إدماج تكييف الإشارات في مجال تكنولوجيات الجريمه الذكية

التعريف بتكييف الإشارات في سمارت غريدز

وتشهد الشبكات الكهربائية الحديثة تحولا عميقا في الشبكات الذكية والثنائية الاتجاه التي يشار إليها عادة بشبكات ذكية، وتدمج هذه النظم أجهزة الاستشعار المتقدمة، وبروتوكولات الاتصالات، وتتحكم في الخوارزميات لتعظيم توليد الكهرباء ونقلها وتوزيعها واستهلاكها، وتكمن في صميم هذا التحول نظاما أساسيا، ولكن كثيرا ما يتجاهل الضوضاء الفاسدة، وبدون وضع إشارات قوية، تكون البيانات التي تعتمد عليها قرارات الشبكات الذكية.

ما هو وضع الإشارات؟

وتكمن عملية تحديد الإشارات في عملية التلاعب بإشارة متماثلة أو رقمية بحيث تلبي متطلبات المرحلة التالية من المعالجة، سواء كانت محولاً من نوع إلى رقمي، أو ملوثاً صغيراً، أو نظاماً لاقتناء البيانات، ومن الناحية العملية، فإن تكييف الإشارات يشمل التكتل، والتصفية، والعزلة، والتصفية، والتحويل، على سبيل المثال، خطاً من خطوط الرصد المزودة بالأشعة.

وتمتد أهمية تكييف الإشارات إلى ما يتجاوز مجرد تعديل الإشارة، فهي تحافظ على سلامة الإشارة، وتحسن النطاق الدينامي، وتخفض الأخطاء التي تُحدثها عوامل بيئية مثل التدخل الكهرومغناطيسي، والانجراف في الحرارة، وضوضاء الإمداد بالطاقة، وفي الشبكات الذكية، حيث يعمل آلاف أجهزة الاستشعار في وقت واحد عبر مناطق جغرافية شاسعة، لا يمكن التفاوض على وضع علامات ثابتة وموثوقة.

دور تحديد الإشارات في جريمتي سمارت

وتتوقف شبكات الذكاء على بيانات دقيقة ومناسبة التوقيت من شبكة موزعة من الأجهزة الإلكترونية الذكية، ووحدات القياس على مراحل، والأجهزة الذكية، ومجسات خطوط، وهذه الأجهزة تقيس الفولط، والحاضر، والتواتر، والزاوية، وعامل القوة، والتشوهات التناسقية، وتكفل ظروف الاشتعال أن تكون نظم المقاييس الأولية نظيفة ومُنَفَّرة ومستعدة للتحلِّل بواسطة الرقابة الإشرافية.

تعزيز الاستحقاق

ومن الأدوار الرئيسية في تكييف الإشارات القضاء على أخطاء القياس الناجمة عن الضوضاء والتدخل، مثلاً، المحولات الفولطية السريعة المستخدمة في عمليات التكييف الفرعية ذات التأثير العالي التي تظهر تحولات في المراحل غير الساحلية والتشوهات التناسقية على الاستجابة للتواتر، ومن خلال تطبيق أجهزة التصفيف المضادة للارتفاع وأجهزة تقويم التعويض أثناء مرحلة التكييف، يمكن تخفيض درجة التزامن إلى 0.0

تحسين موثوقية النظام وكشفه

وتتوقف عملية الشبكة الموثوقة على القدرة على كشف الشذوذ قبل أن تتصاعد إلى حالات الفشل المسببة للاختلالات، وتسمح عملية تحديد مؤشرات الاشتعال بالكشف المبكر عن الأخطاء بتوفير موجات عالية الجودة للترددات الرقمية والمسجلات المسببة للإصابة، وعلى سبيل المثال، في إطار خطة حماية خط الانتقال، يجب حساب التفاضل بين نهايتين بأقل قدر من الوقت وبدرجة عالية من الدقة.

