Умная сеть электроснабжения

Эта статья может быть слишком длинной для чтения и удобной навигации . Размер читаемой прозы - 63 килобайта. Пожалуйста, подумайте о разделении контента на подстатьи, сжатии или добавлении подзаголовков . Пожалуйста, обсудите этот вопрос на странице обсуждения статьи . ( Февраль 2016 г. )

Характеристики традиционной системы (слева) и интеллектуальной сети (справа)

Воспроизвести медиа

Видео об умных сетях

Общественная инфраструктура
Плотина Гранд-Кули
Активы и объекты
Аэропорты Мосты Широкополосный Каналы Прибрежное управление Критическая инфраструктура Плотины Электричество Энергия Опасные отходы Больницы Схемы полива Дамбы Маяки Парки Трубопроводный транспорт Порты Общественный транспорт Государственное жилье Государственные школы Общественные места Железнодорожный Дороги Канализация Шлюзы Твердые отходы Телекоммуникации Утилиты Водоснабжение Плотины Сточные Воды
Концепции
Управление активами Ассигнования Налог Линдаля Сборка – эксплуатация – передача Дизайн – заявка – сборка Дизайн – сборка Целевой знак Фиксированная цена Инженерные контракты Внешность Государственный долг Оценка жизненного цикла Обслуживание Монополия Налог на имущество Государственно-частное партнерство Государственный капитал Общественные финансы Общественное благо Государственный сектор Ремонт Замена (апгрейд) Распространение Цепочка поставок Налогообложение
Проблемы и идеи
Управления воздушным движением Браунфилд Углеродный след Контейнеризация Стоимость перегрузки Экотакс Этанол топливо Налог на топливо Грунтовые воды Высокоскоростная железная дорога Гибридные автомобили Планирование землепользования Мобильный терминал данных Бочка из свинины Быстрый автобусный транспорт Переработка отходов Возобновляемые источники энергии Обратный осмос Умная сеть электроснабжения Умный рост Ливневая вода Разрастание городов Заторы на дорогах Транзитно-ориентированное развитие Эффективность автомобиля Из отходов в энергию Утепление Беспроводная технология
Области исследования
Архитектура Химическая инженерия Гражданская Электрические Машиностроение Государственная экономика Публичная политика Городское планирование
Примеры Мост Акаси Кайкё Трансаляскинский трубопровод Автобан Энергетическая независимость Бразилии Бруклинский мост Тоннель под Ла-Маншем Сточные воды Чикаго Китайская высокоскоростная железная дорога Куртиба скоростной автобусный транспорт Датская ветроэнергетика Британская оффшорная ветроэнергетика Атомная энергетика во Франции Солнечная энергия в Германии Плотина Гувера Международный аэропорт Гонконг Интерсити-Экспресс Автомагистрали между штатами Джамнагарский НПЗ Международный аэропорт Кансай Панамский канал Порт Шанхай Мост через залив Сан-Франциско Плотина Три ущелья Синкансэн Испанская высокоскоростная железная дорога Французская железная дорога TGV Испанские автопилоты и автопистеры Трансконтинентальная железная дорога Передача электроэнергии в США
Категория  Инженерный портал
v т е

Смарт сетки является электрическая сеть , которая включает в себя ряд операций и энергетических мер , в том числе:

• расширенная инфраструктура измерения (из которых интеллектуальные счетчики являются общим названием для любого устройства на стороне коммунального предприятия, даже если оно более способно, например, волоконно-оптический маршрутизатор)
• Интеллектуальные распределительные щиты и автоматические выключатели, интегрированные с системой управления домом и реагированием на запросы ( за счетчиком с точки зрения коммунальных служб)
  • Переключатели управления нагрузкой и интеллектуальные устройства , часто финансируемые за счет повышения эффективности муниципальных программ (например, чистая энергия с оценкой собственности )
• возобновляемые источники энергии , включая емкость для зарядки припаркованных аккумуляторов ( электромобилей ) или более крупных групп аккумуляторов, переработанных из этих или других накопителей энергии .

• энергоэффективные ресурсы.

• Достаточно широкополосного оптоволоконного кабеля для коммунального обслуживания для подключения и мониторинга вышеперечисленного с беспроводной связью в качестве резервного Достаточная резервная, если «темная» емкость для обеспечения аварийного переключения, часто сдается в аренду для получения дохода. ^{[1] [2]}

Электронное регулирование мощности и контроль производства и распределения электроэнергии являются важными аспектами интеллектуальной сети. ^[3]

Политика интеллектуальной сети организована в Европе как европейская технологическая платформа Smart Grid. ^[4] Политика США описана в 42 USC ch. 152, подч. IX § 17381.

Внедрение технологии интеллектуальных сетей также подразумевает фундаментальную реорганизацию отрасли электроснабжения, хотя типичное использование этого термина сосредоточено на технической инфраструктуре. ^[5]

Фон [ править ]

Историческое развитие электросети [ править ]

Первая система электросети переменного тока была установлена ​​в 1886 году в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс . ^[6] В то время, сетка была централизованная система однонаправленной передачи электроэнергии , распределения электроэнергии , а также спросом контроля.

В 20-м веке местные сети со временем росли и в конечном итоге были соединены между собой по экономическим причинам и соображениям надежности. К 1960-м годам электрические сети развитых стран стали очень большими, зрелыми и сильно взаимосвязанными, с тысячами `` центральных '' электростанций, доставляющих электроэнергию к основным центрам нагрузки через линии электропередач большой мощности, которые затем были разветвлены и разделены для обеспечения энергией более мелкие промышленные и бытовые потребители на всей территории снабжения. Топология сети 1960-х годов была результатом сильной экономии за счет масштаба: крупные угольные, газовые и мазутные электростанции в масштабе от 1 ГВт (1000 МВт) до 3 ГВт по-прежнему считаются рентабельными из-за к функциям повышения эффективности, которые могут быть рентабельными только тогда, когда станции становятся очень большими.

Электростанции были стратегически расположены поблизости от запасов ископаемого топлива (либо самих шахт или скважин, либо рядом с железнодорожными, автомобильными или портовыми линиями снабжения). Расположение плотин гидроэлектростанций в горных районах также сильно повлияло на структуру возникающей сети. Атомные электростанции располагались с учетом наличия охлаждающей воды. Наконец, электростанции , работающие на ископаемом топливе, изначально были очень загрязняющими и располагались как можно дальше от населенных пунктов, если это позволяли электрические распределительные сети. К концу 1960-х годов электрическая сеть достигла подавляющего большинства населения развитых стран, и только отдаленные региональные районы оставались «вне сети».

Учет потребления электроэнергии был необходим для каждого пользователя, чтобы иметь возможность выставлять счета в соответствии с (сильно изменчивым) уровнем потребления различных пользователей. Из-за ограниченных возможностей сбора и обработки данных в период роста сети обычно применялись схемы с фиксированными тарифами, а также схемы с двумя тарифами, при которых за ночную энергию взималась плата по более низкой ставке, чем за дневную. Мотивом для использования двойных тарифов был низкий спрос в ночное время. Двойные тарифы сделали возможным использование недорогой электроэнергии в ночное время в таких приложениях, как поддержание «тепловых банков», которые служили для «сглаживания» суточного спроса и уменьшения количества турбин, которые необходимо было отключить на ночь. ,тем самым улучшая использование и рентабельность объектов генерации и передачи. Измерительные возможности сети 1960-х годов означали технологические ограничения на степень, в которойценовые сигналы могут распространяться через систему.

С 1970-х по 1990-е годы растущий спрос привел к увеличению числа электростанций. В некоторых регионах электроснабжение, особенно в часы пик, не могло удовлетворить этот спрос, что приводило к низкому качеству электроэнергии , включая отключения электроэнергии , отключения электроэнергии и отключения электроэнергии . Электричество все чаще использовалось для промышленности, отопления, связи, освещения и развлечений, а потребители требовали все более высокого уровня надежности.

К концу 20-го века структура спроса на электроэнергию была сформирована: отопление и кондиционирование воздуха в жилых помещениях приводили к ежедневным пикам спроса, которые удовлетворялись за счет набора «генераторов пиковой мощности», которые включались только на короткие периоды каждый день. Относительно низкая загрузка этих пиковых генераторов (обычно использовались газовые турбины из-за их относительно более низких капитальных затрат и более короткого времени запуска) вместе с необходимым резервированием в электросети привели к высоким затратам для электроэнергетических компаний, которые были переданы в виде повышенных тарифов.

В 21 веке некоторые развивающиеся страны, такие как Китай, Индия и Бразилия, считались пионерами развертывания интеллектуальных сетей. ^[7]

Возможности модернизации [ править ]

С начала 21-го века стали очевидными возможности воспользоваться преимуществами усовершенствований в технологии электронной связи для устранения ограничений и снижения затрат на электрическую сеть. Технологические ограничения на измерения больше не вынуждают усреднять цены на пиковую мощность и передавать их всем потребителям в равной степени. Параллельно растущая озабоченность экологическим ущербом от электростанций, работающих на ископаемом топливе, привела к желанию использовать большие объемы возобновляемой энергии . Доминирующие формы, такие как энергия ветра и солнечная энергия , сильно различаются, и поэтому необходимость в более сложных системах управления стала очевидной, чтобы облегчить подключение источников к в остальном хорошо управляемой сети. ^[8] Питание отфотоэлектрические элементы (и, в меньшей степени, ветряные турбины ) также значительно поставили под сомнение необходимость крупных централизованных электростанций. Быстро падающие затраты указывают на серьезный переход от централизованной топологии сети к топологии с высокой степенью распределения, при которой мощность генерируется и потребляется прямо на границах сети. Наконец, растущее беспокойство по поводу террористических атак в некоторых странах привело к призывам к созданию более надежной энергосистемы, которая меньше зависит от централизованных электростанций, которые считались потенциальными целями нападения. ^[9]

Определение «умной сети» [ править ]

Первое официальное определение Smart Grid было дано в Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA-2007) , который был одобрен Конгрессом США в январе 2007 года и подписан президентом Джорджем Бушем в декабре 2007 года. XIII этого законопроекта содержит описание с десятью характеристиками, которые можно рассматривать как определение Smart Grid, а именно:

«Политика США заключается в поддержке модернизации национальной системы передачи и распределения электроэнергии для поддержания надежной и безопасной инфраструктуры электроснабжения, способной удовлетворить будущий рост спроса и достичь каждого из следующих условий, которые вместе характеризуют Smart Grid: (1) Более широкое использование цифровой информации и технологий управления для повышения надежности, безопасности и эффективности электрической сети. (2) Динамическая оптимизация работы и ресурсов сети с полной кибербезопасностью. (3) Развертывание и интеграция распределенных ресурсов. и генерация, включая возобновляемые ресурсы. (4) Разработка и включение реагирования спроса, ресурсов на стороне спроса и ресурсов энергоэффективности. (5) Развертывание «умных» технологий (в реальном времени, автоматизировано,интерактивные технологии, которые оптимизируют физическую работу бытовых и потребительских устройств) для измерения, связи, касающейся работы и состояния сети, а также автоматизации распределения. (6) Интеграция «умных» устройств и потребительских устройств. (7) Развертывание и интеграция передовых технологий накопления электроэнергии и снижения пиковых нагрузок, включая подключаемые электрические и гибридные электромобили, а также системы кондиционирования воздуха с накоплением тепла. (8) Предоставление потребителям своевременной информации и возможности контроля. (9) Разработка стандартов связи и взаимодействия приборов и оборудования, подключенных к электрической сети, включая инфраструктуру, обслуживающую сеть. (10) Выявление и снижение необоснованных или ненужных препятствий для внедрения технологий, практики и услуг умных сетей ».

