스마트 그리드
스마트 그리드는 스마트 계량기, 스마트 기기, 재생 에너지 자원 및 에너지 효율적인 자원을 포함한 다양한 운영 및 에너지 측정을 포함하는 전기 그리드입니다. 전자 전력 조절 및 전기 생산 및 분배 제어는 스마트 그리드의 중요한 측면입니다.
스마트 그리드 정책은 유럽에서 스마트 그리드 유럽 기술 플랫폼으로 구성됩니다. 미국 내 정책은 42 U.S.C. ch. 152, subch. IX § 17381.
스마트 그리드 기술의 출시는 전기 서비스 산업의 근본적인 재 설계를 의미하지만, 용어의 일반적인 사용은 기술 인프라에 중점을 둡니다.
“스마트 그리드”의 정의
스마트 그리드의 최초 공식 정의는 2007 년 1 월에 미국 의회에서 승인되었고 2007 년 12 월 조지 부시 대통령이 서명 한 에너지 독립 및 보안법 (EISA-2007)에 의해 제공되었다. 이 법안 XIII는 스마트 그리드의 정의로 간주 될 수있는 10 가지 특성을 다음과 같이 설명합니다.
“미래 수요 증가를 충족시키고 스마트 그리드를 함께 특성화하는 다음 각 항목을 성취 할 수있는 안정적이고 안전한 전기 인프라를 유지하기위한 국가의 송전 및 배전 시스템의 현대화를 지원하는 것은 미국의 정책이다. (1) 전력 계통의 신뢰성, 보안 및 효율성을 향상시키기위한 디지털 정보 및 제어 기술의 사용 증가 (2) 사이버 보안을 포함한 그리드 운영 및 자원의 동적 최적화 (3) 분산 자원의 배치 및 통합 (4) 수요 대응, 수요 측 자원 및 에너지 효율 자원의 개발 및 편성 (5) ‘스마트’기술의 배치 (물리적, 환경 적으로 최적화 된 실시간, 자동화 된 상호 작용 기술) 가전 기기 및 가전 기기 운영), 그리드 운영 및 상태에 관한 통신, 유통 자동화에 대한 정보를 제공합니다. (6) 스마트 기기와 소비자 기기의 통합. (7) 플러그인 전기 및 하이브리드 전기 자동차 및 축열식 냉방 장치를 포함한 고급 전기 저장 및 첨단 기술의 배치 및 통합. (8) 적시 정보 및 통제 옵션을 소비자에게 제공합니다. (9) 그리드를 서비스하는 인프라를 포함하여 전기 그리드에 연결된 기기 및 장비의 통신 및 상호 운용성 표준 개발. (10) 스마트 그리드 기술, 관행 및 서비스의 채택에 대한 불합리하거나 불필요한 장벽 식별 및 감소. ”
대부분의 정의에서 가장 공통적 인 요소는 데이터 그리드 및 정보 관리를 스마트 그리드의 중심으로 만들기 위해 전력 그리드에 디지털 처리 및 통신을 적용하는 것입니다. 다양한 기능은 전력망과 함께 디지털 기술의 깊이 통합 된 사용으로 발생합니다. 새로운 그리드 정보의 통합은 스마트 그리드 설계의 주요 쟁점 중 하나입니다. 전력 회사들은 이제 중국의 강력한 그리드라고 불리는 인프라 개선, 스마트 그리드의 본질 인 디지털 계층의 추가; 비즈니스 프로세스 변환, 스마트 기술에 대한 투자를 활용하는 데 필요합니다. 전기 그리드 현대화, 특히 변전소 및 배전 자동화에서 진행되고있는 많은 작업이 현재 스마트 그리드의 일반적인 개념에 포함되어 있습니다.
초기 기술 혁신
스마트 그리드 기술은 전자 제어, 계량 및 모니터링을 사용하려는 초기 시도에서 나타났습니다. 1980 년대에는 대형 고객의 부하를 모니터링하기 위해 자동 계측기가 사용되었고, 매일 다른 시간대에 전기가 사용 된 방법을 저장하는 계량기가있는 1990 년대 고급 계량 인프라로 발전했습니다. 스마트 미터는 지속적인 커뮤니케이션을 추가하여 실시간으로 모니터링을 수행 할 수 있으며 응답 인식 장치 및 가정의 “스마트 소켓”을 요구하는 게이트웨이로 사용할 수 있습니다. 이러한 수요 측면 관리 기술의 초기 형태는 전력 공급 주파수의 변화를 모니터링함으로써 그리드의 부하를 수동적으로 감지하는 동적 수요 감지 장치였습니다. 산업 및 가정용 에어컨, 냉장고 및 히터와 같은 장치는 그리드가 피크 상태에 빠졌을 때 활성화를 피하기 위해 듀티 사이클을 조정했습니다. 2000 년대 초 이탈리아의 Telegestore Project는 저 대역폭 전력선 통신을 통해 연결된 스마트 계량기를 사용하여 대규모 집 (2700 만 개)을 네트워크에 연결 한 최초의 프로젝트였습니다. 일부 실험에서는 BPL (광대역 대 전력선)이라는 용어를 사용하는 반면 다른 가정에서는 가스 및 수도와 같은 다른 유틸리티의 계량을 지원하는 것 외에도 집안의 다른 장치에 대한보다 안정적인 연결을 위해 촉진되는 메시 네트워킹과 같은 무선 기술을 사용했습니다.
