Цифровой ток

Умная сеть - это электрическая сеть, которая включает в себя различные меры по эксплуатации и энергопотреблению, включая:

Усовершенствованная измерительная инфраструктура (из которых интеллектуальные счетчики являются общим названием для любого устройства коммунальной службы, даже если оно более мощное, например, волоконно-оптический маршрутизатор)

Интеллектуальные распределительные щиты и автоматические выключатели, интегрированные в систему домашнего управления и реагирования на спрос (за счетчиком с точки зрения коммунальных служб)
Переключатели управления нагрузкой и интеллектуальные приборы, часто финансируемые за счет повышения эффективности муниципальных программ (например, финансирования PACE)
Возобновляемые источники энергии, включая способность заряжать батареи припаркованных автомобилей (электромобилей) или более крупных массивов батарей, переработанных из них, или других накопителей энергии.
Энергоэффективные ресурсы
Распределение излишков электроэнергии по линиям электропередачи и автоматическое интеллектуальное переключение
Достаточная широкополосная связь по оптоволокну общего назначения для подключения и мониторинга вышеуказанного, с беспроводной связью в качестве резервной. *Достаточная резервная, если "темная" мощность для обеспечения отработки отказа, часто арендуемая за доход.[2][3]

Электронное кондиционирование электроэнергии и контроль производства и распределения электроэнергии являются важными аспектами интеллектуальной сети.

Политика Smart Grid организована в Европе как европейская технологическая платформа Smart Grid.[5] Политика в Соединенных Штатах описана в 42 U.S.C. , глава 152, подраздел IX § 17381.

Внедрение технологии Smart grid также подразумевает фундаментальную реорганизацию отрасли электроснабжения, хотя типичное использование термина сосредоточено на технической инфраструктуре.

Проблемы, связанные с технологией smart grid, в основном связаны с интеллектуальными счетчиками, включаемыми ими элементами и общими проблемами безопасности.

Интеллектуальные сети могли бы также отслеживать / управлять бытовыми устройствами, которые некритичны в периоды пикового энергопотребления, и восстанавливать их работу в часы отсутствия пиковой мощности.

Справочная информация[править]

Историческое развитие электросети[править]

Первая система электросети переменного тока была установлена в 1886 году в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс. В то время сеть представляла собой централизованную однонаправленную систему передачи электроэнергии, распределения электроэнергии и управления, основанного на спросе.

В 20 веке локальные сети со временем росли и в конечном итоге были объединены по соображениям экономики и надежности. К 1960-м годам электрические сети развитых стран стали очень большими, зрелыми и тесно взаимосвязанными, с тысячами электростанций "центрального" поколения, поставляющих электроэнергию в основные центры нагрузки по линиям электропередачи большой мощности, которые затем разветвлялись и разделялись для обеспечения электроэнергией небольших промышленных и бытовых потребителей по всей территории электроснабжения. Топология энергосистемы 1960-х годов была результатом сильной экономии за счет масштаба: крупные электростанции, работающие на угле, газе и мазуте мощностью от 1 ГВт (1000 МВт) до 3 ГВт, по-прежнему считаются экономически эффективными благодаря функциям повышения эффективности, которые могут быть экономически эффективными только тогда, когда станции становятся очень большими.

Стратегически электростанции располагались так, чтобы быть поближе к запасам ископаемого топлива (либо к самим шахтам или скважинам, либо к железнодорожным, автомобильным или портовым линиям снабжения). Размещение плотин гидроэлектростанций в горных районах также сильно повлияло на структуру формирующейся энергосистемы. Атомные электростанции были расположены с учетом доступности охлаждающей воды. Наконец, электростанции, работающие на ископаемом топливе, изначально сильно загрязняли окружающую среду и были расположены как можно дальше от населенных пунктов, как только это позволили сети распределения электроэнергии. К концу 1960-х годов электросеть охватила подавляющее большинство населения развитых стран, и только отдаленные региональные районы оставались "отключенными от сети".

Учет потребления электроэнергии был необходим для каждого пользователя, чтобы обеспечить возможность выставления соответствующих счетов в соответствии с (сильно варьирующимся) уровнем потребления различными пользователями. Из-за ограниченных возможностей сбора и обработки данных в период роста сети обычно применялись механизмы с фиксированным тарифом, а также двухтарифные механизмы, при которых ночная электроэнергия оплачивалась по более низкой ставке, чем дневная. Мотивацией для двухтарифных соглашений было снижение спроса в ночное время. Двойные тарифы сделали возможным использование недорогой электроэнергии в ночное время в таких приложениях, как обслуживание "тепловых батарей", которые служили для "выравнивания" ежедневного спроса и сокращения количества турбин, которые необходимо было отключать на ночь, тем самым улучшая использование и прибыльность генерирующих и передающих мощностей. Измерительные возможности сети 1960-х годов означали технологические ограничения на степень распространения через систему ценовых сигналов.

С 1970-х по 1990-е годы растущий спрос привел к увеличению числа электростанций. В некоторых районах подача электроэнергии, особенно в часы пик, не могла соответствовать этому спросу, что приводило к низкому качеству электроэнергии, включая отключения электроэнергии и затемнения. Промышленность, отопление, связь, освещение и развлечения во все большей степени зависели от электроэнергии, и потребители требовали все более высоких уровней надежности.

К концу 20-го века сформировались модели спроса на электроэнергию: бытовое отопление и кондиционирование воздуха привели к ежедневным пикам спроса, которые удовлетворялись множеством "генераторов максимальной мощности", которые включались только на короткие периоды каждый день. Относительно низкая загрузка этих генераторов с максимальным напряжением (обычно использовались газовые турбины из-за их относительно более низких капитальных затрат и более быстрого запуска), вместе с необходимым резервированием в электросети, приводили к высоким затратам для электроэнергетических компаний, которые передавались в виде повышенных тарифов.

В 21 веке некоторые развивающиеся страны, такие как Китай, Индия и Бразилия, считались пионерами внедрения интеллектуальных сетей.

Возможности модернизации[править]

С начала 21 века стали очевидными возможности воспользоваться преимуществами усовершенствованных технологий электронной связи для устранения ограничений и снижения затрат на электрическую сеть. Технологические ограничения на измерение больше не заставляют усреднять пиковые цены на электроэнергию и распределять их среди всех потребителей в равной степени. Параллельно растущая обеспокоенность по поводу ущерба окружающей среде от электростанций, работающих на ископаемом топливе, привела к желанию использовать большие объемы возобновляемой энергии. Доминирующие формы, такие как энергия ветра и солнечная энергия, сильно изменчивы, и поэтому стала очевидной необходимость в более сложных системах управления, облегчающих подключение источников к энергосистеме с высокой степенью контроля.[10] Питание от фотоэлектрических элементов (и в меньшей степени от ветряных турбин) также, что немаловажно, поставило под сомнение необходимость крупных централизованных электростанций. Быстро падающие затраты указывают на существенное изменение топологии централизованной электросети в сторону топологии с высокой степенью распределения, при которой мощность как генерируется, так и потребляется непосредственно на границах сети. Наконец, растущая озабоченность по поводу террористические нападения в некоторых странах привели к призывам к созданию более надежной энергосистемы, менее зависимой от централизованных электростанций, которые считались потенциальными объектами нападений.

Определение термина "интеллектуальная сеть"[править]

США[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 У. Буш в декабре 2007 года. В разделе XIII этого законопроекта приводится описание с десятью характеристиками, которые можно рассматривать как определение "умной сети", а именно:

Политика Соединенных Штатов заключается в поддержке модернизации национальной системы передачи и распределения электроэнергии для поддержания надежной и защищенной инфраструктуры электроснабжения, которая может удовлетворить будущий рост спроса, и для достижения каждого из следующих показателей, которые в совокупности характеризуют интеллектуальную сеть:

(1) Более широкое использование цифровой информации и технологий управления для повышения надежности, безопасности и эффективности электрической сети.
(2) Динамическая оптимизация операций сети и ресурсов с полной кибербезопасностью.
(3) Развертывание и интеграция распределенных ресурсов и генерации, включая возобновляемые ресурсы.
(4) Разработка и внедрение методов реагирования на спрос, ресурсов на стороне спроса и ресурсов энергоэффективности.
(5) Внедрение "интеллектуальных" технологий (автоматизированных интерактивных технологий реального времени, которые оптимизируют физическую работу бытовой техники и потребительских устройств) для учета, передачи информации о работе сети и ее статусе, а также автоматизации распределения.
(6) Интеграция "умных" приборов и потребительских устройств.
(7) Внедрение 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 вариантов управления.
(9) Разработка стандартов связи и интероперабельности приборов и оснащения, подключенных к электрической сети, включая инфраструктуру, обслуживающую сеть.
(10) Выявление и снижение необоснованных барьеров на пути внедрения технологий, практик и услуг Smart grid."