Целевая группа Комиссии Европейского союза по интеллектуальным сетям также дает определение интеллектуальной сети ^[10] как:

«Интеллектуальная сеть - это электрическая сеть, которая может экономически эффективно интегрировать поведение и действия всех подключенных к ней пользователей - производителей, потребителей и тех, кто делает и то, и другое - для обеспечения экономически эффективной, устойчивой энергосистемы с низкими потерями и высокими уровнями энергопотребления. качество и надежность поставок и безопасность. В интеллектуальной сети используются инновационные продукты и услуги вместе с интеллектуальными технологиями мониторинга, управления, связи и самовосстановления, чтобы:

1. • Лучшее облегчение подключения и эксплуатации генераторов всех размеров и технологий.
2. • Позволить потребителям участвовать в оптимизации работы системы.
3. • Предоставить потребителям более подробную информацию и варианты того, как они используют свои поставки.
4. • Значительно снизить воздействие на окружающую среду всей системы электроснабжения.
5. • Поддерживать или даже улучшать существующие высокие уровни надежности системы, качества и безопасности поставок.
6. • Эффективно поддерживать и улучшать существующие услуги ».

Общим элементом большинства определений является применение цифровой обработки и связи к электросети, что делает управление потоками данных и информацией центральным элементом интеллектуальной электросети. Различные возможности являются результатом глубоко интегрированного использования цифровых технологий с электросетями. Интеграция новой информации о сетях является одним из ключевых вопросов при проектировании интеллектуальных сетей. В настоящее время электроэнергетические компании проводят преобразования трех классов: улучшение инфраструктуры, которую в Китае называют сильной сетью ; добавление цифрового слоя, который является сутью умной сети; и трансформация бизнес-процессов, необходимая для получения прибыли от инвестиций в интеллектуальные технологии. Большая часть работы, которая велась по модернизации электросетей, особенно автоматизации подстанций и распределения, теперь включена в общую концепцию интеллектуальной сети.

Ранние технологические инновации [ править ]

Технологии интеллектуальных сетей возникли в результате более ранних попыток использования электронного управления, измерения и мониторинга. В 1980-х годах автоматическое считывание показаний счетчиков использовалось для мониторинга нагрузки от крупных потребителей и превратилось в усовершенствованную инфраструктуру учета в 1990-х годах, счетчики которой могли фиксировать, как электричество использовалось в разное время суток. ^[11] Интеллектуальные счетчики добавляют непрерывную связь, так что мониторинг может осуществляться в режиме реального времени, и их можно использовать в качестве шлюза для подключения устройств, реагирующих на запросы, и «умных розеток» в доме. Ранние формы таких технологий управления спросом были динамичным спросом.осведомленные устройства, которые пассивно определяют нагрузку в сети, отслеживая изменения частоты источника питания. Такие устройства, как промышленные и бытовые кондиционеры, холодильники и обогреватели, отрегулировали свой рабочий цикл, чтобы избежать активации во время пикового состояния сети. Начиная с 2000 года, итальянский проект Telegestore стал первым, кто объединил в сеть большое количество (27 миллионов) домов с использованием интеллектуальных счетчиков, подключенных через линию электропередачи с низкой пропускной способностью . ^{[12] В} некоторых экспериментах использовался термин широкополосная связь по линиям электропередачи (BPL), в то время как в других использовались беспроводные технологии, такие как ячеистые сети.продвигается для более надежного подключения к разнородным устройствам в доме, а также для поддержки учета других коммунальных услуг, таких как газ и вода. ^[8]

В начале 1990-х годов произошла революция в мониторинге и синхронизации глобальных сетей, когда Энергетическое управление Бонневилля расширило свои исследования интеллектуальных сетей с помощью прототипов датчиков , которые способны очень быстро анализировать аномалии качества электроэнергии в очень больших географических областях. Кульминация этой работы была система первого эксплуатационного Wide Area Measurement (WAMS) в 2000 году ^[13] Другие страны быстро интегрировать эту технологию - Китай начал иметь всеобъемлющие национальные WAMS , когда прошлое 5-летний план экономического завершен в 2012 году ^{[ 14]}

Самые ранние развертывания интеллектуальных сетей включают итальянскую систему Telegestore (2005 г.), ячеистую сеть в Остине, Техас (с 2003 г.) и интеллектуальную сеть в Боулдере, штат Колорадо (2008 г.). См. Развертывания и попытки развертывания ниже.

Особенности умной сети [ править ]

Интеллектуальная сеть представляет собой полный набор текущих и предлагаемых ответов на проблемы электроснабжения. Из-за разнообразия факторов существует множество конкурирующих таксономий и нет согласия по универсальному определению. Тем не менее, здесь дается одна возможная категоризация.

Надежность [ править ]

В интеллектуальной сети используются такие технологии, как оценка состояния ^[15], которые улучшают обнаружение неисправностей и позволяют самовосстановление сети без вмешательства технических специалистов. Это обеспечит более надежное электроснабжение и снизит уязвимость к стихийным бедствиям или нападениям.

Хотя несколько маршрутов рекламируются как особенность интеллектуальной сети, в старой сетке также было несколько маршрутов. Первоначальные линии электропередач в сети были построены с использованием радиальной модели, позднее подключение было гарантировано по нескольким маршрутам, называемым сетевой структурой. Однако это создало новую проблему: если текущий поток или связанные эффекты в сети превышают пределы любого конкретного сетевого элемента, он может выйти из строя, и ток будет шунтирован на другие элементы сети, которые в конечном итоге также могут выйти из строя, вызывая эффект домино . См. Отключение электроэнергии . Методом предотвращения этого является сброс нагрузки путем постепенного отключения электроэнергии или снижения напряжения (отключения электроэнергии). ^{[16] [17]}

Гибкость сетевой топологии [ править ]

Инфраструктура передачи и распределения следующего поколения будет лучше справляться с возможными двунаправленными потоками энергии , обеспечивая распределенную генерацию, например, от фотоэлектрических панелей на крышах зданий, а также зарядку от / до аккумуляторов электромобилей, ветряных турбин, гидроэлектроэнергии с насосом. использование топливных элементов и другие источники.

Классические сети были разработаны для одностороннего потока электроэнергии, но если локальная подсеть генерирует больше энергии, чем потребляет, обратный поток может вызвать проблемы с безопасностью и надежностью. ^[18] Интеллектуальная сеть предназначена для управления этими ситуациями. ^[8]

Эффективность [ править ]

Многочисленные вклады в общее повышение эффективности энергетической инфраструктуры ожидается от внедрения технологии интеллектуальных сетей, в частности, включая управление спросом , например отключение кондиционеров во время краткосрочных скачков цен на электроэнергию, снижение напряжения, когда это возможно, на Распределительные линии за счет оптимизации напряжения / VAR (VVO), что исключает необходимость показывать показания счетчиков и сокращает их за счет улучшенного управления отключениями с использованием данных из систем Advanced Metering Infrastructure. Общий эффект заключается в меньшей избыточности линий передачи и распределения и более высоком использовании генераторов, что приводит к снижению цен на электроэнергию.

Регулировка нагрузки / балансировка нагрузки [ править ]

Общая нагрузка, подключенная к электросети, может значительно изменяться со временем. Хотя общая нагрузка является суммой множества индивидуальных выборов клиентов, общая нагрузка не обязательно стабильна или медленно меняется. Например, если запускается популярная телевизионная программа, миллионы телевизоров сразу же потребляют ток. Традиционно, чтобы реагировать на быстрое увеличение энергопотребления, быстрее, чем время запуска большого генератора, некоторые запасные генераторы переводятся в диссипативный режим ожидания. ^{[ необходима цитата ]} Интеллектуальная сеть может предупредить все отдельные телевизоры или другого более крупного клиента о временном снижении нагрузки ^[19](чтобы дать время для запуска генератора большего размера) или непрерывно (в случае ограниченных ресурсов). Используя алгоритмы математического прогнозирования, можно предсказать, сколько резервных генераторов необходимо использовать, чтобы достичь определенной частоты отказов. В традиционной сети частота отказов может быть уменьшена только за счет большего количества резервных генераторов. В интеллектуальной сети снижение нагрузки даже небольшой частью клиентов может устранить проблему.

В то время как традиционно стратегии балансировки нагрузки были разработаны для изменения моделей потребления потребителей, чтобы сделать спрос более однородным, разработки в области хранения энергии и индивидуального производства возобновляемой энергии предоставили возможности для разработки сбалансированных энергосистем, не влияя на поведение потребителей. Как правило, хранение энергии во внепиковые часы снижает спрос с высоким спросом в часы пик. Динамические теоретико-игровые структуры оказались особенно эффективными при планировании хранения за счет оптимизации затрат на энергию с использованием равновесия по Нэшу . ^{[20] [21]}

Пиковое сокращение / выравнивание и цены на время использования [ править ]

Чтобы снизить спрос в периоды пиковых затрат, технологии связи и измерения информируют интеллектуальные устройства в доме и на предприятии, когда потребность в энергии высока, и отслеживают, сколько и когда используется электричество. Это также дает коммунальным предприятиям возможность снизить потребление за счет прямого взаимодействия с устройствами, чтобы предотвратить перегрузку системы. Примерами могут служить коммунальное предприятие, сокращающее использование группы зарядных станций для электромобилей или смещение заданных значений температуры кондиционеров в городе. ^[19] Чтобы мотивировать их сокращать потребление и выполнять то, что называется сокращением пиков или выравниванием пиков , цены на электроэнергию повышаются в периоды высокого спроса и снижаются в периоды низкого спроса.^[8] Считается, что потребители и предприятия будут, как правило, потреблять меньше в периоды высокого спроса, если потребители и потребительские устройства могут знать о высокой надбавке к цене за использование электроэнергии в периоды пиковой нагрузки. Это может означать компромисс, например, включение / выключение кондиционеров или включение посудомоечных машин в 21:00 вместо 17:00. Когда предприятия и потребители видят прямую экономическую выгоду от использования энергии во внепиковые периоды, теория состоит в том, что они будут включать эксплуатационные затраты на энергию в свои потребительские устройства и решения по строительству зданий и, следовательно, станут более энергоэффективными.

