاردها دلار باید سرمایه گذاری شود – به عنوان مثال در ایالات متحده آمریکا سرمایه گذاری در تحقیق و توسعه در این زمینه بین کمترین از همه کسب و کارها و صنایع است [2]، در حقیقت شبکه در تلاش است تا نگه داشته شود بر.

 

این شبکه براساس نیازهای قرن بیستم طراحی شده است، بدیهی است که نمی تواند با نیازهای قرن 21، مانند بهره وری انرژی، اثرات زیست محیطی، و انتخاب مشتریان مقابله کند. در نهایت در اواسط دهه نود، صرف شبکه و نگه داشتن چراغ تنها نگرانی شبکه بود.

 

 

 

 

مسئله قابلیت اطمینان مهمترین نکته در مورد شبکه برق است که در طول 40 سال گذشته تنها پنج خاموش شدن گسترده ای در ایالات متحده وجود داشته است. [2] این خاموش شدن ها به علت زمان پاسخ واکنش های مکانیکی اتفاق می افتد [5] ، فقدان تجزیه و تحلیل کامپیوتری، دیداری ضعیف و عدم پاسخگویی موقعیتی در سمت اپراتور شبکه. این مسئله قابلیت اطمینان دارای پیامدهای منفی در بخش های مختلف صنعت به عنوان تولید گیاه، چراغ راهنمایی، و معاملات کارت اعتباری و غیره است. بنابراین نتایج حتی یک خاموش شدن شبکه محلی محلی می تواند میلیون ها دلار هزینه داشته باشد.

 

مسئله کارایی در دست زدن به بار پیک و صرفه جویی در انرژی، در واقع شبکه هوشمند جدید می تواند نتایج درخشان در اقتصاد جهانی داشته باشد. صرفه جویی در انرژی که از بهره وری شبکه می تواند باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و سوخت از 53 میلیون اتومبیل شود، اگر فقط شبکه 5 درصد صلاحیت بیشتری داشته باشد [3].

 

مسائل امنیتی: قطع برق تکراری که در دهه های گذشته اتفاق افتاده است، جامعه را برای حملات باز می کند. در واقع، وابستگی های بسیاری از ماژول های شبکه و اجزای سازنده در واقع، متمرکز می تواند یک اثر دومینو ایجاد کند – زنجیره ای از فاجعه ای است که می تواند تمام سیستم های مالی، بانک ها، ترافیک، ارتباطات، و سیستم های امنیتی را به طور کامل متوقف کند.

 

مسائل زیست محیطی / تغییرات اقلیمی: از همه ی منظر شبکه به دلیل آنکه امروزه باعث ایجاد آسیب فراوان برای محیط زیست ما می شود و همه ما را تهدید می کند. به عنوان مثال، ایالات متحده تنها 4 درصد از جمعیت جهان را تولید می کند و 25 درصد از گازهای گلخانه ای خود را تولید می کند [2]. درصد زیادی از تولید برق آن هنوز هم با استفاده از زغال سنگ، یک منبع انرژی غنی، اما یک ارائه دهنده اصلی برای گرم شدن کره زمین است. به منظور کاهش تولید کربن و کمک به بهبود محیط زیست جهانی، با استفاده از پاکیزه، منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد، خورشیدی و زمین گرمایی که باید در شبکه مجتمع شده است. با این حال، بدون اینکه استاندارد های فناوری قادر به اتصال آنها به شبکه باشند، آینده آنها به طور کامل شناسایی و استفاده نخواهد شد.

II.2 شبکه هوشمند چیست؟

شبکه برق ما منسوخ شده است، و تقاضا برای انرژی، عرضه آن را از دست می دهد. شبکه هوشمند، سیستم برق ما را به یک شبکه مدرن تبدیل می کند که به منظور تقویت تولید، تولید و مصرف انرژی، آب و برق و مصرف کنندگان را تقویت می کند. شبکه های هوشمند از ارائه دهندگان به مشتریان با استفاده از تکنولوژی دیجیتال برای صرفه جویی در انرژی، کاهش قیمت ها و تقویت اعتماد و اطمینان استفاده می کنند. چنین شبکه برق مدرن توسط بسیاری از کشورها پشتیبانی می شود به عنوان راهی برای گزارش دادن به عدالت قدرت و نگرانی های گرم شدن کره زمین.

 

EISA 2007 (قانون استقلال و امنیت انرژی) [8] ادارات فدرال و ایالتی را برای اجرای پروژه ها و برنامه هایی که عملکرد شبکه هوشمند را بهبود می بخشد هدایت می کند. EISA شبکه هوشمند را به عنوان تحول و ارتقاء سیستم انتقال و توزیع برق ایالات متحده به منظور حفظ زیرساخت انرژی الکتریکی قابل اعتماد و ایمن که می تواند با تقاضای پیک تقاضا مواجه شود، توصیف می کند [7].

