הבנתם של Phasors ותפקידם במערכות Power

Phasors הם כלים מתמטיים חיוניים לפשט את הניתוח של מעגלים נוכחיים (AC) אשר מהווים עמוד השדרה של רשתות חשמל מודרניות. Aphasor מייצג גלפור סינוסי - כגון מתח או זרם - על ידי שני פרמטרים מרכזיים: גודלו (amplitude of the Wave) ואת זוויתו (השינוי היחסי לנקודת התייחסות בזמן).

בפועל,phasors משמשים כדי מודל של זרימת כוח, יציבות מתח, ותנאים פגומים. כאשר מספר רב של פאצים משולבים וקטורלי, הם חושפים את ההתנהגות נטו של הרשת בכל רגע נתון.הרעיון חוזר לצ'ארלס Proteus Steinmetz בסוף המאה ה -19, אבל היישום שלה התפתח באופן דרמטי עם כניסת טכנולוגיה דיגיטלית היום, מדידות phasor נתפסים על ידי 120 מעלות צלזיוס (מתאים) אשר סיפקו רמות זרם סטטינים מדויקים (מתאים) אשר היומין) אשר היו קיימים ב סימולציה גבוהה יותר) ו סימולציה (מתאים) אשר היו סימולציה ברמה גבוהה יותר) אשר היו סימולציות) אשר היה 30 סימולציה (מתאים ברמה גבוהה יותר) אשר היו ⁇ (מתאים אלה היה 30 ⁇ (מתאים) עם הופעתם) אשר היו ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

היכולת למדוד את הפציטורים בזמן אמת היא קריטית עבור עיר חכמה עמידות.ערים חכמות תלויות בעומס חשמל בלתי מופרע כדי לכפות את כל מה שמטילים תנועה ומשאב מים לבתי חולים ומרכזי נתונים.כל הפרעה יכולה לחלחל לתוך כאוס נרחב.טכנולוגיית Phasor מספקת את המודעות הסיטואציה הדרושה כדי למנוע או להקטין אירועים כאלה.

יחידות מדידה Phasor (PMUs) - העיניים של הרשת החכמה

יחידת מדידה Phasor היא מכשיר מיוחד המצביע על כמויות חשמליות ברשת וממיר אותם לתוך נתונים phasor מסונכרנים.בניגוד יחידות מסוף מרוחקות קונבנציונליות (RTUs) הדוחות רק ערכים ממוצעים בכל כמה שניות, PMUs יכול לספק עד 60 מדידות phasor לשנייה על פני ערוצים מרובים.כל מדידה מתויגת עם חותמת זמן מדויקת בתוך מיקרו שנייה הודות ל- GPS, לעומת סינתזה של זמן זה מאפשר אפילנרו של נתונים באופן ישיר.

PMUs הם פרוסים בצומת מפתח ברשת השידור וההפצה - כגון תת-התחברות, נקודות חיבור ומרכזי עומס קריטיים.הם ללכוד הן נקודות phasors חיובי (שימוש במערכות מאוזנות) ושליליות ואפס-השוויון phasors (שימוש בזיהוי תקלות שאינן מאוזנות) הנתונים שהם מייצרים מוזרםים ל-Phasor Data-Crection (מתאים יותר ל-Cretexitation) ולקבועים (מעקביות), אשר לפני ש-i-Cretexrections-i-Creative-Creative-Preative-Creative-Cretexit) ו-Preative-upretconer-upreative-Pretexit (מתאים יותר ל-upit) למערכות בקרה מרובות (מתאים נתונים (מתאים נתונים (מתאים נתונים (מתאים יותר, אשר מאפשר זיהוי של זמן-upit (מתאים נתונים (מתאים יותר מאשר מערכות בקרה עדכניים) ו-uprections-uprections-uprecrecrecrections) ו-i-iOS) ו-i-i-i-Acc

בהקשר של עיר חכמה, PMUs משולבים יותר ויותר עם חיישנים אחרים - כגון תחנות מזג אוויר, מ"ר חכם ומכשירי אוטומציה הפצה - כדי ליצור תמונה תפעולית הוליסטית.לדוגמה, שילוב של נתוני PMU ותחזיות מזג אוויר יכול לעזור לחזות את ההשפעה של גלי חום על טעינה טרנספורמטיבי, המאפשר למפעילים להתאים דור או לדרוש תוכניות תגובה באופן דומה, במהלך סערה, PMUs יכול לזהות את המיקום המדויק ואת סוג של עץ פגיעה.