Устойчивость [ править ]

Повышенная гибкость интеллектуальной сети позволяет более широко использовать возобновляемые источники энергии с высокой степенью изменчивости, такие как солнечная энергия и энергия ветра , даже без добавления накопителей энергии.. Текущая сетевая инфраструктура не построена так, чтобы допускать множество распределенных точек подключения, и, как правило, даже если некоторая подача разрешена на локальном (распределительном) уровне, инфраструктура уровня передачи не может ее вместить. Быстрые колебания распределенной генерации, например, из-за пасмурной или порывистой погоды, представляют собой серьезные проблемы для инженеров-энергетиков, которым необходимо обеспечить стабильные уровни мощности путем изменения выходной мощности более управляемых генераторов, таких как газовые турбины и гидроэлектрические генераторы. По этой причине технология интеллектуальных сетей является необходимым условием для очень большого количества возобновляемой электроэнергии в сети. Также имеется поддержка подключения транспортного средства к электросети . ^[22]

Обеспечение рынка [ править ]

Интеллектуальная сеть обеспечивает систематическую связь между поставщиками (их цена на энергию) и потребителями (их готовность платить), а также позволяет поставщикам и потребителям быть более гибкими и изощренными в своих операционных стратегиях. Только критические нагрузки должны будут оплачивать пиковые цены на энергию, и потребители смогут более стратегически подходить к использованию энергии. Генераторы с большей гибкостью смогут стратегически продавать энергию с максимальной прибылью, в то время как негибкие генераторы, такие как паровые турбины с базовой нагрузкой и ветряные турбины, будут получать различные тарифы в зависимости от уровня спроса и статуса других работающих в настоящее время генераторов. Общий эффект - это сигнал, свидетельствующий о повышении энергоэффективности и энергопотребления, чувствительного к изменяющимся во времени ограничениям энергоснабжения. На внутреннем уровнеприборы со степенью хранения энергии илиТепловая масса (например, холодильники, тепловые банки и тепловые насосы) будет иметь хорошие возможности для «игры» на рынке и стремиться минимизировать затраты на энергию, адаптируя спрос к периодам поддержки более дешевой энергии. Это расширение двойного тарифа на энергию, упомянутого выше.

Поддержка ответа на запрос [ править ]

Поддержка реагирования на спрос позволяет генераторам и нагрузкам взаимодействовать в автоматическом режиме в режиме реального времени, координируя спрос для сглаживания пиков. Устранение части спроса, которая возникает в этих пиках, устраняет затраты на добавление резервных генераторов, снижает износ и продлевает срок службы оборудования, а также позволяет пользователям сократить свои счета за электроэнергию, сообщая устройствам с низким приоритетом использовать энергию только тогда, когда это дешевле . ^[23]

В настоящее время электросетевые системы имеют разную степень связи с системами управления для своих ценных активов, например, на генерирующих станциях, линиях электропередачи, подстанциях и основных потребителях энергии. Как правило, информация течет в одном направлении: от пользователей и нагрузки, которую они контролируют, обратно в коммунальные службы. Коммунальные предприятия пытаются удовлетворить спрос и в разной степени преуспевают или терпят неудачу (отключения электроэнергии, постепенное отключение электроэнергии, неконтролируемое отключение электроэнергии). Общий объем потребляемой пользователями мощности может иметь очень широкое распределение вероятностей, что требует наличия резервных генерирующих установок в режиме ожидания, чтобы реагировать на быстро меняющееся потребление энергии. Этот односторонний поток информации стоит дорого; последние 10% генерирующих мощностей могут потребоваться всего в 1% времени, а отключение электроэнергии и отключение электроэнергии могут дорого обойтись потребителям.

Ответ на спрос может быть обеспечен коммерческими, бытовыми и промышленными нагрузками. ^[24] Например, компания Alcoa Warrick Operation участвует в MISO в качестве квалифицированного ресурса реагирования на спрос ^[25], а Trimet Aluminium использует свой плавильный завод в качестве краткосрочной мегабатареи. ^[26]

Задержка потока данных является серьезной проблемой, поскольку некоторые ранние архитектуры интеллектуальных счетчиков допускают фактически 24-часовую задержку при получении данных, предотвращая любую возможную реакцию со стороны либо запрашивающих, либо поставляющих устройств. ^[27]

Платформа для расширенных услуг [ править ]

Как и в других отраслях, использование надежной двусторонней связи, современных датчиков и распределенных вычислительных технологий повысит эффективность, надежность и безопасность подачи и использования энергии. Это также открывает потенциал для совершенно новых услуг или улучшений существующих, таких как мониторинг пожара и сигнализация, которая может отключать питание, совершать телефонные звонки в службы экстренной помощи и т. Д.

Обеспечьте мегабитами, управляйте мощностью килобитами, остальное продайте [ править ]

Объем данных, необходимых для выполнения мониторинга и автоматического выключения устройств, очень мал по сравнению с данными, которые уже достигают даже удаленных домов для поддержки голосовых услуг, услуг безопасности, Интернета и телевидения. Многие обновления пропускной способности интеллектуальных сетей оплачиваются за счет избыточного выделения ресурсов для поддержки потребительских услуг и субсидирования связи с услугами, связанными с энергией, или субсидирования услуг, связанных с энергией, таких как повышение тарифов в часы пик, с помощью связи. Это особенно верно, когда правительства управляют обоими наборами услуг как государственная монополия. Поскольку энергетические и коммуникационные компании обычно являются отдельными коммерческими предприятиями в Северной Америке и Европе, потребовались значительные усилия правительства и крупных поставщиков, чтобы побудить различные предприятия к сотрудничеству. Некоторые, например Cisco, увидеть возможность предоставления потребителям устройств, очень похожих на те, которые они уже давно поставляют в промышленность. ^[28] Другие, такие как Silver Spring Networks ^[29] или Google , ^{[30] [31],} являются интеграторами данных, а не поставщиками оборудования. Хотя стандарты управления питанием переменного тока предполагают, что сети Powerline будут основным средством связи между интеллектуальными сетями и домашними устройствами, биты могут достигать дома не через широкополосную связь по линиям электропередач ( BPL ) изначально, а через фиксированную беспроводную связь .

Технология [ править ]

Большая часть технологий интеллектуальных сетей уже используется в других приложениях, таких как производство и телекоммуникации, и адаптируется для использования в сетевых операциях. ^[32]

• Интегрированные коммуникации: Области, требующие улучшения, включают: автоматизацию подстанций, реагирование на запросы, автоматизацию распределения, диспетчерский контроль и сбор данных ( SCADA ), системы управления энергопотреблением, беспроводные ячеистые сети и другие технологии, связь по линиям электропередач и оптоволоконную связь . ^[8] Интегрированные коммуникации позволят осуществлять контроль в реальном времени, информацию и обмен данными для оптимизации надежности системы, использования активов и безопасности. ^[33]
• Обнаружение и измерение: основные обязанности включают оценку перегрузки и стабильности сети, мониторинг состояния оборудования, предотвращение кражи энергии ^[34] и поддержку стратегий управления. Технологии включают в себя: усовершенствованные микропроцессорные счетчики ( интеллектуальный счетчик ) и оборудование для считывания показаний счетчиков, системы глобального мониторинга (обычно основанные на онлайн-показаниях с помощью распределенного измерения температуры в сочетании с системами теплового рейтинга в реальном времени (RTTR)), измерение / анализ электромагнитной сигнатуры, время - инструменты ценообразования и ценообразования в реальном времени, передовые переключатели и кабели, радиотехнология обратного рассеяния и цифровые защитные реле .
• Умные счетчики .
• Единицы измерения фазора . Многие в сообществе инженеров энергосистем полагают, что отключение электроэнергии на северо-востоке в 2003 г. могло быть ограничено гораздо меньшей территорией, если бы существовала глобальная сеть векторных измерений. ^[35]
• Распределенное управление потоком энергии: устройства управления потоком мощности зажимают существующие линии передачи для управления потоком энергии внутри. Линии передачи, оснащенные такими устройствами, поддерживают более широкое использование возобновляемой энергии, обеспечивая более последовательный контроль в реальном времени над тем, как эта энергия направляется в сеть. Эта технология позволяет сети более эффективно хранить прерывистую энергию из возобновляемых источников для дальнейшего использования. ^[36]
• Интеллектуальная выработка электроэнергии с использованием передовых компонентов: интеллектуальная выработка электроэнергии - это концепция согласования выработки электроэнергии со спросом с использованием нескольких идентичных генераторов, которые могут запускаться, останавливаться и эффективно работать при выбранной нагрузке , независимо от других, что делает их пригодными для базовой нагрузки и выработки пиковой мощности. . ^[37] Согласование спроса и предложения, называемое балансировкой нагрузки , ^[19] важно для стабильного и надежного электроснабжения. Кратковременные отклонения баланса приводят к колебаниям частоты, а длительное несоответствие - к отключениям . Операторы систем передачи электроэнергииотвечают за балансировку, согласовывая выходную мощность всех генераторов с нагрузкой их электрической сети . Задача балансировки нагрузки стала намного более сложной, поскольку в сеть добавляются все более прерывистые и изменяемые генераторы, такие как ветряные турбины и солнечные элементы , что вынуждает других производителей адаптировать свою производительность гораздо чаще, чем это требовалось в прошлом. Первые две электростанции с динамической стабильностью сети, использующие эту концепцию, были заказаны Elering и будут построены Wärtsilä в Кийса , Эстония ( Kiisa Power Plant). Их цель - «обеспечить динамическую генерирующую мощность на случай внезапных и неожиданных падений электроснабжения». Их планируется сдать в эксплуатацию в течение 2013 и 2014 годов, а их общая мощность составит 250 МВт. ^[38]
• Автоматизация энергосистемы обеспечивает быструю диагностику и точные решения конкретных сбоев или отключений энергосистемы. Эти технологии полагаются на каждую из четырех других ключевых областей и вносят в них свой вклад. Три категории технологий для передовых методов управления: распределенные интеллектуальные агенты (системы управления), аналитические инструменты (программные алгоритмы и высокоскоростные компьютеры) и операционные приложения (SCADA, автоматизация подстанций, реагирование на запросы и т. Д.). Используя методы программирования искусственного интеллекта , электросеть Фуцзянь в Китае создала обширную систему защиты, которая может быстро точно рассчитать стратегию управления и выполнить ее. ^[39] Программное обеспечение мониторинга и контроля стабильности напряжения (VSMC) используетметод последовательного линейного программирования для надежного определения оптимального решения управления. ^[40]

