الشبكة الذكية هي شبكة كهربائية تتضمن مجموعة متنوعة من إجراءات التشغيل والطاقة بما في ذلك العدادات الذكية والأجهزة الذكية وموارد الطاقة المتجددة وموارد الطاقة الفعالة. يعد التحكم الإلكتروني بالطاقة والتحكم في إنتاج وتوزيع الكهرباء من الجوانب الهامة للشبكة الذكية.

يتم تنظيم سياسة الشبكة الذكية في أوروبا كمنصة التقنية الذكية للشبكة الأوروبية. يتم وصف السياسة في الولايات المتحدة في 42 USC الفصل. 152 ، subch. تاسعا § 17381.

ينطوي إطلاق تكنولوجيا الشبكة الذكية أيضًا على إعادة هندسة أساسية لقطاع خدمات الكهرباء ، على الرغم من أن الاستخدام المعتاد للمصطلح يركز على البنية التحتية التقنية.

تعريف “الشبكة الذكية”
تم تقديم أول تعريف رسمي للشبكة الذكية من قبل قانون استقلال وأمن الطاقة لعام 2007 (EISA-2007) ، والذي وافق عليه الكونغرس الأمريكي في يناير 2007 ، ووقع عليه الرئيس جورج دبليو بوش في ديسمبر 2007. يوفر الثالث عشر من هذا القانون وصفا ، مع عشر خصائص ، والتي يمكن اعتبارها تعريف للشبكة الذكية ، على النحو التالي:

“إن سياسة الولايات المتحدة هي دعم تحديث نظام نقل وتوزيع الكهرباء في الدولة من أجل الحفاظ على بنية تحتية للكهرباء موثوقة وآمنة يمكن أن تلبي نمو الطلب في المستقبل وتحقيق كل ما يلي ، والذي يميز معاً الشبكة الذكية: (1) زيادة استخدام المعلومات الرقمية والضوابط التكنولوجية لتحسين موثوقية وأمن وكفاءة الشبكة الكهربائية (2) التحسين الديناميكي لعمليات الشبكة والموارد ، مع الأمن الإلكتروني الكامل. (3) نشر وتكامل الموارد الموزعة (4) تطوير ودمج استجابة الطلب ، وموارد جانب الطلب ، وموارد كفاءة استخدام الطاقة. (5) نشر التكنولوجيات “الذكية” (تكنولوجيات تفاعلية في الوقت الفعلي ، والتفاعلية ، لتحسين الكفاءة المادية). تشغيل الأجهزة والأجهزة الاستهلاكية) لقياس ، والاتصالات المتعلقة بعمليات الشبكة والحالة ، والتشغيل الآلي للتوزيع. (6) دمج الأجهزة “الذكية” والأجهزة الاستهلاكية. (7) نشر وتكامل تكنولوجيات تخزين الكهرباء والحلاقة المتقدمة ، بما في ذلك السيارات الكهربائية والهجينة الكهربائية ، وتكييف الهواء الحراري. (8) توفير للمستهلكين من خيارات المعلومات والتحكم في الوقت المناسب. (9) وضع معايير للاتصالات والتشغيل البيني للأجهزة والمعدات المتصلة بالشبكة الكهربائية ، بما في ذلك البنية التحتية التي تخدم الشبكة. (10) تحديد وتخفيض الحواجز غير المعقولة أو غير الضرورية التي تحول دون اعتماد تكنولوجيات وممارسات وخدمات الشبكة الذكية. ”

من العناصر الشائعة لمعظم التعريفات تطبيق المعالجة الرقمية والاتصالات على شبكة الطاقة الكهربائية ، مما يجعل تدفق البيانات وإدارة المعلومات مركزيًا للشبكة الذكية. تنتج القدرات المختلفة عن الاستخدام المتكامل العميق للتكنولوجيا الرقمية مع شبكات الكهرباء. يعد دمج معلومات الشبكة الجديدة أحد المشكلات الرئيسية في تصميم الشبكات الذكية. الآن ، تجد المرافق الكهربائية نفسها تصنع ثلاث فئات من التحولات: تحسين البنية التحتية ، وتسمى الشبكة القوية في الصين. إضافة إلى الطبقة الرقمية ، التي هي جوهر الشبكة الذكية ؛ وتحول عملية الأعمال ، اللازمة للاستفادة من الاستثمارات في التكنولوجيا الذكية. يتم تضمين الكثير من العمل الجاري في تحديث الشبكة الكهربائية ، وخاصة أتمتة التوزيع والتوزيع ، في المفهوم العام للشبكة الذكية.

