רשתות חשמל מודרניות עוברות טרנספורמציה עמוקה.כפי שחברות נעות לכיוון אנרגיה מתחדשת, תחבורה חשמלית, ודור כוח מבוזר, זרם חד-דרך מסורתי של חשמל מצמחים מרכזיים לצרכנים כבר לא מספיק.רשתות חכמות - ביישומי חשמל מתקדמים, אופטימיזציה דיגיטלית, שינויים בטכניקות כוח - התפתחה כפתרון לניהול המורכבות הזו.

יסודות של מודלים נתונים במערכות חשמל

מודלים אלה, המודלים של מערכות כוח, הם תהליך יצירת ייצוגים מובנים, קריאים מכונה של רכיבי רשת, תכונותיהם, ואת הקשר שלהם.מודלים אלה משמשים כמקור יחיד של אמת עבור יישומים תפעוליים ואנליטיים, משליטה פיקוח ורכישת נתונים (SCADA) כדי להפוך את מערכות ניהול ההפצה המתקדמות (ADMS). מודל נתונים מארגן היטב מאפשר שירותים לענות על שאלות כגון: מה זה עומס נוכחי על גבי רשת אופטית עבור מתקנים חדשים?

מהו מודל נתונים של מערכת חשמל?

[העיקרון], מודל נתונים מגדיר את הschema - הכללים והמבנה - אשר נתונים על הרשת מאורגנת.זה בדרך כלל כולל שיעורים (למשל, FLT:0SubstationFLT:1, XML:2061,2061, 000 של שימוש ב-ExperiFLTmas, או ב-FLT4, ביצועים של מערכת יחסים "רגילה" (Comi) או "Dremetexicericials" (Operi) ," (Operi) קיבולת) או "Digitaldexericial Modelstodexitedericial)

מערכת נתונים Core ב-Power Systems

כדי ללכוד את המורכבות המלאה של רשת חכמה, מודלים נתונים חייבים לעגל תחומים מרובים.כל דומיין מייצג אזור פונקציונלי ייחודי עם דרישות נתונים ייחודיות משלו.

  • (FLT:0)Generation Datarov: FLT:1 דומיינים אלה מכסה את כל מקורות החשמל, כולל תחנות כוח דלק מאובנים, כורים גרעיניים, סכרים הידרואלקטריים, חוות רוח, וערכים פוטו-וולטאיים סולאריים.תכונות מפתח כוללות יכולת (MW), סוג דלק, עלייה, פרופילי פליטה, ולוח זמנים תחזוקה.
  • (FLT:0 Transmission Data:001) רשתות Transmission מעבירות כוח רב על פני מרחקים ארוכים במתחים גבוהים (בדרך כלל 115 kV ומעל) מודלים נתונים כאן חייבים לייצג קווי שידור (מוליכים, אימפולס, דירוגים), תת-תתתתות (buss, Transformers, breakers), ותכניות הגנה (הגדרות אזוריות), הגדרות גיאופטימיות חשובות לניתוח צמחייה וניהול.
  • (FLT:0Distribution Dataeur:) .0.0.D.(D.FLT:1 מערכת ההפצה מספקת כוח מ substations כדי לסיים את הצרכנים במתחים נמוכים יותר (למשל, 4 kV ל-35 kV) התחום הזה הוא הרבה יותר מטושטש מאשר שידור, לעתים קרובות מעורבים מאות אלפי צמתים עבור מודל יחיד של שימוש בנתונים, מאוחר יותר, מפיצים (חומר, סודיות), כמו גם נקודות מ"ל, כמו גם תכונות כפולות, כמו גם עבור קודריות, ופרטים אחרים, כמו גם עבור קודריות, כמו גם עבור קודריות, כמו גם עבור קודריות, כמו גם עבור קודריות, כמו גם , כמו גם , כמו גם , כמו גם , , , , , , , , , , , .
  • (FLT:0) נתונים של נתונים:FLT:1 ⁇ מתאר כיצד חשמל נצרך לאורך זמן.זה כולל עומסים ברמת המזינים, כמו גם נתונים מרווחים של תשתיות מ"מ מתקדמות" (AMI) בבתים פרטיים ועסקים.תבניות זמן - באופן מיידי, שבועי, עונתי - משמש לחיזוי עומס, תגובה, ועיבודקים של מודלים נתונים חייבים לתמוך גבוה לקריאה (למשל, 15 דקות ללא הפסקה).
  • (FLT:0)Protection and control Data:FLT:1 מכשירים אלקטרוניים חכמים (IEDs) כגון הודעות, סוגרים, ואינדיקטורים פגומים מייצרים נתונים להגנה ואוטומציה. התחום כולל הגדרות עבור תוכניות הגנה עדכניות, מרחק, ותכניות הגנה שונות; אותות סטטוס (פותחים/סגורים, מעודכנים); ואירועי חשמל מבוזרים.