보네빌 전력 관리국 (Bonneville Power Administration)이 매우 넓은 지역에서 전기 품질의 이상을 매우 신속하게 분석 할 수있는 프로토 타입 센서로 스마트 그리드 연구를 확장 한 1990 년 초반에 광역 네트워크의 모니터링 및 동기화가 혁신되었습니다. 이 작업의 절정은 2000 년에 WAMS (Wide Area Measurement System)가 처음으로 작동 한 것이 었습니다. 다른 국가에서는이 기술을 빠르게 통합하고 있습니다. 중국은 지난 5 년간의 경제 계획이 2012 년에 완료되면 포괄적 인 국가 WAMS를 시작했습니다.
스마트 그리드의 가장 초기 배치에는 이탈리아 시스템 Telegestore (2005), 텍사스 오스틴 메쉬 네트워크 (2003 년), 콜로라도 볼더 (Boulder) 스마트 그리드 (2008)가 포함됩니다. 아래의 배치 및 배치 시도를 참조하십시오.
스마트 그리드의 특징
스마트 그리드는 전기 공급 문제에 대한 현재 및 제안 된 대응책 전체를 나타냅니다. 다양한 범위의 요인으로 인해 수많은 경쟁 분류 체계가 있으며 보편적 정의에 대한 합의가 없습니다. 그럼에도 불구하고 여기에는 하나의 카테고리가 제시되어 있습니다.
신뢰할 수 있음
스마트 그리드는 상태 추정과 같은 기술을 사용하여 결함 탐지를 향상시키고 기술자의 개입없이 네트워크의자가 치유를 가능하게합니다. 이것은보다 안정적인 전력 공급을 보장하고 자연 재해 나 공격에 대한 취약성을 줄입니다.
여러 경로가 스마트 그리드의 기능으로 선전되었지만 이전 그리드는 여러 경로를 특징으로했습니다. 그리드의 초기 전력선은 래디얼 모델을 사용하여 제작되었으며 나중에 네트워크 구조라고하는 여러 경로를 통해 연결이 보장됩니다. 그러나 이것은 새로운 문제를 야기했습니다. 네트워크를 통한 현재 흐름이나 관련 효과가 특정 네트워크 요소의 한계를 초과하면 실패 할 수 있으며 현재는 다른 네트워크 요소로 단락되어 결국 실패 할 수도 있습니다. 도미노 효과. 정전을 참조하십시오. 이것을 방지하는 기술은 정전 또는 전압 감소 (정전)에 의한 부하 차단입니다.
향상된 그리드 안정성 및 복원력의 경제적 영향은 많은 연구의 주제이며 적어도 하나의 계산 도구를 사용하여 미국 위치에 대해 US DOE 자금 지원 방법을 사용하여 계산할 수 있습니다.
네트워크 토폴로지의 유연성
차세대 송전 및 배전 인프라는 가능한 양방향 에너지 흐름을보다 잘 처리 할 수있어 빌딩 옥상의 태양 광 패널과 같은 분산 형 발전을 가능하게 할뿐만 아니라 연료 전지 사용, 전기 자동차의 배터리 충전, 바람 터빈, 펌핑 수력 및 기타 출처.
클래식 그리드는 단방향의 전기 흐름을 위해 설계되었지만 로컬 서브 네트워크가 소모하는 것보다 많은 전력을 생성하는 경우, 역 흐름은 안전 및 신뢰성 문제를 야기 할 수 있습니다. 스마트 그리드는 이러한 상황을 관리하는 것을 목표로합니다.