الابتكارات التكنولوجية في وقت مبكر
ظهرت تقنيات الشبكة الذكية من المحاولات السابقة لاستخدام التحكم الإلكتروني ، والقياس ، والمراقبة. في الثمانينيات ، استخدمت قراءة العدادات الآلية لمراقبة الأحمال من العملاء الكبار ، وتطورت إلى البنية الأساسية المتقدمة للميزان في التسعينات ، والتي يمكن أن تخزن عداداتها كيفية استخدام الكهرباء في أوقات مختلفة من اليوم. تعمل العدادات الذكية على إضافة اتصالات مستمرة حتى يمكن إجراء المراقبة في الوقت الفعلي ، ويمكن استخدامها كبوابة للمطالبة بأجهزة تتوافق مع الاستجابة و “مآخذ ذكية” في المنزل. كانت الأشكال المبكرة لتكنولوجيات إدارة جانب الطلب هذه عبارة عن أجهزة ديناميكية للطلب تتأثر بشكل سلبي بالأحمال على الشبكة من خلال مراقبة التغيرات في تردد مصدر الطاقة. قامت أجهزة مثل مكيفات الهواء الصناعية والمنزلية والثلاجات وأجهزة التسخين بتعديل دورة التشغيل الخاصة بهم لتجنب التنشيط خلال الأوقات التي كانت فيها الشبكة تعاني من حالة الذروة. وبدءًا من عام 2000 ، كان مشروع Telegestore في إيطاليا أول من قام بتشكيل أعداد كبيرة (27 مليون) من المنازل باستخدام العدادات الذكية المتصلة عبر الاتصال منخفض النطاق عبر خطوط الكهرباء. استخدمت بعض التجارب مصطلح النطاق العريض عبر خطوط الطاقة (BPL) ، بينما استخدم آخرون تقنيات لاسلكية مثل الشبكات الشبكية للترويج لمزيد من الاتصالات الموثوقة للأجهزة المتباينة في المنزل ، وكذلك دعم قياس المرافق الأخرى مثل الغاز والماء.

لقد أحدثت عملية مراقبة ومزامنة الشبكات واسعة النطاق ثورة في أوائل التسعينيات عندما قامت إدارة الطاقة في بونفيل بتوسيع أبحاث الشبكة الذكية مع أجهزة الاستشعار النموذجية التي يمكنها تحليل سريع للغاية للأوجه الشاذة في جودة الكهرباء على مناطق جغرافية كبيرة جدًا. وكانت ذروة هذا العمل أول نظام قياس واسع المدى في المنطقة (WAMS) في عام 2000. وتقوم بلدان أخرى بدمج هذه التكنولوجيا بسرعة – بدأت الصين في امتلاك نظام وطني شامل شامل للإدارة عند استكمال الخطة الاقتصادية الخمسية السابقة في عام 2012.

تشمل عمليات النشر الأقدم للشبكات الذكية نظام Telegestore الإيطالي (2005) ، والشبكة الشبكية لأوستن ، تكساس (منذ عام 2003) ، والشبكة الذكية في بولدر ، كولورادو (2008). راجع عمليات النشر ومحاولة عمليات النشر أدناه.

ملامح الشبكة الذكية
تمثل الشبكة الذكية المجموعة الكاملة من الاستجابات الحالية والمقترحة لتحديات إمدادات الكهرباء. بسبب مجموعة متنوعة من العوامل هناك العديد من التصنيفات المتنافسة وليس هناك اتفاق على تعريف عالمي. ومع ذلك ، يتم إعطاء تصنيف ممكن واحد هنا.

الموثوقية
تستفيد الشبكة الذكية من تقنيات مثل تقدير الحالة ، التي تعمل على تحسين كشف الأخطاء والسماح بالشفاء الذاتي للشبكة دون تدخل الفنيين. وهذا من شأنه ضمان توفير إمدادات أكثر موثوقية من الكهرباء ، وتقليل التعرض للكوارث الطبيعية أو الهجوم.

على الرغم من أن المسارات المتعددة توصف بأنها إحدى ميزات الشبكة الذكية ، فإن الشبكة القديمة تتميز أيضًا بمسارات متعددة. بنيت خطوط الطاقة الأولية في الشبكة باستخدام نموذج شعاعي ، وتم ضمان الاتصال في وقت لاحق عبر طرق متعددة ، يشار إليها باسم هيكل الشبكة. ومع ذلك ، فقد خلق هذا مشكلة جديدة: إذا تجاوز التدفق الحالي أو التأثيرات ذات الصلة عبر الشبكة حدود أي عنصر شبكة معين ، فقد يفشل ، وسيتم تحويل التيار إلى عناصر الشبكة الأخرى ، والتي قد تفشل أيضًا في النهاية ، مما يسبب تأثير الدومينو. انظر انقطاع التيار الكهربائي. تقنية لمنع هذا هو سفك تحميل بواسطة تعتيم المتداول أو تخفيض الجهد (brownout).

إن الأثر الاقتصادي لموثوقية الشبكة المحسنة والمرونة هو موضوع عدد من الدراسات ويمكن حسابها باستخدام منهجية ممولة من وزارة الطاقة الأمريكية لمواقع الولايات المتحدة باستخدام أداة حساب واحدة على الأقل.

المرونة في طوبولوجيا الشبكة
وستكون البنية التحتية للتوزيع والتوزيع من الجيل التالي أكثر قدرة على التعامل مع تدفقات الطاقة ثنائية الاتجاه المحتملة ، مما يسمح بتوليد الطاقة الموزعة مثل الألواح الضوئية على أسطح المباني ، ولكن أيضًا استخدام خلايا الوقود ، الشحن إلى / من بطاريات السيارات الكهربائية ، الرياح التوربينات ، وضخ الطاقة الكهرمائية ، وغيرها من المصادر.

صُممت الشبكات الكلاسيكية لتدفق وحيد الاتجاه للكهرباء ، ولكن إذا كانت الشبكة الفرعية المحلية تنتج طاقة أكثر مما تستهلك ، فإن التدفق العكسي يمكن أن يرفع مشكلات السلامة والموثوقية. شبكة ذكية تهدف إلى إدارة هذه الحالات.