תחומים אלה קשורים זה לזה.לדוגמה, את הפלט של אתר הדור יש מודל לצד קו השידור הנושא את כוחו, ואת הזין ההתפלגות המספק אותו לעומס.מודל נתונים חזק מגדיר את היחסים האלה במפורש, המאפשר חשיפה מקצה לקצה.

מדוע מודלים נתונים הם קריטיים עבור רשתות חכמות

רשת החשמל המסורתית המופעלת על מודלים רדיאליים, סטטיים שעודכנו באופן בלתי צפוי.רשתות חכמות, לעומת זאת, דורשים מודלים דינמיים, קרובים-מציאותיים שמתאימים לשינויים במערכת.היתרונות של נתונים מתקדמים המדגמים אמינות, יעילות, קיימות ומעורבות לקוחות.

מעקב בזמן אמת ובקרה

מרכזי בקרה מודרניים מסתמכים על הערכת מצב המדינה כדי לפקח על תנאי הרשת כל כמה שניות.תוכנה של המדינה משתמשת במודל של טופולוגיה רשת ומדידות בזמן אמת (מתח, זרם חשמל נוכחי), כדי לחשב את המצב התפעולי הסביר ביותר.אם מודל הנתונים אינו מדויק או stale - לדוגמה, אם מתג הוא לא נכון – גירוי המדינה מייצר תוצאות שגויות, עלולות להוביל לפעולות אבטחה שגויות, ולכן הן יכולות להוביל לחיקוי נתונים לא נכונים.

תחזוקה חיזוי וניהול נכסים

Utilities לנהל תשתיות ההזדקנות שווה מיליארדי דולרים. מודלים נתונים הכוללים גיל נכסים, דירוגי מצב, היסטוריה תחזוקה וסטטיסטיקות כישלונות מאפשרות ניתוח חיזוי.לדוגמה, מודל שמתאים את טמפרטורת הנפט של המיר עם שיעורי כישלונות היסטוריים יכול לעורר התראה תחזוקה לפני התמוטטות מתרחשת. על ידי שילוב נתוני חיישן IoT (למשל, צגים חלקית, מדפי פריקוגרפיה אינפרא אדום), נתונים יכולים להתפתח מרשומות סטטיות לרשומות תמיכה דיגיטליות המבוססות על ידי תמיכה.

שילוב של אנרגיה מתחדשת ומשאבים פגומים

דור מתחדש משתנה - סולר ורוח - אינטגרטיבית תנודתיות מאתגרת את פעילות הרשת המסורתית.מודלים נתונים חייב עכשיו לייצג את הטבע הפרובילי של פלט מתחדש, כולל מודלים חיזוי המשלבים נתונים מזג אוויר ודפוסים היסטוריים.יתר על כן, את ההתפשטות של DERs (רומנוף סולרי, אחסון סוללות, מטען רכב חשמלי) דורש מודלים שתופסים את המיקום שלהם, את הקיבולתם, ואת ההתפלגות המצב בזמן אמתי, כלומר, תפוצה של ממש, כלומר, אספקת A.