Европейский союз[править]

Целевая группа Комиссии Европейского союза по интеллектуальным сетям также предоставляет определение интеллектуальной сети как:

"Интеллектуальная электросеть - это электрическая сеть, которая может экономически эффективно интегрировать поведение и действия всех подключенных к ней пользователей – генераторов, потребителей и тех, кто занимается и тем, и другим – для обеспечения экономически эффективной, устойчивой энергосистемы с низкими потерями и высоким уровнем качества и надежности поставок и охраны. Интеллектуальная сеть использует инновационные продукты и услуги вместе с интеллектуальными технологиями мониторинга, управления, связи и самовосстановления для того, чтобы:

Более эффективное подключение и эксплуатация генераторов всех размеров и технологий.

Позволяют потребителям играть определенную роль в оптимизации работы системы.
Предоставлять потребителям более подробную информацию и варианты того, как они используют свои источники питания.
Значительно снизить воздействие всей системы электроснабжения на окружающую среду.
Поддерживать или даже улучшать существующие высокие уровни надежности системы, качества и безопасности поставок.
Эффективно поддерживайте и улучшайте существующие сервисы."
Это определение использовалось в сообщении Европейской комиссии (2011) 202.

Общим элементом большинства определений является применение цифровой обработки и связи к энергосистеме, что делает потоки данных и управление информацией центральными в интеллектуальной сети. Различные возможности являются результатом глубоко интегрированного использования цифровых технологий с электросетями. Интеграция новой сетевой информации является одним из ключевых вопросов при проектировании интеллектуальных сетей. Электрический коммунальные услуги теперь оказываются делает трем классам преобразований: улучшение инфраструктуры, называют сильными сетки в Китае; добавление цифрового слоя, который является основой для "умных" электросетейи преобразование бизнес-процессов, необходимых, чтобы заработать на инвестиции в "умные" технологии. Большая часть работ, выполнявшихся в области модернизации электросетей, особенно автоматизации подстанций и распределения, теперь включена в общую концепцию интеллектуальной сети.

Ранние технологические инновации[править]

Технологии интеллектуальных электросетей возникли в результате более ранних попыток использования электронного управления, учета и мониторинга. В 1980-х годах автоматическое считывание показаний счетчика использовалось для мониторинга нагрузок крупных потребителей и превратилось в передовую инфраструктуру учета 1990-х годов, счетчики которой могли хранить информацию об использовании электроэнергии в разное время суток. Интеллектуальные счетчики обеспечивают непрерывную связь, так что мониторинг может осуществляться в режиме реального времени и может использоваться в качестве шлюза для устройств с поддержкой реагирования на спрос и "умных розеток" в доме. Ранними формами таких технологий управления спросом были устройства, учитывающие динамический спрос, которые пассивно определяли нагрузку на сеть, отслеживая изменения частоты подачи электроэнергии. Такие устройства, как промышленные и бытовые кондиционеры, холодильники и обогреватели, регулировали свой рабочий цикл, чтобы избежать включения во время пиковых нагрузок на сеть. Начиная с 2000 года, итальянский проект Telegestore был первым, в рамках которого большое количество домов (27 миллионов) были объединены в сеть с использованием интеллектуальных счетчиков, подключенных по линии электропередачи с низкой пропускной способностью. В некоторых экспериментах использовался термин широкополосная связь по ЛЭП (БПЛ), в то время как другие использовали беспроводных технологий, таких как mesh-сети повысили для более надежного соединения разнородных устройств в домашних условиях, а также для обслуживания узлов учета других коммунальных услуг, таких как газ и воду.

Мониторинг и синхронизация глобальных сетей были революционизированы в начале 1990-х годов, когда энергетическое управление Бонневилля расширило свои исследования в области интеллектуальных сетей с помощью прототипов датчиков, способных к очень быстрому анализу аномалий качества электроэнергии на очень больших географических территориях. Кульминацией этой работы стала первая действующая система измерения большой площади (WAMS) в 2000 году. Другие страны быстро внедряют эту технологию — Китай начал внедрять всеобъемлющую национальную систему WAMS, когда в 2012 году был завершен последний пятилетний экономический план.

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

Характеристики[править]

Интеллектуальная электросеть представляет собой полный набор существующих и предлагаемых решений проблем электроснабжения. Из-за разнообразия факторов существует множество конкурирующих таксономий и нет согласия по универсальному определению. Тем не менее, здесь приводится одна из возможных категорий.

Надежность[править]

В Smart grid используются такие технологии, как оценка состояния,[21] которые улучшают обнаружение неисправностей и позволяют самовосстанавливаться сети без вмешательства технических специалистов. Это обеспечит более надежное электроснабжение и снизит уязвимость к стихийным бедствиям или атакам.

Хотя в качестве функции Smart grid рекламируется несколько маршрутов, в старой сети также было несколько маршрутов. Первоначальные линии электропередачи в сети были построены с использованием радиальной модели, позже подключение было гарантировано по нескольким маршрутам, называемым сетевой структурой. Однако это создало новую проблему: если поток тока или связанные с ним эффекты по сети превысят пределы какого-либо конкретного сетевого элемента, это может привести к сбою, и ток будет перенаправлен на другие сетевые элементы, которые в конечном итоге также могут выйти из строя, вызывая эффект домино. Смотрите Отключение электроэнергии. Методом предотвращения этого является отключение нагрузки путем постепенного отключения или снижения напряжения (brownout).

Гибкость топологии сети[править]

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

Классические электросети были разработаны для одностороннего потока электроэнергии, но если локальная подсеть вырабатывает больше энергии, чем потребляет, обратный поток может вызвать проблемы безопасности и надежности. Интеллектуальная сеть предназначена для управления такими ситуациями.

Эффективность[править]

Ожидается, что внедрение технологии Smart grid внесет значительный вклад в общее повышение эффективности энергетической инфраструктуры, в частности, включая управление на стороне спроса, например, отключение кондиционеров во время кратковременных скачков цен на электроэнергию, снижение напряжения, когда это возможно, на распределительных линиях Архивировано 2013-06-27 в Wayback Machine за счет оптимизации напряжения / VAR (VVO), устранения опрокидывания грузовиков для считывания показаний счетчиков и сокращения опрокидывания грузовиков за счет улучшения управления отключениями с использованием данных из передовых систем инфраструктуры учета. Общий эффект заключается в уменьшении избыточности в линиях передачи и распределения и большем использовании генераторов, что приводит к снижению цен на электроэнергию[требуется цитирование].

Регулировка нагрузки /балансировка нагрузки[править]

Общая нагрузка, подключенная к электросети, может значительно меняться с течением времени. Хотя общая нагрузка представляет собой сумму множества индивидуальных настроек клиентов, общая нагрузка не обязательно стабильна или изменяется медленно. Например, если начнется популярная телевизионная программа, миллионы телевизоров мгновенно начнут получать ток. Традиционно, чтобы реагировать на быстрое увеличение энергопотребления быстрее, чем время запуска крупного генератора, некоторые запасные генераторы переводятся в режим диссипативного ожидания. Интеллектуальная сеть может предупреждать все отдельные телевизоры или другого более крупного потребителя о временном снижении нагрузки (чтобы дать время запустить генератор большего размера) или постоянно (в случае ограниченных ресурсов). Используя алгоритмы математического прогнозирования, можно предсказать, сколько резервных генераторов необходимо использовать для достижения определенной частоты отказов. В традиционной сети частоту отказов можно снизить только за счет увеличения количества резервных генераторов. В интеллектуальной сети снижение нагрузки даже на небольшую часть клиентов может устранить проблему.

Максимальное сокращение / выравнивание и время использования[править]

Смотрите также: Измеритель Tod и реакция на спрос

Чтобы снизить спрос в дорогостоящие периоды пикового потребления, технологии связи и учета информируют интеллектуальные устройства в домашних условиях и на предприятиях о высоком спросе на энергию и отслеживают, сколько электроэнергии используется и когда. Это также дает коммунальным компаниям возможность сокращать потребление путем прямой связи с устройствами, чтобы предотвратить перегрузки системы. Примерами могут служить утилиты, сокращающие использование группы зарядных станций для электромобилей или изменяющие заданные значения температуры кондиционеров в городе. Чтобы мотивировать их сокращать потребление и выполнять то, что называется пиковым сокращением или пиковым выравниванием, цены на электроэнергию повышаются в периоды высокого спроса и снижаются в периоды низкого спроса. Считается, что потребители и предприятия будут стремиться потреблять меньше в периоды высокого спроса, если потребители и потребительские устройства будут знать о высокой надбавке за потребление электроэнергии в пиковые периоды. Это может означать компромиссы, такие как включение / выключение кондиционеров или посудомоечных машин в 9 вечера вместо 5 вечера. Когда предприятия и потребители увидят прямую экономическую выгоду от использования энергии в непиковое время, теоретически они будут учитывать эксплуатационные расходы на электроэнергию в своих потребительских устройствах и решениях по строительству зданий и, следовательно, станут более энергоэффективными.