نجاعة
من المتوقع أن تساهم العديد من المساهمات في تحسين كفاءة البنية التحتية للطاقة بشكل عام من خلال نشر تقنية الشبكة الذكية ، بما في ذلك على وجه الخصوص إدارة جانب الطلب ، على سبيل المثال إيقاف تشغيل مكيفات الهواء خلال المسامير قصيرة الأجل في أسعار الكهرباء ، مما يقلل من الجهد الكهربي عند الإمكان. خطوط التوزيع من خلال Voltage / VAR Optimization (VVO) ، والقضاء على بكرات الشاحنة لقراءة العداد ، والحد من شاحنات النقل عن طريق تحسين إدارة الانقطاعات باستخدام بيانات من أنظمة البنية التحتية المتقدمة للميتسوبيشي. التأثير الكلي هو أقل التكرار في خطوط النقل والتوزيع ، واستخدام أكبر للمولدات ، مما يؤدي إلى انخفاض أسعار الطاقة.

تعديل الحمولة / موازنة التحميل
يمكن أن يختلف الحمل الإجمالي المتصل بشبكة الطاقة بشكل كبير بمرور الوقت. على الرغم من أن إجمالي الحمل هو مجموع العديد من الاختيارات الفردية للعملاء ، إلا أن الحمل الإجمالي ليس بالضرورة ثابتًا أو بطيئًا. على سبيل المثال ، إذا بدأ برنامج تلفزيوني شهير ، فستبدأ ملايين من أجهزة التلفزيون في رسم التيار على الفور. تقليديا ، للاستجابة إلى الزيادة السريعة في استهلاك الطاقة ، أسرع من وقت بدء تشغيل مولد كبير ، يتم وضع بعض مولدات الغيار الاحتياطية على وضع الاستعداد المبدئي. قد تحذر الشبكة الذكية جميع أجهزة التلفزيون الفردية ، أو أي عميل آخر أكبر ، من تقليل الحمل مؤقتًا (للسماح بالوقت لبدء تشغيل مولد أكبر) أو بشكل مستمر (في حالة الموارد المحدودة). باستخدام خوارزميات التنبؤ الرياضي ، من الممكن التنبؤ بعدد المولدات الاحتياطية التي يجب استخدامها ، للوصول إلى معدل فشل معين. في الشبكة التقليدية ، لا يمكن تخفيض معدل الفشل إلا بتكلفة المولدات الاحتياطية. في الشبكة الذكية ، قد يؤدي تقليل الحمل حتى ولو جزء صغير من العملاء إلى التخلص من المشكلة.

الحد الأقصى للتخفيض / التسوية ووقت استخدام التسعير
ولتقليل الطلب خلال فترات ذروة الاستخدام ذات التكلفة المرتفعة ، تقوم تقنيات الاتصالات وتقنيات القياس بإعلام الأجهزة الذكية في المنزل والأعمال عندما يكون الطلب على الطاقة مرتفعاً وتتبع كمية الكهرباء المستخدمة ومتى يتم استخدامها. كما أنه يعطي شركات المرافق القدرة على تقليل الاستهلاك من خلال التواصل مع الأجهزة مباشرة من أجل منع الحمل الزائد للنظام. ومن الأمثلة على ذلك فائدة تقلل من استخدام مجموعة من محطات شحن السيارات الكهربائية أو تحويل نقاط ضبط درجة الحرارة لمكيفات الهواء في المدينة. ولتحفيزهم على تقليص الاستخدام والقيام بما يسمى “تقليص الذروة” أو “ذروة التسوية” ، تزداد أسعار الكهرباء خلال فترات الطلب المرتفعة ، وتنخفض خلال فترات انخفاض الطلب. ويعتقد أن المستهلكين والشركات سوف يميلون إلى استهلاك أقل خلال فترات الطلب العالية إذا كان من الممكن للمستهلكين وأجهزة المستهلك أن يكونوا على علم بعلاوة السعر المرتفعة لاستخدام الكهرباء في فترات الذروة. هذا قد يعني جعل المقايضات مثل ركوب الدراجات الهوائية على / قبالة مكيفات الهواء أو تشغيل غسالات الصحون في الساعة 9 مساء بدلا من الساعة 5 مساء. عندما ترى الشركات والمستهلكون فائدة اقتصادية مباشرة لاستخدام الطاقة في أوقات خارج أوقات الذروة ، فإن النظرية هي أنها ستشمل تكلفة الطاقة للتشغيل في أجهزة المستهلكين الخاصة بهم وقرارات بناء المباني وبالتالي تصبح أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. راجع وقت القياس اليومي واستجابة الطلب.

ووفقًا لمؤيدي خطط الشبكة الذكية ، فإن هذا من شأنه أن يقلل من كمية احتياطي الغزل التي يجب على المرافق الذرية الاحتفاظ بها على أهبة الاستعداد ، حيث سيستقر منحنى الحمل من خلال مزيج من رأسمالية السوق الحرة “غير المرئية”. والتحكم المركزي في عدد كبير من الأجهزة عن طريق خدمات إدارة الطاقة التي تدفع للمستهلكين جزءًا من الطاقة القصوى المحفوظة عن طريق إيقاف تشغيل الجهاز.