دعم رصد ومراقبة الوقت الحقيقي

وتتطلب الشبكات الذكية الحديثة حلقات مراقبة في الوقت الحقيقي لتطبيقات مثل تنظيم الفولط، وموازنة الحمولة، والاستجابة للتواتر، وتدعم تكييف الإشارات هذه الحلقات بتوفير درجة حرارة ثابتة ونوعية إشارات متسقة، فمثلاً، يمكن أن يصبح جهاز تنظيمي للفولط الرقمي لاستخدامات المولدات المتزامنة إشارات مكيفة من المحولات المحتملة لحساب العزلة الحالية اللازمة للحفاظ على العزلة الخفية في إطار العزلة.

Enabling Renewable Energy Integration

وتُحدث مصادر الطاقة المتجددة، مثل الفولتاسات الضوئية الشمسية والرياح، تدفقات متغيرة ومتقطعة من الطاقة تحد من استقرار الشبكة، وتُؤدي تكييف الإشارات دورا حيويا في أجهزة توليد الطاقة الكهربائية التي تربط هذه المصادر بالشبكة، وتعتمد نظم التحكم في اللافتر على قياسات دقيقة للفولطية الكهربائية، الحالية، والمرحلة النهائية لتزامن الحقن والحفاظ على جودة الطاقة.

العناصر الرئيسية لتكييف الإشارات في جريمتي سمارت

وتشمل سلسلة تكييف الإشارات النموذجية في تطبيقات شبكة ذكية عدة مراحل، كل منها مصمم لمعالجة جانب محدد من نوعية الإشارات وتوافقها.

المبلِّغات

وتستخدم أجهزة الاستنشاق (العمليات) ومضخات الأجهزة لتعزيز نواتج الاستشعار المنخفضة المستوى إلى نطاق الفولط المتوافق مع البلدان النامية، التي عادة ما تكون تتراوح بين 0 و10 و5.

المصورون

وتزيل أجهزة الاستنشاق الترددات غير المرغوبة من الإشارة قبل الرقمنة، وفي الشبكات الذكية، تكون أكثر أنواع التصفية شيوعاً هي مرشحات مضادة للحركة منخفضة التوارث، تقطع الترددات فوق نصف معدل الرفض في أجهزة التحلل الرقمية لمنع التلقيم، وتستخدم أجهزة قياس الترددات الرقمية ذات الترددات المنخفضة وغير الدقيقة لعزل مواضع الارتداد (مثلاً، الـ 60).

المترجمون الشفويون إلى الرقمي

أما البلدان النامية فتحوّل الإشارة المشابهة المكيفة إلى تمثيل رقمي مناسب لتجهيزها بواسطة أجهزة التحكم بالمايكروفلور أو برامجيات إدارة الدعم أو أجهزة التحميل، وفي أجهزة القياس والحماية ذات الشبكة الذكية، فإن البلدان النامية ذات القدرة العالية الاستبانة (16-24) التي تُعد فيها عينات تتراوح بين 1 كيلوهرتز و10 ميغاهرتز هي نماذج مشتركة، وتشمل البارامترات الرئيسية نسبة الإشارات إلى البرقيات، وعدداميلات الفعالة (إنتر)

أجهزة العزل

والعزلة المجرية ضرورية في نظم الشبكات الذكية لحماية الإلكترونيات الحساسة من الأجهزة المحمولة ذات الحركة العالية، والثغرات الأرضية، والطفرات، وحواجز العزلة التي تستخدم أجهزة الترميز، أو التقلبات الرأسية، أو الخلط المغنطيسي (مثلاً، أجهزة الإيزواد الرقمية من تكنولوجيا المعلومات أو أجهزة الاستنشاق الضوئية) وفي قياس ذكاء، يجب أن يظل القسم المعزول عن أجهزة الاستشعار المزودة بالأجهزة المحمولة

