Phasors'un Resilient Akıllı Şehirler Gelişimindeki Rolü

Phasors ve Power Systems'teki Rollarını Anlamak

Phasors, mevcut iki anahtar parametreyi basitleştirmek için temel matematiksel araçlardır (AC) devreleri, bu da modern elektrik şebekelerinin arka kemiğini oluşturur. A phasor, belirli bir boyut ve üç fazlında (eski) ve değişkenli bir denklemin bir noktaya kadar ifade edilen standart 60 Hz AC gerilimi çözümü olarak ifade edilebilir.

Pratikte, fasors güç akışı, gerilim stabilitesi ve hata koşulları için kullanılır. Birden çok fasor toplayıcılar, herhangi bir anda ızgaranın net davranışını ortaya koyarlar. Konsept yüksek oranlarda Charles Proteus Steinmetz'e geri döner, ancak uygulama dijital teknolojinin gelişiyle dramatik bir şekilde gelişti.Bugün, fasor ölçümler Phasor Ölçüm Birimleri (PMU) olarak belirlenen hızlanan cihazlar tarafından ele alındı.

Gerçek zamanlı olarak fasorları ölçme yeteneği akıllı şehir dayanıklılığı için kritiktir. Akıllı şehirler trafik sinyalleri ve su pompalarından hastanelere ve veri merkezlerine kadar her şeyi kesintisiz olarak kontrol etmeye bağlıdır. Bu veriler, gelişmiş algoritmaların ve doğrulayıcı eylemlerin kontrol edilmesi için gerekli olan hizmetleri kontrol etmek için iletilebilir.

Phasor Ölçüm Birimleri (PMU) - Akıllı Izgaranın Gözleri

Bir Phasor Ölçüm Birimi, her birkaç saniye boyunca elektrik miktarlarını ölçen ve onları GPS senkronizasyonu sayesinde mikrosaniyede doğru bir şekilde çeviren özel bir cihazdır (RTUs) bu sefer sadece ortalama değerleri her birkaç saniye rapor eder, PMU'lar doğrudan kıyaslanabilir, tüm güç sistemiyle bir eşofent resmi oluşturabilir.

PMU'lar iletim ve dağıtım ağındaki anahtar düğümlerde dağıtılır - alt istasyonlar, interconnection noktaları ve kritik yük merkezleri gibi. Hem olumlu-sequence phasors (tarafsız sistemler için kullanılır) ve negatif- ve sıfır-sequences phas (daha yüksek izleme sistemleri gibi algılamak için çok iyi) bir hataya yol açan veriler, devlet tahminleri ve gerçek zamanlı kontrole yol açıyor.

Akıllı bir şehir bağlamında, PMU'lar giderek diğer sensörlerle entegre ediliyor - hava istasyonları, akıllı metre ve dağıtım otomasyon cihazları gibi - tam bir operasyonel resim oluşturabilir. Örneğin, PMU veri ve hava tahminlerinin bir kombinasyonu, bir ısı dalgasının dönüştürücüyü tahmin edebilir, böylece operatörlerin geri yüklemeye veya talep etmeye olanak sağlar. Benzer şekilde, bir fırtına sırasında, PMU'lar hassas bir yer ve bir hata türü oluşturabilir (örneğin, bir ağaç koluna dokunur) ve bir kesime dokunur.

PMU Şehir İşçiliği için İşsizlik Faydaları

Senhrophasors ve onların Rolü Wide-Area İzleme

Bu senkronizasyon, yüzlerce PMU'dan oluşan bir tek tutarlı veri setine izin veriyor. Wide-area monitoring sistemleri (WAMS) bir kuşun tüm birbirine bağlı ızgara görüşünü kullanarak zaman içinde bir araya gelen bir sistem (UTC) bu senkronizasyonu, yüzlerce PMU'dan daha fazla ölçeklendirmeye izin veriyor.

Örneğin, komşu bir ülkedeki bir jeneratör yolculuğu, şehrin kontrol merkezi, gerçek zamanlı olarak gelişen ve yerel hızlı kaynaklı kaynaklar gibi pompalanan-hidr depolama veya gaz türbinlerinin etkilerini karşılayabilmesi için frekans dalgalanmalarına neden olabilir.Bu tür bir yanıt, şehirdeki yüksek güvenilirlikleri korumak için gereklidir.