Устойчивость[править]

Повышенная гибкость интеллектуальной сети обеспечивает более широкое использование возобновляемых источников энергии с высокой вариабельностью, таких как солнечная энергия и энергия ветра, даже без добавления накопителей энергии. Текущая сетевая инфраструктура не рассчитана на множество распределенных точек подключения, и обычно, даже если какое-то подключение разрешено на локальном (распределительном) уровне, инфраструктура уровня передачи не может его обеспечить. Быстрые колебания в распределенной генерации, например, из-за облачной или порывистой погоды, создают значительные проблемы для энергетиков, которым необходимо обеспечивать стабильные уровни мощности путем изменения мощности более управляемых генераторов, таких как газовые турбины и гидроэлектрогенераторы. По этой причине технология Smart grid является необходимым условием для получения очень большого количества возобновляемой электроэнергии в сети. Также существует поддержка подключения транспортного средства к сети.

Стимулирование рынка[править]

Интеллектуальная сеть обеспечивает систематическую коммуникацию между поставщиками (их ценами на энергию) и потребителями (их готовностью платить) и позволяет как поставщикам, так и потребителям быть более гибкими и изощренными в своих операционных стратегиях. Пиковые цены на энергию нужно будет платить только за критические нагрузки, а 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 изменяющийся тариф в зависимости от уровня спроса и состояния других генераторов, работающих в настоящее время. Общий эффект - это сигнал, который обеспечивает энергоэффективность и потребление энергии, чувствительное к изменяющимся во времени ограничениям подачи. На бытовом уровне приборы с определенной степенью накопления энергии или тепловой массы (такие как холодильники, тепловые батареи и тепловые насосы) будут иметь хорошие возможности для "игры" на рынке и стремиться минимизировать затраты на электроэнергию, адаптируя спрос к периодам энергоснабжения с более низкими затратами. Это расширение двухтарифного ценообразования на электроэнергию, упомянутого выше.

Поддержка в ответ на запрос[править]

Поддержка реагирования на спрос позволяет генераторам и нагрузкам взаимодействовать автоматизированным образом в режиме реального времени, координируя спрос для сглаживания скачков. Устранение доли спроса, возникающей при таких всплесках, устраняет затраты на добавление резервных генераторов, сокращает износ и продлевает срок службы оборудования, а также позволяет пользователям сократить свои счета за электроэнергию, предписывая устройствам с низким приоритетом использовать энергию только тогда, когда она самая дешевая.

В настоящее время системы электросетевого хозяйства имеют различную степень связи в системах управления своими дорогостоящими активами, такими как генерирующие станции, линии электропередачи, подстанции и крупные потребители энергии. Как правило, информация поступает в одном направлении, от пользователей и контролируемых ими нагрузок обратно к коммунальным службам. Коммунальные службы пытаются удовлетворить спрос и добиваются успеха или терпят неудачу в разной степени (отключения электроэнергии, продолжительное отключение электроэнергии, неконтролируемое отключение электроэнергии). Общее количество электроэнергии, требуемое пользователями, может иметь очень широкое распределение вероятности, что требует наличия запасных генерирующих установок в режиме ожидания для реагирования на быстро меняющееся энергопотребление. Этот односторонний поток информации является дорогостоящим; последние 10% генерирующих мощностей могут потребоваться всего в 1% случаев, а отключения электроэнергии могут дорого обойтись потребителям.

Реагирование на спрос может быть обеспечено коммерческими нагрузками, нагрузками для жилых помещений и промышленными нагрузками. Например, подразделение Alcoa в Уоррике участвует в MISO в качестве квалифицированного ресурса реагирования на спрос,[29] а Trimet Aluminium использует свой плавильный завод в качестве мегабатареи кратковременного действия.

Задержка потока данных является серьезной проблемой, поскольку некоторые ранние архитектуры интеллектуальных счетчиков допускали задержку приема данных фактически на 24 часа, предотвращая любую возможную реакцию как со стороны подающих, так и со стороны запрашивающих устройств.

Технология[править]

Основная часть технологий интеллектуальных сетей уже используется в других приложениях, таких как производство и телекоммуникации, и в настоящее время адаптируется для использования в сетевых операциях

Интегрированные коммуникации: Области, требующие улучшения, включают: автоматизацию подстанций, реагирование на спрос, автоматизацию распределения, диспетчерское управление и сбор данных (SCADA), системы энергоменеджмента, беспроводные ячеистые сети и другие технологии, связь по линиям электропередачи и волоконно-оптические сети. Интегрированные коммуникации позволят осуществлять управление, информацию и обмен данными в режиме реального времени для оптимизации надежности системы, использования активов и безопасности.

Зондирование и измерение: основными обязанностями являются оценка перегрузки и стабильности сети, мониторинг работоспособности оборудования, предотвращение хищения энергии и поддержка стратегий управления. Технологии включают усовершенствованные микропроцессорные счетчики (smart meter) и оборудование для считывания показаний счетчиков, системы мониторинга глобальной сети (обычно основанные на онлайн-показаниях с помощью распределенного измерения температуры в сочетании с системами определения температуры в режиме реального времени (RTTR)), измерение / анализ электромагнитной сигнатуры, время использования и инструменты ценообразования в режиме реального времени, усовершенствованные переключатели и кабели, радиотехнологии обратного рассеяния и цифровые защитные реле.

Интеллектуальные счетчики.[править]

Единицы измерения фазы. Многие в сообществе инженеров по энергетическим системам считают, что отключение электроэнергии на северо-востоке Страны в 2003 году можно было бы ограничить на гораздо меньшей территории, если бы была создана широкомасштабная измерительная сеть phasor.

Распределенное управление потоком электроэнергии: устройства управления потоком электроэнергии подключаются к существующим линиям электропередачи для управления потоком энергии внутри. Линии электропередачи, поддерживаемые такими устройствами, поддерживают более широкое использование возобновляемых источников энергии, обеспечивая более последовательный контроль в режиме реального времени за тем, как эта энергия распределяется внутри сети. Эта технология позволяет энергосистеме более эффективно накапливать прерывистую энергию из возобновляемых источников для последующего использования.
Интеллектуальное производство электроэнергии с использованием передовых компонентов: интеллектуальное производство электроэнергии - это концепция соответствия выработки электроэнергии спросу с использованием нескольких идентичных генераторов, которые могут запускаться, останавливаться и эффективно работать при выбранной нагрузке независимо от других, что делает их пригодными для базовой и пиковой выработки электроэнергии.Согласование спроса и предложения, называемое балансировкой нагрузки, имеет важное значение для стабильного и надежного снабжения электроэнергией. Кратковременные отклонения в балансе приводят к колебаниям частоты, а длительное несоответствие приводит к отключениям электроэнергии. Операторам систем передачи электроэнергии поручена задача балансировки, приведения выходной мощности всех генераторов в соответствие с нагрузкой их электрической сети. Задача балансировки нагрузки стала намного сложнее по мере добавления в сеть все более перебоевающих и изменяющихся генераторов, таких как ветряные турбины и солнечные батареи, что вынуждает других производителей адаптировать свою мощность гораздо чаще, чем требовалось в прошлом. Первые две электростанции с динамической устойчивостью сети, использующие эту концепцию, были заказаны Elering и будут построены Wärtsilä в Киисе, Эстония (электростанция Кииса). Их цель - "обеспечить динамичную выработку электроэнергии для удовлетворения внезапных и неожиданных перебоев в подаче электроэнергии". Планируется, что они будут готовы в течение 2013 и 2014 годов, а их общая мощность составит 250 МВт.

Автоматизация энергосистемы позволяет быстро диагностировать и принимать точные решения при конкретных сбоях в работе сети. Эти технологии опираются на каждую из четырех других ключевых областей и вносят свой вклад в их развитие. Три категории технологий для продвинутых методов управления - это распределенные интеллектуальные агенты (системы управления), аналитические инструменты (программные алгоритмы и высокоскоростные компьютеры) и операционные приложения (SCADA, автоматизация подстанций, реагирование на спрос и т.д.). Используя методы программирования на основе искусственного интеллекта, энергосистема Фуцзянь в Китае создала систему защиты на большой территории, которая способна быстро и точно рассчитать стратегию управления и выполнить ее.[39] Программное обеспечение для мониторинга и управления стабильностью напряжения (VSMC) использует основанный на чувствительности метод последовательного линейного программирования для надежного определения оптимального решения по управлению.