דרישות תגובה ואנרגיה

מודלים נתונים המטביעים את פלח הצרכנים, דפוסי השימוש של היישום, ומבנים המכס מאפשרים תוכניות תגובה מתוחכמות.לדוגמה, תועלת יכולה להשתמש במודל לזהות לקוחות למגורים עם תרמוסטטיסות חכמות ולשלוח אותות מחירים כדי לצמצם את מיזוג האוויר במהלך אירועי שיא.מודל הנתונים חייב לתמוך בתזמון, אופטימיזציה-in-in-in-opt-out לוגיקה, ו חישובי יעילות אנרגיה גם להסתמך על מודלים כדי לעקוב אחר צריכת בסיס, מדידה, חיסכון מתמשך, ולוודא זמן.

מודלים מרכזיים של נתונים ומסגרות

כדי לאפשר יכולת בין-שימושיות בכל כלי רכב, ספקים ותחומי שיפוט רגולטוריים, תעשיית החשמל פיתחה מספר סטנדרטים עבור איסוף נתונים.אימוץ סטנדרטים אלה מקטין את עלויות האינטגרציה ומאפשר חילופי נתונים.

  • (FLT:0) 970 (CIM) - מודל מידע משותף: FLT:1 תוכנן במקור עבור מערכות ניהול אנרגיה (EMS) שידור, CIM הורחבה להפצת ותפעול שוק (IEC 61968). CIM משתמש ב- UML (שפה לא מוכרת) כדי להגדיר כיתות, תכונות ואגודות.
  • (FLT:0)IEC 6185003:FLT:1 סטנדרט זה מתמקד בתקשורת בתוך תת-קבוצות ובאמצעי בקרה.זה מגדיר מודל נתונים עבור IEDs, נודות לוגיים ושירותי תקשורת מופשטים.IEC 61850 הפך לסטנדרט דה- Facto להגנה ובקרה, תמיכה בהודעות עמיתים-peer-to-peer, דגימות, ו-GoOSE עבור הודעות בין-locking מהיר.
  • (FLT:0)MultiTalk: 1FLT פותח על ידי האגודה הלאומית הלאומית לחשמל (NRECA) ו-American Public Power Association (APPA), MultiTalk הוא מפרט עבור שילוב מערכות עסקיות ותפעוליות במכשור חשמלי.זה מכסה ניהול נתונים מטר, מערכות מידע לקוחות, ניהול גיל המעבר וניהול עבודה.
  • (FLT:0) OpenFMB (OpenFMB): ההרחבה החדשה הזו מתייחסת להתאמה של ניהול DER בקצה ההפצה.OpenFMB מגדיר מודל נתונים ומסגרת מסרים המאפשרת לדפוסי subscriber להחלפת זמן אמת של שידור רשת ופקדים שליטה.זה רלוונטי במיוחד עבור מיקרוגרפיים ואדריכלות מבוזרות.

השימושים צריכים להעריך בקפידה את הסטנדרטים האלה בהתבסס על הנוף הנוכחי של המערכת ועל דרישות עתידיות שלהם.בעוד CIM מספק מודל סמנטי מקיף, המורכבות שלה יכולה להיות מרתיעה.ארגונים רבים לאמץ גישה פרגמטית, באמצעות CIM עבור נתונים של נכס וטופולוגיה תוך מינוף IEC 61 850 עבור מידע הקשור להגנה ו- OpenFMB עבור אינטגרציה ברמה שדה.

אתגרים ב-Data Modeling for Power Distribution

למרות היתרונות ברורים, בנייה ותחזוקה של מודלים של נתונים עבור הפצה חשמלית מציג אתגרים משמעותיים. מכשולים אלה חייבים להיות מוכרים ולטפל כדי לממש את הערך המלא של השקעות רשת דיגיטליות.

איכות נתונים ושלמות

נתוני השירות של Legacy הם לעתים קרובות שלמים, לא עקביים, או מחוץ למועד.מסמכים, רישומים של CAD, ומערכות GIS עשויים להכיל שגיאות או פערים.לדוגמה, תיעוד של משנה עשוי להיות חסר חיבור בשלב או ערך בלתי-מעכב.ניקוי ואימות נתונים עבור מודלים יכולים לצרוך 80% של חוקי אימות נתונים אוטומטיים - כגון בדיקת רמות מתח אלה הן בתוך נקודות טווח או עקבות כי הם דרך חיונית כדי לשפר את הזמן הנדרש כדי לשפר את איכות.

