شهرهای هوشمند و شبکه های برق

پیشرفت در فناوری های سنجش برای شهرهای هوشمند و شبکه های برق

مقدمه

شهر ها در حال تجربه یک روش جدید برای تصور ساختمان ها ، حمل و نقل ، مراقبت های بهداشتی و خدمات عمومی هستند. هدف اصلی این توسعه بهبود کیفیت زندگی از طریق تحرک بیشتر و کارآمدتر ، فناوری های دیجیتال ، اقتصاد پایدار ، ایمنی ، اتوماسیون ، آب ، بازده انرژی ، انرژی های تجدید پذیر و خدمات عمومی جدید برای زندگی بهتر است. امروزه همه اینها با استفاده از نوآوری در فناوری که انقلابی در مفهوم شهر هوشمند به وجود آورده است ، امکان پذیر است. پیش بینی می شود که شهرها برای ارائه خدمات خاص ، کنترل ترافیک و به طور کلی برای به دست آوردن اطلاعات مربوط به مدیریت هوشمند شهر از حسگرها و شبکه های حسگر استفاده گسترده کنند [1]. به همین ترتیب ، سیستم الکتریکی عمومی در حال تحول بنیادی است. انتشار تولید توزیع شده از انرژی های تجدید پذیر یکی از دلایل آن است. این سناریو جدید راه تبادل انرژی در شبکه را تغییر داد. اکنون انرژی باید بتواند بر حسب نیاز مسیر جریان خود را تغییر دهد. در نتیجه  شبکه باید سریعاً چنین جریان دو طرفه ای را در بین چندین گره با توجه به تغییرات ناگهانی تقاضا مدیریت کند. در عین حال ، شبکه آینده برای جلوگیری از خاموشی مجبور است نوسانات و وقفه های احتمالی منبع تغذیه را کنترل کند. در نتیجه ، شبکه باید “هوشمند” باشد[2].

سنسورها و مبدل ها نقشی اساسی در ارائه اطلاعات در هر گره از شبکه برق دارند. علاوه بر این از چنین اطلاعاتی برای پیکربندی پویا شبکه درخواستی استفاده خواهد شد. بسته به نیاز مصرف کننده ، انرژی با ویژگی های خاص کیفیت برق باید از گره مشخصی از شبکه الکتریکی به گره مصرف کننده منتقل شود.

این دو چارچوب ، شهرهای هوشمند و شبکه های برق هوشمند ، از آنجا که یک شبکه برق هوشمند در قلب شهر هوشمند قرار دارد ، کاملاً با هم مرتبط هستند. حمل و نقل و مدیریت بهینه انرژی به زیرساخت هایی نیاز دارد که باید از قابلیت اطمینان ، پایداری و مقاومت بیشتری برخوردار باشند. بنابراین یک شبکه برق هوشمند بدون یک شهر هوشمند نمی تواند به طور کامل وجود داشته باشد. بالعکس ساخت یک شهر هوشمند شامل تغییر شبکه سنتی برق با استفاده از فناوری های هوشمند مانند سنسورها ، مبدل ها و محرک ها است. مناظر توصیف شده به فناوری روزمره و پیشرفته تری نیاز دارد تا ویژگی های کنترل ، قابلیت اطمینان ، ایمنی ، کارایی بالا را هم برای شهرهای هوشمند و هم برای شبکه برق تضمین کند. شبکه برق را می توان مجموعه پیچیده ای از گره ها یا میکرو شبکه های بهم پیوسته ای مانند شبکه اینترنت دانست. بسته به بعد شهر ، یک میکرو شبکه یا بسیاری از آنها می توانند انرژی مورد نیاز شهر را تأمین کنند. از این منظر ، در شبکه قدرت هوشمند سیستم های پیشرفته سنجش و مبدل های هوشمند جریان مگاوات برق بین گره های مختلف شبکه را با توجه به نیاز به روشی کارآمد و مقرون به صرفه مدیریت می کنند. سنسورها می توانند به شبکه متصل شوند تا بتوانند به همان شبکه قدرت بتوانند خرابی ها و کمبود انرژی را به طور موثر مدیریت کنند.

حسگرها برای شهرهای هوشمند

امروزه ، هرچه بیشتر به الزامات اطمینان بیشتر و عملکرد در شهرهای هوشمند نیاز دارند. بنابراین سیستم های سنجش (مبدل ها ، سنسورها ، محرک ها) باید دارای ویژگی های هوشمند باشند. آنها باید اندازه گیری ها و داده ها را در زمان واقعی بدست آورند و پردازش کنند تا تصمیم اولیه گرفته شود و هشدارها یا گزارش های هشدار را ارائه دهند. شهر آینده در حال حاضر فقط یک مفهوم است زیرا چندین مسئله باید برطرف شود. این مسئله چالش های جدید و مهمی را برای محققانی که با این حوزه سرو کار دارند به دنبال دارد. چندین مسئله و مشکل باید با دقت روبرو شود.