 

 

II.3 مزایای شبکه هوشمند

در زمان نزدیک، شبکه هوشمند کارآمدتر از شبکه موجود کار خواهد کرد، لایه های مختلف خدماتی را که انتظار داریم و بیشتر در یک زمان مقرون به صرفه، ایمن و امن در عصر هزینه های رو به رشد، ارائه می شود، در حالی که مزایای مشترک عمده ای نیز ارائه می دهد به عنوان اثرات کمتر بر محیط زیست ما.

 

در واقع شبکه هوشمند مخلوطی از فن آوری های مختلف است. با استفاده منطقی از فن آوری های متنوع، شبکه هوشمند می تواند چندین پتانسیل اقتصادی و مزایای زیست محیطی مانند [8] ارائه دهد:

 

قابلیت اطمینان بیشتر

 

عملیات پیشرفته دارایی

 

بهبود ادغام پلاگین PHEVs (وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی) و انرژی های تجدید پذیر

 

کاهش هزینه های عملیاتی برای آب و برق

 

بهره وری و حفظ بیشتر

 

کاهش گازهای گلخانه ای (GHG) و سایر انتشارات

 

 

ویژگی های کلیدی هوشمند شبکه

امروزه برق مصرفی و مصرف شده توسط توسعه شبکه های هوشمند انقلابی خواهد شد. شبکه های هوشمند توسط آخرین سیستم های کنترل و نظارت، ارتباطات و فن آوری اطلاعات پشتیبانی می شوند. آنها انعطاف پذیری، بهره وری و قابلیت حمل را برای رسیدگی به تولید برق افزایش یافته، افزایش تقاضا، الگوهای نوسان استفاده و شبکه های انتقال و توزیع به تدریج گسترش داده اند.

 

آنها همچنین کنترل فوق العاده ای را بر شبکه های برق ارائه می دهند و برای کاهش مصرف انرژی های زائد و ترکیب ژنراتورهای کوچک و متنوع انرژی در شبکه مهم است. شبکه های هوشمند همچنین نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ایفا می کنند [12].

 

در حقیقت، در میان ویژگی های شبکه های هوشمند، ما می توانیم ویژگی های کلیدی زیر را مهمترین مشخص کنیم:

 

سازگاری

 

شبکه هوشمند زیرساخت های نسل کشی غیر متمرکز گسترش می یابد تا بادگیرهای دریایی در مقیاس وسیع را شامل شود. بخش مهمی از انرژی از ژنراتورهای کوچک، خورشیدی، باد، گرما و قدرت ترکیبی و تکنولوژی های رشد مانند انرژی موج تولید خواهد شد. در عین حال، با معرفی PHEV، خطوط استفاده از انرژی گرسنه در حال توسعه هستند. چالش ها حاوی هماهنگی انرژی از منابع مختلف برای حذف جریان و ارائه قدرت کیفیت قابل اعتماد است. شبکه های هوشمند می توانند به تمام انواع نسل ها تنظیم شوند.

 

یکپارچه و پیش بینی

 

ادغام فناوری های ارتباطی، امنیتی و کنترل اجازه می دهد داده ها بلافاصله منتقل و مورد استفاده قرار گیرند. این امر به ارتباطات و ارائه اتاق های کنترل به حالت فعال در مورد نحوه رفتار شبکه ها در زمان واقعی می پردازد. تفاوت های زیادی در عرضه و تقاضا وجود دارد، با وجود مازاد در برخی از مناطق شبکه و عدم وجود در دیگری. فن آوری های ارتباطی و کنترل شبکه هوشمند، برق را برای تخصیص مجدد انرژی به منظور بهبود تعادل قدرت در سراسر شبکه، به کار می گیرد.

 

در ارتباط بودن

 

مشتریان کنترل شدیدتری نسبت به مصرف انرژی خود دارند، همچنین با چندین سود و زیان محیط زیست و مالی. متر هوشمند قیمت های انعطاف پذیر را هنگامی که تقاضا در اوج خود است، هزینه واحد انرژی افزایش خواهد یافت، تشویق مشتریان برای کاهش مصرف.

 

بهینه سازی

 

 

 

 

اپراتورها قادر به انتخاب مسیر ارزان تر از مسیر منبع انرژی به نقطه تقاضا هستند و بارگیری در سیستم انتقال و توزیع باید مانع شود. اگر یک خط از سیستم قطع شود شبکه هوشمند مسیر دیگری پیدا خواهد کرد. نظارت و بازسازی شبکه های واقعی همه دستورالعمل است. شبکه های هوشمند به صورت اتوماتیک ایجاد می شوند و تعمیر سریع تر و ایمن تر عرضه می شود.

 

علاوه بر این، شبکه هوشمند توانایی خودمراقبتی و خود شفا را بهبود داده است. با استفاده از نظارت بر زمان واقعی، عوارض می تواند به صورت روباتیک قابل توجه و پاسخ داده شود. با ادغام شبکه های میکروتیک، مناطق درگیر می تواند از شبکه های اصلی جلوگیری از اختلال در کل سیستم قرنطینه شود.