נפח נתונים ו Velocity

עם מיליוני מ"ר דיווח על מרווחי תת-שעות ואלפי חיישנים DER סטרימינג עדכונים סטטוס, נפח ה-Sheer של נתונים יכול להציף מסדי נתונים יחסיים מסורתיים.מודלים נתונים חייבים להיות מעוצבים עם יכולת דרוגית בראש, באמצעות מסדי נתונים של זמן (למשל, InfluxDB, TimescaleDB) עבור נתונים וחנויות טורריות מבוזרות עבור שאילתות אנליטיות, ניתוח נתונים של אבטחה, , , צנזורה, צנזורה, , ההרחבה של אבטחה של אבטחה מהירה יותר, , , , , , , , , ההרחבה של אבטחה , , , ההרחבה של אבטחה , , , , , , , , , , ההרחבה , , ההרחבה ההרחבה ההרחבה , , מנגנוני אחסון במהירות אחסון במהירות אחסון , , , , , , מנגנוני אחסון במהירות , .

אפשרויות ל-Vondor Lock-In

לעתים קרובות יש מערכות מ ספקים מרובים (ADMS, OMS, GIS, CIS, AMI) שמשתמשים במודלים נתונים לא עולים בקנה מידה לא תואמים.ממשקים נקודתיים של נקודת ציון הם רזים ויקרים כדי לשמור על סטנדרטים בתעשייה כמו CIM יכול להפחית את זה, אבל ספקים עשויים ליישם סטנדרטים שונים, המוביל לבעיות בין-אופטריות. פלטפורמה נתונים נפוצה כי כל מערכות מקור לדגם אופציונלי (למשל, CIM) יכול לשרת נתונים יחיד.

אבטחת סייבר ופרטיות נתונים

מודלים נתונים שחושפים תבניות שימוש לצרכנים מפורטות או פרמטרים של בקרת רשת הופכים ליעדים אטרקטיביים עבור מתקפות סייבר. Access Control, הצפנה ואנונימיות חייבים להיבנות לתוך ארכיטקטורת איסוף הנתונים.לדוגמה, נתוני מד הלקוחות צריכים להיות מאומתים עבור ניתוח, בעוד עדיין מאפשרים זיהוי אישי עבור חיוב וניהול מחוץ לגיל.

נכסים מעורבים

ככל שטכנולוגיות חדשות מופיעות – למשל, מהפךים של מדינתיים מוצקים, משווקים המחוברים לרשת, מימן אלקטרוליטייזרים – מודלים של נתונים חייבים להתפתח כדי לייצג אותם.יש להרחיב את המסגרת הדוגמת, ומאפשרים שיעורים חדשים ותכונות להיווספו ללא שימושים קיימים.שימוש בגישה של סכימה-on-read עם חנויות מסמכים גמישות (למשל, MongoDB) יכול לספק גמישות עבור נכסים בעלי ערך, תוך שמירה על נכסים פנימיים.

שיטות טובות ביותר עבור Modern Data Modeling in Smart Grids

ציור מניסיון בתעשייה, כמה שיטות טובות הופיעו לבניית מודלים יעילים של נתונים עבור מערכות הפצת חשמל.