ИТ-компании, разрушающие энергетический рынок[править]

Smart grid предоставляет ИТ-решения, которых не хватает традиционным энергосистемам. Эти новые решения прокладывают путь новым участникам, которые традиционно не имели отношения к энергосистеме. Технологические компании несколькими способами нарушают работу традиционных игроков энергетического рынка. Они разрабатывают сложные системы распределения для удовлетворения потребностей в более децентрализованном производстве электроэнергии благодаря микросетям. Кроме того, увеличение объема сбора данных открывает множество новых возможностей для технологических компаний, таких как развертывание датчиков сети передачи данных на уровне пользователя и балансировка системных резервов.

Технология микросетей делает потребление энергии домохозяйствами дешевле, чем покупка у коммунальных служб. Кроме того, жители могут проще и эффективнее управлять своим потреблением энергии благодаря подключению к интеллектуальным счетчикам.

Однако производительность и надежность микросетей сильно зависят от непрерывного взаимодействия между производством электроэнергии, хранением и требованиями к нагрузке.Гибридное предложение, сочетающее возобновляемые источники энергии с хранением энергии в виде угля и газа, демонстрирует гибридное предложение микросети, работающей в одиночку.

Пока не решены проблемы перехода трансивер \ транспондер ,из за потери данных , или искажений.

Последствия[править]

В результате выхода технологических компаний на энергетический рынок коммунальным предприятиям и DSO необходимо создавать новые бизнес-модели, чтобы сохранить текущих клиентов и привлечь новых.

Сосредоточьтесь на стратегии привлечения клиентов[править]

DSO могут сосредоточиться на разработке эффективных стратегий взаимодействия с клиентами, чтобы создать лояльность и доверие к клиенту.[47] Чтобы удержать и привлечь клиентов, которые решат производить собственную энергию с помощью микросетей, DSO могут предлагать соглашения о покупке излишков энергии, производимой потребителем. Несмотря на безразличие ИТ-компаний, как DSO, так и коммунальные службы могут использовать свой опыт работы на рынке, чтобы давать потребителям рекомендации по использованию энергии и повышению эффективности для создания превосходного обслуживания клиентов.

Создавайте альянсы с новыми технологическими компаниями Вместо того, чтобы пытаться конкурировать с ИТ-компаниями в их экспертных знаниях, как коммунальные службы, так и DSO могут попытаться создать альянсы с ИТ-компаниями для совместной разработки хороших решений. Французская коммунальная компания Engie сделала это, купив поставщика услуг Ecova и OpTerra Energy Services.

Возобновляемые источники энергии[править]

Генерация возобновляемой энергии часто может быть подключена на уровне распределения, а не к передающим сетям, что означает, что DSO могут управлять потоками и распределять электроэнергию локально. Это открывает новые возможности для DSO по расширению своего рынка за счет продажи энергии напрямую потребителю. Одновременно это бросает вызов коммунальным предприятиям, производящим ископаемое топливо, которые уже оказались в ловушке высокой стоимости устаревающих активов.

Ужесточение правил производства традиционных энергоресурсов со стороны правительства усложняет ведение бизнеса и усиливает давление на традиционные энергетические компании с целью перехода на возобновляемые источники энергии.Примером изменения бизнес-модели коммунального предприятия с целью производства большего количества возобновляемой энергии является норвежская компания Equinor, которая была государственной нефтяной компанией, а сейчас активно инвестирует в возобновляемую энергию.

Исследования[править]

Основные программы[править]

IntelliGrid – Созданная Институтом исследований электроэнергетики (EPRI), архитектура IntelliGrid предоставляет методологию, инструменты и рекомендации по стандартам и технологиям для использования коммунальными службами при планировании, определении и закупке систем на базе ИТ, таких как усовершенствованный учет, автоматизация распределения и реагирование на спрос. Архитектура также предоставляет живую лабораторию для оценки устройств, систем и технологий. Несколько коммунальных предприятий применили архитектуру IntelliGrid, включая южнокалифорнийский Edison, энергетическое управление Лонг-Айленда, Salt River Project и TXU Electric Delivery. Консорциум IntelliGrid - это государственно-частное партнерство, которое объединяет и оптимизирует глобальные исследовательские усилия, финансирует технологические НИОКР, работает над интеграцией технологий и распространяет техническую информацию.

Grid 2030 – Grid 2030 - это совместное заявление о концепции электрической системы США, разработанное электроэнергетической отраслью, производителями оборудования, поставщиками информационных технологий, федеральными правительственными учреждениями и учреждениями штатов, заинтересованными группами, университетами и национальными лабораториями. Она охватывает генерацию, передачу, распределение, хранение и конечное использование.[55] Национальная дорожная карта по технологиям доставки электроэнергии является документом по реализации концепции Grid 2030. Дорожная карта описывает ключевые проблемы модернизации электросети и предлагает пути, которые правительство и промышленность могут предпринять для создания будущей системы доставки электроэнергии в Америку.

Инициатива по созданию современных электросетей (MGI) - это совместная работа Министерства энергетики США (DOE), Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL), коммунальных служб, потребителей, исследователей и других заинтересованных сторон, направленная на модернизацию и интеграцию электрической сети США. Управление по поставке электроэнергии и энергетической надежности Министерства энергетики США (OE) спонсирует инициативу, которая основывается на Grid 2030 и Национальной дорожной карте по технологиям доставки электроэнергии и согласована с другими программами, такими как GridWise и GridWorks.

GridWise – программа DOE OE, ориентированная на разработку информационных технологий для модернизации электросети США. Работая с альянсом GridWise, программа инвестирует в коммуникационную архитектуру и стандарты; инструменты моделирования и анализа; интеллектуальные технологии; испытательные стенды и демонстрационные проекты; и новые нормативные, институциональные и рыночные рамки. Альянс GridWise - это консорциум заинтересованных сторон государственного и частного электроэнергетического сектора, предоставляющий форум для обмена идеями, совместных усилий и встреч с политиками на федеральном уровне и уровне штатов.

Совет по сетевой архитектуре (GWAC) был сформирован Министерством энергетики США для содействия и обеспечения совместимости между многими организациями, которые взаимодействуют с национальной электроэнергетической системой. Члены GWAC - сбалансированная и уважаемая команда, представляющая множество участников цепочки поставок электроэнергии и пользователей. GWAC предоставляет отраслевые рекомендации и инструменты для формулирования цели интероперабельности всей электрической системы, определения концепций и архитектур, необходимых для обеспечения интероперабельности, и разработки практических шагов для облегчения взаимодействия систем, устройств и учреждений, которые охватывают национальную электрическую систему. Платформа настройки контекста совместимости Совета по архитектуре GridWise, версия 1.1, определяет необходимые руководящие принципы.

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. В центре внимания программы - координация усилий по высокотемпературным сверхпроводящим системам, технологиям надежности передачи, технологиям распределения электроэнергии, устройствам хранения энергии и сетевым системам.

Демонстрационный проект умной сети Тихоокеанского Северо-запада. - Этот проект представляет собой демонстрацию в пяти тихоокеанских северо-западных штатах - Айдахо, Монтане, Орегоне, Вашингтоне и Вайоминге. В ней задействовано около 60 000 абонентов со счетчиками, и она содержит множество ключевых функций будущей интеллектуальной сети.

Солнечные города - В Австралии программа Solar Cities включала тесное сотрудничество с энергетическими компаниями для тестирования интеллектуальных счетчиков, установления пиковых и непиковых цен, дистанционного переключения и связанных с этим усилий. Это также обеспечило некоторое ограниченное финансирование для модернизации сети.

Центр энергетических исследований Smart Grid (SMERC), расположенный в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, посвятил свои усилия широкомасштабному тестированию своей технологии smart EV charging network. Она создала еще одну платформу для двунаправленного обмена информацией между коммунальным предприятием и конечными устройствами потребителя. SMERC также разработала испытательный стенд для реагирования на спрос (DR), который включает в себя центр управления, сервер автоматизации реагирования на спрос (DRAS), домашнюю локальную сеть (HAN), систему аккумулирования аккумуляторной энергии (BESS) и фотоэлектрические панели (PV). Эти технологии установлены в Департаменте водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса и на территории Эдисона в Южной Калифорнии в виде сети зарядных устройств для электромобилей, систем хранения энергии аккумуляторов, солнечных панелей, быстрых зарядных устройств постоянного тока и устройств подключения автомобиля к сети (V2G). Эти платформы, сети связи и управления позволяют тестировать проекты под руководством UCLA в регионе в партнерстве с двумя местными коммунальными службами, SCE и LADWP.