능률
스마트 그리드 기술의 배치, 특히 전력 가격의 단기간 급등시 에어컨 가동 중단, 가능한 경우 전압 감소 등의 수요 측면 관리를 포함하여 전반적인 에너지 인프라 효율 개선에 대한 많은 기여가 예상됩니다 VVO (Voltage / VAR Optimization)를 통한 배전선, 미터 판독을위한 트럭 롤 제거, Advanced Metering Infrastructure 시스템의 데이터를 사용하여 향상된 정전 관리를 통한 트럭 롤 감소. 전반적인 효과는 송전선과 배전선의 중복성이 적고 발전기의 사용률이 높아져 전력 가격이 낮아집니다.
부하 조정 /로드 밸런싱
전력망에 연결된 총 부하는 시간이 지남에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 총로드는 클라이언트의 많은 개별 선택의 합계이지만 전반적인로드가 반드시 안정적이거나 느리게 변하는 것은 아닙니다. 예를 들어 인기있는 TV 프로그램이 시작되면 수백만 개의 TV가 즉각적으로 현재 TV 프로그램을 시작합니다. 전통적으로 대형 발전기의 시동 시간보다 빠른 전력 소비의 급격한 증가에 대응하기 위해 일부 예비 발전기는 소산 대기 모드로 전환됩니다. 스마트 그리드는 모든 개별 TV 세트 또는 다른 대형 고객에게 부하를 일시적으로 줄이거 나 (더 큰 발전기를 시동 할 수 있도록) 또는 지속적으로 (제한된 리소스의 경우) 경고 할 수 있습니다. 수학적 예측 알고리즘을 사용하면 특정 고장률에 도달하기 위해 몇 대의 대기 발전기를 사용해야하는지 예측할 수 있습니다. 기존의 그리드에서는 실패 발생률을 더 많은 대기 생성기 비용으로 만 줄일 수 있습니다. 스마트 그리드에서 클라이언트의 일부분만으로 부하를 줄이면 문제를 해결할 수 있습니다.
피크 축소 / 평준화 및 사용 시간
전기 사용량이 많은 고비용 기간 동안 수요를 줄이기 위해 통신 및 계량 기술은 에너지 수요가 높을 때 가정과 사업장의 스마트 장치에 알리고 전기 사용량과 사용시기를 추적합니다. 또한 유틸리티 회사는 시스템 과부하를 방지하기 위해 장치와 직접 통신하여 소비를 줄이는 기능을 제공합니다. 예를 들면, 한 도시에서 에어컨의 충전기 또는 온도 설정 포인트를 변경하는 전기 차량 그룹의 사용을 줄이는 유틸리티 일 수 있습니다. 피크 전력 감소 또는 피크 레벨링이라고 불리는 것을 수행하도록 동기를 부여하기 위해 높은 수요 기간에는 전기 요금이 인상되고 낮은 수요 기간에는 전기 가격이 낮아집니다. 수요가 많은 기간 동안에는 소비자와 기업이 피크 시간대에 전기 사용에 대한 높은 가격 프리미엄을 인식 할 수 있다면 소비가 줄어들 것입니다. 이것은 오후 5시 대신 저녁 9시에 에어컨 가동 / 차단 또는 식기 세척기 가동과 같은 절충안을 의미 할 수 있습니다. 기업과 소비자가 오프 피크시에 에너지를 사용하는 직접적인 경제적 이익을보고있을 때, 이론은 소비자 장치에 에너지 운영 비용을 포함시키고 건설 결정을 내리고 더 에너지 효율적이된다는 이론입니다. 시간 계량 및 수요 대응을 참조하십시오.
스마트 그리드 계획의 지지자들에 따르면, 원자력 발전소가 대기 상태에서 유지해야하는 방적 준비금의 양을 줄이는데, 이는로드 커브가 “보이지 않는 손”의 자유 시장 자본주의 또한 전원 관리 서비스를 통해 다수의 장치를 중앙에서 제어 할 수 있기 때문에 장치 전원을 꺼서 절전 한 전력의 일부를 소비자에게 지불 할 수 있습니다.
지속 가능성
스마트 그리드의 향상된 융통성은 에너지 저장 장치를 추가하지 않고도 태양 광 및 풍력과 같이 매우 가변적 인 신 재생 에너지 원의 보급률을 높입니다. 현재의 네트워크 인프라는 많은 분산 입력 지점을 허용하도록 구축되지 않으며 일반적으로 로컬 (배포) 수준에서 일부 병입이 허용 되더라도 전송 수준 인프라는이를 수용 할 수 없습니다. 흐리고 바람이 많이 부는 날씨와 같은 분산 발전의 급격한 변동은 가스 터빈 및 수력 발전기와 같이보다 제어 가능한 발전기의 출력을 변화시킴으로써 안정적인 전력 수준을 보장해야하는 전력 엔지니어에게 중요한 도전 과제입니다. 스마트 그리드 기술은 이러한 이유로 그리드에서 매우 많은 양의 재생 가능 전기에 필요한 조건이다.