دائرة التسلسل والتعويض

ويظهر العديد من أجهزة الاستشعار وظائف نقل غير خطية، فعلى سبيل المثال، فإن الانجراف الذي يعتمد على درجة الحرارة في أجهزة الاستشعار الحالية التي تعمل بالهال أو آثار التشبع في الفحم في روغوسكي يتطلب التسلسل للحفاظ على الدقة على نطاق التشغيل، ويمكن أن تشمل أجهزة تحديد الاشارات جداول المراقبة الرقمية أو دوائر تشكيل الأناسول للتعويض عن هذه الظواهر غير المباشرة، كما أن التعويض عن الدقة باستخدام أجهزة قياس الحرارة الفرعية أو أجهزة قياس درجة الحرارة المتكاملة خارجها.

التحديات في إدماج تعريف الإشارة في جريمتي سمارت

ورغم الفوائد الواضحة التي حققها، فإن إدماج تكييف الإشارات في الهياكل الأساسية للشبكات الذكية يشكل عدة تحديات تقنية واقتصادية.

ارتفاع حجم البيانات والاتصالات

وتولد الشبكات الذكية الحديثة كميات هائلة من البيانات، إذ يمكن أن تنتج وحدة واحدة من وحدات الشرطة 60 عينة في الثانية لكل قناة متعددة (المرحلتان المتطورة والحالية) وعندما تتجمع هذه البيانات بين آلاف وحدات الإزالة، فإن معدل البيانات الخام يتجاوز بسهولة عدة جيغابات في الثانية، ويجب أن تفرض شروط الإشارة التي تنتج بيانات عالية الاستبانة، وأن تفرض بيانات النطاقات الواسعة النطاق متطلبات كبيرة على التجهيز المحلي وصلات الساكنة في شبكة الاتصالات.

Constraints Real-Time Processing

فالتطبيقات المتعلقة بالحماية والمراقبة تتطلب حالات تأخير محددة، فعلى سبيل المثال، يجب أن يقطع نقل الحماية التفاضلية في غضون 2-3 ملي من الثانية من اكتشاف خطأ، وأن تحقق كل مرحلة من مراحل تكييف الإشارات، والتصفير، والتحويل، والتأخير في العزلة، ويجب على المهندسين أن يفضوا إلى التناظر بين رفض الضوضاء (التي تتطلب في كثير من الأحيان مرشحات أعلى درجة من حيث التحلل التصويري للأشعة) وتقنيات التي تفصل بين التحلل.

الخصومات الأمنية

ومع تزايد رقمية تكييف الإشارة وترابطها، فإن سطح الهجوم يتوسع، إذ يمكن للخصيص الذي يعرّض للخطر جهاز تكييف إشارة جهاز الاستشعار أن يُحقن بيانات زائفة، مما يؤدي إلى إجراءات غير صحيحة للمراقبة، فعلى سبيل المثال، قد يؤدي التلاعب بكسب مضخم في جهاز ضبط شامل للأشعة إلى حدوث خطأ تدريجي قدره 10 درجات، مما قد يؤدي إلى حدوث تأخيرات غير مرغوب فيها أو إلى اختباء أخطاء فعلية.

التكلفة والقابلية للتسويق

إن عناصر تكييف الإشارات العالية الدقة )مثلاً، المضخمات المنخفضة القدرة، وأجهزة العزل العالية الاستبانة، والأجهزة العزلة( هي أكثر تكلفة من الأجزاء العامة، وفي نشر شبكة ذكية لملايين أجهزة الاستشعار، تترجم زيادة قدرها ٠٥,٠ دولاراً في تكاليف الوحدة الواحدة الى ملايين الدولارات، ويجب على المصنعين أن يوازنوا بين الدقة والموثوقية وبين التكلفة لتلبية ميزانيات الشراء ذات الفائدة.

