Uma rede inteligente é uma rede elétrica que inclui uma variedade de medidas operacionais e de energia, incluindo medidores inteligentes, aparelhos inteligentes, recursos de energia renovável e recursos energeticamente eficientes. O condicionamento eletrônico de energia e o controle da produção e distribuição de eletricidade são aspectos importantes da rede inteligente.

A política de redes inteligentes é organizada na Europa como Smart Grid European Technology Platform. A política nos Estados Unidos é descrita em 42 USC ch. 152, subch. IX § 17381.

A implantação da tecnologia de redes inteligentes também implica uma reengenharia fundamental da indústria de serviços de eletricidade, embora o uso típico do termo esteja voltado para a infraestrutura técnica.

Definição de “smart grid”
A primeira definição oficial do Smart Grid foi fornecida pela Lei de Independência e Segurança Energética de 2007 (EISA-2007), aprovada pelo Congresso dos Estados Unidos em janeiro de 2007 e assinada pelo presidente George W. Bush em dezembro de 2007. Título XIII deste projeto de lei fornece uma descrição, com dez características, que pode ser considerada uma definição para Smart Grid, como segue:

“É política dos Estados Unidos apoiar a modernização do sistema de transmissão e distribuição de eletricidade da Nação para manter uma infraestrutura de eletricidade confiável e segura que possa atender ao crescimento futuro da demanda e alcançar cada um dos seguintes fatores, que juntos caracterizam uma Rede Inteligente: (1) Maior uso de informações digitais e tecnologia de controles para melhorar a confiabilidade, segurança e eficiência da rede elétrica (2) Otimização dinâmica de operações e recursos da rede, com total segurança cibernética. (3) Implantação e integração de recursos distribuídos (4) Desenvolvimento e incorporação de resposta à demanda, recursos do lado da demanda e recursos de eficiência energética. (5) Implantação de tecnologias ‘inteligentes’ (tecnologias interativas, automatizadas e em tempo real que otimizam o desempenho físico). operação de aparelhos e dispositivos de consumo) para medição, comunicações relativas a operações e status de rede e automação de distribuição. (6) Integração de aparelhos “inteligentes” e dispositivos de consumo. (7) Implantação e integração de tecnologias avançadas de armazenamento de eletricidade e de ponta, incluindo elétricos elétricos e híbridos, e ar-condicionado com armazenamento térmico. (8) Fornecer aos consumidores informações oportunas e opções de controle. (9) Desenvolvimento de padrões para comunicação e interoperabilidade de equipamentos e equipamentos conectados à rede elétrica, incluindo a infraestrutura que serve a rede. (10) Identificação e redução de barreiras irracionais ou desnecessárias à adoção de tecnologias, práticas e serviços de redes inteligentes. ”

Um elemento comum à maioria das definições é a aplicação de processamento digital e comunicações à rede elétrica, tornando o fluxo de dados e o gerenciamento de informações centrais para a rede inteligente. Várias capacidades resultam do uso profundamente integrado da tecnologia digital com redes elétricas. A integração da nova informação da grade é um dos principais problemas no projeto de redes inteligentes. As concessionárias de energia elétrica agora se vêem realizando três classes de transformações: melhoria da infraestrutura, chamada de rede forte na China; adição da camada digital, que é a essência da rede inteligente; e transformação de processos de negócios, necessária para capitalizar os investimentos em tecnologia inteligente. Grande parte do trabalho que vem ocorrendo na modernização da rede elétrica, especialmente na subestação e automação de distribuição, está agora incluído no conceito geral da rede inteligente.

