Table of Contents

Η Αυξανόμενη Ανάγκη για Προωθητική Διαχείριση Πλέγματος

Οι διακοπές ρεύματος κοστίζουν στην οικονομία των ΗΠΑ περίπου 150 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως[, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας. Πέρα από τα οικονομικά διόδια, οι διακοπές ρεύματος διαταράσσουν τις κρίσιμες υπηρεσίες όπως νοσοκομεία, συστήματα νερού και επικοινωνίες. Ιστορικά, οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας ανταποκρίθηκαν σε αποτυχίες αντιδραστικής ενέργειας ⁇ αποκατάστασης μετά από μια διακοπή. Αλλά ένα νέο κύμα καινοτομίας μετατοπίζει το παράδειγμα προς [ προβλέποντας και προλαμβάνοντας διακοπές πριν συμβούν[. Συνδυάζοντας προηγμένες αναλύσεις δεδομένων, έξυπνες υποδομές και κοινοτικό σχεδιασμό, το ηλεκτρικό δίκτυο γίνεται πιο ανθεκτικό, αποδοτικό και προσαρμοστικό.

Προηγμένη ανάλυση δεδομένων και μηχανική μάθηση

Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης είναι πλέον ικανά να επεξεργαστούν εκατομμύρια σημεία δεδομένων από έξυπνα μέτρα, αισθητήρες καννάβου, μετεωρολογικούς σταθμούς και αρχεία διαχείρισης βλάστησης. Αυτοί οι αλγόριθμοι μαθαίνουν πρότυπα που προηγούνται των αποτυχιών ⁇ όπως διακυμάνσεις τάσης, ανισορροπίες φορτίου, ή ασυνήθιστες ενδείξεις θερμοκρασίας στους μετασχηματιστές.

Προβλεπτικά Μοντέλα σε Δράση

Για παράδειγμα, Το σύστημα τους παράγει αποτελέσματα κινδύνου για συγκεκριμένες γραμμές μετάδοσης, επιτρέποντας την στοχευμένη απο-ενεργοποίηση μόνο όταν χρειάζεται ⁇ ελαχιστοποιώντας τον αντίκτυπο των πελατών ενώ προλαμβάνετε καταστροφικές πυρκαγιές. Μια μελέτη περίπτωσης που δημοσιεύθηκε από PG&E ανέφερε μια βελτίωση 26% στην ακρίβεια πρόβλεψης των ζημιών μετά την εφαρμογή αυτών των αλγορίθμων.

Πηγές δεδομένων και προκλήσεις ενσωμάτωσης

Η αποτελεσματική μάθηση μηχανών απαιτεί ποικίλα, υψηλής ποιότητας δεδομένα. Οι εφαρμογές συνδυάζουν τις ενδείξεις SCADA, τα δεδομένα AMI (προηγμένες υποδομές μέτρησης), τις δορυφορικές εικόνες για την καταπάτηση βλάστησης, ακόμη και τις ζωοτροφές κοινωνικής δικτύωσης που αναφέρουν φώτα που τρεμοπαίζουν. Ωστόσο, η ενσωμάτωση αυτών των διαφορετικών ροών παραμένει μια πρόκληση λόγω των κληροδοτημένων συστημάτων και των σιλό δεδομένων. Ο υπολογιστής Edge [ αναδύεται ως λύση, τα δεδομένα επεξεργασίας τοπικά σε υποσταθμούς για τη μείωση της λαθρεμπορίας και των απαιτήσεων εύρους ζώνης.

Τεχνολογίες Smart Grid

Ένα έξυπνο δίκτυο δεν είναι μια ενιαία τεχνολογία αλλά ένα οικοσύστημα αισθητήρων, δικτύων επικοινωνίας, και αυτοματοποιημένων ελέγχων. Αυτά τα συστήματα επιτρέπουν την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της τάσης, του ρεύματος και της συχνότητας σε όλο το δίκτυο διανομής. Όταν ένα σφάλμα ανιχνεύεται ⁇ π.χ., ένα κλαδί δέντρο που έρχεται σε επαφή με μια γραμμή ⁇ διακόπτες μπορούν να απομονώσουν αυτόματα το πληγεί τμήμα και να επαναδρομολογήσουν την ισχύ από άλλους τροφοδότηδες, συχνά σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Αυτοθεραπευόμενα κανόνια