시장 활성화
스마트 그리드는 공급 업체 (에너지 가격)와 소비자 (기꺼이 지불하려는) 사이의 체계적인 통신을 가능하게하고 공급 업체와 소비자 모두가 운영 전략에서보다 유연하고 정교해질 수 있도록합니다. 핵심 부하 만이 최고 에너지 가격을 지불해야하며 소비자는 에너지를 사용할 때보다 전략적 일 수 있습니다. 더 큰 유연성을 가진 발전기는 최대 이익을 내기 위해 전략적으로 에너지를 판매 할 수 있지만 기본 부하 증기 터빈 및 풍력 터빈과 같은 유연하지 못한 발전기는 수요 수준 및 현재 작동중인 다른 발전기의 상태에 따라 다양한 요금을 적용받습니다. 전반적인 효과는 에너지 효율 및 에너지 소비의 시상식으로 시간의 변화에 따른 공급 제한에 민감한 신호입니다. 국내 수준에서 에너지 저장 또는 열량 (냉장고, 열 뱅크 및 열 펌프와 같은)의 정도를 가진 기기는 시장을 ‘노리는’위치에 놓이게 될 것이고 낮은 가격대의 소비자에게 수요를 적응시켜 에너지 비용을 최소화하려고 할 것이다. 비용 에너지 지원 기간. 이것은 위에서 언급 한 이중 관세 에너지 가격 책정의 연장입니다.
수요 대응 지원
수요 대응 지원은 발전기와 부하가 실시간으로 자동화 된 방식으로 상호 작용할 수있게하여 스파이크를 줄이기위한 요구를 조정합니다. 이러한 스파이크에서 발생하는 수요의 일부를 제거하여 예비 발전기를 추가하는 비용을 없애고 마모를 줄이고 장비의 수명을 연장하며 사용자가 우선 순위가 낮은 장치에게 가장 저렴한시기에만 에너지를 사용하도록 지시함으로써 에너지 요금을 줄일 수 있습니다 .
현재 전력 그리드 시스템은 플랜트, 송전선로, 변전소 및 주요 에너지 사용자를 생성하는 것과 같이 고 가치 자산에 대한 제어 시스템 내에서 다양한 수준의 통신을 제공합니다. 일반적으로 정보는 사용자와 부하가 제어하는로드에서 유틸리티로 한 방향으로 흐릅니다. 유틸리티는 수요를 충족시키고 다양한 각도로 성공하거나 실패합니다 (정전, 정전, 정전, 통제되지 않은 정전). 사용자에 의한 총 전력 요구량은 매우 넓은 확률 분포를 가질 수 있으며, 이는 급격하게 변화하는 전력 사용에 응답하기 위해 대기 모드에서 예비 생성 설비를 필요로한다. 정보의 이러한 단방향 흐름은 비용이 많이 든다. 발전 용량의 마지막 10 %는 시간의 1 % 만 요구 될 수 있으며 절전 및 정전은 소비자에게 비용이 많이들 수 있습니다.
요구 응답은 상업용, 주거용 및 산업 부하로 제공 될 수 있습니다. 예를 들어 Alcoa의 Warrick Operation은 MISO에 적격 Demand Response Resource로 참여하고 있으며 Trimet Aluminum은 자사의 제련소를 단기 메가 배터리로 사용합니다.
데이터 흐름의 지연은 주요 관심사입니다. 일부 초기 스마트 계측기 아키텍처는 실제로 데이터를 수신하는 데 24 시간의 지연을 허용하고 장치를 공급하거나 요구함으로써 발생할 수있는 반응을 방지합니다.
고급 서비스를위한 플랫폼
다른 산업과 마찬가지로 견고한 양방향 통신, 첨단 센서 및 분산 컴퓨팅 기술을 사용하면 전력 공급 및 사용의 효율성, 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 화재 모니터링 및 전원 차단, 응급 서비스 전화 걸기 등과 같은 기존 서비스 개선 또는 완전히 새로운 서비스의 가능성을 열어줍니다.