Primeiras inovações tecnológicas
As tecnologias de redes inteligentes surgiram de tentativas anteriores de uso de controle eletrônico, medição e monitoramento. Nos anos 80, a leitura automática de medidores foi usada para monitorar cargas de grandes clientes e evoluiu para a Infraestrutura de Medição Avançada dos anos 90, cujos medidores podiam armazenar a eletricidade usada em diferentes momentos do dia. Os medidores inteligentes adicionam comunicações contínuas para que o monitoramento possa ser feito em tempo real e pode ser usado como um gateway para exigir dispositivos sensíveis à resposta e “soquetes inteligentes” em casa. As primeiras formas de tais tecnologias de gerenciamento de demanda eram dispositivos dinâmicos de reconhecimento de demanda que detectavam passivamente a carga na rede, monitorando as mudanças na frequência da fonte de alimentação. Dispositivos como condicionadores de ar domésticos e industriais, refrigeradores e aquecedores ajustaram seu ciclo de trabalho para evitar a ativação durante os períodos em que a rede estava sofrendo uma condição de pico. A partir de 2000, o Projeto Telegestore da Itália foi o primeiro a conectar grandes números (27 milhões) de residências usando medidores inteligentes conectados via comunicação de linha de energia de baixa largura de banda. Alguns experimentos usaram o termo banda larga sobre linhas de energia (BPL), enquanto outros usaram tecnologias sem fio, como rede em malha, promovidas para conexões mais confiáveis ​​a dispositivos diferentes em casa, bem como suporte de medição de outras utilidades, como gás e água.

O monitoramento e a sincronização de redes de longa distância foram revolucionados no início dos anos 90, quando a Bonneville Power Administration expandiu sua pesquisa em redes inteligentes com sensores protótipos capazes de analisar rapidamente anomalias na qualidade da eletricidade em áreas geográficas muito grandes. O ponto culminante desse trabalho foi o primeiro WAMS (Wide Area Measurement System) operacional em 2000. Outros países estão rapidamente integrando essa tecnologia – a China começou a ter uma WAMS nacional abrangente quando o plano econômico dos últimos cinco anos foi concluído em 2012.

As primeiras implantações de redes inteligentes incluem o sistema italiano Telegestore (2005), a rede de malha de Austin, Texas (desde 2003), e a rede inteligente em Boulder, Colorado (2008). Veja Implantações e tentativas de implantação abaixo.

Recursos da rede inteligente
A rede inteligente representa o conjunto completo de respostas atuais e propostas para os desafios do fornecimento de eletricidade. Devido à diversidade de fatores, existem numerosas taxonomias concorrentes e nenhum acordo sobre uma definição universal. No entanto, uma possível categorização é dada aqui.

Confiabilidade
A rede inteligente faz uso de tecnologias como estimativa de estado, que melhoram a detecção de falhas e permitem a autocorreção da rede sem a intervenção de técnicos. Isso garantirá o fornecimento mais confiável de eletricidade e reduzirá a vulnerabilidade a desastres naturais ou ataques.

Embora várias rotas sejam apontadas como uma característica da rede inteligente, a grade antiga também apresentava várias rotas. As linhas de energia iniciais na rede foram construídas usando um modelo radial, a conectividade posterior foi garantida por várias rotas, conhecida como estrutura de rede. No entanto, isso criou um novo problema: se o fluxo atual ou os efeitos relacionados na rede excedessem os limites de qualquer elemento de rede específico, ele poderia falhar e a corrente seria desviada para outros elementos de rede, o que poderia falhar também, causando uma falha. efeito dominó. Veja queda de energia. Uma técnica para evitar isso é a redução de carga ao eliminar o blecaute ou a redução de tensão (queda de energia).

O impacto econômico da melhoria da confiabilidade e resiliência da rede elétrica é objeto de vários estudos e pode ser calculado usando uma metodologia financiada pelo DOE dos EUA para locais nos EUA que usam pelo menos uma ferramenta de cálculo.

Flexibilidade na topologia de rede
A infra-estrutura de transmissão e distribuição da próxima geração será mais capaz de lidar com possíveis fluxos de energia bidirecionais, permitindo a geração distribuída como de painéis fotovoltaicos em telhados de edifícios, mas também o uso de células de combustível, cobrando de / para as baterias de carros elétricos, turbinas, energia hidroelétrica bombeada e outras fontes.

Grades clássicas foram projetadas para fluxo unidirecional de eletricidade, mas se uma sub-rede local gerar mais energia do que está consumindo, o fluxo reverso pode aumentar os problemas de segurança e confiabilidade. Uma rede inteligente visa gerenciar essas situações.