الاستدامة
تسمح المرونة المحسنة للشبكة الذكية بتغلغل أكبر لمصادر الطاقة المتجددة المتغيرة للغاية مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، حتى بدون إضافة تخزين الطاقة. لا يتم إنشاء البنية الأساسية للشبكة الحالية للسماح بالعديد من نقاط التغذية الموزعة ، وعادةً حتى إذا سمح ببعض الأعلاف على المستوى المحلي (التوزيع) ، فلا يمكن للبنية التحتية لمستوى الإرسال استيعابها. تشكل التقلبات السريعة في التوليد الموزع ، مثل الطقس الغائم أو العاصف ، تحديات كبيرة لمهندسي الطاقة الذين يحتاجون إلى ضمان مستويات طاقة مستقرة من خلال تغيير إنتاج المولدات التي يمكن التحكم فيها مثل التوربينات الغازية والمولدات الكهرومائية. تعد تقنية الشبكة الذكية شرطًا ضروريًا للكميات الكبيرة جدًا من الكهرباء المتجددة على الشبكة لهذا السبب.

سوق تمكين
تسمح الشبكة الذكية بالاتصال المنتظم بين الموردين (سعر الطاقة) والمستهلكين (استعدادهم للدفع) ، وتسمح للموردين والمستهلكين بأن يكونوا أكثر مرونة وتطوراً في استراتيجياتهم التشغيلية. ستحتاج الأحمال الحرجة فقط إلى دفع أسعار الطاقة القصوى ، وسيتمكن المستهلكون من أن يكونوا أكثر استراتيجية في استخدام الطاقة. وستتمكن المولدات التي تتمتع بقدر أكبر من المرونة من بيع الطاقة بطريقة استراتيجية لتحقيق أقصى قدر من الأرباح ، في حين أن المولدات غير المرنة مثل التوربينات البخارية ذات الحمل الأساسي وتوربينات الرياح سوف تتلقى تعريفة متباينة بناءً على مستوى الطلب وحالة المولدات الأخرى العاملة حاليًا. التأثير الكلي هو إشارة تمنح كفاءة الطاقة ، واستهلاك الطاقة الذي يتأثر بالقيود المتغيرة مع الوقت للعرض. على المستوى المحلي ، ستكون الأجهزة ذات درجة تخزين الطاقة أو الكتلة الحرارية (مثل الثلاجات وبنوك الحرارة والمضخات الحرارية) في وضع جيد “للعب” في السوق وتسعى إلى تقليل تكلفة الطاقة من خلال تكييف الطلب مع الطبقة السفلية. تكلف فترات دعم الطاقة. هذا هو امتداد لأسعار الطاقة المزدوجة الجمركية المذكورة أعلاه.

دعم الاستجابة الطلب
يسمح دعم استجابة الطلب للمولدات والحمولات بالتفاعل بطريقة آلية في الوقت الفعلي ، مع تنسيق الطلب على تسطيح المسامير. ويؤدي التخلص من جزء الطلب الذي يحدث في هذه الارتفاعات إلى التخلص من تكلفة إضافة مولدات احتياطية ، وخفض التآكل والتمزق ، وإطالة عمر المعدات ، ويسمح للمستخدمين بخفض فواتير الطاقة الخاصة بهم عن طريق إخبار الأجهزة ذات الأولوية المنخفضة باستخدام الطاقة فقط عندما تكون أرخص .

حاليا ، أنظمة شبكات الطاقة لديها درجات متفاوتة من الاتصالات داخل أنظمة التحكم لأصولها ذات القيمة العالية ، مثل في توليد محطات وخطوط النقل والمحطات الفرعية ومستخدمي الطاقة الرئيسيين. في تدفق المعلومات العامة بطريقة واحدة ، من المستخدمين والأحمال التي يسيطرون عليها مرة أخرى إلى المرافق العامة. تحاول المرافق تلبية الطلب والنجاح أو الفشل بدرجات متفاوتة (البنيان ، التعتيم المتداول ، التعتيم غير المنضبط). يمكن أن يكون إجمالي كمية الطلب على الطاقة من قبل المستخدمين له توزيع احتمالي كبير للغاية يتطلب محطات توليد احتياطي في وضع الاستعداد للاستجابة للتغير السريع في استخدام الطاقة. هذا التدفق أحادي الاتجاه للمعلومات مكلف ؛ قد يكون مطلوبًا 10٪ من سعة توليد الطاقة أقل من 1٪ من الوقت ، ويمكن أن يكون انقطاع التيار الكهربائي وانقطاع التيار الكهربائي مكلفًا للمستهلكين.

يمكن تقديم استجابة الطلب من خلال الأحمال التجارية والسكنية والحمولات الصناعية. على سبيل المثال ، تشارك شركة Warco Operation في شركة Alcoa في MISO كمورد مؤهل للطلب على الاستجابة ، ويستخدم Trimet Aluminium مصهره كبطارية قصيرة المدى.

ويعتبر الكمون من تدفق البيانات مصدر قلق كبير ، حيث تسمح بعض معماريات العدادات الذكية المبكرة بتأخير ما يصل إلى 24 ساعة في تلقي البيانات ، مما يمنع أي تفاعل محتمل من خلال تزويد الأجهزة أو طلبها.

منصة للخدمات المتقدمة
وكما هو الحال في الصناعات الأخرى ، فإن استخدام الاتصالات القوية ثنائية الاتجاه ، وأجهزة الاستشعار المتقدمة ، وتقنية الحوسبة الموزعة سيحسن من كفاءة وموثوقية وسلامة توصيل الطاقة واستخدامها. كما أنه يفتح المجال لإمكانية تقديم خدمات جديدة كليًا أو تحسينات جديدة على الخدمات الحالية ، مثل مراقبة الحرائق وأجهزة الإنذار التي يمكنها إيقاف تشغيل الطاقة ، وإجراء مكالمات هاتفية إلى خدمات الطوارئ ، إلخ.