Synchrophasor verileri ayrıca post-event analizini de destekler. Siyah veya ekipman başarısızlığından sonra, mühendisler kök nedenini anlamak ve koruma şemalarını geliştirmek için fasor ölçümlerini tekrarlayabilirler.Birçok hizmet şimdi arşiv senkronizasyonu ve planlama sistemini doğrulamak için kullanır.

Akıllı Şehirlerde Phasor Teknolojisi Uygulanması

Açık faydalara rağmen, şehir ortamlarında ölçeklendirmek birkaç önemli zorluk sunuyor. Bu zorluklar teknik, ekonomik ve düzenleyici alanlar ve bunları ele almak, akıllı şehir dayanıklılığının tam potansiyelini gerçekleştirmek için kritik.

Data Volume and Latency

Tek bir PMU, bu verileri gerçek zamanlı olarak analiz edebilir (İkinci × 120 kanal başına 60 ölçüm) Bir şehir, günlük veri stoklamaları ile bir araya gelir ve bu verileri gerçek zamanlı olarak analiz etmek, sağlam iletişim ağları gerektirir - tercihen fiber optik veya 5G - ve güçlü bir bilişim altyapısıdır. Latency sadece mikrosaniyeler alırken, ölçümden hareket etmek için zaman 100 milisaniye altında olmalıdır.

Edge Computing, geçncy azaltmak için bir çözüm olarak ortaya çıkıyor.Köpek PMU verilerini yerel olarak alt istasyonlarda veya hatta cihaz seviyesinde, sadece kritik alarmlar ve sumerler merkezi kontrol merkezine gönderilmeli.Bu mimari aynı zamanda bant genişliği yükünü azaltır.

Siber güvenlik ve Data Integrity

PMU verileri gerçek zamanlı kontrol için kullanılır, bu, birbirine bağlı dijital altyapı ile, siber saldırılar için cazip hedefler anlamına gelir. Bu nedenle, saldırgan sistemler, operatörleri yanlış yönlendirme, IEEE C37.118.2 ve IEC 61850-90-5, birbiriyle bağlantılı dijital altyapı için güvenlik önlemleri belirteçleri oluşturmak için, özellikle de modern güvenlik özelliklerini entegre etmek için zorlayan bir zorluk olarak kalır.

Maliyet ve Standartlaştırma

PMU'lar geleneksel uzaktan terminal birimlerinden daha pahalıdır ( RTUs) - ünite başına 10.000 $ - 20.000 $ maliyetle, kurulum dahil değil, kablolama ve iletişim yükseltmeleri dahil olmak üzere. Büyük bir şehir için, yatırım milyonlarca dolar için özel protokolleri kullanabilir.Bu parçalar genellikle zaman boyunca maliyeti haklı çıkarırken, özellikle de daha küçük belediyeler için bütçeli finanse etmek zor olabilir. Standartlaştırma, diğer bir engeldir: IEEE C37.118.2, senkronizasyon için tüm yollar için web sitesi, iletişim ve veri depolama için özel protokolleri kullanır.

Eğitim ve İşgücü Geliştirme

Phasor teknolojisi, yükleme, koruma ve yorumlama konusunda uzman bilgi gerektirir. Power system mühendisler sinyal işleme, iletişim protokolleri ve veri analizi anlamalıdır. Birçok hizmet ve şehir ajansı, deneyimli işçiler ve yeni kiralamalar eğitim programları ve üniversitelerle ortaklıklar için el-on maruz kalma eksikliği olarak, genel maliyet ve dağıtım süresine katkıda bulunur.

Future: AI, Edge Computing ve Self-Healing Grids

Akıllı şehirlerdeki fasor teknolojisinin geleceği, yapay zeka (AI), transformatörlerin kenarlarını ve termal bozulma veya yalıtım arızalarını gösteren ince değişiklikler hakkında bilgi sahibi olabilir. Erken uyarı yetenekleri gelişmiştir, AI algoritmaları planlanan kesintiler sırasında aniden başarısızlıklardan kaçınabilir. Örneğin, makine öğrenme modelleri normal fasor imzalarını öğrenebilir ve termal bozulma veya yalıtım kesintilerini gösteren değişiklikleri tespit edebilir.

Edge Computing, merkezi kontrol merkezinden talimat beklemeden bağımsız yerel kontrol döngülerini sağlayacaktır. Bir yemleyicide bir PMU, büyük bir motorun başlatdığı ve bir yerel batarya depolama sistemi enjekte edecek binlerce PMU'nun tekrarlayıcı gücü, tüm birkaç milisaniye içinde bu tür hızlı yerel yanıt, çok sayıda dağıtılmış enerji kaynağının varlığını sürdürmek için gereklidir.