تحقیق و توسعه نقش مهمی در پرداختن به چنین جنبه هایی دارد. زیرساخت های شهر و خدمات عمومی به نوسازی و به روزرسانی اساسی احتیاج دارند. آنها نیاز به انطباق با مناظر جدید دارند تا بتوانند به روشی  کارآمد از فناوری های دیجیتال مدرن موجود استفاده کنند. پایداری ، امنیت و کارایی نشان دهنده اهدافی است که باید حاصل شود. چنین منظره ای برای اطمینان از رابط و قابلیت همکاری بین تجهیزات سنجش جدید و قدیمی به استانداردها و پروتکل های مناسبی نیاز دارد. در بخشهای فرعی بعدی مروری بر وضعیت فعلی هنر در مورد مفهوم شهر هوشمند و حمل و نقل هوشمند ارائه شده است.

سنسورها و حسگرهای حسگر هوشمند نقش بسیار مهمی برای بهتر ، ایمن تر ، کارآمد و پایدار تر شدن محیط زندگی دارند. سنسورها اطلاعات مفیدی را فراهم می کنند که برای تصمیم گیری برای ایجاد سیستم به سیستم بهبود یافته استفاده می شود. برای دستیابی به اهداف مورد نظر انواع حسگرها مورد استفاده قرار می گیرند. بسته به دامنه ها ، انتخاب صحیحی از سنسورها انجام می شود. سنسورهایی با ویژگی های پردازش داده ، ذخیره سازی و امکانات ارتباطی بی سیم ، معروف به “حسگر هوشمند” تحت بررسی هستند. سنسورهای هوشمند برای برنامه های شبکه هوشمند باید کم هزینه ، خودران و انعطاف پذیر باشند زیرا در تعداد زیادی قابل استفاده هستند. سنسورها برای کاربردهای شبکه هوشمند طیف گسترده ای از داده های زمان واقعی مانند ولتاژ ، جریان ، فرکانس ، کیفیت برق ، دما در تجهیزات مختلف ، افتادگی خطوط انتقال و غیره را فراهم می کنند. این داده ها شبکه را قادر می سازند تا از شرایط عملیاتی آگاهی کامل داشته و کنترل کلیه عملیات تولید ، انتقال و توزیع را برای حفظ کلی سلامت و پایداری شبکه کنترل کنند. نمایش تصویری استفاده از حسگرهای هوشمند در بخشهای مختلف شبکه هوشمند در شکل 1 نشان داده شده است [3] زیرا هدف اصلی استفاده از آنها کمک به بهبود کارایی عملیاتی در همه بخش ها است.

شکل 1. نمایش تصویری استفاده از حسگرهای هوشمند در بخشهای مختلف برنامه های شبکه هوشمند [3]

اگرچه سنسورهای سنتی با مدارهای پیشرفته پردازش سیگنال از ویژگی های مشترک هستند ، اما پیشرفت در فن آوری های جدید حسگر کلید شبکه هوشمند است. یک روش جدید مبتنی بر آرایه سنسور مغناطیسی برای اندازه گیری جریان در گروهی از هادی های محصور گزارش شده است [4].

برای تعادل بهینه بار شبکه (هم افت ولتاژ و هم بار فعلی) در حالی که تقاضای برق مصرف کنندگان را تأمین می کند [16]. معماری کنترل پیشنهادی بر این فرض استوار است که بخش خاصی از مصرف کنندگان می توانند مشخصات مصرف خود را پیش بینی کرده و استراتژی های کنترل خود را برای برآورده ساختن محدودیت های مصرف برق تطبیق دهند. مهندسان باید از عواقب نامطلوب احتمالی کیفیت برق با معرفی چندین فن آوری و شبکه کاربردی توزیع هوشمند در رابطه با 1) ریز شبکه ها آگاه باشند. 2) کنترل ولتاژ پیشرفته ؛ 3) پیکربندی مجدد فیدر ؛ و 4) مدیریت طرف تقاضا [17]. در یک محیط شهر هوشمند ، زیرساخت ها و خدمات آن همه به صورت منسجم ادغام شده و از دستگاه های هوشمند برای نظارت و کنترل برای اطمینان از پایداری و کارایی استفاده می شود [18] ، [19]. استفاده از سنسورهای هوشمند در بخشهای مختلف برنامه های شهر هوشمند را می توان بصورت تصویری نشان داد همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2. نمایش تصویری استفاده از حسگرهای هوشمند در بخشهای مختلف برنامه های شهر هوشمند [18].

 چراغ های هوشمند آینده شهر هوشمند مملو از سنسورهایی برای رطوبت ، نور محیط ، فعالیت لرزه ای ، تابش ، باد ، دما ، کیفیت هوا ، صدا ، ردیابی آدرس MAC برای شناسایی تلفن های همراه و بله ، صوتی و فیلم با کیفیت بالا ، همه از طریق یک سیستم بی سیم 5 گیگابایتی به هم متصل شده اند که از هر دو شبکه نقطه به نقطه و مش پشتیبانی می کند ، به ستون فقرات اینترنتی متناوب متصل می شود و بزرگترین داده های سیاره ای را که جهان تاکنون شناخته است بارگذاری می کند .مشارکت فعال شهروندان در تولید و اشتراک مطالب مفید مرتبط با کیفیت زندگی در یک شهر هوشمند بسیار مهم است.

گرد آورنده= هما زارعی زهدی