Οι δυνατότητες αυτο-θεραπείας είναι από τις πιο επιρρεπείς καινοτομίες του έξυπνου δικτύου. Χρησιμοποιώντας [[LFT:0]] διανεμημένη νοημοσύνη[[LFT:1]], οι ανακλαστήρες και οι τοποποιητές επικοινωνούν μεταξύ τους για να αναδιαμορφώσουν την τοπολογία του δικτύου. Για παράδειγμα, αν αποτύχει ένας κύριος τροφοδότης, το σύστημα μπορεί να κλείσει διακόπτες σύνδεσης για να αποκαταστήσει την υπηρεσία από έναν παρακείμενο τροφοδότη. Σύμφωνα με το [[LFT:2]U.S. Department of Energy’s Grid Modernization Initiative[[LFT:3]], οι πρώτοι υιοθετητές της τεχνολογίας αυτο-θεραπευτικής έχουν μειώσει τα λεπτά διακοπής πελατών κατά 40%.

Προηγμένες υποδομές μέτρησης (AMI)

Τα έξυπνα μέτρα παρέχουν αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ πελατών και κοινής ωφέλειας. Πέρα από την τιμολόγηση, τα δεδομένα AMI επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της τάσης, την ανταπόκριση στη ζήτηση και την ανίχνευση της διακοπής λειτουργίας στο μεμονωμένο νοικοκυριό. Όταν ένα μέτρο χάνει την επικοινωνία, η χρησιμότητα μπορεί να περιλαμβάνει μια τοπική διακοπή και αποστολή πληρωμάτων χωρίς να περιμένει τις κλήσεις των πελατών.

Προβλεπόμενη Συντήρηση

Ο εξοπλισμός συντήρησης που λειτουργεί και σταθεροποιεί μόνο αφού αποτύχει οδηγεί σε μη προγραμματισμένες διακοπές και συχνά σε αστοχίες. \" προβλεψιμότητα συντήρησης μετατοπίζει την προσέγγιση με συνεχή παρακολούθηση των δεικτών υγείας του εξοπλισμού, όπως η ανάλυση διαλυμένου αερίου στους μετασχηματιστές, τα επίπεδα κραδασμών σε περιστρεφόμενα μηχανήματα και η θερμική απεικόνιση στο πλαίσιο της διακόπτη.

Δίκτυα αισθητήρων και IoT

Οι αλγόριθμοι ανιχνεύουν ανωμαλίες όπως αύξηση της θερμοκρασίας του πετρελαίου ή μερική εκκένωση σε καλώδια. [[LFT:0]]Florida Power & Light[[LFT:1]] (FPL) που έχουν αναπτυχθεί πάνω από 10.000 αισθητήρες στους μετασχηματιστές διανομής και μειωμένα ποσοστά αποτυχίας μετασχηματιστή κατά 15% ετησίως. Η χρησιμότητα τώρα εκτελεί συντήρηση μόνο όταν τα προγνωστικά μοντέλα δείχνουν μια υψηλή πιθανότητα αποτυχίας, εξοικονομώντας εκατομμύρια σε κόστος εργασίας και αντικατάστασης.

Ψηφιακά Δίδυμα για Υποσταθμούς

Ένα ψηφιακό δίδυμο είναι ένα εικονικό αντίγραφο ενός φυσικού περιουσιακού στοιχείου, ενημερωμένο με δεδομένα αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο. Με την προσομοίωση των συνθηκών στρες ⁇ όπως ένα κύμα θερμότητας ή αστραπιαία καταιγίδα ⁇ φορείς μπορεί να προβλέψει ποια συστατικά είναι πιθανό να αποτύχει. ABB[] και [Siemens[] έχουν αναπτύξει ψηφιακές διδύμες πλατφόρμες για υποσταθμούς, επιτρέποντας στις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να εκτελέσουν σενάρια “τι-αν” χωρίς να διακινδυνεύσουν πραγματικές λειτουργίες δικτύου. Αυτή η προληπτική διορατικότητα επιτρέπει τον ακριβή προγραμματισμό των παραθύρων συντήρησης, ελαχιστοποιώντας τη διαταραχή των πελατών.

Πρόγνωση Καιρού και Κλιματική Μοντελοποίηση

Τα ακραία καιρικά φαινόμενα ⁇ πουλιές, παγοθύελλες, πυρκαγιές και κύματα θερμότητας ⁇ είναι η κύρια αιτία των μεγάλης κλίμακας διακοπές ρεύματος. Βελτιωμένη πρόγνωση καιρού, σε συνδυασμό με την κλιματική μοντελοποίηση, δίνει στους χρήστες μεγαλύτερο χρόνο για την προετοιμασία των υποδομών και την ανάπτυξη πληρωμάτων.