Умный квартал - В Германии в рамках проекта Smart Quart создаются три умных района для разработки, тестирования и демонстрации технологии управления умными сетями. Проект является результатом совместной работы E.ON, Viessmann, gridX и hydrogenious совместно с RWTH Ахенским университетом. Планируется, что к концу 2024 года все три округа будут обеспечены энергией местного производства и в значительной степени не будут зависеть от ископаемых источников энергии.[64]

Моделирование интеллектуальной сетки[править]

Для моделирования интеллектуальных электросетей использовалось множество различных концепций. Обычно они изучаются в рамках сложных систем. В ходе недавнего мозгового штурма энергосистема рассматривалась в контексте оптимального управления, экологии, человеческого познания, динамики стекол, теории информации, микрофизики облаков и многих других. Вот подборка типов анализа, которые появились в последние годы.

Системы защиты, которые проверяют и контролируют сами себя[править]

Пелким Спахиу и Ян Р. Эванс в своем исследовании представили концепцию интеллектуальной защиты и гибридного устройства контроля на базе подстанции.[66][67]

Генераторы Курамото[править]

Модель Курамото является хорошо изученной системой. Электросеть также была описана в этом контексте.[68][69] 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, различные типы генераторов энергии, модели потребления и так далее. Модель также использовалась для описания паттернов синхронизации при мигании светлячков.

Коммуникационная сеть Smart Grid[править]

Сетевые симуляторы используются для имитации сетевых коммуникационных эффектов. Обычно это включает в себя создание лаборатории с устройствами Smart grid, приложениями и т.д. при этом виртуальная сеть обеспечивается сетевым симулятором.

Нейронные сети[править]

Нейронные сети рассматривались также для управления электросетями. Системы электроснабжения можно классифицировать несколькими различными способами: нелинейными, динамическими, дискретными или случайными. Искусственные нейронные сети (ANNS) пытаются решить самую сложную из этих проблем, нелинейные задачи.

Прогнозирование спроса[править]

Одним из применений ANNs является прогнозирование спроса. Для экономичной и надежной работы сетей крайне важно прогнозирование спроса, поскольку оно используется для прогнозирования количества энергии, которое будет потребляться нагрузкой. Это зависит от погодных условий, типа дня, случайных событий, инцидентов и т.д. Однако для нелинейных нагрузок профиль нагрузки не является плавным и предсказуемым, что приводит к большей неопределенности и меньшей точности при использовании традиционных моделей искусственного интеллекта. Некоторые факторы, которые ANN учитывают при разработке моделей такого рода: классификация профилей нагрузки различных классов потребителей на основе потребления электроэнергии, повышенная оперативность реагирования на спрос для прогнозирования цен на электроэнергию в режиме реального времени по сравнению с обычными сетями, необходимость ввода прошлого спроса в виде различных компонентов, таких как пиковая нагрузка, базовая нагрузка, нагрузка долины, средняя нагрузка и т.д. вместо объединения их в единый ввод, и, наконец, зависимость типа от конкретных входных переменных. В качестве примера последнего случая можно привести тип дня, будь то будний или выходной, который не оказал бы большого влияния на сети больниц, но стал бы важным фактором в профиле загрузки сетей жилых домов.

Марковские процессы[править]

Поскольку энергия ветра продолжает набирать популярность, она становится необходимым компонентом реалистичных исследований электросетей. Автономное хранение данных, изменчивость ветра, предложение, спрос, ценообразование и другие факторы могут быть смоделированы как математическая игра. Здесь целью является разработка выигрышной стратегии. Марковские процессы использовались для моделирования и изучения систем такого типа.

Экономика[править]

Перспективы рынка[править]

В 2009 году индустрия интеллектуальных сетей США оценивалась примерно в 21,4 миллиарда долларов – к 2014 году она превысит по меньшей мере 42,8 миллиарда долларов. Учитывая успех интеллектуальных сетей в США, ожидается, что мировой рынок будет расти более быстрыми темпами, увеличившись с 69,3 миллиарда долларов в 2009 году до 171,4 миллиарда долларов к 2014 году. Наибольшую выгоду получат сегменты, предназначенные для продавцов интеллектуального измерительного оборудования и производителей программного обеспечения, используемого для передачи и организации огромного объема данных, собираемых счетчиками.

Исследование, проведенное в 2011 году Институтом исследований электроэнергетики, показало, что инвестиции в интеллектуальную электросеть в США обойдутся в 476 миллиардов долларов в течение 20 лет, но за это время принесут до 2 триллионов долларов выгод потребителям.В 2015 году Всемирный экономический форум сообщил, что в течение следующих 25 лет членам ОЭСР потребуются инвестиции в размере более 7,6 триллиона долларов на цели преобразований (или 300 миллиардов долларов в год) для модернизации, расширения и децентрализации инфраструктуры электроснабжения с использованием технических инноваций в качестве ключа к преобразованию.Исследование 2019 года, проведенное Международным энергетическим агентством, оценивает, что текущая (сниженная) стоимость электрической сети США составляет более 1 трлн долларов США. Общая стоимость ее замены на интеллектуальную сеть оценивается более чем в 4 триллиона долларов США. Если интеллектуальные сети будут полностью развернуты по всей территории США, страна рассчитывает ежегодно экономить 130 миллиардов долларов США.

Общие экономические изменения[править]

Поскольку потребители могут выбирать своих поставщиков электроэнергии в зависимости от их различных методов тарификации, акцент на транспортные расходы будет повышен. Снижение затрат на техническое обслуживание и замену будет стимулировать более продвинутый контроль.

Интеллектуальная сеть точно ограничивает подачу электроэнергии до уровня жилых помещений, объединяет в сеть мелкомасштабные устройства для производства и хранения распределенной энергии, передает информацию о рабочем состоянии и потребностях, собирает информацию о ценах и условиях работы сети и переводит сеть из-под центрального контроля в сеть совместной работы.

Оценки и опасения по поводу экономии в США и Великобритании[править]

Исследование, проведенное в 2003 году Министерством энергетики США, подсчитало, что внутренняя модернизация сетей США с использованием возможностей Smart grid позволила бы сэкономить от 46 до 117 миллиардов долларов в течение следующих 20 лет, если оно будет осуществлено в течение нескольких лет после исследования. Помимо этих преимуществ модернизации промышленности, функции Smart grid могут повысить энергоэффективность за пределами сети в домашних условиях путем координации домашних устройств с низким приоритетом, таких как водонагреватели, таким образом, чтобы при их использовании энергии использовались наиболее желательные источники энергии. Интеллектуальные сети могут также координировать производство электроэнергии большим количеством мелких производителей электроэнергии, таких как владельцы солнечных панелей на крышах домов — механизм, который в противном случае оказался бы проблематичным для операторов энергосистем местных коммунальных предприятий.

Один из важных вопросов заключается в том, будут ли потребители действовать в ответ на сигналы рынка. Министерство энергетики США (DOE) в рамках Американского закона о возмещении затрат и реинвестировании средств, Инвестиционного гранта и демонстрационной программы Smart Grid, финансировало специальные исследования потребительского поведения для изучения принятия, удержания и реакции потребителей, подписавшихся на программы повременных тарифов на коммунальные услуги, заархивированные 2015-03-18 в Wayback Machine, которые включают в себя передовую инфраструктуру учета и потребительские системы, такие как домашние дисплеи и программируемые термостаты связи.

Другая проблема заключается в том, что стоимость телекоммуникаций для полной поддержки интеллектуальных сетей может быть непомерно высокой. Предлагается менее дорогостоящий механизм связи[требуется цитирование], использующий форму "динамического управления спросом", когда устройства преодолевают пики, переключая свои нагрузки в ответ на частоту сети. Частота сети могла бы использоваться для передачи информации о нагрузке без необходимости в дополнительной телекоммуникационной сети, но это не способствовало бы экономическим переговорам или количественной оценке вклада.

Несмотря на то, что используются конкретные и проверенные технологии smart grid, smart grid - это обобщающий термин, обозначающий набор связанных технологий, по которым в целом согласована спецификация, а не название конкретной технологии. Некоторые из преимуществ такого модернизированные сети электроснабжения включают в себя возможность уменьшить расход энергии на стороне потребителя в часы пик, называют управление спросом; это позволило технологическому присоединению в распределенной генерации электроэнергии (с фотоэлектрическими батареями, малых ветровых турбин, микроГЭС, или даже комбинированное производство тепловой мощности генераторов в зданиях); учет накопления энергии решетки для распределенной генерации балансировкой нагрузки и исключения сбоев или содержащих такие как широко распространенная электросетевого каскадных сбоев. Ожидается, что повышение эффективности и надежности интеллектуальной электросети сэкономит деньги потребителей и поможет сократить выбросы CO2.