ИТ-компании, разрушающие энергетический рынок [ править ]

Интеллектуальная сеть предоставляет ИТ-решения, которых не хватает традиционной электросети. Эти новые решения открывают путь новым участникам, которые традиционно не были связаны с энергосистемой. ^{[41] [42]} Технологические компании подрывают традиционных участников энергетического рынка несколькими способами. Они разрабатывают сложные системы распределения, чтобы обеспечить более децентрализованное производство электроэнергии за счет микросетей. Кроме того, рост сбора данных открывает много новых возможностей для технологических компаний, таких как развертывание датчиков передающей сети на уровне пользователя и балансировка системных резервов. ^[43]Технология в микросетях удешевляет потребление энергии домашними хозяйствами, чем покупка у коммунальных предприятий. Кроме того, жители могут управлять своим потреблением энергии проще и эффективнее с помощью подключения к интеллектуальным счетчикам. ^[44] Однако производительность и надежность микросетей сильно зависят от постоянного взаимодействия между выработкой энергии, хранением и требованиями к нагрузке. ^[45] Гибридное предложение, сочетающее возобновляемые источники энергии с хранением источников энергии, таких как уголь и газ, демонстрирует гибридное предложение, состоящее из одной микросети.

Последствия [ править ]

Вследствие выхода технологических компаний на энергетический рынок коммунальным предприятиям и операторам связи возникает необходимость в создании новых бизнес-моделей для сохранения текущих клиентов и создания новых клиентов. ^[46]

Сосредоточьтесь на стратегии взаимодействия с клиентами [ править ]

DSO могут сосредоточиться на создании хороших стратегий взаимодействия с клиентами, чтобы создать лояльность и доверие к клиенту. ^[47] Для удержания и привлечения клиентов, которые решают производить свою собственную энергию через микросети, DSO могут предлагать договоры купли-продажи для продажи избыточной энергии, производимой потребителем. ^[46] Безразличие со стороны ИТ-компаний, как DSO, так и коммунальные службы могут использовать свой рыночный опыт, чтобы давать потребителям советы по использованию энергии и повышать эффективность, чтобы обеспечить отличное обслуживание клиентов. ^[48]

Создавайте союзы с новыми технологическими компаниями [ править ]

Вместо того, чтобы пытаться конкурировать с ИТ-компаниями в их опыте, и коммунальные предприятия, и операторы DSO могут попытаться создать альянсы с ИТ-компаниями для совместного создания хороших решений. Французская коммунальная компания Engie сделала это, купив поставщика услуг Ecova и OpTerra Energy Services. ^[49]

Возобновляемые источники энергии [ править ]

Производство возобновляемой энергии часто может быть подключено на уровне распределения, а не в сетях передачи ^[50], что означает, что DSO могут управлять потоками и распределять мощность локально. Это открывает новые возможности для DSO по расширению своего рынка за счет продажи энергии напрямую потребителю. В то же время это бросает вызов коммунальным предприятиям, производящим ископаемое топливо, которые уже страдают от высокой стоимости стареющих активов. ^[51] Более строгие правила производства традиционных энергоресурсов от правительства усложняют ведение бизнеса и усиливают давление на традиционные энергетические компании, заставляющие их переходить на возобновляемые источники энергии. ^[52] Примером бизнес-модели, изменяющей коммунальное предприятие для производства большего количества возобновляемой энергии, является норвежская компания Equinor, которая была государственной нефтяной компанией, которая в настоящее время активно инвестирует в возобновляемые источники энергии.

Исследование [ править ]

Основные программы [ править ]

IntelliGrid  - Созданная Институтом исследований в области электроэнергетики (EPRI) архитектура IntelliGrid предоставляет методологию, инструменты и рекомендации по стандартам и технологиям для использования коммунальными предприятиями при планировании, определении и закупке ИТ-систем, таких как расширенные измерения, автоматизация распределения и спрос на ответ. Архитектура также представляет собой живую лабораторию для оценки устройств, систем и технологий. Несколько коммунальных предприятий применили архитектуру IntelliGrid, включая Southern California Edison, Long Island Power Authority, Salt River Project и TXU Electric Delivery. Консорциум IntelliGrid - это государственно-частное партнерство, которое объединяет и оптимизирует глобальные исследования, финансирует технологические исследования и разработки, работает над интеграцией технологий и распространяет техническую информацию.^[53]

Grid 2030  - Grid 2030 - это совместное заявление о видении электросистемы США, разработанное электроэнергетической отраслью, производителями оборудования, поставщиками информационных технологий, федеральными правительственными агентствами и агентствами штата, группами интересов, университетами и национальными лабораториями. Он охватывает производство, передачу, распределение, хранение и конечное использование. ^[54] Национальная дорожная карта по технологиям доставки электроэнергии - это документ по реализации концепции энергосистемы до 2030 года. В «Дорожной карте» очерчены ключевые вопросы и задачи модернизации энергосистемы и предложены пути, которые правительство и промышленность могут выбрать для построения будущей системы электроснабжения Америки. ^[55]

Modern Grid Initiative (MGI) - это совместная работа Министерства энергетики США (DOE), Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL), коммунальных предприятий, потребителей, исследователей и других заинтересованных сторон по модернизации и интеграции электрической сети США. Управление по поставке электроэнергии и надежности энергии (OE) Министерства энергетики США спонсирует инициативу, которая основывается на Grid 2030 и Национальной дорожной карте технологий доставки электроэнергии и согласована с другими программами, такими как GridWise и GridWorks. ^[56]

GridWise  - программа DOE OE, направленная на развитие информационных технологий для модернизации электрических сетей США. Работая с GridWise Alliance, программа инвестирует в архитектуру и стандарты связи; инструменты моделирования и анализа; умные технологии; испытательные стенды и демонстрационные проекты; и новые нормативные, институциональные и рыночные основы. GridWise Alliance - это консорциум заинтересованных сторон государственного и частного секторов электроэнергетики, обеспечивающий форум для обмена идеями, совместных усилий и встреч с политиками на федеральном уровне и уровне штатов. ^[57]

Совет по архитектуре GridWise (GWAC) был сформирован Министерством энергетики США для продвижения и обеспечения взаимодействия между многими организациями, которые взаимодействуют с национальной электроэнергетической системой. Члены GWAC - это сбалансированная и уважаемая команда, представляющая множество участников цепочки поставок электроэнергии и пользователей. GWAC предоставляет отраслевые рекомендации и инструменты для формулирования цели взаимодействия в рамках электрической системы, определения концепций и архитектур, необходимых для обеспечения возможности взаимодействия, и разработки действенных шагов для облегчения взаимодействия систем, устройств и учреждений, охватывающих национальные электрическая система. Структура настройки контекста взаимодействия GridWise Architecture Council, V 1.1 определяет необходимые руководящие принципы и принципы.^[58]

GridWorks  - программа DOE OE, направленная на повышение надежности электрической системы путем модернизации ключевых компонентов сети, таких как кабели и проводники, подстанции и системы защиты, а также силовая электроника. Программа направлена ​​на координацию усилий в области высокотемпературных сверхпроводящих систем, технологий надежности передачи, технологий распределения электроэнергии, устройств хранения энергии и систем GridWise. ^[59]

Демонстрационный проект интеллектуальных сетей Тихоокеанского Северо-Запада. - Этот проект представляет собой демонстрацию в пяти штатах Тихоокеанского Северо-Запада - Айдахо, Монтане, Орегоне, Вашингтоне и Вайоминге. В нем участвуют около 60 000 заказчиков с ограничением по счетчику, и он содержит множество ключевых функций будущей интеллектуальной сети. ^[60]

Solar Cities - в Австралии программа Solar Cities включала в себя тесное сотрудничество с энергетическими компаниями в целях тестирования интеллектуальных счетчиков, ценообразования в пиковые и внепиковые периоды, удаленного переключения и других мер. Он также предоставил ограниченное финансирование для модернизации сети. ^[61]

Центр исследований энергии Smart Grid (SMERC) - расположен в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.посвятила свои усилия крупномасштабному тестированию своей технологии интеллектуальной сети зарядки электромобилей - WINSmartEV ™. Он создал еще одну платформу для архитектуры Smart Grid, обеспечивающую двунаправленный поток информации между коммунальным предприятием и конечными устройствами потребителей - WINSmartGrid ™. SMERC также разработала испытательный стенд для реагирования на запросы (DR), который включает в себя Центр управления, Сервер автоматизации реагирования на запросы (DRAS), домашнюю сеть (HAN), систему хранения энергии от батарей (BESS) и фотоэлектрические панели. Эти технологии установлены на территории Департамента водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса и на территории Эдисона в Южной Калифорнии в виде сети зарядных устройств для электромобилей, аккумуляторных систем хранения энергии, солнечных панелей, быстрых зарядных устройств постоянного тока и устройств для подключения к электросети (V2G). Эти платформы,Сети связи и управления позволяют исследовать, продвигать и тестировать проекты под руководством UCLA в большом Лос-Анджелесе в сотрудничестве с двумя ключевыми местными коммунальными предприятиями, SCE и LADWP.^[62]

Smart Quart - в Германии в рамках проекта Smart Quart создаются три умных района для разработки, тестирования и демонстрации технологий для управления интеллектуальными сетями. Этот проект является результатом сотрудничества E.ON , Viessmann , gridX и Hydrogenious совместно с RWTH Aachen University . Планируется, что к концу 2024 года все три района будут обеспечены электроэнергией местного производства и будут в значительной степени независимы от ископаемых источников энергии. ^[63]

Смарт-сетевое моделирование [ править ]

Для моделирования интеллектуальных электрических сетей использовалось множество различных концепций. Обычно они изучаются в рамках сложных систем . В недавнем мозговом штурме ^[64] энергосистема рассматривалась в контексте оптимального управления , экологии , человеческого познания, стекловидной динамики, теории информации , микрофизики облаков и многих других. Вот подборка видов анализов, появившихся в последние годы.