Μοντέλα καιρού υψηλής ανάλυσης

Τα σύγχρονα μοντέλα καιρού λειτουργούν τώρα σε υπο-χιλιόμετρο ανάλυση, προβλέποντας τοπικές ⁇ πές ανέμου, κεραυνούς και φορτία χιονιού. Τα Utilities ενσωματώνουν αυτές τις προβλέψεις σε μοντέλα πρόβλεψης διακοπών που εκτιμούν τον αριθμό και τη θέση των πιθανών αποτυχιών. Για παράδειγμα, [[LFT:0]]Η Duke Energy[[[LFT:1]] χρησιμοποιεί τα [[[LFT:2]]Weather Company[[LFT:3]] δεδομένα για την πρόβλεψη επιπτώσεων καταιγίδας 48 ώρες πριν, προ-θέτουν συνεργεία επισκευής και την αποθήκευση των πόλων αντικατάστασης σε περιοχές υψηλού κινδύνου.

Μείωση του κινδύνου για την άγρια πυρκαγιά

Η κλιματική αλλαγή έχει εντείνει τις εποχές της πυρκαγιάς, αναγκάζοντας τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να καινοτομήσουν. Μοντέλα τώρα παράγοντας στην υγρασία της βλάστησης, την ταχύτητα του ανέμου, τη σχετική υγρασία, και την πυκνότητα καυσίμου για να παράγουν ημερήσιους χάρτες κινδύνου. Καλιφόρνια προγράμματα κοινής ωφέλειας όπως Νότια Καλιφόρνια Έντισον και Σαν Ντιέγκο Γκας & Ηλεκτρικό[[LFT:3] έχουν αναπτύξει προγράμματα διακοπής της ισχύος της δημόσιας ασφάλειας (PSPS) με βάση αυτά τα αποτελέσματα κινδύνου. Ενώ αμφιλεγόμενα, τα αποκόμματα έχουν βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τη μηχανική μάθηση για να μειώσουν τους πληγέντες πελάτες κατά 30% χωρίς αύξηση των ποσοστών ανάφλεξης πυρκαγιάς.

Διανεμημένοι Ενεργειακοί Πόροι (ΔΣ) και Μικρογρίδια

Η ενσωμάτωση ηλιακών συλλεκτών, αποθήκευσης μπαταριών, ηλεκτρικών οχημάτων, και εφεδρικών γεννητριών στο δίκτυο δημιουργεί τόσο προκλήσεις και ευκαιρίες για την πρόληψη διακοπών.

Μικρογρίδια ως Συστήματα Νησιωτικής

Τα μικρογρίδια μπορούν να αποσυνδεθούν από το κύριο δίκτυο και να λειτουργήσουν αυτόνομα κατά τη διάρκεια μιας διακοπής ⁇ μιας διαδικασίας που ονομάζεται «νησί». Νοσοκομεία, πανεπιστήμια και κρίσιμες εγκαταστάσεις εγκαθιστούν όλο και περισσότερο μικρογρήγορα συστήματα ελέγχου που ανιχνεύουν αυτόματα βλάβη του δικτύου και αλλάζουν σε τοπική γενιά. Το Princeton University microgrid, για παράδειγμα, διατήρησε την πανεπιστημιούπολη τροφοδοτούμενη κατά τη διάρκεια του τυφώνα Σάντι ενώ οι γύρω περιοχές έχασαν το ηλεκτρικό ρεύμα για μέρες.

Εικονικά εργοστάσια παραγωγής ενέργειας

Η συγκέντρωση των οικιακών μπαταριών και των έξυπνων θερμοστασίων σε ένα εικονικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής (VPP) επιτρέπει στους χρήστες να στέλνουν αποθηκευμένη ενέργεια κατά τη διάρκεια της μέγιστης ζήτησης ή καταστάσεων έκτακτης ανάγκης στο δίκτυο. Η Sunrun και Η PG&E είναι πιλότοι VPP στην Καλιφόρνια που μπορούν να μετατοπίσουν έως και 100 MW φορτίου ⁇ αρκετά σε 75.000 σπίτια ⁇ συντονίζοντας χιλιάδες οικιακές μπαταρίες. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο διακοπής ρεύματος κατά τη διάρκεια των θερμοκυμάτων χωρίς την κατασκευή νέων εγκαταστάσεων κορύφωσης ορυκτών καυσίμων.