היתרונות של הפרידה PMU עבור חוסן עירוני

  • (FLT:0) Faster Fault Detection and Localization:BuildFLT:1 למערכות הגנה מסורתיות מסתמכות על המדידות המקומיות ויכולות לקחת שניות כדי לצאת למסעות פורצים.מערכות הגנה רחבות-שטחיות של PMU יכולות לזהות תקלות מתחת למעגל (16 מ's עבור 60 מערכות הרץ) ולסמן את המיקום בתוך כמה מאות מטרים.
  • (FLT:0) הערכת המדינה: אסטימומציה: ⁇ ה של מערכת החשמל 1 (Power system estimation) - תהליך של הערכת גודל המתח וזווית שלב בכל אוטובוס – מבוצע באופן מסורתי כל כמה דקות באמצעות נתוני SCADA איטיים. PMU מעדכן את הערכת המדינה כל 10-30 מ"ג שניות, ומספק מפעילי עם תצוגה של זמן קצר כמעט-מציאותי של רשת זו מאפשרת ניתוח מדויק יותר.
  • (FLT:0) עידוד Blackout Prevention:FearLT:1 ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Support for Distributed Energy Resources (DERs): FLT:1 כמו ערים חכמות לאמץ גג השמש, אחסון סוללות, ותחנות טעינה לרכב חשמלי, הרשת הופכת דינמית וקשה יותר לניהול. PMUs לספק את המדידות גבוהה צריך לתאם משאבים אלה, להבטיח כי מתח ותדירות נשארים בתוך גבולות מקובלים גם כאשר דור הוא משתנה מאוד.

Synchrophasors and their Role in Wide-area Monitoring

המונח "סנכרופר" מתייחס לphasor כי הוא זמן-stamped באמצעות הפניה נפוצה (UTC מ- GPS) סינכרוניזציה זו מאפשרת מדידות ממאות PMUs להיות משולב לתוך אחד נתונים קוהרנטיים להגדיר.רחב-area ניטור מערכות (WAMS) בנוי על סינכרונרופסטור טכנולוגיה נותן נוף עין של הציפור של כל רשת מחוברת במהירות, לעתים קרובות על פני ערים גדולות יותר, אפילו על פני שטח רחב יותר, כי הוא רחב יותר, או אזורים רחב יותר.

לדוגמה, טיול גנרטור במדינה שכנה יכול לגרום תנודות תדירות כי לנסוע כמעט במהירות האור.ללא סינכרנרופס, הסימן הראשון של צרות יכול להיות ירידה מתח בתת המצע של העיר החכמה - מאוחר מדי לנקוט פעולה מונעת.עם סינכרנכרנרופס, מרכז השליטה של העיר יכול לראות את ההפרעה המתפתחת בזמן אמת ולהפעיל משאבים מהירים מקומיים כגון משאבה עירונית מתואם לאפקטים מתקדמים של קירור גזים.

נתונים Synchrophasor גם תומך בניתוח לאחר כשלון או ציוד, מהנדסים יכולים לשחזר את רצף של מדידותphasor כדי להבין את שורש הסיבה ולשפר תוכניות הגנה.כלי רכב רבים עכשיו שאלון נתונים במשך שנים, באמצעות זה כדי לאמת מודלים ותכנית שדרוגים. עבור ערים חכמות כי הם מתפתחים ברציפות, גישה זו מונעת נתונים מאפשר יותר ממוקדים בשרשרת התקשות ומודרניזציה.

אתגרים בביצוע טכנולוגיית Phasor בערים חכמות

למרות היתרונות ברורים, פריסת טכנולוגיית phasor בקנה מידה בסביבות עירוניות מציגה כמה אתגרים משמעותיים.אתגרים אלה משתרעים על תחומים טכניים, כלכליים ורגולטוריים, ולטפל בהם הוא קריטי למימוש הפוטנציאל המלא של חוסן עיר חכמה.