Разногласия и озабоченности[править]

Большинство возражений и опасений было сосредоточено на интеллектуальных счетчиках и элементах (таких как дистанционное управление, дистанционное отключение и ценообразование с переменной ставкой), которые они обеспечивают. Там, где встречается оппозиция интеллектуальным счетчикам, их часто позиционируют как "умную сеть", которая в глазах оппонентов соединяет интеллектуальную сеть с интеллектуальными счетчиками. Конкретные моменты, вызывающие оппозицию или озабоченность, включают:

обеспокоенность потребителей по поводу конфиденциальности, например, использование данных об использовании правоохранительными органами

социальные опасения по поводу "справедливой" доступности электроэнергии
обеспокоенность тем, что сложные системы тарифов (например, переменные тарифы) лишают ясности и подотчетности, позволяя поставщику использовать преимущества клиента
обеспокоенность по поводу дистанционно управляемого "выключателя", встроенного в большинство интеллектуальных счетчиков
социальная обеспокоенность по поводу злоупотреблений информационными рычагами в стиле Enron
обеспокоенность по поводу предоставления правительству механизмов контроля за использованием всех видов деятельности, связанных с энергопотреблением
обеспокоенность по поводу радиочастотных выбросов от интеллектуальных счетчиков

Безопасность[править]

В то время как модернизация электрических сетей в интеллектуальные сети позволяет оптимизировать повседневные процессы, интеллектуальная сеть, находясь в режиме онлайн, может быть уязвима для кибератак. Особенно чувствительны трансформаторы, которые повышают напряжение электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях для поездок на большие расстояния, сами линии электропередачи и распределительные линии, которые доставляют электроэнергию ее потребителям. Эти системы основаны на датчиках, которые собирают информацию с мест и затем доставляют ее в центры управления, где алгоритмы автоматизируют процессы анализа и принятия решений. Эти решения отправляются обратно на поле, где их выполняет существующее оборудование. Хакеры могут нарушить работу этих автоматизированных систем управления, отключив каналы, позволяющие использовать вырабатываемую электроэнергию. Это называется отказом в обслуживании или DoS-атакой. Они также могут запускать атаки на целостность, которые повреждают информацию, передаваемую по системе, а также атаки на десинхронизацию, которые влияют на то, когда такая информация доставляется в соответствующее местоположение.[88] Кроме того, злоумышленники могут получить доступ через системы выработки возобновляемой энергии и интеллектуальные счетчики, подключенные к сети, воспользовавшись более специализированными уязвимостями или теми, безопасность которых не была приоритетной. Поскольку интеллектуальная сеть имеет большое количество точек доступа, таких как интеллектуальные счетчики, защита всех ее слабых мест может оказаться затруднительной. Существует также обеспокоенность по поводу безопасности инфраструктуры, в первую очередь связанной с коммуникационными технологиями. Опасения в основном сосредоточены вокруг коммуникационных технологий, лежащих в основе интеллектуальной сети. Разработанная для обеспечения связи в режиме реального времени между коммунальными службами и счетчиками в домах и на предприятиях потребителей, существует риск того, что эти возможности могут быть использованы для преступных или даже террористических действий. Одной из ключевых возможностей такого подключения является возможность удаленного отключения источников питания, что позволяет коммунальным службам быстро и легко прекращать или изменять поставки для клиентов, которые не выполняют платежи. Это, несомненно, огромное благо для поставщиков энергии, но также поднимает некоторые существенные проблемы безопасности. Киберпреступники уже неоднократно проникали в электрическую сеть США.[90] Помимо компьютерного проникновения, существуют также опасения, что компьютерные вредоносные программы, такие как Stuxnet, нацеленные на системы SCADA, которые широко используются в промышленности, могут быть использованы для атаки на сеть smart grid.

Кража электроэнергии вызывает озабоченность в США, где внедряемые интеллектуальные счетчики используют радиочастотную технологию для связи с сетью передачи электроэнергии.[требуется цитирование] Люди, разбирающиеся в электронике, могут разработать устройства для создания помех, которые заставят интеллектуальный счетчик сообщать о более низком уровне фактического использования.[требуется цитирование] Аналогичным образом, та же технология может быть использована для создания видимости, что энергия, используемая потребителем, используется другим потребителем, увеличивая его счет.[требуется цитирование]

Ущерб от хорошо выполненной, масштабной кибератаки может быть обширным и длительным. На ремонт одной выведенной из строя подстанции может потребоваться от девяти дней до более чем года, в зависимости от характера атаки. Это также может привести к многочасовому отключению в небольшом радиусе. Это может оказать непосредственное влияние на транспортную инфраструктуру, поскольку светофоры и другие механизмы маршрутизации, а также вентиляционное оборудование для подземных дорог зависят от электричества. Кроме того, может пострадать инфраструктура, которая зависит от электрической сети, включая очистные сооружения сточных вод, сектор информационных технологий и системы связи.

В декабре 2015 года кибератака на энергосистему Украины, первая зарегистрированная в своем роде, привела к нарушению обслуживания почти четверти миллиона человек, отключив подстанции.[93][94] Совет по международным отношениям отметил, что государства с наибольшей вероятностью могут быть исполнителями такого нападения, поскольку у них есть доступ к ресурсам для его осуществления, несмотря на высокий уровень сложности этого. Кибервзломы могут использоваться как часть более масштабного наступления, военного или иного.[94] Некоторые эксперты по безопасности предупреждают, что события такого типа легко масштабируются на другие сети.[95] Лондонская страховая компания Lloyd's уже смоделировала последствия кибератаки на Eastern Interconnection, которая потенциально может затронуть 15 штатов, оставить без света 93 миллиона человек и нанести экономике страны от 243 миллиардов до 1 триллиона долларов различного ущерба.

По данным Подкомитета Палаты представителей США по экономическому развитию, общественным зданиям и управлению в чрезвычайных ситуациях, электросеть уже подверглась значительному числу кибератак, причем две из каждых пяти были направлены на ее выведение из строя.[87] Таким образом, Министерство энергетики США выделило приоритетные исследования и разработки для снижения уязвимости электросети к кибератакам, назвав их "неминуемой опасностью" в своем четырехгодичном энергетическом обзоре за 2017 год. Министерство энергетики также определило устойчивость к атакам и самовосстановление в качестве основных ключей к обеспечению того, чтобы сегодняшняя интеллектуальная сеть была рассчитана на будущее. Хотя уже существуют нормативные акты, а именно Стандарты защиты критической инфраструктуры, введенные Североамериканским советом по надежности электроснабжения, значительное число из них являются скорее предложениями, чем мандатами. Большинство объектов и оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии принадлежат частным заинтересованным сторонам, что еще больше усложняет задачу оценки соблюдения таких стандартов. Кроме того, даже если коммунальные службы захотят полностью соответствовать требованиям, они могут счесть, что это слишком дорого.

Некоторые эксперты утверждают, что первым шагом к повышению киберзащиты интеллектуальной электросети является завершение всестороннего анализа рисков существующей инфраструктуры, включая исследование программного обеспечения, аппаратных средств и коммуникационных процессов. Кроме того, поскольку сами вторжения могут предоставить ценную информацию, может быть полезно проанализировать системные журналы и другие записи об их характере и времени. Общие недостатки, уже выявленные с использованием таких методов Министерством внутренней безопасности, включают низкое качество кода, неправильную аутентификацию и слабые правила брандмауэра. Некоторые полагают, что после завершения этого этапа имеет смысл завершить анализ потенциальных последствий вышеупомянутых сбоев или недостатков. Это включает как непосредственные последствия, так и каскадные эффекты второго и третьего порядка для параллельных систем. Наконец, для исправления ситуации могут быть применены решения по снижению рисков, которые могут включать простое устранение недостатков инфраструктуры или новые стратегии. Некоторые из таких мер включают перекодирование алгоритмов систем управления, чтобы сделать их более способными противостоять кибератакам и восстанавливаться после них, или превентивные методы, которые позволяют более эффективно обнаруживать необычные или несанкционированные изменения в данных. Стратегии учета человеческих ошибок, которые могут скомпрометировать системы, включают в себя обучение тех, кто работает в полевых условиях, с осторожностью относиться к странным USB-накопителям, которые при установке могут содержать вредоносное ПО, даже если просто проверить их содержимое.