 

هوشمند

 

شبکه هوشمند توانایی سنجش بیش از حد سیستم و هدایت قدرت را برای جلوگیری یا کاهش قطع برق احتمالی دارد. از کار خودخواهانه زمانی که شرایط نیاز به حل و فصل سریع تر از انسان می تواند پاسخگو و حمایت در تنظیم اهداف آب و برق، مشتریان و کنترل کنندگان.

 

کارآمد

 

شبکه هوشمند قادر به پاسخگویی به نیازهای مصرف کننده بزرگتر بدون گسترش شبکه یا افزودن زیرساخت است.

 

مکمل

 

شبکه هوشمند با انرژي که از تقريبا هر منبع سوختي از جمله خورشيد و باد به صورت ساده و واضح به عنوان زغال سنگ و گاز طبيعي برخوردار است، تحمل مي کند. قادر به ترکیب هر گونه مفاهیم و فن آوری های پیشرفته مانند تکنولوژی ذخیره سازی انرژی، برای مثال.

 

انگیزه

 

شبکه هوشمند قادر به برقراری ارتباط در زمان واقعی بین مشتری و ابزار است، به طوری که مصرف کنندگان می توانند مصرف برق خود را بر اساس علاقه مندی ها و گزینه های خاص مانند هزینه ها و نگرانی های محیطی

 

اپورتونیستی

 

شبکه هوشمند توانایی ایجاد فرصت های جدید بازار را با استفاده از توانایی خود برای بهره برداری از وسایل نوآوری پلاگین و بازی فراهم می کند.

 

قابل اطمینان و متمرکز بر کیفیت

 

شبکه هوشمند توانایی ارائه کیفیت ضروری انرژی را بدون اختلالات و اختلالات یا توقف هایی دارد تا بتواند اقتصاد دیجیتال و تمام لوازم الکتریکی مانند کامپیوترها و مراکز داده را برای اجرای آن به کار گیرد.

 

ارتجاعی

 

شبکه هوشمند به دلیل زیرساخت های غیر متمرکز و تقویت شده با پروتکل های امنیتی Smart Grid به طور فزاینده ای برای حمله و بلایای طبیعی مقاوم است.

“سبز”

 

شبکه هوشمند توانسته است گسترش تغییرات آب و هوایی جهانی را کاهش دهد و به ایجاد یک مسیر واقعی برای بهبود قابل توجه محیط زیست کمک کند.

سیستم های کنترل پیشرفته سودمند

برای موفقیت در ارتقاء سیستم های پایان شبکه و ادغام داده های نظارت بر سیستم های بحرانی برای اطمینان از کنترل و نظارت بر خدمات، ضروری است که یک زیرساخت قوی تکنولوژی برای سیستم های کنترل پیشرفته را ایجاد کنیم.

در حال حاضر شبکه های ارتباطی از پایان تا پایان و همچنین AMI در ایالات متحده اجرا می شود [15]، آنها می توانند برای تبادل داده ها بین برنامه های کاربردی و دستگاه های برق و سیستم های نرم افزاری مورد استفاده قرار گیرند. تحقق شبکه های هوشمند بستگی به ایجاد چنین ساختاری دارد که دیداری در زمان واقعی را فراهم می کند و یک سیستم تصمیم گیری که می تواند به عملکرد و قابلیت اطمینان شبکه کمک کند، این سیستم کنترل می تواند بهترین راه حل برای بحرانی ترین تصمیم را انتخاب کند و راه حل مناسب را در یک دوره زمانی قابل قبول انتخاب کنید، با توجه به متغیرهایی مانند هزینه های مالی و اثرات زیست محیطی

 

نتیجه

سن شبکه هوشمند بر ما است مقادیر زیادی سرمایه در حال توسعه هستند و در دهه آینده و بعد از آن در ارتقاء شبکه برق جهان به کار خواهند رفت. به نظر می رسد که هر دو سیاسی و مالی پشت سر گذاشته است. ثروت در این عرصه ساخته خواهد شد و زندگی ما برای تحقق بخشیدن به انرژی کارآمد و پاکیزه بهتر خواهد شد. علاوه بر این، شبکه هوشمند باید توسط یک شبکه ارتباطی هوشمند و امن پشتیبانی شود؛ خدمات برق باید زیرساخت ها، برنامه های کاربردی و خدمات مورد نیاز برای ارائه بدون توقف، با کیفیت بالا قدرت با خیال راحت و کارآمد. در کار آینده ما، ما بر روی مشخصه های مربوط به پلت فرم ارتباطات شبکه های هوشمند و توصیف معماری مرجع و انتقاد تمرکز می کنی.

 

.

رفرنس:

Ieee  انجمن برق

ecogeek سایت

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.