  • (FLT:0) מודל הפניה: FLT:1 התחל עם תקן מבוסס כמו CIM או MultiTalk במקום ליצור מודל קנייני.זה מבטיח תאימות עם כלים בתעשייה ומפחית את העבודה מחדש בעת שילוב מערכות חדשות.
  • (FLT:0)Model for Query Use Cases:03FLT:1) עיצוב הschema המבוססת על השאלות הקריטיות ביותר - למשל, "מצא את כל הלקוחות על מזין מסוים", "נתיב גזע מ substation ל- Customer מ"," קבל עומס היסטורי עבור מהפך."
  • (FLT:0)Combine Topology ו- Property Data:BuildFLT:1 , Store קישוריות מודלים (nodes, Edges, Switchs, מצבי מתג) במסד נתונים של גרף (למשל, Neo4j) תוך שמירה על נכסים בחנות יחסית. גישה היברידית זו מאפשרת שאילתות טופולוגיות מהירות (למשל, הזנה, מסלול, האי) לצד שאילתות עשירות.
  • (FLT:0) משלבים את הממדים טמפליים:FLT:1 , שינויים בנתונים גריידיים לאורך זמן - מונים חדשים מוסיפים, זמני ציוד, משמרת עומס.מודל גרסה (למשל, יעילות של רשומות) או פורמטים של זמן להבטיח כי ניתוחים היסטוריים וביקורת רגולטורית יכולים ליצור מחדש מצבים ברשת הקודמת במדויק.
  • (FLT:0) עיצוב לקונסטנסיקט Eventual Consistency: Embeddph:1) במערכת מבוזרת עם חיישנים קצה וניתוח ענן, נתונים עשויים להגיע מתוך סדר או עם שקיפות.מודל הנתונים צריך לקבל עדכונים חלקיים ולפתור סכסוכים באמצעות דגימות או מספרי רצף.סוגים נתונים ללא קונפליקט (CRDTs) הם טכניקה מתקדמת עבור סינכרונל המדינה.
  • (FLT:0) ממשל ו Stewardship: ההרחבה 1 (APTPoint Data Guards) אחראי על שמירה על דיוק מודל, מסמך שינויים ואכיפת כללי איכות.

כיוונים עתידיים - AI, Digital Twins ו- Edge Computing

מודלים נתונים עבור רשתות חכמות ממשיכים להתפתח, מונעים על ידי התקדמות באינטליגנציה מלאכותית, טכנולוגיה תאום דיגיטלית, ומחשוב קצה. תאומים דיגיטליים - העתקים וירטואליים של נכסים ברשת פיזית - באופן ישיר על מודלים נתונים מפורטים, בזמן אמתיים שלוכדים לא רק תכונות סטטיות אלא גם התנהגויות דינמיות (למשל, תגובה תרמית, תכונות ההזדקנות) אלה הם ניזונים על ידי חיי חיישןי אינטרנט ונתונים היסטוריים, ומאפשרים לסימולציה של "אם רשת" אם היא משפיעה על תרחישים חיים ללא תרחישים חיים.

אלגוריתמי למידת מכונות דורשים נתונים מתוייגים באיכות גבוהה.על ידי הטמעת metadata כגון דגלי כשל בציוד, מתאםי מזג אוויר, וזמני אירועים בתוך מודל הנתונים, שירותים יכולים להכשיר מודלים חיזוי יעיל יותר.לדוגמה, מודל מהפך הכולל טמפרטורת שמן, לחות, והיסטוריית העומס ניתן להשתמש כדי לחזות חיים שימושיים תוך כדי הגדלת או שינוי מודלים של זמן מבוסס.

מחשוב קצה מביא ניתוח קרוב יותר למקור הנתונים, צמצום השימוש בעקביות ובפסיבי רוחב פס.מודלים נתונים המיועדים למכשירי קצה חייבים להיות קלים ולתמוך בפעילות לא מקוונת עם סינתזה סופית. סטטיסטיקות סיכום וכללי בקרה מקומיים (למשל, אופטימיזציה תנודתית) יכולים לפעול על חומרה מרוסנת אם מודל הנתונים נמנע מהצטרפות עמוק יחסי.התעשייה נעה לכיוון microservicesized Exchange אשר משתמש במודלים סטנדרטיים כמו OpenFMB.

מסקנה

מודלים נתונים אינם רק פעילות טכנית - זה הבסיס שעליו בנוי אינטליגנציה רשת חכמה. כמו מערכות חשמל להיות מורכב יותר, הדרישות במודלים נתונים רק להגדיל. Utilities להשקיע במובנים היטב, תקנים בהתאמה, מודלים נתונים חסכוניים יהיה יותר ממוצב טוב יותר לשלב, לנהל משאבים מבוזרים, לשפר את האמינות, ולעסוק לקוחות.

לקריאה נוספת, ייעוץ משאבים מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) ,REL) ,ERFLT:2IEEE Power & Energy Society's Report הטכני של החברה על תקני נתונים 3, ו-FLT:4U.S המחלקה לחדשנות של אנרגיה מודרנית:5 מקורות אלה מספקים במסגרת מידע מעמיק ומחקר.