Eficiência
Inúmeras contribuições para a melhoria geral da eficiência da infra-estrutura de energia são esperadas da implantação da tecnologia smart grid, em particular incluindo gerenciamento do lado da demanda, por exemplo desligando condicionadores de ar durante picos de curto prazo no preço da eletricidade, reduzindo a voltagem quando possível em linhas de distribuição através de Otimização de Voltagem / VAR (VVO), eliminando roletes de caminhões para leitura de medidores e reduzindo roletes de caminhões através de melhor gerenciamento de interrupções usando dados de sistemas de Infra-estrutura de Medição Avançada. O efeito geral é menos redundância nas linhas de transmissão e distribuição, e maior utilização de geradores, levando a menores preços de energia.

Ajuste de carga / balanceamento de carga
A carga total conectada à rede elétrica pode variar significativamente ao longo do tempo. Embora a carga total seja a soma de muitas escolhas individuais dos clientes, a carga geral não é necessariamente estável ou lenta. Por exemplo, se um popular programa de televisão começar, milhões de televisores começarão a chamar a corrente instantaneamente. Tradicionalmente, para responder a um rápido aumento no consumo de energia, mais rápido do que o tempo de inicialização de um grande gerador, alguns geradores sobressalentes são colocados em modo de espera dissipativo. Uma rede inteligente pode avisar todos os televisores individuais, ou outro cliente maior, para reduzir a carga temporariamente (para permitir tempo para iniciar um gerador maior) ou continuamente (no caso de recursos limitados). Usando algoritmos de previsão matemática, é possível prever quantos geradores em espera precisam ser usados ​​para atingir uma determinada taxa de falha. Na rede tradicional, a taxa de falha só pode ser reduzida à custa de mais geradores de reserva. Em uma rede inteligente, a redução de carga, mesmo que por uma pequena parte dos clientes, pode eliminar o problema.

Pico de redução / nivelamento e tempo de uso de preços
Para reduzir a demanda durante os períodos de pico de uso de alto custo, as tecnologias de comunicação e medição informam os dispositivos inteligentes em casa e nos negócios quando a demanda de energia é alta e rastreiam quanta eletricidade é usada e quando é usada. Também oferece às empresas de serviços públicos a capacidade de reduzir o consumo comunicando-se diretamente com os dispositivos para evitar sobrecargas no sistema. Exemplos seriam uma utilidade reduzindo o uso de um grupo de estações de carregamento de veículos elétricos ou mudando os pontos de ajuste de temperatura de aparelhos de ar condicionado em uma cidade. Para motivá-los a reduzir o uso e executar o que é chamado de corte de pico ou nivelamento de pico, os preços da eletricidade aumentam durante os períodos de alta demanda e diminuem durante os períodos de baixa demanda. Acredita-se que os consumidores e as empresas tenderão a consumir menos durante os períodos de alta demanda, se for possível que os consumidores e os dispositivos de consumo estejam cientes do alto preço pelo uso da eletricidade nos períodos de pico. Isso poderia significar fazer trocas, como ligar / desligar aparelhos de ar condicionado ou lavar a louça às 21h, em vez de às 17h. Quando empresas e consumidores vêem um benefício econômico direto do uso de energia fora dos horários de pico, a teoria é que eles incluirão o custo de energia de operação em seu dispositivo de consumo e decisões de construção de edifícios e, portanto, se tornarão mais eficientes em energia. Veja a medição da hora do dia e a resposta da demanda.

De acordo com os proponentes dos planos de redes inteligentes, isso reduzirá a quantidade de reserva giratória que as concessionárias atômicas devem manter em stand-by, enquanto a curva de carga se nivelará através de uma combinação de capitalismo de livre mercado de “mão invisível”. e controle central de um grande número de dispositivos por serviços de gerenciamento de energia que pagam aos consumidores uma parte do pico de energia economizada ao desligar o dispositivo.