메가 비트 프로비저닝, 킬로 비트 단위의 전력 제어, 나머지 판매
자동으로 모니터링을 수행하고 장비를 자동으로 끄는 데 필요한 데이터 양은 음성, 보안, 인터넷 및 TV 서비스를 지원하기 위해 이미 원격 가정에 도달 한 데이터에 비해 매우 적습니다. 많은 스마트 그리드 대역폭 업그레이드는 소비자 서비스를 지원하고, 에너지 관련 서비스로 통신을 보조하거나, 피크 시간대에 더 높은 요금과 같은 에너지 관련 서비스에 통신료를 보조하는 등 과잉 프로비저닝으로 지불됩니다. 이는 정부가 두 가지 서비스 세트를 공개 독점으로 운영하는 경우 특히 그렇습니다. 전력 및 통신 회사는 일반적으로 북미 및 유럽의 별도 상업 기업이므로 여러 기업이 협력하도록 장려하기 위해 상당한 정부와 대규모 공급 업체의 노력이 필요했습니다. 시스코와 마찬가지로 일부는 오랫동안 업계에 제공 한 것과 유사한 디바이스를 소비자에게 제공하는 기회를보고 있습니다. Silver Spring Networks 나 Google과 같은 다른 회사는 장비 공급 업체가 아닌 데이터 통합 업체입니다. AC 전력 제어 표준은 전력선 네트워킹이 스마트 그리드와 가정용 장치 간의 주요 통신 수단 일 것이라고 제안하지만 비트는 처음에는 BPL (Broadband Over Power Lines)을 통해 가정에 도달하지 않을 수도 있지만 고정 무선으로 도달 할 수도 있습니다.
과학 기술
스마트 그리드 기술의 대부분은 이미 제조 및 통신과 같은 다른 응용 분야에서 사용되고 있으며 그리드 운영에 사용되도록 조정되고 있습니다.
통합 커뮤니케이션 : 변전소 자동화, 수요 대응, 배전 자동화, SCADA (supervisory control and data acquisition), 에너지 관리 시스템, 무선 메쉬 네트워크 및 기타 기술, 전력선 통신 업체 통신 및 광섬유 등이 개선 분야입니다. 통합 커뮤니케이션을 통해 실시간 제어, 정보 및 데이터 교환을 통해 시스템 안정성, 자산 활용도 및 보안을 최적화 할 수 있습니다.
감지 및 측정 : 핵심 업무는 정체 및 그리드 안정성을 평가하고, 장비 상태를 모니터링하고, 에너지 도난 방지 및 제어 전략 지원을 모니터링하는 것입니다. 기술에는 첨단 마이크로 프로세서 미터 (스마트 미터) 및 미터 판독 장비, 광역 모니터링 시스템, 동적 라인 정격 (일반적으로 실시간 온도 등급 (RTTR) 시스템과 결합 된 분산 온도 감지에 의한 온라인 판독 기준), 전자 서명 측정 / 분석, 사용 시간 및 실시간 가격 책정 도구, 고급 스위치 및 케이블, 후방 산란 (backscatter) 무선 기술 및 디지털 보호 계전기 등이 포함됩니다.
스마트 미터.
페이 서 측정 단위. 전력 시스템 엔지니어링 공동체의 많은 사람들은 광역 페이저 측정 네트워크가 마련되어 있다면 2003 년 북동 정전이 훨씬 작은 영역에 포함될 수 있다고 생각합니다.
분산 형 전력 흐름 제어 : 전력 흐름 제어 장치는 기존 전송선에 고정되어 전력 흐름을 제어합니다. 이러한 장치로 구현 된 전송 라인은 그리드 내에서 에너지가 어떻게 라우팅되는지에 대해보다 일관된 실시간 제어를 제공함으로써 재생 가능 에너지의보다 많은 사용을 지원합니다. 이 기술은 그리드가 나중에 사용하기 위해 재생 에너지의 간헐적 인 에너지를보다 효과적으로 저장하는 것을 가능하게합니다.
고급 구성 요소를 이용한 스마트 전력 생산 : 스마트 전력 생산은 선택한 부하에서 효율적으로 시작, 정지 및 효율적으로 작동 할 수있는 다수의 동일한 발전기를 사용하여 전력 수요를 수요와 일치시키는 개념으로 기저 부하 및 피크 전력 생성에 적합하게 만듭니다 . 로드 밸런싱이라고하는 수요와 공급을 맞추는 것이 안정적이고 안정적인 전기 공급에 필수적입니다. 단기간의 편차로 인해 주파수 변동이 발생하고 불일치가 길어지면 정전이됩니다. 동력 전달 시스템의 운영자는 모든 발전기의 전력 출력을 전기 그리드의 부하와 일치시키는 균형 작업으로 청구됩니다. 풍력 터빈 및 태양 전지와 같은 가변적 인 발전기가 그리드에 추가되어 다른 생산 업체가 과거에 요구되었던 것보다 훨씬 더 자주 출력을 조정하도록함으로써로드 밸런싱 작업이 훨씬 어려워졌습니다. 이 개념을 활용 한 첫 번째 두 가지 동적 그리드 안정성 발전소는 Elering에 의해 주문되었으며 에스토니아의 Kiisa (Kiisa 발전소)의 Wärtsilä에 의해 건설 될 것입니다. 그들의 목적은 “전기 공급의 갑작스럽고 예기치 않은 하락을 맞추기 위해 역동적 인 발전 용량을 제공하는 것”입니다. 그들은 2013 년과 2014 년에 준비 될 예정이며 총 출력은 250MW가 될 것이다.