Системы защиты, которые проверяют и контролируют себя

Пелким Спахиу и Ян Р. Эванс в своем исследовании представили концепцию интеллектуальной защиты на базе подстанции и гибридной инспекционной группы. ^{[65] [66]}

Осцилляторы Курамото

Модель Курамото - хорошо изученная система. Энергосистема также описывалась в этом контексте. ^{[67] [68]} Цель состоит в том, чтобы поддерживать систему в равновесии или поддерживать фазовую синхронизацию (также известную как фазовая синхронизация). Неоднородные генераторы также помогают моделировать различные технологии, разные типы генераторов энергии, модели потребления и так далее. Модель также использовалась для описания шаблонов синхронизации мигания светлячков. ^[67]

Биосистемы

Электросети были связаны со сложными биологическими системами во многих других контекстах. В одном исследовании электросети сравнивали с социальной сетью дельфинов . ^[69] Эти существа упрощают или усиливают общение в случае необычной ситуации. Связи, которые позволяют им выжить, очень сложны.

Случайные сети предохранителей

В теории перколяции изучались случайные цепи предохранителей . Плотность тока может быть слишком низкой в ​​одних областях и слишком высокой в ​​других. Таким образом, анализ можно использовать для сглаживания потенциальных проблем в сети. Например, высокоскоростной компьютерный анализ может предсказать перегоревшие предохранители и исправить их или проанализировать закономерности, которые могут привести к отключению электроэнергии. ^[70] Людям трудно предсказать долгосрочные закономерности в сложных сетях, поэтому вместо них используются предохранители или диодные сети.

Коммуникационная сеть Smart Grid

Сетевые симуляторы используются для имитации / имитации эффектов сетевой связи. Обычно это включает настройку лаборатории с устройствами интеллектуальной сети, приложениями и т. Д. С виртуальной сетью, предоставляемой симулятором сети. ^[71]

Нейронные сети

Также рассматривались нейронные сети для управления электросетью. Электроэнергетические системы можно классифицировать несколькими способами: нелинейными, динамическими, дискретными или случайными. Искусственные нейронные сети (ИНС) пытаются решить самую сложную из этих проблем - нелинейные проблемы.

Прогнозирование спроса

Одно из применений ИНС - прогнозирование спроса. Для того, чтобы сети работали экономично и надежно, прогнозирование спроса имеет важное значение, поскольку оно используется для прогнозирования количества энергии, которое будет потребляться нагрузкой. Это зависит от погодных условий, типа дня, случайных событий, происшествий и т. Д. Однако для нелинейных нагрузок профиль нагрузки не является гладким и предсказуемым, что приводит к более высокой неопределенности и меньшей точности при использовании традиционных моделей искусственного интеллекта. Некоторые факторы, которые ИНС учитывают при разработке таких моделей: классификация профилей нагрузки для различных классов потребителей на основе потребления электроэнергии, повышенная чувствительность спроса для прогнозирования цен на электроэнергию в реальном времени по сравнению с обычными сетями, необходимость вводить прошлый спрос как различные компоненты, такие как пиковая нагрузка,базовая нагрузка, нагрузка впадины, средняя нагрузка и т. д. вместо объединения их в один вход и, наконец, зависимость типа от конкретных входных переменных. В качестве примера последнего случая может быть указан тип дня, будь то будний или выходной, который не окажет большого влияния на сети больниц, но будет большим фактором в профиле нагрузки сетей жилых домов.^{[72] [73] [74] [75] [76]}

Марковские процессы

Поскольку энергия ветра продолжает набирать популярность, она становится необходимым ингредиентом реалистичных исследований энергосистем. Автономное хранение, изменчивость ветра, предложение, спрос, цены и другие факторы могут быть смоделированы как математическая игра. Здесь цель - разработать выигрышную стратегию. Марковские процессы использовались для моделирования и изучения систем этого типа. ^[77]

Максимальная энтропия

Все эти методы, так или иначе, являются методами максимальной энтропии , что является активной областью исследований. ^{[78] [79]} Это восходит к идеям Шеннона и многих других исследователей, изучавших сети связи. Продолжая вдоль подобные линии сегодня, современные исследования беспроводной сети часто рассматривает проблему перегрузки сети , ^[80] и многие алгоритмы предлагаются свести его к минимуму, в том числе теории игр ^[81] инновационные комбинации FDMA , TDMA , и другие.

Экономика [ править ]

Обзор рынка [ править ]

В 2009 году индустрия интеллектуальных сетей в США оценивалась примерно в 21,4 миллиарда долларов, а к 2014 году она превысит как минимум 42,8 миллиарда долларов. Учитывая успех интеллектуальных сетей в США, ожидается, что мировой рынок будет расти более быстрыми темпами, увеличившись с 69,3 млрд долларов в 2009 году до 171,4 млрд долларов к 2014 году. Сегментами, которые принесут наибольшую выгоду, будут продавцы оборудования для интеллектуальных измерений и производители программного обеспечения, используемого для передачи и организации огромного количества данных, собираемых счетчиками. ^[82]

Объем рынка интеллектуальных сетей оценивался в более чем 30 миллиардов долларов США в 2017 году и должен вырасти более чем на 11% в год до 70 миллиардов долларов США к 2024 году. Растущая потребность в цифровизации электроэнергетического сектора, обусловленная устаревшей сетевой инфраструктурой, будет стимулировать мировой рынок размер. Развитие отрасли в первую очередь обусловлено благоприятными государственными постановлениями и предписаниями, а также растущей долей возобновляемых источников энергии в мировом энергобалансе. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2017 году глобальные инвестиции в цифровую электроэнергетическую инфраструктуру составили более 50 миллиардов долларов США.

В исследовании, проведенном в 2011 году Исследовательским институтом электроэнергетики, делается вывод, что инвестиции в интеллектуальную сеть США будут стоить до 476 миллиардов долларов в течение 20 лет, но за это время принесут выгоды клиентам до 2 триллионов долларов. ^[83] В 2015 году Всемирный экономический форум сообщил, что в ближайшие 25 лет членам ОЭСР потребуются трансформационные инвестиции в размере более 7,6 триллиона долларов США (или 300 миллиардов долларов в год) для модернизации, расширения и децентрализации электроэнергетической инфраструктуры с помощью технических средств. инновации как ключ к трансформации. ^[84] Исследование Международного энергетического агентства за 2019 год. по оценкам, текущая (без учета стоимости) стоимость электрической сети США составляет более 1 триллиона долларов США. Общая стоимость замены интеллектуальной сети оценивается более чем в 4 триллиона долларов США. Если интеллектуальные сети будут полностью развернуты по всей территории США, страна рассчитывает экономить 130 миллиардов долларов США ежегодно. ^[85]

Общие экономические разработки [ править ]

Поскольку потребители могут выбирать поставщиков электроэнергии в зависимости от их различных тарифных методов, акцент на транспортных расходах будет увеличиваться. Снижение затрат на техническое обслуживание и замену будет стимулировать более совершенный контроль.

Интеллектуальная сеть точно ограничивает электрическую мощность до уровня жилых домов, сеть малых распределенных устройств производства и хранения энергии , передает информацию о рабочем состоянии и потребностях, собирает информацию о ценах и состоянии сети и переводит сеть из-под централизованного управления в совместную сеть. ^[86]

Оценки и проблемы экономии в США и Великобритании [ править ]

В исследовании Министерства энергетики США за 2003 год было подсчитано, что внутренняя модернизация сетей США с помощью интеллектуальных сетей позволит сэкономить от 46 до 117 миллиардов долларов в течение следующих 20 лет, если будет осуществлена ​​в течение нескольких лет после исследования. ^[87] Наряду с этими преимуществами промышленной модернизации, интеллектуальные сети могут расширить энергоэффективность за пределы сети в дом за счет координации низкоприоритетных домашних устройств, таких как водонагреватели, так, чтобы их использование энергии использовало преимущества наиболее желательных источников энергии. Интеллектуальные сети также могут координировать производство электроэнергии большим количеством мелких производителей электроэнергии, таких как владельцы солнечных панелей на крышах, - договоренность, которая в противном случае оказалась бы проблематичной для операторов энергосистем в местных коммунальных службах.

Один важный вопрос заключается в том, будут ли потребители реагировать на сигналы рынка. Министерство энергетики США (DOE) в рамках программы инвестиционных грантов и демонстраций Smart Grid Закона о восстановлении и реинвестициях в США финансировало специальные исследования поведения потребителей для изучения принятия, удержания и реакции потребителей, подписавшихся на программы тарифов на коммунальные услуги с временной привязкой, которые включают передовая измерительная инфраструктура и клиентские системы, такие как домашние дисплеи и программируемые термостаты с коммуникацией.

Другая проблема заключается в том, что стоимость телекоммуникаций для полной поддержки интеллектуальных сетей может быть чрезмерно высокой. Менее дорогой механизм связи предложил ^{[ править ]} , используя форму « динамического управления спросом » , где устройство брить пики путем сдвига их нагрузки в ответе на частоту сетки. Частота сети может использоваться для передачи информации о нагрузке без необходимости в дополнительной телекоммуникационной сети, но она не будет поддерживать экономические переговоры или количественную оценку вкладов.