Sustentabilidade
A maior flexibilidade da rede inteligente permite uma maior penetração de fontes de energia renováveis ​​altamente variáveis, como a energia solar e a energia eólica, mesmo sem a adição de armazenamento de energia. A infra-estrutura de rede atual não foi criada para permitir muitos pontos de feed-in distribuídos e, normalmente, mesmo que alguma alimentação seja permitida no nível local (distribuição), a infraestrutura no nível de transmissão não pode acomodá-la. Flutuações rápidas na geração distribuída, como devido ao tempo nublado ou tempestuoso, apresentam desafios significativos aos engenheiros de energia que precisam garantir níveis estáveis ​​de energia através da variação da produção dos geradores mais controláveis, como turbinas a gás e geradores hidrelétricos. A tecnologia de redes inteligentes é uma condição necessária para grandes quantidades de eletricidade renovável na rede por esse motivo.

Habilitação de mercado
A rede inteligente permite a comunicação sistemática entre os fornecedores (seu preço de energia) e os consumidores (sua disposição a pagar) e permite que os fornecedores e os consumidores sejam mais flexíveis e sofisticados em suas estratégias operacionais. Somente as cargas críticas precisarão pagar os preços de pico da energia, e os consumidores poderão ser mais estratégicos quando usarem energia. Geradores com maior flexibilidade poderão vender energia estrategicamente para obter o máximo lucro, enquanto geradores inflexíveis, como turbinas a vapor de base e turbinas eólicas, receberão uma tarifa variável baseada no nível de demanda e no status dos outros geradores atualmente em operação. O efeito global é um sinal que premeia a eficiência energética e o consumo de energia que é sensível às limitações de tempo do fornecimento. No nível doméstico, os eletrodomésticos com um grau de armazenamento de energia ou massa térmica (como refrigeradores, bancos de calor e bombas de calor) estarão bem posicionados para “brincar” no mercado e procurar minimizar o custo da energia adaptando a demanda ao menor custar períodos de suporte de energia. Esta é uma extensão do preço de energia de tarifa dupla mencionado acima.

Suporte à resposta de demanda
O suporte à resposta à demanda permite que geradores e cargas interajam de maneira automatizada em tempo real, coordenando a demanda para achatar os picos. Eliminar a fração de demanda que ocorre nesses picos elimina o custo de adicionar geradores de reserva, reduz o desgaste e prolonga a vida útil dos equipamentos e permite que os usuários reduzam suas contas de energia dizendo a dispositivos de baixa prioridade que usem energia somente quando for mais barato .

Atualmente, os sistemas de redes de energia têm diferentes graus de comunicação dentro dos sistemas de controle para seus ativos de alto valor, como em usinas geradoras, linhas de transmissão, subestações e grandes usuários de energia. Em geral, as informações fluem de uma forma, dos usuários e das cargas que eles controlam de volta para os utilitários. As concessionárias tentam atender à demanda e têm sucesso ou falham em graus variados (brownouts, interrupção de blecaute, apagão descontrolado). A quantidade total de demanda de energia pelos usuários pode ter uma distribuição de probabilidade muito ampla, que requer usinas geradoras de reserva no modo de espera para responder ao uso de energia em rápida mudança. Esse fluxo de informação unidirecional é caro; os últimos 10% da capacidade de geração podem ser necessários em apenas 1% do tempo, e quedas de energia e indisponibilidades podem ser caras para os consumidores.

A resposta da demanda pode ser fornecida por cargas comerciais, residenciais e cargas industriais. Por exemplo, a Operação Warrick da Alcoa está participando da MISO como um Recurso de Resposta à Demanda qualificado, e a Trimet Aluminium usa sua fundição como uma mega-bateria de curto prazo.

A latência do fluxo de dados é uma grande preocupação, com algumas arquiteturas antecipadas de medidores inteligentes permitindo, na verdade, até 24 horas de atraso no recebimento dos dados, evitando qualquer reação possível por dispositivos de fornecimento ou exigentes.

Plataforma para serviços avançados
Assim como em outros setores, o uso de comunicações robustas de duas vias, sensores avançados e tecnologia de computação distribuída melhorará a eficiência, confiabilidade e segurança do fornecimento e uso de energia. Também abre o potencial para serviços totalmente novos ou melhorias nos já existentes, como monitoramento de incêndio e alarmes que podem desligar a energia, fazer chamadas telefônicas para serviços de emergência, etc.