전력 시스템 자동화는 특정 그리드 중단 또는 정전에 대한 신속한 진단 및 정확한 솔루션을 제공합니다. 이러한 기술은 다른 네 가지 핵심 영역 각각에 의존하고 기여합니다. 고급 제어 방법의 세 가지 기술 범주는 분산 지능형 에이전트 (제어 시스템), 분석 도구 (소프트웨어 알고리즘 및 고속 컴퓨터) 및 운영 응용 프로그램 (SCADA, 변전소 자동화, 수요 대응 등)입니다. 인공 지능 프로그래밍 기술을 사용하여 중국 복건 전력망은 신속하게 제어 전략을 정확하게 계산하고 실행할 수있는 광역 보호 시스템을 만들었습니다. VSMC (Voltage Stability Monitoring & Control) 소프트웨어는 민감도 기반 연속 선형 프로그래밍 방법을 사용하여 최적의 제어 솔루션을 안정적으로 결정합니다.
연구
주요 프로그램
IntelliGrid – EPRI (Electric Power Research Institute)에서 창안 한 IntelliGrid 아키텍처는 첨단 계량, 배전 자동화 및 IT 자동화와 같은 IT 기반 시스템의 계획, 지정 및 조달에있어 유틸리티 사용을위한 표준 및 기술에 대한 방법론, 도구 및 권장 사항을 제공합니다. 요구 응답. 이 아키텍처는 장치, 시스템 및 기술을 평가하기위한 살아있는 실험실을 제공합니다. 몇몇 유틸리티는 Southern California Edison, Long Island Power Authority, Salt River Project 및 TXU Electric Delivery를 포함한 IntelliGrid 아키텍처를 적용했습니다. IntelliGrid 컨소시엄은 글로벌 연구 활동을 통합 및 최적화하고 기금 기술 R & D를 지원하며 기술을 통합하고 기술 정보를 보급하는 공공 / 민간 파트너십입니다.
그리드 2030 – 그리드 2030은 전력 회사, 장비 제조업체, 정보 기술 제공 업체, 연방 및 주 정부 기관, 이익 단체, 대학 및 국립 연구소가 개발 한 미국 전기 시스템에 대한 공동 비전 선언문입니다. 그것은 생성, 전송, 분배, 저장 및 최종 사용을 다룹니다. National Electric Delivery Technologies 로드맵은 Grid 2030 비전에 대한 구현 문서입니다. 로드맵은 그리드 현대화의 주요 쟁점과 과제에 대해 설명하고 정부 및 산업계가 미국의 미래 전기 공급 시스템을 구축하기 위해 취할 수있는 길을 제시합니다.
현대 그리드 이니셔티브 (MGI)는 미 에너지 부 (DOE), 국가 에너지 기술 연구소 (NETL), 유틸리티, 소비자, 연구원 및 기타 그리드 이해 관계자가 미국 전기 그리드를 현대화하고 통합하기위한 공동 노력입니다. DOE의 전기 배달 및 에너지 신뢰성 사무국 (OE)은 Grid 2030 및 National Electricity Delivery Technologies 로드맵을 기반으로 GridWise 및 GridWorks와 같은 다른 프로그램과 제휴하여 이니셔티브를 후원합니다.
GridWise – 미국 전기 그리드를 현대화하기위한 정보 기술 개발에 초점을 맞춘 DOE OE 프로그램. 이 프로그램은 GridWise Alliance와 협력하여 통신 아키텍처 및 표준에 투자합니다. 시뮬레이션 및 분석 도구; 스마트 기술; 테스트 베드 및 데모 프로젝트; 새로운 규제, 제도 및 시장 프레임 워크. 그리드 와이즈 얼라이언스 (GridWise Alliance)는 공공 및 민간 전기 분야 이해 관계자들의 컨소시엄으로, 아이디어 교환, 협력 노력, 연방 및 주 차원의 정책 결정자와의 회의를위한 포럼을 제공한다.