Несмотря на то, что используются определенные и проверенные технологии интеллектуальных сетей, интеллектуальные сети - это совокупный термин для набора связанных технологий, спецификация которых в целом согласована, а не название конкретной технологии. Некоторые из преимуществ такой модернизированной электросети включают в себя способность снижать энергопотребление на стороне потребителя в часы пик, называемое управлением на стороне спроса ; обеспечение подключения к сети распределенной генерации электроэнергии (с фотоэлектрическими батареями , небольшими ветряными турбинами , микрогидроэлектростанциями или даже комбинированными генераторами тепловой энергии в зданиях); включениесетевое хранилище энергии для балансировки нагрузки распределенной генерации; и устранение или сдерживание отказов, таких как широко распространенные каскадные отказы энергосистемы . Ожидается, что повышение эффективности и надежности интеллектуальной сети сэкономит деньги потребителей и поможет снизить выбросы CO.
2выбросы. ^[88]

Оппозиции и опасения [ править ]

Большинство возражений и опасений были связаны с интеллектуальными счетчиками и элементами (например, дистанционное управление, удаленное отключение и ценообразование с переменной ставкой), которые они обеспечивают. Там, где встречается противодействие интеллектуальным счетчикам, они часто продаются как «интеллектуальная сеть», которая соединяет интеллектуальную сеть с интеллектуальными счетчиками в глазах противников. Конкретные моменты возражения или озабоченности включают:

• озабоченность потребителей по поводу конфиденциальности , например использование данных об использовании правоохранительными органами
• общественные опасения по поводу «справедливой» доступности электроэнергии
• озабоченность тем, что сложные системы ставок (например, переменные ставки) снижают ясность и подотчетность , позволяя поставщику воспользоваться преимуществами клиента
• озабоченность по поводу дистанционно управляемого " аварийного выключателя ", встроенного в большинство интеллектуальных счетчиков
• общественные опасения по поводу злоупотреблений информацией в стиле Enron
• озабоченность по поводу предоставления правительству механизмов контроля за использованием всех силовых видов деятельности
• опасения по поводу радиочастотного излучения умных счетчиков

Безопасность [ править ]

В то время как модернизация электрических сетей в интеллектуальные сети позволяет оптимизировать повседневные процессы, интеллектуальная сеть, будучи подключенной к сети, может быть уязвима для кибератак. ^{[89] [90]} Трансформаторы, которые увеличивают электрическое напряжение, создаваемое на электростанциях для дальних поездок, сами линии передачи и распределительные линии, доставляющие электроэнергию потребителям, особенно уязвимы. ^[91] Эти системы полагаются на датчики, которые собирают информацию с поля и затем доставляют ее в центры управления, где алгоритмы автоматизируют процессы анализа и принятия решений. Эти решения отправляются обратно в поле, где существующее оборудование выполняет их. ^[92]Хакеры могут нарушить работу этих автоматизированных систем управления, перекрыв каналы, позволяющие использовать произведенную электроэнергию. ^[91] Это называется отказом в обслуживании или DoS-атакой. Они также могут запускать атаки целостности, которые повреждают информацию, передаваемую по системе, а также атаки десинхронизации, которые влияют на то, когда такая информация доставляется в соответствующее место. ^[92] Кроме того, злоумышленники снова могут получить доступ через системы генерации возобновляемой энергии и интеллектуальные счетчики, подключенные к сети, используя более специализированные слабые места или те, безопасность которых не была приоритетной. Поскольку интеллектуальная сеть имеет большое количество точек доступа, таких как интеллектуальные счетчики, защита всех ее слабых мест может оказаться сложной задачей. ^[89]Также существует озабоченность по поводу безопасности инфраструктуры, в первую очередь связанной с коммуникационными технологиями. Основное внимание уделяется коммуникационным технологиям, лежащим в основе интеллектуальной сети. Разработанный для обеспечения связи в реальном времени между коммунальными предприятиями и счетчиками в домах клиентов и на предприятиях, существует риск того, что эти возможности могут быть использованы для преступных или даже террористических действий. ^[8] Одной из ключевых возможностей этого подключения является возможность удаленного отключения источников питания, что позволяет коммунальным предприятиям быстро и легко прекращать или изменять поставки для клиентов, которые по умолчанию не вносят платеж. Это, несомненно, большое благо для поставщиков энергии, но также вызывает некоторые серьезные проблемы с безопасностью. ^[93]Киберпреступники уже неоднократно проникали в электрические сети США. ^[94] Помимо компьютерного проникновения, существуют также опасения, что компьютерные вредоносные программы, такие как Stuxnet , нацеленные на системы SCADA, широко используемые в промышленности, могут быть использованы для атаки на интеллектуальную сеть. ^[95]

Кража электроэнергии является проблемой в США, где в развертываемых интеллектуальных счетчиках используются радиочастотные технологии для связи с сетью передачи электроэнергии. ^{[ необходима цитата ]} Люди, разбирающиеся в электронике, могут изобрести устройства для создания помех, которые заставят интеллектуальный счетчик сообщать о более низком фактическом использовании. ^{[ необходима цитата ]} Точно так же можно использовать ту же технологию, чтобы создать впечатление, что энергия, которую использует потребитель, используется другим потребителем, увеличивая его счет. ^{[ необходима цитата ]}

Ущерб от хорошо проведенной и масштабной кибератаки может быть значительным и долговременным. На ремонт одной выведенной из строя подстанции может потребоваться от девяти дней до более года, в зависимости от характера атаки. Это также может вызвать перебои в работе на несколько часов в небольшом радиусе. Это может немедленно повлиять на транспортную инфраструктуру, поскольку светофоры и другие механизмы проезда, а также вентиляционное оборудование для подземных дорог зависят от электроэнергии. ^[96] Кроме того, может быть затронута инфраструктура, зависящая от электросети, в том числе очистные сооружения, сектор информационных технологий и системы связи. ^[96]

Декабрь 2015 Украина энергосистемы кибератака , первый зарегистрированный в своем роде, сказывалась услуги почти четверть миллиона людей, в результате чего подстанции в автономном режиме. ^{[97] [98]} Совет по международным отношениям отметил, что государства, скорее всего, будут виновниками такого нападения, поскольку у них есть доступ к ресурсам для его проведения, несмотря на высокий уровень сложности этого. Кибернетические вторжения могут использоваться как часть более крупного наступления, военного или иного характера. ^[98] Некоторые эксперты по безопасности предупреждают, что события такого типа легко масштабируются для других сетей. ^[99] Страховая компания Lloyd's of London уже смоделировала исход кибератаки на Eastern Interconnection., который может повлиять на 15 штатов, погрузить в небытие 93 миллиона человек и причинить экономике страны от 243 миллиардов до 1 триллиона долларов в виде различных убытков. ^[100]

По данным подкомитета Палаты представителей США по экономическому развитию, общественным зданиям и управлению чрезвычайными ситуациями, в электросети уже произошло значительное количество кибернетических вторжений, причем два из пяти были направлены на то, чтобы вывести их из строя. ^[91] Таким образом, Министерство энергетики США уделяет приоритетное внимание исследованиям и разработкам с целью снижения уязвимости электросетей к кибератакам, ссылаясь на них как на «неминуемую опасность» в своем Четырехгодичном обзоре энергетики за 2017 год. ^[101] Министерство энергетики также определило как устойчивость к атакам, так и самовосстановление в качестве основных ключей к обеспечению того, чтобы сегодняшняя интеллектуальная сеть была ориентирована на будущее. ^[92]Несмотря на то, что правила уже действуют, а именно Стандарты защиты критически важной инфраструктуры, введенные Советом по надежности электроснабжения Северной Америки, значительная их часть является скорее предложениями, чем предписаниями. ^[98] Большинство предприятий и оборудования по производству, передаче и распределению электроэнергии принадлежат частным заинтересованным сторонам, что еще больше усложняет задачу оценки соблюдения таких стандартов. ^[101] Кроме того, даже если коммунальные предприятия хотят полностью соблюдать требования, они могут обнаружить, что это слишком дорого. ^[98]

Некоторые эксперты утверждают, что первым шагом к усилению киберзащиты интеллектуальной электросети является завершение всестороннего анализа рисков существующей инфраструктуры, включая исследование программного обеспечения, оборудования и коммуникационных процессов. Кроме того, поскольку вторжения сами по себе могут предоставить ценную информацию, может быть полезно проанализировать системные журналы и другие записи об их характере и времени. Общие недостатки, уже выявленные с помощью таких методов Министерством внутренней безопасности, включают низкое качество кода, неправильную аутентификацию и слабые правила межсетевого экрана. Некоторые считают, что после завершения этого шага имеет смысл завершить анализ потенциальных последствий вышеупомянутых сбоев или недостатков. Это включает как непосредственные последствия, так и каскадные эффекты второго и третьего порядка в параллельных системах.Наконец, решения по снижению рисков, которые могут включать в себя простое устранение недостатков инфраструктуры или новые стратегии, могут быть развернуты для исправления ситуации. Некоторые из таких мер включают перекодирование алгоритмов системы управления, чтобы сделать их более способными противостоять кибератакам и восстановлению после них, или превентивные методы, которые позволяют более эффективно обнаруживать необычные или несанкционированные изменения данных. Стратегии учета человеческих ошибок, которые могут поставить под угрозу системы, включают обучение тех, кто работает в полевых условиях, с осторожностью в отношении странных USB-накопителей, которые могут представлять вредоносные программы при установке, даже если они просто проверяют их содержимое.Некоторые из таких мер включают перекодирование алгоритмов системы управления, чтобы сделать их более способными противостоять кибератакам и восстановлению после них, или превентивные методы, которые позволяют более эффективно обнаруживать необычные или несанкционированные изменения данных. Стратегии учета человеческих ошибок, которые могут поставить под угрозу системы, включают обучение тех, кто работает в полевых условиях, с осторожностью в отношении странных USB-накопителей, которые могут представлять вредоносные программы при установке, даже если они просто проверяют их содержимое.Некоторые из таких мер включают перекодирование алгоритмов системы управления, чтобы сделать их более способными противостоять кибератакам и восстановлению после них, или превентивные методы, которые позволяют более эффективно обнаруживать необычные или несанкционированные изменения данных. Стратегии учета человеческих ошибок, которые могут поставить под угрозу системы, включают обучение тех, кто работает в полевых условиях, с осторожностью в отношении странных USB-накопителей, которые могут представлять вредоносные программы при установке, даже если они просто проверяют их содержимое.^[92]

Другие решения включают использование передающих подстанций, ограниченных сетей SCADA, совместное использование данных на основе политик и аттестацию для ограниченных интеллектуальных счетчиков.