Fornecimento de megabits, poder de controle com kilobits, vender o resto
A quantidade de dados necessária para realizar o monitoramento e desligar automaticamente os aparelhos é muito pequena em comparação com a que já atinge até mesmo residências remotas para oferecer suporte a serviços de voz, segurança, Internet e TV. Muitas atualizações de largura de banda da rede inteligente são pagas pelo provisionamento excessivo para também apoiar serviços ao consumidor e subsidiar as comunicações com serviços relacionados à energia ou subsidiar os serviços relacionados à energia, como taxas mais altas nos horários de pico, com comunicações. Isso é particularmente verdade quando os governos administram os dois conjuntos de serviços como um monopólio público. Como as empresas de energia e comunicações são geralmente empresas comerciais separadas na América do Norte e na Europa, isso exigiu esforços consideráveis ​​do governo e de grandes fornecedores para incentivar várias empresas a cooperar. Alguns, como a Cisco, veem a oportunidade de fornecer dispositivos aos consumidores muito semelhantes àqueles que há muito vêm fornecendo à indústria. Outros, como a Silver Spring Networks ou o Google, são integradores de dados, e não fornecedores de equipamentos. Embora os padrões de controle de energia CA sugiram que a rede powerline seria o principal meio de comunicação entre redes inteligentes e dispositivos residenciais, os bits podem não alcançar a casa via BPL (Broadband over Power Lines) inicialmente, mas por wireless fixo.

Tecnologia
A maior parte das tecnologias de redes inteligentes já é usada em outras aplicações, como manufatura e telecomunicações, e está sendo adaptada para uso em operações de rede.

Comunicações integradas: As áreas de melhoria incluem: automação de subestação, resposta de demanda, automação de distribuição, controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA), sistemas de gerenciamento de energia, redes de malha sem fio e outras tecnologias, comunicações de portadoras e fibra ótica. A comunicação integrada permitirá o controle em tempo real, a troca de informações e dados para otimizar a confiabilidade, a utilização de ativos e a segurança do sistema.
Sensoriamento e medição: os principais deveres são avaliar o congestionamento e a estabilidade da rede, monitorar a saúde do equipamento, prevenir o roubo de energia e apoiar as estratégias de controle. As tecnologias incluem: medidores avançados de microprocessadores (medidores inteligentes) e equipamentos de leitura de medidores, sistemas de monitoramento de área ampla, classificação de linha dinâmica (geralmente baseada em leituras on-line por sensoriamento de temperatura distribuído combinado com sistemas de classificação térmica em tempo real (RTTR)), medição de assinatura eletromagnética análise, tempo de uso e ferramentas de precificação em tempo real, switches e cabos avançados, tecnologia de rádio backscatter e relés de proteção digitais.
Medidores inteligentes.
Unidades de medição de fasor. Muitos na comunidade de engenharia de sistemas de energia acreditam que o blecaute do nordeste de 2003 poderia ter sido contido em uma área muito menor se houvesse uma rede de medição de fasores de área ampla.
Controle de fluxo de energia distribuído: os dispositivos de controle de fluxo de energia prendem-se a linhas de transmissão existentes para controlar o fluxo de energia. As linhas de transmissão habilitadas com esses dispositivos suportam um maior uso de energia renovável, fornecendo um controle mais consistente e em tempo real sobre como essa energia é roteada dentro da rede. Essa tecnologia permite que a rede armazene de forma mais eficiente energia intermitente de fontes renováveis ​​para uso posterior.
Geração inteligente de energia usando componentes avançados: geração inteligente de energia é um conceito de geração de eletricidade combinada com demanda usando múltiplos geradores idênticos que podem iniciar, parar e operar eficientemente na carga escolhida, independentemente dos outros, tornando-os adequados para carga básica e geração de pico de energia . Correspondência entre oferta e demanda, chamada balanceamento de carga, é essencial para um suprimento estável e confiável de eletricidade. Desvios de curto prazo na balança levam a variações de frequência e um desencontro prolongado resulta em blecautes. Operadores de sistemas de transmissão de energia são carregados com a tarefa de balanceamento, combinando a saída de energia de todos os geradores com a carga de sua rede elétrica. A tarefa de balanceamento de carga se tornou muito mais desafiadora à medida que geradores cada vez mais intermitentes e variáveis, como turbinas eólicas e células solares, são adicionados à rede, forçando outros produtores a adaptar sua produção com muito mais frequência do que era exigido no passado. As duas primeiras centrais dinâmicas de estabilidade em rede que utilizam o conceito foram encomendadas pela Elering e serão construídas pela Wärtsilä em Kiisa, Estônia (Kiisa Power Plant). Sua finalidade é “fornecer capacidade de geração dinâmica para atender a quedas súbitas e inesperadas no fornecimento de eletricidade”. Eles estão programados para estarem prontos durante 2013 e 2014, e sua produção total será de 250 MW.
A automação do sistema de energia permite diagnóstico rápido e soluções precisas para interrupções ou interrupções específicas da rede. Essas tecnologias dependem e contribuem para cada uma das outras quatro áreas principais. Três categorias de tecnologia para métodos avançados de controle são: agentes inteligentes distribuídos (sistemas de controle), ferramentas analíticas (algoritmos de software e computadores de alta velocidade) e aplicações operacionais (SCADA, automação de subestações, resposta de demanda, etc.). Usando técnicas de programação de inteligência artificial, a rede de energia Fujian na China criou um amplo sistema de proteção de área que é capaz de calcular com precisão uma estratégia de controle e executá-la. O software Monitoramento e Controle da Estabilidade de Voltagem (VSMC) usa um método de programação linear sucessivo baseado em sensibilidade para determinar com segurança a solução de controle ideal.