التزويد ميغابت ، السيطرة على السلطة مع كيلوبتس ، بيع الباقي
كمية البيانات المطلوبة لإجراء المراقبة وتبديل الأجهزة الخاصة بها تلقائيًا صغيرة جدًا مقارنةً بالمنازل النائية حتى التي تصل بالفعل إلى دعم خدمات الصوت والأمن والإنترنت والتلفزيون. يتم دفع الكثير من ترقيات عرض النطاق الشبكي الذكي عن طريق الإفراط في التزويد لدعم خدمات المستهلك ، ودعم الاتصالات بالخدمات المتعلقة بالطاقة أو دعم الخدمات المرتبطة بالطاقة ، مثل معدلات أعلى خلال ساعات الذروة ، مع الاتصالات. وهذا صحيح بشكل خاص حيث تدير الحكومات مجموعتي الخدمات كاحتكار عام. ولأن شركات الكهرباء والاتصالات عادة ما تكون شركات تجارية منفصلة في أمريكا الشمالية وأوروبا ، فقد تطلب الأمر بذل جهود كبيرة من الحكومة والشركات الكبيرة لتشجيع مختلف المؤسسات على التعاون. يرى البعض ، مثل شركة Cisco ، فرصة في توفير أجهزة للمستهلكين تشبه إلى حد كبير تلك التي يقدمونها منذ فترة طويلة للصناعة. آخرون ، مثل Silver Spring Networks أو Google ، هم مكوِّنات للبيانات بدلاً من موردي المعدات. في حين أن معايير التحكم في طاقة التيار المتردد تشير إلى أن شبكات خطوط الكهرباء هي الوسيلة الأساسية للاتصال بين الشبكة الذكية والأجهزة المنزلية ، فقد لا تصل البتات إلى المنزل عبر النطاق العريض عبر خطوط الطاقة (BPL) في البداية ولكن عن طريق اللاسلكي الثابت.

تقنية
ويستخدم بالفعل معظم تكنولوجيات الشبكة الذكية في تطبيقات أخرى مثل التصنيع والاتصالات السلكية واللاسلكية ويجري تكييفها للاستخدام في عمليات الشبكة.

الاتصالات المتكاملة: تشمل مجالات التحسين: أتمتة المحطات الفرعية ، واستجابة الطلب ، والتشغيل الآلي للتوزيع ، والتحكم الإشرافي ، واقتناء البيانات (SCADA) ، وأنظمة إدارة الطاقة ، وشبكات الشبكات اللاسلكية وغيرها من التقنيات ، واتصالات خطوط نقل الطاقة الكهربائية ، والألياف الضوئية. ستسمح الاتصالات المتكاملة بالتحكم في الوقت الفعلي والمعلومات وتبادل البيانات لتحسين موثوقية النظام واستخدام الأصول والأمان.
الاستشعار والقياس: المهام الأساسية هي تقييم الازدحام واستقرار الشبكة ، ومراقبة صحة المعدات ، ومنع سرقة الطاقة ، ودعم استراتيجيات المكافحة. تشمل التقنيات: أجهزة المعالجات الدقيقة المتقدمة (العدادات الذكية) ومعدات قراءة العدادات ، وأنظمة المراقبة على نطاق واسع ، وتصنيف الخط الديناميكي (يعتمد عادة على القراءات عبر الإنترنت عن طريق الاستشعار الحراري الموزع مع أنظمة التقييم الحراري في الوقت الحقيقي (RTTR)) ، وقياس التوقيع الكهرومغناطيسي / التحليل ، وقت الاستخدام وأدوات التسعير في الوقت الحقيقي ، والمفاتيح الكهربائية المتقدمة والكابلات ، والتكنولوجيا الراديوية للضوء ، والمرحلات الواقية الرقمية.
العدادات الذكية.
وحدات قياس Phasor. يعتقد الكثيرون في مجتمع هندسة أنظمة الطاقة أنه كان من الممكن احتواء التعتيم الشمالي الشرقي لعام 2003 على منطقة أصغر بكثير إذا كانت شبكة قياس نطاق واسع في مكانها.
التحكم في تدفق القدرة الموزعة: يتم التحكم في أجهزة التحكم بتدفق الطاقة في خطوط النقل الحالية للتحكم في تدفق الطاقة في الداخل. تدعم خطوط النقل الممكّنة بهذه الأجهزة استخدامًا أكبر للطاقة المتجددة من خلال توفير تحكم أكثر اتساقًا في الوقت الفعلي حول كيفية توجيه هذه الطاقة داخل الشبكة. تمكن هذه التكنولوجيا الشبكة من تخزين الطاقة المتقطعة بشكل أكثر فاعلية من مصادر الطاقة المتجددة للاستخدام في وقت لاحق.
توليد الطاقة الذكية باستخدام مكونات متقدمة: توليد الطاقة الذكية هو مفهوم مطابقة توليد الكهرباء مع الطلب باستخدام مولدات متماثلة متعددة يمكن أن تبدأ وتتوقف وتعمل بكفاءة عند التحميل المختار ، بشكل مستقل عن الآخرين ، مما يجعلها مناسبة للحمل الأساسي وتوليد الطاقة القصوى . تعتبر عملية المطابقة بين العرض والطلب ، والتي تسمى موازنة الحمل ، ضرورية لتوفير إمدادات مستقرة وموثوقة من الكهرباء. تؤدي الانحرافات قصيرة الأجل في التوازن إلى تغيرات في التردد ونتائج عدم تطابق مطولة في حالات انقطاع التيار الكهربائي. يتم تحميل مشغلي أنظمة نقل الطاقة بمهمة الموازنة ، بحيث يتم مطابقة خرج الطاقة لكل المولدات مع حمل الشبكة الكهربائية الخاصة بهم. لقد أصبحت مهمة موازنة الحمل أكثر تحديًا مع إضافة مولدات متقطعة ومتغيرة بشكل متزايد مثل توربينات الرياح والخلايا الشمسية إلى الشبكة ، مما أجبر المنتجين الآخرين على تكييف إنتاجهم بشكل أكثر تكرارًا مما كان مطلوبًا في الماضي. أول محطتين لتوليد الطاقة بالشبكة الديناميكية باستخدام هذا المفهوم قد تم طلبها من قبل Elering وسيتم بناؤها بواسطة Wärtsilä في Kiisa ، إستونيا (Kiisa Power Plant). والغرض منها هو “توفير قدرة توليد ديناميكية لمواجهة الانخفاض المفاجئ وغير المتوقع في إمدادات الكهرباء.” ومن المقرر أن تكون جاهزة خلال 2013 و 2014 ، وسيبلغ إجمالي إنتاجها 250 ميجاوات.
تتيح أتمتة نظام الطاقة التشخيص السريع والحلول الدقيقة لانقطاعات الشبكة أو انقطاعها. تعتمد هذه التقنيات على كل من المجالات الرئيسية الأربعة الأخرى وتساهم فيها. ثلاث فئات تقنية لطرق التحكم المتقدمة هي: العوامل الذكية الموزعة (أنظمة التحكم) ، الأدوات التحليلية (خوارزميات البرامج والحواسيب عالية السرعة) ، والتطبيقات التشغيلية (SCADA ، أتمتة المحطات الفرعية ، استجابة الطلب ، إلخ). باستخدام تقنيات برمجة الذكاء الاصطناعي ، خلقت شبكة الطاقة في Fujian في الصين نظام حماية مساحة واسعة قادرة بسرعة على حساب استراتيجية تحكم وتنفيذها بدقة. يستخدم برنامج مراقبة ومراقبة استقرار الجهد (VSMC) طريقة برمجية خطية متتالية تعتمد على الحساسية لتحديد حل التحكم الأمثل.