Передающие подстанции используют технологии аутентификации с одноразовой подписью и конструкции цепочки одностороннего хеширования. С тех пор эти ограничения были устранены за счет создания технологии быстрой подписи и проверки и обработки данных без буферизации. ^[102]

Аналогичное решение было построено для ограниченных сетей SCADA. Это включает в себя применение хеш-кода аутентификации сообщений к байтовым потокам, преобразование обнаружения случайных ошибок, доступное в устаревших системах, в механизм, гарантирующий аутентичность данных. ^[102]

Совместное использование данных на основе политик использует точные измерения энергосистемы с синхронизацией по GPS-часам для обеспечения повышенной стабильности и надежности сети. Это достигается за счет требований синхронизатора, которые собираются блоками PMU. ^[102]

Однако аттестация смарт-счетчиков с ограничениями сталкивается с несколько иной проблемой. Одна из самых больших проблем с аттестацией ограниченных интеллектуальных счетчиков заключается в том, что для предотвращения кражи энергии и аналогичных атак провайдеры кибербезопасности должны убедиться, что программное обеспечение устройств является подлинным. Для решения этой проблемы была создана архитектура интеллектуальных сетей с ограничениями, которая реализована на низком уровне во встроенной системе. ^[102]

Другие проблемы усыновления [ править ]

Прежде чем коммунальное предприятие установит усовершенствованную систему учета или интеллектуальную систему любого типа , оно должно обосновать свои инвестиции. Некоторые компоненты, такие как стабилизаторы энергосистемы (PSS) ^{[ требуется пояснение ],} установленные на генераторах, очень дороги, требуют сложной интеграции в систему управления энергосистемой, необходимы только во время аварийных ситуаций и эффективны только в том случае, если они есть у других поставщиков в сети. Без всякого стимула для их установки поставщики электроэнергии не делают этого. ^[103]Большинству коммунальных предприятий сложно обосновать установку инфраструктуры связи для одного приложения (например, считывания показаний счетчика). Из-за этого коммунальное предприятие обычно должно идентифицировать несколько приложений, которые будут использовать одну и ту же коммуникационную инфраструктуру - например, считывание показаний счетчика, мониторинг качества электроэнергии, удаленное соединение и отключение клиентов, обеспечение реагирования на спрос и т. Д. В идеале коммуникационная инфраструктура не будет поддерживает только краткосрочные приложения, но непредвиденные приложения, которые появятся в будущем. Регулирующие или законодательные меры также могут подтолкнуть коммунальные предприятия к реализации частей головоломки интеллектуальных сетей. Каждая коммунальная компания имеет уникальный набор деловых, нормативных и законодательных факторов, определяющих ее инвестиции.Это означает, что каждая коммунальная компания выберет свой путь к созданию своей интеллектуальной сети и что разные коммунальные предприятия будут создавать интеллектуальные сети с разной степенью принятия.^{[ необходима цитата ]}

Некоторые особенности интеллектуальных сетей вызывают сопротивление со стороны отраслей, которые в настоящее время предоставляют или надеются предоставлять аналогичные услуги. Примером может служить конкуренция с провайдерами кабельного и DSL интернета со стороны широкополосного доступа в Интернет по линии электропередач . Поставщики систем управления SCADA для сетей намеренно разработали собственное оборудование, протоколы и программное обеспечение, чтобы они не могли взаимодействовать с другими системами, чтобы привязать своих клиентов к поставщику. ^[104]

Объединение цифровых коммуникаций и компьютерной инфраструктуры с существующей физической инфраструктурой энергосистемы создает проблемы и внутренние уязвимости. Согласно журналу IEEE Security and Privacy Magazine , интеллектуальная сеть потребует от людей разработки и использования крупной компьютерной и коммуникационной инфраструктуры, которая поддерживает большую степень ситуационной осведомленности и позволяет выполнять более конкретные операции управления и контроля. Этот процесс необходим для поддержки основных систем, таких как широкомасштабное измерение и управление спросом, хранение и транспортировка электроэнергии, а также автоматизация распределения электроэнергии. ^[105]

Кража энергии / потеря мощности [ править ]

Различные системы «умных сетей» выполняют двойную функцию. Сюда входят системы расширенной измерительной инфраструктуры, которые при использовании с различным программным обеспечением могут использоваться для обнаружения кражи энергии и путем процесса устранения обнаруживать, где произошли отказы оборудования. Это в дополнение к их основным функциям, заключающимся в устранении необходимости в считывании показаний счетчика человеком и измерении времени использования электроэнергии.

Потери электроэнергии во всем мире, включая кражу, оцениваются примерно в двести миллиардов долларов ежегодно. ^[106]

Кража электроэнергии также представляет собой серьезную проблему при предоставлении надежных электрических услуг в развивающихся странах. ^[34]

Развертывания и попытки развертывания [ править ]

Enel . Самым ранним и одним из крупнейших примеров интеллектуальной сети является итальянская система, установленная итальянской компанией Enel SpA. Завершенный в 2005 году проект Telegestore был весьма необычным в мире коммунальных услуг, поскольку компания разработала и изготовила собственные счетчики, выступила в качестве собственного системного интегратора и разработала собственное системное программное обеспечение. Проект Telegestore широко известен как первое коммерческое использование технологии интеллектуальных сетей в домашних условиях и обеспечивает ежегодную экономию в размере 500 миллионов евро при стоимости проекта в 2,1 миллиарда евро. ^[12]

Министерство энергетики США - проект ARRA Smart Grid : на сегодняшний день одной из крупнейших программ развертывания в мире является программа Smart Grid Департамента энергетики США, финансируемая Законом о восстановлении и реинвестициях США от 2009 года. Эта программа требовала соответствующего финансирования со стороны индивидуальные коммунальные услуги. В рамках этой программы было инвестировано в общей сложности более 9 миллиардов долларов государственных / частных средств. Технологии включают расширенную инфраструктуру измерения, в том числе более 65 миллионов усовершенствованных «интеллектуальных» счетчиков, системы взаимодействия с клиентами, автоматизацию распределения и подстанции, системы оптимизации напряжения / переменного тока, более 1000 синхрофазоров., Dynamic Line Rating, проекты кибербезопасности, передовые системы управления распределением, системы хранения энергии и проекты интеграции возобновляемых источников энергии. Эта программа состояла из инвестиционных грантов (согласование), демонстрационных проектов, исследований по приемлемости потребителей и программ обучения персонала. Отчеты по всем отдельным коммунальным программам, а также отчеты об общем воздействии будут завершены ко второму кварталу 2015 года.

Остин, Техас . В США, город Остин, штат Техас , работает над созданием своей интеллектуальной сети с 2003 года, когда его коммунальное предприятие впервые заменило 1/3 своих ручных счетчиков на интеллектуальные счетчики, которые обмениваются данными через беспроводную ячеистую сеть . В настоящее время она управляет 200 000 устройств в режиме реального времени (интеллектуальные счетчики, интеллектуальные термостаты и датчики в зоне обслуживания) и планирует поддерживать 500 000 устройств в режиме реального времени в 2009 году, обслуживая 1 миллион потребителей и 43 000 предприятий. ^[107]

Боулдер, штат Колорадо, завершил первую фазу своего проекта интеллектуальной сети в августе 2008 года. Обе системы используют интеллектуальный счетчик в качестве шлюза к сети домашней автоматизации (HAN), которая управляет интеллектуальными розетками и устройствами. Некоторые разработчики HAN отдают предпочтение разделению функций управления и счетчика из опасения, что в будущем возникнут несоответствия с новыми стандартами и технологиями, доступными в быстро развивающемся бизнес-сегменте домашних электронных устройств. ^[108]

Компания Hydro One в Онтарио , Канада, реализует крупномасштабную инициативу Smart Grid по развертыванию соответствующей стандартам инфраструктуры связи от Trilliant. К концу 2010 года система будет обслуживать 1,3 миллиона клиентов в провинции Онтарио. Инициатива получила награду «Лучшая инициатива AMR в Северной Америке» от Сети планирования коммунальных предприятий. ^[109]

На острове Иль-д'Ю весной 2020 года началась двухлетняя пилотная программа. Двадцать три дома в районе Кер-Писсо и прилегающих районах были соединены с помощью микросети, которая была автоматизирована как интеллектуальная сеть с помощью программного обеспечения от Engie.. Шестьдесят четыре солнечные панели пиковой мощностью 23,7 кВт были установлены на пяти домах, а аккумулятор емкостью 15 кВтч - в одном доме. В шести домах излишки солнечной энергии хранятся в водонагревателях. Динамическая система распределяет энергию, вырабатываемую солнечными батареями и хранящуюся в батареях и водонагревателях, по системе 23 домов. Программное обеспечение интеллектуальной сети динамически обновляет предложение и спрос на электроэнергию с 5-минутными интервалами, решая, извлекать ли энергию из батареи или из панелей, и когда хранить ее в водонагревателях. Эта пилотная программа была первым подобным проектом во Франции. ^{[110] [111]}

Город Мангейм в Германии использует широкополосную связь по линии электропередач в реальном времени (BPL) в своем проекте «Модельный город Мангейма» «MoMa». ^[112]

Аделаида в Австралии также планирует реализовать локализованную зеленую электрическую сеть Smart Grid в редевелопменте Tonsley Park. ^[113]

Сидней также в Австралии в партнерстве с правительством Австралии реализовал программу Smart Grid, Smart City. ^{[114] [115]}

Эвора . InovGrid - это инновационный проект в Эворе , Португалия, который направлен на оснащение электросети информацией и устройствами для автоматизации управления сетью, повышения качества обслуживания, снижения эксплуатационных расходов, повышения энергоэффективности и экологической устойчивости, а также увеличения проникновения возобновляемых источников энергии и электромобилей. . Будет возможно контролировать и управлять состоянием всей распределительной электросети в любой момент, что позволит поставщикам и компаниям, оказывающим энергетические услуги, использовать эту технологическую платформу для предложения потребителям информации, а также энергетических продуктов и услуг с добавленной стоимостью. Этот проект по установке интеллектуальной энергосистемы ставит Португалию и EDP на передовые позиции в области технологических инноваций и предоставления услуг в Европе.^{[116] [117]}

E-Energy - В так называемых проектах E-Energy несколько немецких коммунальных предприятий создают первое ядро ​​в шести независимых модельных регионах. Конкурс технологий определил эти модельные регионы для проведения исследований и разработок с основной целью создания «Интернета энергии». ^[118]

Массачусетс . Одной из первых попыток развертывания «Smart Grid» технологий в Соединенных Штатах было отклонено в 2009 году электроэнергии регуляторами в штате Массачусетс , в американском штате . ^[119] Согласно статье в Boston Globe , дочерняя компания Northeast Utilities Western Massachusetts Electric Co. фактически попыталась создать программу «умных сетей» с использованием государственных субсидий, которая переключила бы клиентов с низкими доходами с постоплаты на предоплату ( с использованием « смарт-карт ») в дополнение к специальным повышенным тарифам «надбавки» за электроэнергию, превышающую заранее установленную сумму.^[119]Этот план был отвергнут регуляторами , как это «подрывает важные средства защиты для малообеспеченных клиентов против отключений». ^[119] Согласно Boston Globe , план « несправедливо нацелился на потребителей с низкими доходами и обошел законы Массачусетса, призванные помочь нуждающимся потребителям держать свет включенным». ^[119] Представитель экологической группы.в поддержку планов умных сетей и вышеупомянутого плана «умных сетей» Western Massachusetts Electric, в частности, заявила: «При правильном использовании технология умных сетей имеет большой потенциал для снижения пикового спроса, что позволит нам закрыть некоторые из самых старых , самые грязные электростанции ... Это инструмент ". ^[119]

EEnergy Вермонт консорциум ^[120] является в масштабе штата инициатива США в Вермонте , частично финансируется за счет восстановления и реинвестировании американской 2009 , в котором все энергопредприятий в состоянии быстро приняло целый ряд технологий Smart Grid, в том числе о 90% развертывания инфраструктуры расширенного измерения, и в настоящее время проводится оценка различных динамических структур тарифов.