GridWise Architecture Council (GWAC)은 미 에너지 부에서 국가 전력 시스템과 상호 작용하는 많은 실체 간의 상호 운용성을 촉진하고 가능하게하기 위해 구성되었습니다. GWAC 회원국은 전기 공급망 및 사용자의 많은 지지자들을 대표하는 균형 있고 존경받는 팀입니다. GWAC는 전기 시스템 전반의 상호 운용성 목표를 분명히하고, 상호 운용성을 가능하게하는 데 필요한 개념과 아키텍처를 확인하며, 국가 시스템을 포괄하는 시스템, 장치 및 기관의 상호 운용성을 촉진 할 수있는 실용적인 단계를 개발하기위한 업계 지침과 도구를 제공합니다. 전기 시스템. GridWise 아키텍처 협의회 상호 운용성 컨텍스트 설정 프레임 워크, V 1.1은 필요한 지침과 원칙을 정의합니다.
GridWorks – DOE OE 프로그램은 케이블 및 도체, 변전소 및 보호 시스템, 전력 전자와 같은 핵심 그리드 구성 요소를 현대화함으로써 전기 시스템의 신뢰성을 향상시키는 데 중점을 둡니다. 이 프로그램은 고온 초전도 시스템, 전송 신뢰성 기술, 전기 배전 기술, 에너지 저장 장치 및 GridWise 시스템에 대한 노력을 조정하는 데 중점을 둡니다.
태평양 북서부 스마트 그리드 데모 프로젝트. -이 프로젝트는 아이다 호, 몬타나, 오레곤, 워싱턴 및 와이오밍의 5 개 태평양 북서부 주 전역의 시위입니다. 약 60,000 명의 고객을 대상으로하며 미래의 스마트 그리드의 주요 기능을 많이 포함하고 있습니다.
솔라 시티 – 호주의 솔라 시티 프로그램은 스마트 미터, 피크 및 오프 피크 가격 책정, 원격 스위칭 및 관련 노력을 시험하기 위해 에너지 회사와의 긴밀한 협력을 포함했습니다. 또한 그리드 업그레이드를위한 제한된 자금을 제공했습니다.
스마트 그리드 에너지 연구 센터 (SMERC) – 캘리포니아 대학교 로스 앤젤레스에 위치한이 연구소는 스마트 EV 충전 네트워크 기술인 WINSmartEV ™의 대규모 테스트에 전념 해왔다. 유틸리티 및 소비자 최종 장치 (WINSmartGrid ™) 간의 양방향 정보 흐름을 가능하게하는 스마트 그리드 아키텍처를위한 또 다른 플랫폼을 만들었습니다. SMERC는 또한 제어 센터, 수요 대응 자동화 서버 (DRAS), HAN (Home-Area Network), BESS (Battery Energy Storage System) 및 PV (Photovoltaic) 패널로 구성된 수요 대응 (DR) 테스트 베드를 개발했습니다. 이 기술은 로스 차 고스 수자원국과 캘리포니아 남부 에디슨 지역에 EV 충전기, 배터리 에너지 저장 시스템, 태양열 패널, DC 고속 충전기 및 V2G (Vehicle-to-Grid) 장치의 네트워크로 설치됩니다. 이 플랫폼, 통신 및 제어 네트워크를 통해 로스 앤젤레스의 UCLA 주도 프로젝트는 SCE와 LADWP의 주요 유틸리티 2 곳과 공동으로 연구, 개발 및 테스트 할 수 있습니다. [더 나은 소스가 필요합니다]
스마트 그리드 모델링
많은 다른 개념들이 지능형 전력망을 모델링하는데 사용되어왔다. 그것들은 일반적으로 복잡한 시스템의 틀 안에서 연구됩니다. 최근의 브레인 스토밍 세션에서, 최적의 제어, 생태학, 인간의인지, 유리 역학, 정보 이론, 구름의 미세 물리학 및 기타 많은 분야에서 전력망을 고려했습니다. 최근 몇 년 동안 나타난 분석 유형의 선택입니다.
자신을 확인하고 감독하는 보호 시스템
그들의 연구에서 Pelqim Spahiu와 Ian R. Evans는 변전소 기반 스마트 보호 및 하이브리드 검사 유닛의 개념을 도입했습니다.
쿠라 모토 발진기
Kuramoto 모델은 잘 연구 된 시스템입니다. 전력망은 이러한 맥락에서 기술되었다. 목표는 시스템을 균형을 유지하거나 위상 동기화 (위상 잠금이라고도 함)를 유지하는 것입니다. 비 균일 오실레이터는 또한 다양한 기술, 다양한 유형의 발전기, 소비 패턴 등을 모델링하는 데 도움이됩니다. 이 모델은 또한 반딧불의 깜박임에서 동기화 패턴을 설명하는 데 사용되었습니다.