الاتجاهات المستقبلية في تكييف الإشارات لـ (سمارت غرايدز)

ويقترن تطور تكييف الإشارات ارتباطا وثيقا بالتقدم المحرز في تكنولوجيا شبه الموصلات، وتجهيز الإشارات الرقمية، والربط.

Digital Signal Processing and Edge Intelligence

ويتزايد انتقال تكييف الإشارات إلى المجال الرقمي، وبدلاً من أن تكون مرشحات منخفضة التذاكر، تؤدي العديد من التصميمات الحديثة عمليات التصفيف المضادة للارتحال باستخدام أجهزة الاستعلام المتطورة ومرشحات المعلومات الأساسية بعد تحويلها إلى مواقع ثابتة.

إدماج التعلم في مجال الآلات

وقد بدأت الخوارزميات التعليمية الماكنة في الانتشار في سلاسل تكييف الإشارات للتعويض عن عدم وجود أجهزة استشعار، والتنبؤ بالانجراف، والكشف عن حالات الفشل الافتراضي، فعلى سبيل المثال، يمكن للشبكة العصبية التي تم تدريبها على البيانات التاريخية من محول للفولط الخفي أن تقدر الفولط الأولي الحقيقي بتصحيح الأخطاء في مرحلة الحرارة وآثار الضبط على التلقيح.

شبكة الإنترنت للأشياء وشبكة الاستشعار اللاسلكي

وتتكاثر أجهزة الاستشعار اللاسلكية ذات الطاقة المنخفضة في شبكات التوزيع والحاجات الصناعية الصغيرة، ويجب أن تعمل أجهزة تكييف الإشارات لهذه الأجهزة بميزانيات طاقة منخفضة جداً - وغالباً ما تكون أقل من 1 ميغاواط - مع الحفاظ على الدقة الكافية لرصد التطبيقات، وتحتاج تقنيات التصميم مثل التدوير في الرسوم، وجمع الطاقة، وأساليب النوم إلى عناية دقيقة لضبط أوقات التعبئة في نطاق الترددات والمرشحات 80.

التكنولوجيات المتقدمة لموصلات المواد الكيميائية

وتسمح أجهزة توليد الطاقة الكهربائية في غالويوم (GaN) وكاربيد السيليكون (SiC) بزيادة الترددات (حتى عدة ميغاهرتز) في اللافقاريات والمحولات، وتفرض هذه الأجهزة السريعة متطلبات صارمة بشأن تكييف الإشارات بالنسبة للزوارق الحالية التي تستهلك الاستشعار والتي تتجاوز 100 ميغاهيرتز والرفض الموحد لأكثر من 80 د.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

ومع قيام المرافق بنشر معدات من بائعين متعددين، فإن الحاجة إلى وصلات قياسية لتحديد الاشارات تصبح بالغة الأهمية، إذ أن معايير مثل IEC 61850 تحدد بروتوكولات الاتصالات ونماذج البيانات ولكنها لا تحدد مواصفات نموذجية في نهاية المرحلة، وقد ترى الجهود التي تبذلها مجموعات مثل معيار الرفض المتكامل للمقاييس (C37.118.1)، وسلسلة التصنيفات 62053 للتعديلات على نحو متسق أن تكون معايير الأداء لتحديد الاشتراطات (مثلا، ومجموع المقاييس).

خاتمة

إن تحديد الهوية هو عامل حاسم في التمكين من أداء الشبكة الذكية، مما يؤدي إلى سد الفجوة بين نواتج الاستشعار الخام والبيانات الدقيقة الموثوقة المطلوبة لإدارة الشبكات الحديثة، ومن تعزيز دقة القياس ودعم مراقبة التوقيت الحقيقي إلى التمكين من وضع سيناريوهات عالية التجديد، ومن ثم فإن مبادئ التضخيم والتصفية والعزلة والتحويل لا غنى عنها، غير أن إدماج معايير الاشارات يجلب أيضاً تحديات في مجال القدرة على إحداث الاحترار بالأجهزة.