ابحاث

البرامج الرئيسية
IntelliGrid – صممه معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) ، يوفر معمارية IntelliGrid منهجية وأدوات وتوصيات للمعايير والتكنولوجيات لاستخدام المرافق في التخطيط ، وتحديد ، وشراء الأنظمة القائمة على تكنولوجيا المعلومات ، مثل القياس المتقدم ، والتشغيل الآلي للتوزيع ، و استجابة الطلب. توفر الهندسة المعمارية أيضًا مختبرًا حيًا لتقييم الأجهزة والأنظمة والتكنولوجيا. قامت العديد من المرافق بتطبيق معمارية IntelliGrid بما في ذلك جنوب كاليفورنيا اديسون ، سلطة الطاقة في لونغ آيلاند ، مشروع نهر السلط ، وتوصيل الكهرباء TXU. إن IntelliGrid Consortium عبارة عن شراكة بين القطاعين العام والخاص تعمل على تكامل وتحسين الجهود البحثية العالمية ، وصناديق تكنولوجيا R & D ، وتعمل على دمج التقنيات ، ونشر المعلومات التقنية.

الشبكة 2030 – الشبكة 2030 عبارة عن بيان رؤية مشترك للنظام الكهربائي الأمريكي الذي طورته صناعة المرافق الكهربائية ومصنعي المعدات ومقدمي تكنولوجيا المعلومات والوكالات الحكومية الفيدرالية وحكومات الولايات ومجموعات المصالح والجامعات والمختبرات الوطنية. ويشمل التوليد والنقل والتوزيع والتخزين والاستخدام النهائي. إن خارطة طريق تكنولوجيات التوصيل الكهربائي الوطنية هي وثيقة تنفيذ رؤية الشبكة 2030. توضح خريطة الطريق القضايا والتحديات الرئيسية لتحديث الشبكة وتقترح مسارات يمكن للحكومة والصناعة اتخاذها لبناء نظام تسليم الكهرباء في المستقبل في أميركا.

مبادرة الشبكة الحديثة (MGI) هي جهد تعاوني بين وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ، ومختبر تكنولوجيا الطاقة الوطني (NETL) ، والمرافق ، والمستهلكين ، والباحثين ، وأصحاب المصلحة الآخرين في الشبكة لتحديث ودمج الشبكة الكهربائية الأمريكية. يرعى مكتب توصيل الكهرباء وموثوقية الطاقة (OE) التابع لـ DOE المبادرة التي تعتمد على Grid 2030 وخريطة الطريق الوطنية لتوصيل الكهرباء وتتماشى مع برامج أخرى مثل GridWise و GridWorks.