Κυβερνοασφάλεια στην Εγγύς Εγγύς Ασφάλεια

Καθώς το δίκτυο γίνεται πιο ψηφιοποιημένο, οι επιθέσεις στον κυβερνοχώρο αποτελούν αυξανόμενη απειλή για την αξιοπιστία. Μια καλά εκτελεσμένη κυβερνοεπίθεση μπορεί να απενεργοποιήσει συστήματα παρακολούθησης, διεφθαρμένους αλγόριθμους ελέγχου, ή ακόμη και να προκαλέσει φυσική βλάβη στον εξοπλισμό.

Ανίχνευση διαχωρισμού δικτύου και εισαγωγής

Τα Utilities υιοθετούν το πλαίσιο ασφάλειας στον κυβερνοχώρο του NIST, κατακερματίζοντας τα δίκτυα επιχειρησιακής τεχνολογίας (OT) από τα εταιρικά δίκτυα πληροφορικής. Τα συστήματα ανίχνευσης διείσδυσης παρακολουθούν τα ανώμαλα μοτίβα κυκλοφορίας που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν παραβίαση.

Μηχανική Μάθηση για ανίχνευση απειλών

Οι πλατφόρμες ασφαλείας που βασίζονται στην AI αναλύουν τα αρχεία καταγραφής δικτύου για τον εντοπισμό μη-ημερών εκμετάλλευσης και των απειλών που αφορούν εμπιστευτικά δεδομένα. Για παράδειγμα, [Darktrace χρησιμοποιεί μη-επιτηρούμενη μάθηση μηχανών για να μοντελοποιήσει τη φυσιολογική συμπεριφορά για τους ελεγκτές του δικτύου και προειδοποιεί τους φορείς εκμετάλλευσης σε αποκλίσεις, συχνά πριν από μια επίθεση προκαλεί επιχειρησιακές επιπτώσεις.

Κοινοτική συμμετοχή και σχεδιασμός ανθεκτικότητας

Η δημιουργία τοπικών πόρων ⁇ όπως οι εφεδρικές γεννήτριες, το αποθηκευμένο νερό και τα δίκτυα εθελοντών ⁇ συντονίζεται όταν το δίκτυο αποτυγχάνει.

Ανελκυστήρες με κινητήρα

Πολλές πόλεις δημιουργούν κέντρα ανθεκτικότητας ⁇ κοινοτικά κέντρα εξοπλισμένα με ηλιακούς συλλέκτες, αποθήκευση μπαταριών και επικοινωνίες έκτακτης ανάγκης. Κατά τη διάρκεια διακοπών, οι κόμβοι αυτοί παρέχουν κρίσιμες υπηρεσίες όπως η χρέωση συσκευών, η ισχύς ιατρικού εξοπλισμού και η ψύξη. Η Πόλη του Γραφείου Διαχείρισης Έκτακτων Περιστατικών του Πόρτλαντ έχει πιλοτικά κόμβους ανθεκτικότητας σε ευάλωτες γειτονιές, χρησιμοποιώντας την ανατροφοδότηση της κοινότητας για την ιεράρχηση θέσεων και υπηρεσιών.

Προετοιμασία από την πλευρά του πελάτη

Τα βοηθητικά προγράμματα επεκτείνουν τα προγράμματα εκπαίδευσης πελατών στην ασφάλεια της διακοπής: με τη χρήση γεννητριών με ασφάλεια, με την απενεργοποίηση συσκευών για την πρόληψη των τάσεων και την αναφορά των κάτω καλωδίων. Μερικοί προσφέρουν ακόμη και κίνητρα στους πελάτες για την εγκατάσταση έξυπνων πάνελ που μπορούν να αποσυνδέσουν αυτόματα μη κρίσιμα φορτία κατά τη διάρκεια μιας διακοπής ρεύματος, μειώνοντας την πίεση στα εφεδρικά συστήματα.

Συμπέρασμα

Το μέλλον της πρόληψης διακοπής ρεύματος έγκειται σε μια σφαιρική προσέγγιση: μηχανική μάθηση που προβλέπει αποτυχίες πριν συμβούν, έξυπνα δίκτυα που θεραπεύουν τους εαυτούς τους, προγνωστική συντήρηση που επεκτείνει τη ζωή των περιουσιακών στοιχείων, και κοινοτικές συνεργασίες που ενισχύουν την ανθεκτικότητα. Ενώ κανένα σύστημα δεν μπορεί να εξαλείψει όλες τις διακοπές, ο συνδυασμός αυτών των καινοτόμων τεχνικών έχει ήδη προσφέρει μετρήσιμες μειώσεις στη συχνότητα των διακοπών, τη διάρκεια και το κόστος.