נפח נתונים ו- Latency

ראש ממשלה יחיד יכול לייצר עד 7200 נקודות נתונים לשנייה (60 מדידות לשני × 120 ערוצים) עיר עם עשרות PMUs יכול לייצר terabytes של נתונים מדי יום. Transmitting, אחסון וניתוח נתונים אלה בזמן אמת דורש רשתות תקשורת חזקות - רצוי סיבים אופטיים או 5G - ותשתיות מחשוב חזקות הוא דאגה עיקרית: בעוד המדידה עצמה לוקחת רק מיקרו-שניות של פעילות תחת מילימטרית זו, כלומר, כלומר, היא בעלת 100 שניות, כלומר, היא בעלת מילימטרים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, היא בעלת מילימטרים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם מערכות בקרה אלקטרומגנטית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עם מערכות בקרה גבוהה יותר מ- 2, עם מערכות בקרה גבוהה.

מחשוב צוק מתפתח כפתרון לצמצום השקיפות.על ידי עיבוד נתוני PMU גולמיים באופן מקומי בתת-תאימות או אפילו ברמת המכשיר, רק אזעקה קריטית וסכומים צריכים להיות נשלחים למרכז הבקרה.אדריכלות זו גם מקטין את רוחב הפס.עם זאת, היא דורשת תכנון זהיר כדי להבטיח כי שום מידע יקר אינו אבוד וכי נקודות קצה יכולות להתמודד עם תנאים מהירים אוטונומיים.

אבטחת סייבר ואינטגריטי נתונים

נתוני PMU משמשים לשליטה בזמן אמת, כלומר כל tampering או שחיתות יכול להיות השלכות קטסטרופליות. התוקף יכול להזריק מדידות phasor כוזבות למפעילים לא משוחדים, או אפילו לגרום לממסרים הגנה לנסיעות בערים חכמות, עם התשתית הדיגיטלית המקושרת שלהם, הם מטרות אטרקטיביות להתקפות סייבר.

עלויות וסטנדרטיזציה

PMUs יקרים יותר מאשר יחידות מסוף מרוחקות מסורתיות (RTUs) - לעתים קרובות עלות 10,000 $ $ $ $ 20,000 ליחידה, לא כולל התקנה, חיוט, שדרוג תקשורת. עבור עיר גדולה, ההשקעה יכולה לרוץ ל מליוני דולרים, בעוד היתרונות לעתים קרובות להצדיק את העלות לאורך זמן, שמירה על מימון קו החזית יכול להיות קשה, במיוחד עבור עיר גדולה יותר: IEEEa- 8.2 כלי תקשורת זה כולל נתונים רבים.

אימון ופיתוח כוח העבודה

טכנולוגיית Phasor דורשת ידע מיוחד להתקין, לשמור ולפרש.מהנדסי מערכת Power חייבים להבין עיבוד אותות, פרוטוקולי תקשורת וניתוח נתונים. שירותים רבים וסוכנויות עירוניות להתמודד עם פער מיומנויות, כפי עובדים מנוסים לפרוש ושכרים חדשים חסרים חשיפה ידיים על מערכות PMU. להשקיע בתוכניות הכשרה ושותפויות עם אוניברסיטאות הוא חיוני, אבל זה מוסיף את העלות הכוללת ואת הזמן של פריסה.

כיוונים עתידיים: AI, Edge Computing, ו- Self-Healing Grids

העתיד של טכנולוגיית phasor בערים חכמות הוא שילוב עמוק יותר עם בינה מלאכותית (AI), מחשוב קצה, ואת הרעיון של רשתות הפחתת עצמיות. כמו יכולות חישוביות לשפר, אלגוריתמים AI יכולים לעבור נתונים מסיביים של PMU כדי לחזות כישלונות ימים או שבועות מראש. לדוגמה, מודלים של למידת מכונות יכולים ללמוד את חתימות הphasor הרגילות של משתנים וגילוי שינויים עדינים כי ההידרדרות תרמית או בידוד מוקדם מאפשר התנגשויות מוקדם של ציוד מוקדם.

מחשוב צוק יאפשר לולאות בקרה מקומיות אוטונומיות הפועלות ללא ציפייה להנחיות ממרכז הבקרה. A PMU במזינה יכול לזהות מתח שגרמה על ידי התחלה מוטורית גדולה, ולדחוף מערכת אחסון סוללות מקומית כדי להזריק כוח תגובתי, כל בתוך כמה אלפי מילימטרים.סוג זה של תגובה מקומית מהירה חיוני לשמירה על איכות הכוח בנוכחות מקורות אנרגיה מבוזרים.