Pesquisa

Programas principais
IntelliGrid – Criada pelo Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica (EPRI), a arquitetura IntelliGrid fornece metodologia, ferramentas e recomendações para padrões e tecnologias para uso de utilitários no planejamento, especificação e aquisição de sistemas baseados em TI, como medição avançada, automação de distribuição e demanda resposta. A arquitetura também fornece um laboratório vivo para avaliar dispositivos, sistemas e tecnologia. Vários utilitários aplicaram a arquitetura IntelliGrid, incluindo Southern California Edison, Long Island Power Authority, Salt River Project e TXU Electric Delivery. O Consórcio IntelliGrid é uma parceria pública / privada que integra e otimiza os esforços de pesquisa global, financia a P & D de tecnologia, trabalha para integrar tecnologias e dissemina informações técnicas.

Grid 2030 – Grid 2030 é uma declaração de visão conjunta para o sistema elétrico dos EUA desenvolvida pela indústria de energia elétrica, fabricantes de equipamentos, fornecedores de tecnologia da informação, agências governamentais federais e estaduais, grupos de interesse, universidades e laboratórios nacionais. Abrange geração, transmissão, distribuição, armazenamento e uso final. O roteiro da National Electric Delivery Technologies é o documento de implementação da visão da Grid 2030. O Roteiro delineia os principais problemas e desafios para a modernização da rede e sugere caminhos que o governo e a indústria podem seguir para construir o futuro sistema de entrega elétrica da América.

A Modern Grid Initiative (MGI) é um esforço colaborativo entre o Departamento de Energia dos EUA (DOE), o Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia (NETL), utilitários, consumidores, pesquisadores e outras partes interessadas da rede para modernizar e integrar a rede elétrica dos EUA. O Escritório de Fornecimento de Energia Elétrica e Confiabilidade de Energia (OE) do DOE patrocina a iniciativa, que se baseia no Grid 2030 e no Roteiro das Tecnologias de Entrega de Eletricidade Nacional e está alinhado com outros programas como GridWise e GridWorks.

GridWise – Um programa OE OE focado no desenvolvimento de tecnologia da informação para modernizar a rede elétrica dos EUA. Trabalhando com a GridWise Alliance, o programa investe em arquitetura e padrões de comunicação; ferramentas de simulação e análise; tecnologias inteligentes; camas de teste e projetos de demonstração; e novos marcos regulatórios, institucionais e de mercado. A GridWise Alliance é um consórcio de partes interessadas públicas e privadas do setor elétrico, oferecendo um fórum para troca de ideias, esforços cooperativos e reuniões com formuladores de políticas nos níveis federal e estadual.