В Нидерландах был инициирован крупномасштабный проект (> 5000 подключений,> 20 партнеров) по демонстрации интегрированных технологий, услуг и бизнес-кейсов интеллектуальных сетей. ^[121]

LIFE Factory Microgrid архивации 2018-10-22 в Wayback Machine (LIFE13 ENV / ES / 000700) представляет собой показательный проекткоторый является частью + LIFE 2013 программы (Европейская комиссия), основной задачей которого является демонстрация через реализацию полномасштабная промышленная интеллектуальная сеть , которая может стать одним из наиболее подходящих решений для производства энергии и управления на предприятиях, которые хотят минимизировать свое воздействие на окружающую среду .

EPB в Чаттануге, Теннесси- это муниципальная электроэнергетическая компания, которая начала строительство интеллектуальной сети в 2008 году, получив в 2009 году грант в размере 111 567 606 долларов США от Министерства энергетики США на ускорение строительства и реализации (на общую сумму 232 219 350 долларов США). Развертывание прерывателей линий электропередач (1170 единиц) было завершено в апреле 2012 года, а внедрение интеллектуальных счетчиков (172 079 единиц) было завершено в 2013 году. Магистральная оптоволоконная система интеллектуальной сети также использовалась для обеспечения первого гигабитного интернет-соединения. для бытовых клиентов в США через инициативу Fiber to the Home, и теперь для жителей доступны скорости до 10 гигабит в секунду. По оценкам, интеллектуальная сеть снизила перебои в подаче электроэнергии в среднем на 60%, экономя городу около 60 миллионов долларов ежегодно. Это также снизило потребность в «грузовиках».для поиска и устранения неисправностей, что приведет к сокращению пробега грузовых автомобилей на 630 000 миль и выбросам углерода на 4,7 миллиона фунтов. В январе 2016 года EPB стала первой крупной системой распределения электроэнергии, получившей сертификат Performance Excellence in Electricity Renewal (PEER).^{[122] [123] [124] [125]}

Реализации OpenADR [ править ]

В некоторых развертываниях используется стандарт OpenADR для сброса нагрузки и снижения спроса в периоды повышенного спроса.

Китай [ править ]

Рынок интеллектуальных сетей в Китае оценивается в 22,3 миллиарда долларов с прогнозируемым ростом до 61,4 миллиарда долларов к 2015 году. Honeywell совместно с State Grid Corp разрабатывает пилотный проект реагирования на спрос и технико-экономическое обоснование для Китая . Китая с использованием стандарта ответа на запрос OpenADR . State Grid Corp., Китайская академия наук и General Electric намерены совместно разработать стандарты для развертывания умных сетей в Китае. ^{[126] [127] [128]}

Соединенное Королевство [ править ]

Стандарт OpenADR был продемонстрирован в Бракнелле, Англия , где пиковое использование в коммерческих зданиях сократилось на 45 процентов. В результате пилотного проекта компания Scottish and Southern Energy (SSE) заявила, что подключит до 30 коммерческих и промышленных зданий в долине Темзы, к западу от Лондона , к программе реагирования на спрос . ^[129]

Соединенные Штаты [ править ]

В 2009 году Министерство энергетики США предоставило грант в размере 11 миллионов долларов компаниям Southern California Edison и Honeywell на программу реагирования на спрос, которая автоматически отключает потребление энергии в часы пик для участвующих промышленных потребителей. ^{[130] [131]} Министерство энергетики выделило Honeywell грант в размере 11,4 миллиона долларов на реализацию программы с использованием стандарта OpenADR. ^[132]

Hawaiian Electric Co. (HECO) реализует двухлетний пилотный проект, чтобы проверить способность программы ADR реагировать на перебои в работе ветровой энергии. У Гавайев есть цель к 2030 году получать 70 процентов своей энергии из возобновляемых источников. HECO будет стимулировать клиентов к снижению энергопотребления в течение 10 минут после уведомления. ^[133]

Руководства, стандарты и группы пользователей [ править ]

Часть IEEE Smart Grid Initiative , ^[134] IEEE 2030.2 представляет собой расширение работы, направленной на коммунальные системы хранения для сетей передачи и распределения. Группа IEEE P2030 планирует выпустить в начале 2011 года всеобъемлющий набор рекомендаций по интерфейсам интеллектуальных сетей. Новые правила будут охватывать такие области, как батареи и суперконденсаторы, а также маховики . Группа также разработала проект руководства к 2030.1 для интеграции электромобилей в интеллектуальную сеть.

IEC TC 57 создал семейство международных стандартов, которые можно использовать как часть интеллектуальной сети. Эти стандарты включают IEC 61850 , который является архитектурой для автоматизации подстанций, а также IEC 61970 / 61968 - информационная модель Common (CIM). CIM обеспечивает общую семантику, которая будет использоваться для преобразования данных в информацию.

OpenADR - это стандарт связи для интеллектуальных сетей с открытым исходным кодом, используемый для приложений реагирования на спрос. ^[135] Обычно он используется для отправки информации и сигналов, чтобы отключить устройства, потребляющие электроэнергию, в периоды повышенного спроса.

MultiSpeak разработал спецификацию, которая поддерживает функции распределения интеллектуальной сети. MultiSpeak имеет надежный набор определений интеграции, который поддерживает почти все программные интерфейсы, необходимые для утилиты распределения или для части распределения вертикально интегрированной утилиты. Интеграция MultiSpeak определяется с помощью расширяемого языка разметки (XML) и веб-служб.

IEEE создал стандарт для поддержки синхрофазоров - C37.118. ^[136]

Международная группа пользователей УЦА обсуждает и поддерживает практический опыт применения стандартов, используемых в интеллектуальных сетях.

Группа коммунальных услуг в LonMark International занимается вопросами, связанными с интеллектуальными энергосистемами.

Наблюдается растущая тенденция к использованию технологии TCP / IP в качестве общей коммуникационной платформы для приложений интеллектуальных счетчиков, так что коммунальные предприятия могут развертывать несколько систем связи, используя IP-технологию в качестве общей платформы управления. ^{[137] [138]}

IEEE P2030 - это проект IEEE, в рамках которого разрабатывается «Проект руководства по взаимодействию интеллектуальных сетей при эксплуатации энергетических и информационных технологий с электроэнергетической системой (EPS), а также приложениями и нагрузками для конечных пользователей». ^{[139] [140]}

NIST включил ITU-T G.hn как один из «стандартов, определенных для внедрения» для интеллектуальных сетей, «в отношении которых, по его мнению, существует устойчивый консенсус заинтересованных сторон». ^[141] G.hn является стандартом для высокоскоростной связи по линиям электропередач, телефонным линиям и коаксиальным кабелям.

OASIS EnergyInterop '- технический комитет OASIS, разрабатывающий стандарты XML для взаимодействия в области энергетики. Его отправной точкой является стандарт Калифорнии OpenADR.

В соответствии с Законом об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA), NIST отвечает за надзор за идентификацией и выбором сотен стандартов, которые потребуются для внедрения Smart Grid в США. Эти стандарты будут переданы NIST в Федеральный орган регулирования энергетики. Комиссия (FERC). Эта работа началась, и первые стандарты уже отобраны для включения в каталог NIST Smart Grid. ^[142] Однако некоторые комментаторы предположили, что преимущества, которые могут быть реализованы за счет стандартизации Smart Grid, могут оказаться под угрозой из-за растущего числа патентов, охватывающих архитектуру и технологии Smart Grid. ^[143] Если патенты, охватывающие стандартизованные элементы Smart Grid, не будут раскрыты до тех пор, пока технология не будет широко распространена по сети («заблокирована»), могут произойти значительные нарушения, когда патентообладатели будут стремиться получить непредвиденную ренту с крупных сегментов рынка.

Рейтинг GridWise Alliance [ править ]

В ноябре 2017 года некоммерческий альянс GridWise Alliance вместе с Clean Edge Inc., группой чистой энергии, опубликовали рейтинги для всех 50 штатов в их усилиях по модернизации электрических сетей. Калифорния заняла первое место. Другими ведущими штатами были Иллинойс, Техас, Мэриленд, Орегон, Аризона, округ Колумбия, Нью-Йорк, Невада и Делавэр. «В более чем 30-страничном отчете GridWise Alliance, который представляет заинтересованные стороны, которые проектируют, строят и эксплуатируют электрическую сеть, подробно рассматриваются усилия по модернизации сетей по всей стране и они ранжируются по штатам». ^[144]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Ганс Главич (ноябрь 1974 г.). «Компьютерное управление электроэнергетическими системами». Scientific American . Vol. 231 нет. 5.
• Кристиан Нойрайтер, Доменно -ориентированный подход к проектированию систем в интеллектуальной сети , основанный на моделях, MBSE4U, 2017, ISBN 978-3981852929 

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме интеллектуальных сетей .

• Smart Grids ( Европейская комиссия )
• NIST Smart Grid Collaboration Сайт архивации 2015-02-24 на этой Wayback Machine общественной вики NIST для Smart Grid
• Новые интеллектуальные многоцелевые сети Многофункциональная масштабируемая беспроводная сеть сетей
• Видеолекция: Безопасность компьютерных систем: технические и социальные проблемы в создании надежной электросети , Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн
• Wiley: приложения Smart Grid, связь и безопасность
• Видеолекция: «Умные сети: ключ к устойчивой энергетической инфраструктуре». Архивировано 14 сентября 2011 г. в Wayback Machine , Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн.
• Интеллектуальная высоковольтная подстанция на базе технологической шины IEC 61850 и синхронизации времени IEEE 1588
• Energy To Smart Grid (E2SG), один из крупнейших исследовательских проектов в области Smart Grid в Европе
• Smart Grid: интеллектуальная система связи для электросетей
• LIFE Factory Microgrid Архивировано 22 октября 2018 г. на Wayback Machine : проект Smart Grid, финансируемый Европейской комиссией
• Smart Hubs SLES : проект Smart Grid, частично финансируемый UK Research and Innovation