شبکه هوشمند و دلایل گرایش به آن - بخش دوم

اجزای شبکه هوشمند

همان‌طور که گفتیم، یک شبکه هوشمند را می‌توان به عنوان شبکه‌ای الکتریکی تعریف کرد که از ترکیب شبکه برق و فناوری مخابرات دیجیتال تشکیل شده است. شبکه هوشمند این قابلیت را دارد که توان الکتریکی را از منابع پراکنده مانند توربین‌های بادی، سیستم‌های فتوولتائیک و خودرو‌های الکتریکی نیز تغذیه کند. برای دستیابی به یک شبکه هوشمند مدرن، باید طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها را ایجاد و پیاده‌سازی کرد. این فناوری‌ها عموماً شامل موارد زیر هستند.

تجهیزات هوشمند: تجهیزات هوشمند قابلیت تصمیم‌گیری مصرف انرژی را بر اساس تنظیمات از پیش تعیین شده مصرف‌کننده دارند. این قابلیت به کاهش پیک بار می‌انجامد و بر کم شدن هزینه‌های تولید اثر مثبت دارد. برای مثال، سنسور‌های هوشمند، مانند سنسور‌های دمایی که برای کنترل دمای بویلر‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند می‌توانند هدر رفت انرژی را کاهش دهند.



پست‌های هوشمند: پست‌های برق شامل داده‌های عملیاتی بحرانی و غیربحرانی کنترل و پایش مانند وضعیت توان، عملکرد ضریب توان، مدارشکن، داده‌های امنیتی، وضعیت ترانسفورماتور و… هستند. از پست‌های برق برای تبدیل ولتاژ در سطوح مختلف و در مکان‌های مختلف و در جهت‌های گوناگون پخش بار استفاده می‌شود. در پست‌ها تجهیزات بزرگ و بسیار گرانی از قبیل: ترانسفورماتورها، کلید‌ها، بانک‌های خازنی، مدارشکن‌ها، رله‌های حفاظتی و… وجود دارد.



کابل‌های ابررسانا: از این کابل‌ها در خطوط انتقال طولانی و ابزار پایش و تحلیل که قابلیت آشکارسازی خطا دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.



مخابرات مجتمع: پایه اصلی شبکه هوشمند، مخابرات مجتمع است. این بخش از شبکه هوشمند باید به اندازه کافی سریع باشد و بتواند به نیاز‌های آنی پاسخ دهد. بسته به نیاز، فناوری‌های مختلفی در مخابرات شبکه هوشمند به کار گرفته می‌شود؛ از جمله: کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر (PLC)، فناوری بی‌سیم، مخابرات مولکولی، اسکادا (سامانه سرپرستی و گردآوری داده) و خطوط برق پهن‌باند (BPL).



در طراحی یک سیستم مخابرات مجتمع باید نکات زیر را در نظر گرفت:

سادگی توسعه در آینده
استاندارد‌ها
ظرفیت حمل داده
امنیت
قابلیت پوشش شبکه

واحد‌های اندازه‌گیری فازور (PMU): از این تجهیزات برای اندازه‌گیری موج‌های الکتریکی با استفاده از یک مرجع زمانی مشترک برای سنکرون‌سازی در سیستم قدرت استفاده می‌شود.

مزایا و معایب شبکه هوشمند

برخی از مزایای شبکه هوشمند به شرح زیر است:

انتقال و توزیع بهینه توان الکتریکی
برقراری سریع توان پس از قطع ناشی از خطای سیستم
هزینه پایین عملکرد، تعمیر و نگهداری
تعرفه پایین‌تر برق به دلیل کاهش تقاضای پیک
تسهیل ادغام منابع تجدیدپذیر به در شبکه
افزایش تطبیق‌پذیری خطوط انتقال
کاهش تقاضای پیک
بازیابی سریع بعد از هرگونه اغتشاش و مشکل ناگهانی در خطوط و فیدر‌ها
مدیریت حفاظتی شبکه در شرایط اضطراری
پاسخ تقاضای بهتر
بهبود کیفیت توان
کاهش گاز‌های گلخانه‌ای

توسعه فناوری دیجیتال در شبکه‌های هوشمند قابلیت اطمینان، بازده و دسترسی مصرف‌کنندگان به تولید را تضمین می‌کند که خود موجب ثبات اقتصادی می‌شود.

از چالش‌های شبکه هوشمند نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مسائل مربوط به حریم خصوصی: بزرگترین نگرانی در یک شبکه هوشمند مربوط به مسائل امنیتی است. همان‌طور که می‌دانیم، در شبکه هوشمند از کنتور‌های هوشمند استفاده می‌شود که ارتباط بین تولید و مصرف را به صورت پویا برقرار می‌کنند. برخی از کنتور‌های هوشمند به سادگی هک می‌شوند و ممکن است منبع توان یک ساختمان یا همسایه‌ها را کنترل کنند.
نوسانات شبکه: شبکه هوشمند در قسمت تولید و مصرف نهایی هوشمند است، زیرا از کنتور‌ها و سنجه‌های هوشمند در این نقاط استفاده می‌کند. اما شبکه، هوشمندی کافی را در میانه‌ها برای اداره عملکرد‌های سوئیچینگ ندارد. این کاستی توسعه در شبکه سبب نوسانی شدن آن می‌شود. تاکنون، در شبکه‌های هوشمند بیشتر به بخش‌های تولید توان و مصرف انرژی توسط مصرف‌کنندگان پرداخته شده است. اگر قبل از آنکه هوش نرم‌افزاری برای کنترل شبکه توسعه یابد، تعداد زیادی گره به شبکه افزوده شود، به یک شبکه هوشمند نوسانی می‌انجامد. برای عملکرد ایمن و مطمئن سیستم قدرت، به سیستم‌های کنترل هوشمند نیاز است.