Другие решения включают использование передающих подстанций, сетей SCADA с ограниченными возможностями, основанное на политике совместное использование данных и аттестацию интеллектуальных счетчиков с ограниченными возможностями.

На передающих подстанциях используются технологии одноразовой аутентификации подписи и конструкции односторонних цепочек хэширования. С тех пор эти ограничения были устранены с созданием технологии быстрой подписи и проверки и обработки данных без буферизации.

Аналогичное решение было разработано для сетей SCADA с ограниченными возможностями. Это включает в себя применение кода аутентификации сообщений на основе хэша к потокам байтов, преобразующего обнаружение случайных ошибок, доступное в устаревших системах, в механизм, гарантирующий подлинность данных.

Основанный на политике обмен данными использует измерения мелкозернистой электросети, синхронизированные с GPS-часами, для обеспечения повышенной стабильности и надежности сети. Это достигается с помощью требований к синхронизации, которые собираются PMU.[98]

Однако аттестация интеллектуальных счетчиков с ограниченными возможностями сталкивается с несколько иной задачей. Одна из самых больших проблем с аттестацией интеллектуальных счетчиков с ограниченными возможностями заключается в том, что для предотвращения кражи энергии и подобных атак поставщики кибербезопасности должны убедиться в подлинности программного обеспечения устройств. Для борьбы с этой проблемой была создана архитектура для интеллектуальных сетей с ограниченными возможностями и внедрена на низком уровне во встроенной системе.

Другие проблемы, связанные с внедрением[править]

Прежде чем коммунальное предприятие установит усовершенствованную систему учета или любой другой тип интеллектуальной системы, оно должно обосновать инвестиции. Некоторые компоненты, такие как стабилизаторы системы электроснабжения (PSS)[требуется уточнение], устанавливаемые на генераторах, очень дороги, требуют сложной интеграции в систему управления сетью, необходимы только во время чрезвычайных ситуаций и эффективны только в том случае, если они есть у других поставщиков в сети. Без какого-либо стимула к их установке поставщики электроэнергии этого не делают. Большинству коммунальных служб трудно обосновать установку инфраструктуры связи для одного приложения (e.g. показания счетчика). Из-за этого утилита обычно должна определить несколько приложений, которые будут использовать одну и ту же инфраструктуру связи – например, для считывания показаний счетчика, мониторинга качества электроэнергии, удаленного подключения и отключения потребителей, обеспечения возможности реагирования на спрос и т.д. В идеале инфраструктура связи должна поддерживать не только краткосрочные приложения, но и непредвиденные приложения, которые возникнут в будущем. Нормативные или законодательные действия также могут побудить коммунальные предприятия к внедрению элементов головоломки smart grid. Каждая коммунальная компания обладает уникальным набором бизнес-, регуляторных и законодательных факторов, определяющих ее инвестиции. Это означает, что каждая утилита выберет свой собственный путь к созданию своей интеллектуальной сети и что разные утилиты будут создавать интеллектуальные сети с разной скоростью внедрения.

Некоторые особенности интеллектуальных сетей вызывают противодействие 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 линиям электропередачи. Поставщики систем управления SCADA для сетей намеренно разработали проприетарное оборудование, протоколы и программное обеспечение таким образом, чтобы они не могли взаимодействовать с другими системами, чтобы привязать своих клиентов к поставщику.

Объединение цифровых коммуникаций и компьютерной инфраструктуры с существующей физической инфраструктурой сети создает проблемы и присущие ей уязвимости. Согласно журналу IEEE Security and Privacy Magazine, интеллектуальная сеть потребует, чтобы люди разрабатывали и использовали крупную компьютерную и коммуникационную инфраструктуру, которая поддерживает большую степень ситуационной осведомленности и позволяет выполнять более конкретные командно-контрольные операции. Этот процесс необходим для поддержки основных систем, таких как измерение и контроль на всей территории в соответствии с требованиями, хранение и транспортировка электроэнергии, а также автоматизация распределения электроэнергии.

Кража электроэнергии / потеря мощности[править]

Различные системы "smart grid" выполняют двойные функции. Сюда входят усовершенствованные системы инфраструктуры учета, которые при использовании с различным программным обеспечением могут использоваться для обнаружения хищения электроэнергии и путем устранения неполадок в оборудовании. В дополнение к своим основным функциям они устраняют необходимость в считывании показаний счетчиков человеком и измерении времени использования электроэнергии.

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

Кража электроэнергии также представляет собой серьезную проблему при обеспечении надежного электроснабжения в развивающихся странах

Развертывания и попытки развертывания[править]

Enel[править]

Самым ранним и одним из крупнейших примеров интеллектуальной сети является итальянская система, установленная Enel S.p.A. в Италии. Завершенный в 2005 году проект Telegestore был весьма необычным в мире коммунальных услуг, поскольку компания проектировала и производила собственные счетчики, выступала в качестве собственного системного интегратора и разрабатывала собственное системное программное обеспечение. Проект Telegestore широко рассматривается как первое коммерческое применение технологии Smart grid в домашних условиях и обеспечивает ежегодную экономию в размере 500 миллионов евро при стоимости проекта в 2,1 миллиарда евро.

Министерство энергетики США - проект ARRA Smart Grid[править]

На сегодняшний день одной из крупнейших программ внедрения в мире является программа интеллектуальных сетей Министерства энергетики США, финансируемая в соответствии с Американским законом о восстановлении и реинвестировании 2009 года. Эта программа требовала соответствующего финансирования от отдельных коммунальных предприятий. В общей сложности в рамках этой программы было инвестировано более 9 миллиардов долларов государственных / частных средств. Технологии включали развитую инфраструктуру учета, в том числе более 65 миллионов передовых "умных" счетчиков, системы клиентского интерфейса, автоматизацию распределения и подстанций, системы оптимизации вольт / ВАР, более 1000 синхрофазоров, динамическую оценку линий, 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 принятию потребителями и программ обучения персонала. Отчеты по всем отдельным программам коммунального хозяйства, а также отчеты об общем воздействии будут завершены ко второму кварталу 2015 года.

Остин, Техас[править]

В США город Остин, штат Техас, работает над созданием своей интеллектуальной электросети с 2003 года, когда коммунальное предприятие впервые заменило 1/3 своих ручных счетчиков интеллектуальными счетчиками, которые взаимодействуют через беспроводную ячеистую сеть. В настоящее время она управляет 200 000 устройствами в режиме реального времени (интеллектуальные счетчики, интеллектуальные термостаты и датчики по всей зоне обслуживания) и рассчитывает поддерживать 500 000 устройств в режиме реального времени в 2009 году, обслуживая 1 миллион потребителей и 43 000 предприятий.

Боулдер, Колорадо[править]

Боулдер, штат Колорадо, завершил первую фазу своего проекта Smart grid в августе 2008 года. Обе системы используют интеллектуальный счетчик в качестве шлюза в сеть домашней автоматизации (HAN), которая управляет интеллектуальными розетками и устройствами. Некоторые дизайнеры HAN предпочитают отделять функции управления от счетчика, опасаясь будущих несоответствий новым стандартам и технологиям, доступным в быстро развивающемся бизнес-сегменте домашних электронных устройств.

Hydro One[править]

Hydro One в Онтарио, Канада, реализуется крупномасштабная инициатива Smart Grid, предусматривающая развертывание 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 услуг.

Île d'Yeu[править]

Иль д'Ю начал двухлетнюю пилотную программу весной 2020 года. Двадцать три дома в районе Кер Писсо и прилегающих районах были соединены микросетью, которая была автоматизирована как интеллектуальная сеть с помощью программного обеспечения от Engie. Шестьдесят четыре солнечные панели с максимальной мощностью 23,7 кВт были установлены на пяти домах, а в одном доме была установлена батарея емкостью 15 кВт*ч. В шести домах избыток солнечной энергии накапливается в водонагревателях. Динамическая система распределяет энергию, вырабатываемую солнечными панелями и хранящуюся в аккумуляторах и водонагревателях, по системе из 23 домов. Программное обеспечение Smart grid динамически обновляет энергоснабжение и спрос с интервалом в 5 минут, решая, получать энергию от аккумулятора или от панелей и когда хранить ее в водонагревателях. Эта пилотная программа была первым подобным проектом во Франции.

Mannheim[править]

Город Мангейм в Германии использует широкополосную линию электропередачи в режиме реального времени (в режиме реального времени) в своем проекте Model City Mannheim "MoMA".,,,

Сидней[править]

Сидней, также в Австралии, в партнерстве с правительством Австралии внедрил программу Smart Grid, Умный город.