O GridWise Architecture Council (GWAC) foi formado pelo Departamento de Energia dos EUA para promover e possibilitar a interoperabilidade entre as muitas entidades que interagem com o sistema de energia elétrica do país. Os membros do GWAC são uma equipe equilibrada e respeitada, representando os muitos setores da cadeia de fornecimento de eletricidade e usuários. O GWAC fornece orientação e ferramentas do setor para articular o objetivo da interoperabilidade em todo o sistema elétrico, identificar os conceitos e arquiteturas necessários para possibilitar a interoperabilidade e desenvolver etapas acionáveis ​​para facilitar a interoperabilidade dos sistemas, dispositivos e instituições que abrangem os sistemas nacionais. sistema elétrico. A Estrutura de Configuração de Contexto de Interoperabilidade do GridWise Architecture Council, V 1.1, define diretrizes e princípios necessários.

GridWorks – Um programa DOE OE focado na melhoria da confiabilidade do sistema elétrico através da modernização dos principais componentes da rede, como cabos e condutores, subestações e sistemas de proteção, e eletrônica de potência. O foco do programa inclui a coordenação de esforços em sistemas supercondutores de alta temperatura, tecnologias de confiabilidade de transmissão, tecnologias de distribuição elétrica, dispositivos de armazenamento de energia e sistemas GridWise.

Projeto de Demonstração de Rede Inteligente do Noroeste Pacífico. – Este projeto é uma demonstração em cinco estados do noroeste do Pacífico – Idaho, Montana, Oregon, Washington e Wyoming. Envolve cerca de 60.000 clientes limitados e contém muitas funções importantes da futura rede inteligente.

Solar Cities – Na Austrália, o programa Solar Cities incluiu uma estreita colaboração com empresas de energia para testar medidores inteligentes, preços de pico e fora de pico, comutação remota e esforços relacionados. Também forneceu algum financiamento limitado para atualizações de rede.

Centro de pesquisa de energia de rede inteligente (SMERC) – Localizado na Universidade da Califórnia, Los Angeles dedicou seus esforços a testes em grande escala de sua tecnologia de rede de carregamento de EV inteligente – WINSmartEV ™. Ele criou outra plataforma para uma arquitetura Smart Grid que permite o fluxo bidirecional de informações entre um utilitário e dispositivos finais do consumidor – o WINSmartGrid ™. A SMERC também desenvolveu um banco de testes de resposta à demanda (DR) que compreende um painel de controle, servidor de automação de resposta de demanda (DRAS), rede de área doméstica (HAN), sistema de armazenamento de energia por bateria (BESS) e fotovoltaico. Essas tecnologias são instaladas no território do Departamento de Água e Energia de Los Angeles e no sul da Califórnia Edison como uma rede de carregadores de VE, sistemas de armazenamento de energia de bateria, painéis solares, carregador rápido DC e unidades Veículo-à-Rede (V2G). Essas plataformas, redes de comunicação e controle permitem que os projetos liderados pela UCLA dentro da grande Los Angeles sejam pesquisados, avançados e testados em parceria com as duas principais concessionárias locais, a SCE e a LADWP. [Melhor fonte necessária]

Modelagem de smart grid
Muitos conceitos diferentes foram usados ​​para modelar redes elétricas inteligentes. Eles são geralmente estudados no âmbito de sistemas complexos. Em uma recente sessão de brainstorming, a rede elétrica foi considerada dentro do contexto de controle ótimo, ecologia, cognição humana, dinâmica vítrea, teoria da informação, microfísica de nuvens e muitas outras. Aqui está uma seleção dos tipos de análises que apareceram nos últimos anos.

Sistemas de proteção que verificam e supervisionam a si mesmos
Pelqim Spahiu e Ian R. Evans em seu estudo introduziram o conceito de uma proteção inteligente baseada em subestação e uma unidade de inspeção híbrida.