GridWise – ركز برنامج DOE OE على تطوير تكنولوجيا المعلومات لتحديث الشبكة الكهربائية الأمريكية. بالتعاون مع تحالف GridWise ، يستثمر البرنامج في بنية ومعايير الاتصالات ؛ أدوات المحاكاة والتحليل التقنيات الذكية أسرة الاختبار والمشاريع العرضية ؛ والأطر التنظيمية والمؤسسية والسوقية الجديدة. تحالف GridWise هو تحالف من أصحاب المصلحة في قطاع الكهرباء العام والخاص ، ويوفر منتدى لتبادل الأفكار ، وجهود تعاونية ، واجتماعات مع صناع السياسات على المستوى الفيدرالي ومستوى الولايات.

تم تشكيل مجلس الهندسة GridWise (GWAC) من قبل وزارة الطاقة الأمريكية لتعزيز وتمكين التشغيل البيني بين العديد من الكيانات التي تتفاعل مع نظام الطاقة الكهربائية في البلاد. أعضاء GWAC هم فريق متوازن ومحترم يمثل العديد من الدوائر الانتخابية لسلسلة توريد الكهرباء والمستخدمين. يوفر GWAC الإرشادات والأدوات الصناعية لتوضيح هدف قابلية التشغيل البيني عبر النظام الكهربائي ، وتحديد المفاهيم والمعماريات اللازمة لجعل قابلية التشغيل البيني ممكنة ، ووضع خطوات قابلة للتنفيذ لتسهيل التشغيل المشترك للأنظمة ، والأجهزة ، والمؤسسات التي تشمل الأمة نظام كهربائي. يحدد إطار عمل إطار عمل سياق التشغيل المتداخل لمجلس إدارة GridWise ، V 1.1 المبادئ التوجيهية والمبادئ الضرورية.

GridWorks – ركز برنامج DOE OE على تحسين موثوقية النظام الكهربائي من خلال تحديث مكونات الشبكة الرئيسية مثل الكابلات والموصلات والمحطات الفرعية وأنظمة الحماية وإلكترونيات الطاقة. يشمل تركيز البرنامج تنسيق الجهود على أنظمة فائقة التوصيل لدرجة الحرارة المرتفعة ، وتقنيات موثوقية النقل ، وتقنيات التوزيع الكهربائية ، وأجهزة تخزين الطاقة ، وأنظمة GridWise.

مشروع مظاهرة الشبكة الذكية شمال غرب المحيط الهادئ. – هذا المشروع هو مظاهرة عبر خمس ولايات شمال غرب المحيط الهادئ – ايداهو ، مونتانا ، ولاية أوريغون ، واشنطن ، وايومنغ. وهو يشمل حوالي 60،000 عميل مقنن ، ويحتوي على العديد من الوظائف الأساسية للشبكة الذكية المستقبلية.

المدن الشمسية – في أستراليا ، شمل برنامج المدن الشمسية تعاونًا وثيقًا مع شركات الطاقة لتجربة العدادات الذكية ، والتسعير الذروة وخارج الذروة ، والتبديل عن بُعد والجهود ذات الصلة. كما قدمت بعض التمويل المحدود لترقية الشبكة.

مركز أبحاث الطاقة الذكية (SMERC) – يقع في جامعة كاليفورنيا ، خصص لوس أنجلوس جهوده لإجراء اختبارات واسعة النطاق لتقنية شبكة شحن EV الذكية الخاصة به – WINSmartEV ™. لقد أنشأت منصة أخرى لهيكل الشبكة الذكية تمكن تدفق ثنائي الاتجاه للمعلومات بين الأداة الطرفية والأجهزة المستهلك النهائي – WINSmartGrid ™. طوّر SMERC أيضًا سرير اختبار استجابة (DR) يتألف من مركز التحكم ، وخادم أتمتة استجابة الطلب (DRAS) ، وشبكة المنطقة المحلية (HAN) ، ونظام تخزين طاقة البطارية (BESS) ، واللوحات الكهروضوئية (PV). يتم تثبيت هذه التقنيات داخل إدارة لوس أنجليس للمياه والطاقة وإقليم جنوب ولاية أديسون كشبكة من أجهزة شحن EV ، أنظمة تخزين طاقة البطارية ، الألواح الشمسية ، شاحن DC السريع ، ووحدات السيارة إلى الشبكة (V2G). تتيح هذه المنصات وشبكات الاتصالات والتحكم للمشروعات التي تقودها جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس الكبرى بحثها واختبارها واختبارها بالشراكة مع اثنين من المرافق المحلية الرئيسية وهما SCE و LADWP. [مصدر أفضل مطلوب]

نمذجة الشبكة الذكية
تم استخدام العديد من المفاهيم المختلفة لتشكيل شبكات الطاقة الذكية. يتم دراستها بشكل عام في إطار النظم المعقدة. في جلسة العصف الذهني الأخيرة ، تم النظر إلى شبكة الطاقة في سياق التحكم الأمثل ، والبيئة ، والإدراك البشري ، وديناميكيات الزجاج ، ونظرية المعلومات ، والفيزياء الدقيقة للسحب ، وغيرها الكثير. هنا مجموعة مختارة من أنواع التحليلات التي ظهرت في السنوات الأخيرة.

أنظمة الحماية التي تحقق وتشرف على نفسها
قدم Pelqim Spahiu و Ian R. Evans في دراستهم مفهوم وحدة الحماية الذكية ووحدة الفحص الهجين القائمة على المحطات الفرعية.