Évora[править]

InovGrid - инновационный проект в Эворе, Португалия, целью которого является оснащение электросети информацией и устройствами для автоматизации управления сетью, улучшения качества обслуживания, снижения эксплуатационных расходов, повышения энергоэффективности и экологической устойчивости, а также расширения распространения возобновляемых источников энергии и электромобилей. Станет возможным контролировать и управлять состоянием всей распределительной электросети в любой данный момент, что позволит поставщикам и энергосервисным компаниям использовать эту технологическую платформу для предоставления потребителям информации и энергетических продуктов и услуг с добавленной стоимостью. Этот проект по созданию интеллектуальной энергетической сети ставит Португалию и EDP на передний край технологических инноваций и предоставления услуг в Европе.

Электронная энергетика[править]

В рамках так называемых проектов электронной энергетики несколько немецких коммунальных предприятий создают первые nucleolus в шести независимых модельных регионах. Технологический конкурс определил регионы этой модели для проведения исследований и разработок с основной целью создания "Энергетического интернета".

Massachusetts[править]

Одна из первых попыток внедрения технологий "smart grid" в Соединенных Штатах была отклонена в 2009 году регулирующими органами электроэнергетики в Содружестве Массачусетс, штате США. Согласно статье в Boston Globe, дочерняя компания Northeast Utilities, Western Massachusetts Electric Co., фактически пыталась создать программу "smart grid" с использованием государственных субсидий, которая переключила бы клиентов с низким доходом с выставления счетов после оплаты на предоплату (с использованием "смарт-карт") в дополнение к специальным повышенным тарифам "премиум" на электроэнергию, используемую выше заранее определенная сумма. Этот план был отклонен регулирующими органами, поскольку он "подрывал важную защиту клиентов с низким доходом от отключений". Согласно Boston Globe, план "несправедливо предназначался для клиентов с низким доходом и обходил законы Массачусетса, призванные помочь нуждающимся потребителям поддерживать свет включенным".

Представитель экологическая группа, поддерживающая планы Smart grid и вышеупомянутый план "smart grid" компании Western Massachusetts Electric, в частности, заявила: "При правильном использовании технология Smart grid обладает большим потенциалом для снижения пикового спроса, что позволило бы нам закрыть некоторые из самых старых и грязных электростанций... Это инструмент".

Консорциум eEnergy Vermont consortium[править]

Консорциум eEnergy Vermont - общегосударственная инициатива США в Вермонте, частично финансируемая за счет Американского закона о восстановлении и реинвестировании 2009 года, в соответствии с которым все электроэнергетические компании штата быстро внедрили различные технологии Smart Grid, включая развертывание около 90% передовой измерительной инфраструктуры, и в настоящее время оценивают различные динамические структуры тарифов.

Нидерланды[править]

В Нидерландах был инициирован крупномасштабный проект (> 5000 подключений, >20 партнеров) для демонстрации интегрированных технологий, услуг и бизнес-кейсов Smart grid.

Чаттануга[править]

EPB в Чаттануге, штат Теннесси, является муниципальной электроэнергетической компанией, которая начала строительство smart grid в 2008 году, получив грант в размере 111 567 606 долларов США от Министерства сельского хозяйства США в 2009 году для ускорения строительства и внедрения (с общим бюджетом в 232 219 350 долларов США). Развертывание прерывателей линий электропередачи (1170 единиц) было завершено в апреле 2012 года, а развертывание интеллектуальных счетчиков (172 079 единиц) было завершено в 2013 году. Магистральная волоконно-оптическая система Smart grid также использовалась для обеспечения первого гигабитного интернет-соединения для бытовых потребителей в США по инициативе Fiber to the Home, и теперь жителям доступны скорости до 10 гигабит в секунду. По оценкам, интеллектуальная сеть позволила сократить перебои в подаче электроэнергии в среднем на 60%, экономя городу около 60 миллионов долларов ежегодно. Это также уменьшило потребность в "автопогрузчиках" для поиска и устранения неисправностей, что, по оценкам, привело к сокращению пробега грузовиков на 630 000 миль и выбросов 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).

Реализации OpenADR[править]

В некоторых развертываниях используется стандарт OpenADR для снижения 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 Государственной сетевой корпорацией Китая разрабатывает пилотный проект реагирования на спрос и технико-экономическое обоснование для Китая с использованием стандарта реагирования на спрос OpenADR. Государственная электросетевая корпорация, Китайская академия наук и General Electric намерены совместно разрабатывать стандарты для внедрения интеллектуальных сетей в Китае.

США[править]

В 2009 году Министерство энергетики США выделило грант в размере 11 миллионов долларов южнокалифорнийским компаниям Edison и Honeywell на программу реагирования на спрос, которая автоматически снижает потребление энергии в часы пик для участвующих промышленных потребителей. Министерство энергетики выделило Honeywell грант в размере 11,4 миллиона долларов на реализацию программы с использованием стандарта OpenADR.

Hawaiian Electric Co. (HECO) реализует двухлетний пилотный проект по проверке способности программы ADR реагировать на перебои в подаче энергии ветра. У Гавайев есть цель к 2030 году получать 70 процентов электроэнергии из возобновляемых источников. HECO предоставит клиентам стимулы для снижения энергопотребления в течение 10 минут после уведомления.

Рейтинги альянсов по сетке[править]

В ноябре 2017 года некоммерческий альянс GridWise Alliance совместно с Clean Edge Inc., группой по экологически чистой энергетике, опубликовали рейтинги всех 50 штатов в рамках их усилий по модернизации электросети. Калифорния заняла первое место. Другими ведущими штатами были Иллинойс, Техас, Мэриленд, Орегон, Аризона, округ Колумбия, Нью-Йорк, Невада и Делавэр. "Отчет альянса GridWise Alliance объемом более 30 страниц, представляющий заинтересованные стороны, которые проектируют, строят и эксплуатируют электрическую сеть, глубоко изучает усилия по модернизации электросетей по всей стране и ранжирует их по штатам".

Смотрите также[править]

Портал: Энергетический портал

Контроль заряда * Электронная сеть

Дружественная сеть

Сетевое накопление энергии * Хранение энергии в домашних условиях * Крупномасштабное накопление энергии * Список проектов по накоплению энергии

Микрорешетка

Измерение сети * Открытый протокол smart grid * Интеллектуальные сети по странам * Умные деревни в Азии

Суперсеть

Подключение транспортного средства к сети (версия 2G) * Виртуальная электростанция * Глобальная синхронная сеть * Умный город

Читать[править]

model-based-systems-engineering.com/-systems-engineering-smart-grid/

Пруф[править]

.linux.org.ru/forum/science/17304051

Цифровой ток

Справочная информация[править]

Историческое развитие электросети[править]

Возможности модернизации[править]

Определение термина "интеллектуальная сеть"[править]

США[править]

Европейский союз[править]

Ранние технологические инновации[править]

Характеристики[править]

Надежность[править]

Гибкость топологии сети[править]

Эффективность[править]

Регулировка нагрузки /балансировка нагрузки[править]

Максимальное сокращение / выравнивание и время использования[править]

Устойчивость[править]

Стимулирование рынка[править]

Поддержка в ответ на запрос[править]

Технология[править]

Интеллектуальные счетчики.[править]

ИТ-компании, разрушающие энергетический рынок[править]

Последствия[править]

Сосредоточьтесь на стратегии привлечения клиентов[править]

Возобновляемые источники энергии[править]

Исследования[править]

Основные программы[править]

Моделирование интеллектуальной сетки[править]

Системы защиты, которые проверяют и контролируют сами себя[править]

Генераторы Курамото[править]

Коммуникационная сеть Smart Grid[править]

Нейронные сети[править]

Прогнозирование спроса[править]

Марковские процессы[править]

Экономика[править]

Перспективы рынка[править]

Общие экономические изменения[править]

Оценки и опасения по поводу экономии в США и Великобритании[править]

Разногласия и озабоченности[править]

Безопасность[править]

Другие проблемы, связанные с внедрением[править]

Кража электроэнергии / потеря мощности[править]

Развертывания и попытки развертывания[править]

Enel[править]

Министерство энергетики США - проект ARRA Smart Grid[править]

Остин, Техас[править]

Боулдер, Колорадо[править]

Hydro One[править]

Île d'Yeu[править]

Mannheim[править]

Сидней[править]

Évora[править]

Электронная энергетика[править]

Massachusetts[править]

Консорциум eEnergy Vermont consortium[править]

Нидерланды[править]

Чаттануга[править]

Реализации OpenADR[править]

Китай[править]

США[править]

Рекомендации, стандарты и группы пользователей[править]

Рейтинги альянсов по сетке[править]

Смотрите также[править]

Читать[править]

Пруф[править]

Навигация

Поиск