Kendi kendine özgü ızgaralar nihai hedeftir: Birden fazla noktada, otomatik olarak hataları, yeniden rotaları gücü ve insan müdahalesi olmadan etkilenmeyen bölgelere geri yükleme hizmeti gerektirir. Phasor verileri, elektriksel sınırları ve gerilim kısıtlamalarına saygı duyan bir ağ sırasında, PMU'ların tamamını ölçmek için, örneğin, GridTization Modern Initiative'in ve performansına göre daha iyi bir şekilde ayarlanma sistemleri gerekir.

Vaka Çalışmaları: Phasor Deployment in Real-World Smart Cities

Dünyadaki birkaç şehir zaten ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen akıllı bir ağ pilotu olarak kullanılmaya başladı. Önemli bir örnek, operatörler Austin, Teksas. Austin Energy, belediye hizmetleri, PMU'lar 2019'da önemli bir alt istasyonda, ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen bir kesintiye uğramış ve otomatik olarak etkilenen bir acil nesile doğru 50.000'den fazla müşteriyi hedeflemiş olan geniş bir izleme sistemi.

Avrupa'da, Amsterdam şehri, düşük gerilimli yemlerle PMU'ları entegre etti. "Alliander", şehrin limanlarını ve veri merkezlerini kullanan yüksek gerilim ağlarını izlemek için senkronizasyona yakın olduğunu tahmin edebiliyor.PMU verilerini düşük gerilim beslemeli ölçümlerle birleştirerek, yakındaki alt istasyonlara yüklediğinizde ve geçiş yapan yükleri izlemek için yakın olduğunu tahmin edebiliyorlar.

Asya da ileriye gidiyor: Singapur Enerji Piyasası Otoritesi 2020 yılında bir senkronizasyon projesi başlattı, adanın ulusu iletim ve dağıtım ağının genelinde 30 PMU'yu yüklemesine yardımcı oldu. Veriler gerçek zamanlı bir istikrar izlemesi ve büyüme oranına destek olmak için kullanılıyor.

Sonuç: Bina Resilient Akıllı Şehirlerde Phasors'un ayrılmaz Rol

Phasor teknolojisi, karaoutların önlenmesi için gerekli olan bir araştırma merakından geçti ve şehirlerin elektrik altyapılarını nasıl yönetdiğini yeniden şekillendirmeye devam etti. Daha fazla sensör ve mevcut fasorları mikrosaniye hassasiyetle ölçme yeteneği, operatörlerin sadece siyahoutların azaltılması, yenilenebilir enerjilerin entegrasyonu ve daha karmaşık kentsel ortamlardaki güç kalitesinin arttırılması için gerekli olan bir seviyedeki farkındalığı sağlar. Akıllı şehirler büyümeye devam ediyor - daha fazla sensörlerle, daha fazla dağıtılmış nesil ve daha otomatik sistemlerle - yüksek çözünürlüklü veriler için talepler için talepler, zaman senkronizasyonu sağlar.

Ancak, yaygın olarak kabul edilen yol engeller olmadan değildir. Yüksek maliyetler, siber güvenlik kaygıları, veri yönetimi sorunları ve yetenekli personel eksikliği tüm hizmetler, teknoloji satıcılar, hükümet ajansları ve akademik kurumlar arasında işbirliği yoluyla ele alınması gereken engeller oluşturur. Standartlar harmoniz edilmelidir ve iş modelleri hem de her iki grid operasyonları için fasor verilerinin tam değerini yakalamak için evrimmelidir.

Önümüzdeki sefere, bu yeteneklerin yakınlaştırılması, bu zorlukların aşırı hava, siber saldırılardan veya öngörülemeyen enerji sistemlerinin öngörülemeyen dinamiklerinden söz verir.Bugün bu yeteneklere yatırım yapan şehirler, akıllı şehir esnekliğinin temel taşı haline gelecektir.Daha ayrıntılı teknik bilgi için, o zorluklar aşırı hava, siber saldırılar veya öngörülemeyen sistemlerden gelir.[Phasroplar, bir kez, güç sistemi için bir niş araç, şu anda akıllı şehir esnekliğine sahip olur.