바이오 시스템
파워 그리드는 다른 많은 상황에서 복잡한 생물 시스템과 관련되어 왔습니다. 한 연구에서, 전력망은 돌고래 소셜 네트워크와 비교되었습니다. 이 생물들은 비정상적인 상황에서 의사 소통을 합리화하거나 강화합니다. 생존을 가능하게하는 상호 통신은 매우 복잡합니다.
랜덤 퓨즈 네트워크
퍼콜 레이션 이론에서는 랜덤 퓨즈 네트워크가 연구되었다. 일부 지역에서는 전류 밀도가 너무 낮을 수 있고 다른 지역에서는 너무 강할 수 있습니다. 따라서 분석을 통해 네트워크의 잠재적 인 문제점을 완화 할 수 있습니다. 예를 들어, 고속 컴퓨터 분석은 끊어진 퓨즈를 예측하고이를 수정하거나 정전을 초래할 수있는 패턴을 분석 할 수 있습니다. 인간이 복잡한 네트워크에서 장기적인 패턴을 예측하는 것은 어렵 기 때문에 퓨즈 또는 다이오드 네트워크가 대신 사용됩니다.
스마트 그리드 커뮤니케이션 네트워크
네트워크 시뮬레이터는 네트워크 통신 효과를 시뮬레이션 / 에뮬레이션하는 데 사용됩니다. 이것은 전형적으로 네트워크 시뮬레이터에 의해 제공되는 가상 네트워크를 갖는 스마트 그리드 장치, 애플리케이션 등으로 실험실을 설정하는 것을 포함한다.
신경망
신경망은 전력망 관리를 위해 고려되어왔다. 전력 시스템은 비선형, 동적, 불연속 또는 무작위 등 여러 가지 방식으로 분류 할 수 있습니다. 인공 신경망 (ANN)은 이러한 문제 중 가장 어려운 문제 인 비선형 문제를 해결하려고합니다.
수요 예측
ANN의 한 응용 프로그램은 수요 예측에 있습니다. 그리드가 경제적이고 안정적으로 작동하려면 수요 예측이 필수적입니다. 이는 부하가 소비 할 전력량을 예측하는 데 사용되기 때문입니다. 비선형 부하의 경우 부하 프로파일이 부드럽고 예측 가능하지 않기 때문에 전통적인 인공 지능 모델을 사용하면 불확실성이 증가하고 정확도가 떨어집니다. 이러한 종류의 모델을 개발할 때 ANN이 고려해야 할 몇 가지 요인 : 전기 사용량에 따라 다른 고객 클래스의 부하 프로파일을 분류하고, 기존 전력망과 비교하여 실시간 전기 가격을 예측하는 수요의 증가 된 반응성, 과거 수요를 기본 하중, 계곡 하중, 평균 하중 등과 같은 다양한 구성 요소를 단일 입력으로 결합하는 대신에, 마지막으로 특정 입력 변수에 대한 유형의 종속성과 같은 다양한 요소로 구성 할 수 있습니다. 마지막 사례의 예는 평일이든 주말 이건 상관없이 병원 그리드에 큰 영향을 미치지 않는 유형의 일일 것이지만 거주 용 주택 그리드의 부하 프로파일에 큰 요인이 될 수 있습니다.
마르코프 프로세스
풍력 발전이 계속해서 인기를 얻으면서 현실적인 전력망 연구에 필요한 요소가되었습니다. 오프라인 스토리지, 풍력 변동성, 공급, 수요, 가격 및 기타 요소는 수학적 게임으로 모델링 할 수 있습니다. 여기서 목표는이기는 전략을 개발하는 것입니다. 마르코프 프로세스는 이러한 유형의 시스템을 모델링하고 연구하는 데 사용되었습니다.
최대 엔트로피
이러한 모든 방법은 한 가지 또는 다른 방법으로 최대 엔트로피 방법이며, 이는 연구 활동 영역입니다. 이것은 섀넌 (Shannon)과 통신 네트워크를 연구 한 많은 다른 연구자들의 생각으로 돌아갑니다. 현대의 무선 네트워크 연구는 오늘날에도 유사한 네트워크를 유지하면서 네트워크 혼잡 문제를 고려하고 있으며 게임 이론, FDMA, TDMA 등의 혁신적인 조합을 비롯하여 많은 알고리즘이 최소화되도록 제안되고 있습니다.