Kuramoto oscillators
نموذج Kuramoto هو نظام مدروس جيدًا. تم وصف شبكة الطاقة في هذا السياق أيضًا. الهدف هو الحفاظ على توازن النظام ، أو للحفاظ على التزامن الطوري (المعروف أيضًا باسم قفل الطور). كما تساعد المذبذبات غير المنتظمة في تصميم تقنيات مختلفة وأنواع مختلفة من مولدات الطاقة وأنماط الاستهلاك وما إلى ذلك. كما تم استخدام النموذج لوصف أنماط التزامن في وامض اليراعات.

النظم الحيوية
ترتبط شبكات الطاقة بالنظم البيولوجية المعقدة في العديد من السياقات الأخرى. في إحدى الدراسات ، تمت مقارنة شبكات الطاقة بالشبكة الاجتماعية للدلافين. هذه المخلوقات تبسط أو تكثيف التواصل في حالة وجود حالة غير عادية. إن الاتصالات البينية التي تمكنهم من البقاء على قيد الحياة معقدة للغاية.

شبكات الصمامات العشوائية
في نظرية الترشيح ، تمت دراسة شبكات الصمامات العشوائية. قد تكون الكثافة الحالية منخفضة جدًا في بعض المناطق وقوية جدًا في مناطق أخرى. وبالتالي يمكن استخدام التحليل لتخفيف المشاكل المحتملة في الشبكة. على سبيل المثال ، يمكن للتحليل عالي السرعة في الكمبيوتر أن يتنبأ بالصمامات المنفوخة وأن يصححها ، أو يحلل أنماطًا قد تؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي. من الصعب على البشر التنبؤ بالأنماط طويلة الأجل في الشبكات المعقدة ، لذلك يتم استخدام شبكات الصمامات أو الصمامات الثنائية بدلاً من ذلك.

شبكة اتصالات الشبكة الذكية
تُستخدم محاكيات الشبكة لمحاكاة / محاكاة تأثيرات اتصال الشبكة. ويتضمن ذلك عادةً إعداد مختبر باستخدام أجهزة الشبكة الذكية والتطبيقات وغيرها باستخدام الشبكة الافتراضية التي يوفرها محاكي الشبكة.

الشبكات العصبية
تم اعتبار الشبكات العصبية لإدارة شبكة الطاقة أيضًا. يمكن تصنيف أنظمة الطاقة الكهربائية بطرق مختلفة متعددة: غير خطية أو ديناميكية أو منفصلة أو عشوائية. تحاول الشبكات العصبية الإصطناعية (ANNs) حل أكثر المشكلات صعوبة ، وهي المشاكل غير الخطية.

توقعات الطلب
تطبيق واحد من ANNs هو في التنبؤ الطلب. لكي تعمل الشبكات اقتصاديًا وموثوقًا ، يعد التنبؤ بالطلب أمرًا ضروريًا ، لأنه يُستخدم للتنبؤ بحجم الطاقة التي سيستهلكها الحمل. يعتمد هذا على الظروف الجوية ، ونوع اليوم ، والأحداث العشوائية ، والحوادث ، وما إلى ذلك. بالنسبة للأحمال غير الخطية ، لا يكون مظهر الحمولة سلسًا ومتوقعًا ، مما يؤدي إلى زيادة عدم اليقين ودقة أقل باستخدام نماذج الذكاء الاصطناعي التقليدية. بعض العوامل التي تضعها الشبكات غير الرسمية في الاعتبار عند تطوير هذا النوع من النماذج: تصنيف ملفات الحمولة لمختلف فئات العملاء بناءً على استهلاك الكهرباء ، وزيادة استجابة الطلب لتوقع أسعار الكهرباء في الوقت الفعلي مقارنةً بالشبكات التقليدية ، والحاجة إلى إدخال الطلب السابق مكونات مختلفة ، مثل حمولة الذروة ، الحمل الأساسي ، تحميل الوادي ، متوسط ​​الحمل ، إلخ. بدلاً من دمجها في مدخل واحد ، وأخيرًا ، اعتماد النوع على متغيرات مدخلات محددة. مثال على الحالة الأخيرة سيعطى نوع اليوم ، سواء في أيام الأسبوع أو عطلة نهاية الأسبوع ، والذي لن يكون له تأثير كبير على شبكات المستشفى ، لكنه سيكون عاملاً كبيرًا في تحميل بيانات شبكات السكن السكنية.

عمليات ماركوف
في الوقت الذي تستمر فيه طاقة الرياح في اكتساب شعبية ، فإنها تصبح عنصرا ضروريا في الدراسات الواقعية لشبكات الطاقة. يمكن تصميم التخزين خارج الشبكة ، وتقلبات الرياح ، والعرض ، والطلب ، والتسعير ، وعوامل أخرى على أنها لعبة رياضية. هنا الهدف هو تطوير استراتيجية الفوز. لقد تم استخدام عمليات ماركوف لنمذجة ودراسة هذا النوع من الأنظمة.

أقصى الكون
كل هذه الطرق هي ، بطريقة أو بأخرى ، أساليب الإنتروبيا القصوى ، وهي مجال بحث نشط.يعود هذا إلى أفكار شانون والعديد من الباحثين الآخرين الذين درسوا شبكات الاتصال. واستمرارًا على طول الخطوط المتشابهة اليوم ، غالبًا ما تبحث أبحاث الشبكات اللاسلكية الحديثة عن مشكلة ازدحام الشبكة ، ويتم اقتراح العديد من الخوارزميات لتقليلها ، بما في ذلك نظرية الألعاب ، والمجموعات المبتكرة من FDMA ، و TDMA ، وغيرها.