Osciladores de Kuramoto
O modelo de Kuramoto é um sistema bem estudado. A rede elétrica também foi descrita neste contexto. O objetivo é manter o sistema em equilíbrio ou manter a sincronização de fase (também conhecida como fase de bloqueio). Os osciladores não uniformes também ajudam a modelar diferentes tecnologias, diferentes tipos de geradores de energia, padrões de consumo e assim por diante. O modelo também foi usado para descrever os padrões de sincronização no piscar dos vaga-lumes.

Bio-sistemas
As redes elétricas foram relacionadas a sistemas biológicos complexos em muitos outros contextos. Em um estudo, as redes elétricas foram comparadas à rede social dos golfinhos. Essas criaturas simplificam ou intensificam a comunicação em caso de uma situação incomum. As intercomunicações que lhes permitem sobreviver são altamente complexas.

Redes de fusíveis aleatórios
Na teoria da percolação, redes de fusíveis aleatórios foram estudadas. A densidade atual pode ser muito baixa em algumas áreas e muito forte em outras. A análise pode, portanto, ser usada para suavizar possíveis problemas na rede. Por exemplo, a análise computadorizada de alta velocidade pode prever fusíveis queimados e corrigi-los, ou analisar padrões que podem levar a uma queda de energia. É difícil para os humanos prever os padrões de longo prazo em redes complexas, de modo que redes de fusíveis ou de diodos sejam usadas.

Rede de Comunicação Smart Grid
Os Simuladores de Rede são usados ​​para simular / emular efeitos de comunicação de rede. Isso geralmente envolve a configuração de um laboratório com os dispositivos de rede inteligente, aplicativos, etc., com a rede virtual sendo fornecida pelo simulador de rede.

Redes neurais
Redes neurais também foram consideradas para o gerenciamento da rede elétrica. Os sistemas de energia elétrica podem ser classificados de várias maneiras diferentes: não lineares, dinâmicas, discretas ou aleatórias. Redes Neurais Artificiais (RNAs) tentam resolver o mais difícil desses problemas, os problemas não-lineares.

Previsão de demanda
Uma aplicação de RNAs está na previsão de demanda. Para que as redes operem de maneira econômica e confiável, a previsão de demanda é essencial, porque é usada para prever a quantidade de energia que será consumida pela carga. Isso depende das condições climáticas, tipo de dia, eventos aleatórios, incidentes, etc. No entanto, para cargas não lineares, o perfil de carga não é suave e previsível, resultando em maior incerteza e menor precisão usando os modelos tradicionais de Inteligência Artificial. Alguns fatores que as RNAs consideram ao desenvolver este tipo de modelos: classificação de perfis de carga de diferentes classes de clientes com base no consumo de eletricidade, maior responsividade de demanda para prever preços de eletricidade em tempo real em comparação com redes convencionais, a necessidade de componentes diferentes, como carga de pico, carga base, carga de vale, carga média, etc., em vez de juntá-los em uma única entrada e, por último, a dependência do tipo em variáveis ​​de entrada específicas. Um exemplo do último caso seria dado o tipo de dia, seja seu dia da semana ou fim de semana, que não teria muito efeito sobre as grades do Hospital, mas seria um grande fator no perfil de carga das redes de alojamento residente.

Processos de Markov
Como a energia eólica continua a ganhar popularidade, torna-se um ingrediente necessário em estudos realistas de redes de energia. O armazenamento off-line, a variabilidade do vento, a oferta, a demanda, os preços e outros fatores podem ser modelados como um jogo matemático. Aqui o objetivo é desenvolver uma estratégia vencedora. Os processos de Markov foram usados ​​para modelar e estudar este tipo de sistema.

Entropia máxima
Todos esses métodos são, de uma forma ou de outra, métodos de entropia máxima, que é uma área ativa de pesquisa.Remontagem às idéias de Shannon e muitos outros pesquisadores que estudaram redes de comunicação. Continuando com o longo de hoje, a pesquisa em rede sem fio frequentemente considera o problema de congestão de rede, e muitos algoritmos estão sendo propostos para minimização, incluindo a teoria dos jogos, combinações inovadoras de FDMA, TDMA e outros.