(הרשתות של עצמיות הן המטרה האולטימטיבית: רשת שבודדה באופן אוטומטי פגמים, מנחת מחדש את הכוח, ומשחזרת את השירות לאזורים בלתי מושפעים ללא התערבות אנושית.המידע של Phasor הוא מערכת העצבים של רשת כזאת: במהלך אשמה, PMUs במגוון נקודות, אך דרישות בנייה של מערכות ניהול עצמיות טובות יותר לפני, ולאחר אלגוריתמים מתקדמים - לעתים קרובות על בסיס גרף ואופטימיזציה של חשמל, כאשר הם אינם נדרשים למגבלות על ידי רצף של 1F2 מעלות צלזיוס, תוך כדי אספקת חשמל, אך ורק כדי רצף של מגבלות:

מחקרים: פשטות של ערים חכמות בעולם

כמה ערים ברחבי העולם כבר החלו למינוף טכנולוגיית הפקודים לשיפור החוסן.דוגמה בולטת אחת היא העיר אוסטין, טקסס אוסטין אנרגיה, השירות העירוני, לפרוס PMUs ב substations מפתח כחלק מטייס רשת חכם ממומן על ידי משרד האנרגיה האמריקאי, הנתונים של PMU מזין לתוך מערכת ניטור רחב רחב אשר נותן מפעילי בזמן אמת-זמן חשיפה לרשת של 50 אלף תאים קשים אשר עלולים להשפיע באופן אוטומטי על פני כדור הארץ.

באירופה, העיר אמסטרדם שילבה את PMUs עם מערכות האנרגיה המחוזיות שלה.התועלת "אליאנדר" משתמשת סינכרוןhrophasors כדי לפקח על רשת גבוהה של צמיחה המספקת את הנמלים ומרכזי הנתונים של העיר.על ידי שילוב נתונים של PMU עם מדידות ממטר חכם על מצרכי מזון נמוכים, הם יכולים לחזות מתי הופך קרוב יותר עומסי מעבר ועומסים סמוכים לכדי ירידה של 3 פעמים על ידי ירידה בנתונים.

אסיה גם מתקדמת: רשות שוק האנרגיה של סינגפור השיקה פרויקט סינכרון בשנת 2020, התקנת 30 PMUs ברחבי רשת השידור וההפצה של המדינה האי.הנתונים משמשים למעקב בזמן אמת ותומך באינטגרציה של מספר גדל והולך של מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות.

מסקנה: התפקיד הבלתי ניתן לערעור של Phasors בבניית ערים חכמות

הטכנולוגיה של Phasor עברה מסקרנות מחקרית לכלי מעשי המעצב מחדש את האופן שבו ערים מנהלות את תשתיות החשמל שלהם.היכולת למדוד מתח ועקרונות נוכחיים עם דיוק מיקרו-שני נותן למפעילים רמת מודעות מצבית חיונית למניעת גלקסיות שחורות, שילוב אנרגיה מתחדשת, ושמירה על איכות הכוח בסביבה עירונית מורכבת יותר ויותר.

עם זאת, הדרך לאימוץ נרחב אינה ללא מכשולים.עלויות גבוהות, חששות אבטחת סייבר, בעיות ניהול נתונים, ומחסור באנשי צוות מיומנים כולם מציבים מכשולים שיש לטפל בהם באמצעות שיתוף פעולה בין שירותים, ספקים טכנולוגיים, סוכנויות ממשלתיות ומוסדות אקדמיים. תקנים חייבים להיות פגומים, מודלים עסקיים חייבים להתפתח כדי ללכוד את הערך המלא של נתונים מphasor עבור פעולות רשת ותכנון ערים.

(במבט קדימה, ההתכנסות של טכנולוגיית הפזור עם בינה מלאכותית, מחשוב קצה, וארכיטקטורה של שימור עצמי מבטיח להפוך את רשתות החשמל העירוניות ליותר גמישות מתמיד.ערים שמשקיעות ביכולות אלה היום יספקו יותר מצוידות להתמודד עם האתגרים של מחר - בין אם האתגרים הללו באים ממערכות מזג אוויר קיצוניות, מתקפת סייבר, או הדינמיקה הבלתי צפויה של מערכת אנרגיה מחוסמת, פעם אחת למהנדסים של מערכת מידע עדכנית: