کاربردهای محاسبات ابری برای شبکه هوشمند : بررسی Cloud Computing Applications for Smart Grid: A Survey
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : آی تریپل ای IEEE
- چاپ و سال / کشور: 2013
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی کامپیوتری، مهندسی برق و فناوری اطلاعات و ارتباطات، هوش مصنوعی، مهندسی کنترل، مهندسی الکترونیک، ابزار دقیق، تولید، انتقال و توزیع، سوئیچ
مقدمه شبکه هوشمند به عنوان ترکیبی از شبکه های الکتریکی و زیربناهای ارتباطی درذهن شکل می گیرد . شبکه هوشمند با استفاده از ارتباط دوسویه و جریان های برق می تواند به صورت بهینه تر و قابل اعتمادتر از شبکه های نیروی قدیمی جریان الکتریسیته را توزیع کند. شبکه هوشمند از یک شبکه برق تشکیل شده ،این شبکه برق شامل گره های هوشمندی می شود که می توانند آزادانه عمل کنند، ارتباط برقرار کنند تا به طور بهینه جریان الکتریسیته را توزیع کنند و به مصرف کنندگان برسانند. این ناهمگنی که در ساختار شبکه هوشمند وجود دارد موجب می شوند تا از تکنولوژی پیشرفته استفاده کنیم تا بر چالشهای فنی مختلف در سطوح متفاوت غلبه نماییم . هر شبکه هوشمند باید ارتباط دوسویه بی وقفه را بین خدمات رفاهی و مصرف کنندگان پوشش دهد و باید موقعیتی فراهم کند که سیستم های نرم افزاری در دوپایانه تولید کننده و مصرف کننده بتوانند مصرف انرژی را کنترل و مدیریت کنند. شرکت های رفاهی ( شرکت های تولید آب ، برق ، گاز ) برای اینکه بتوانند میلیون ها کنتور هوشمند را به روش های قابل اندازه گیری ، قابل اعتماد و ایمن مدیریت کنند، باید سیستم مدیریت شبکه ارتباطی را به یک مرکز داده وسیع توسعه دهند. تصور می شود در این مورد برنامه کامپیوتری ابری نقش کلیدی در انگیزه برای ایجاد طرح های شبکه هوشمند آینده دارند. برنامه کامپیوتری ابری یک تکنولوژی تکامل یافته است که دسترسی آسان و راحت به شبکه های موجود را فراهم می کند تا به منابع های کامپیوتری به اشتراک گذاشته شده راحت تر دسترسی یابیم ، این منبع ها به سرعت با کمترین تلاش مدیریتی یا ارتباط تامین کننده سرویس تولید و توزیع می شود . با استفاده از ساختار ابری یک مصرف کننده می تواند به برنامه هایش درهر زمان و درهرکجا دسترسی یابد فقط کافی است که به شبکه وصل شود. ۱٫۱ انگیزه زمانی که سیستم ها شبکه هوشمند STATE-OF-THE-ART را توسعه می دهیم ، باید شبکه را با امکانات دوسویه و فرآیند بی وقفه اطلاعات پوشش دهیم . به علاوه مصرف کنندگان دروقفه های زمانی متفاوت ، نیازشان به انرژی به صورت پویا تغییر می کند ( وقفه های زمانی متفاوت مانند نقطه اوج، نقطه پایانی ، نقطه میانی ) . که در مقابل امکانات ارتباطی باید به صورت پویا موجود باشند( امکانات ارتباطی مانند پهنای شبکه ، واحدهای فرآیند شده ،ابزارهای ذخیره سازی ) .. بنابراین باید یک پایگاه معمولی با شبکه هوشمند ادغام شود که این پایگاه می تواند نیازهای شبکه هوشمند را به شرح زیر پوشش دهد. ۱) مدیریت انرژی : شبکه های نیروی موجود به تعادل بهینه عرضه و تقاضای انرژی بین مصرف کننده ها و تولید کنندگان خدمات رفاهی نیاز دارند . شبکه های هوشمند می توانند این نیاز را برآورده کنند . با ادغام سیستم های مدیریت انرژی متفاوت ،این گونه خصوصیات در شبکه هوشمند تحقق می یابند ، این سیستم های مدیریت انرژی شامل مدیریت انرژی خانگی ، مدیریت جانب تقاضا و مدیریت انرژی ساختمان می شوند. شبکه های هوشمند برای منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد امکانی فراهم می کند تا به صورت بهینه عرضه و تقاضا را مدیریت کنند. ۲) نیاز به پوشش چندین دستگاه در پایگاه عمومی : در یک محیط شبکه هوشمند،چندین دستگاه کار گذاشته می شوند . این دستگا ها شامل وسایل برقی خانه ، کنتورهای هوشمند ، شبکه های میکرو ،ایستگاه های فرعی ،گره های حسی و دستگاه ها ی ارتباطی که با شبکه کار می کنند می شود. باید یک ساختار پروتوکولی ( داده سامان) به کار گذاشته شود تا این دستگاه ها را پوشش دهد به منظور اینکه توزیع الکتریکی بهینه و قابل اعتمادی داشته باشیم . ۳) مدیریت اطلاعات : مدیریت اطلاعات یک بخش مهم در ساختار شبکه هوشمند است ، در محیط های شهری معمولی ، میلیون ها کنتور هوشمند در پایگاه های توزیع کار گذاشته شده اند. این کنتورهای هوشمند داده های انبوهی برای ارتباط بی وقفه با شرکت های رفاهی تولید می کنند. یک مکانیزم مدیریت داده مناسب باید به کار گرفته شود تا این داده های انبوه را مدیریت کند. ۴) ساختار لایه ای : شبکه هوشمند از چندین لایه تشکیل شده: لایه شبکه ، لایه ارتباط، لایه توزیع برق، لایه انتقال برق و لایه تولید برق. انتظار می رود که شبکه هوشمند شبکه ارتباط رویی در شبکه الکتریکی زیرین را پوشش دهد. ۵) ساختار ناهمگن : ساختار ناهمگن یک ویژگی خاص شبکه هوشمند است . پاسخ به تقاضا ، تولید گسترده ، برنامه ریزی منبع و مدل قیمت گذاری بی وقفه به ناهمگنی شبکه هوشمند کمک می کند. ۶) امنیت: تکنیک های اعتبار و اختیار قانونی موثر باید به کار بسته شود تا امنیت کاربران حفظ گردد. برخی جنبه های امنیتی در شبکه هوشمند شامل قطع داده ، جستجوی خطر حملات فیزیکی سایبری است . برای اینکه کاربران را تشویق کنیم از شبکه استفاده کنند باید سیاست های امنیتی مناسبی به کار بسته شود. از طرف دگیر ، برنامه کامپیوتری ابری یک تکنیک مفید است که می تواند بی وقفه و به طور مناسب نیازهای شبکه هوشمند را تامین کند ،این برنامه خصوصیات زیر را دارد: • برنامه نرم افزاری ضروری فراهم می کند تا پرداخت هزینه بر اساس مصرف انرژی را پوشش دهد . • از طریق دسترسی هوشمند نیروگا ه های بادی ، آبی و خورشیدی ، انتشار کربن را کاهش می دهد. • مدیریت فعال منحنی های عرضه و تقاضا • فضای ذخیره سازی نامحدود فراهم می کند تا کاربران بتوانند داده هایشان را ذخیره کنند. • امکانی فراهم می کند تا کاربران به داده های برنامه کامپیوتری ابری دست یابند.
مقدمه شبکه هوشمند به عنوان ترکیبی از شبکه های الکتریکی و زیربناهای ارتباطی درذهن شکل می گیرد . شبکه هوشمند با استفاده از ارتباط دوسویه و جریان های برق می تواند به صورت بهینه تر و قابل اعتمادتر از شبکه های نیروی قدیمی جریان الکتریسیته را توزیع کند. شبکه هوشمند از یک شبکه برق تشکیل شده ،این شبکه برق شامل گره های هوشمندی می شود که می توانند آزادانه عمل کنند، ارتباط برقرار کنند تا به طور بهینه جریان الکتریسیته را توزیع کنند و به مصرف کنندگان برسانند. این ناهمگنی که در ساختار شبکه هوشمند وجود دارد موجب می شوند تا از تکنولوژی پیشرفته استفاده کنیم تا بر چالشهای فنی مختلف در سطوح متفاوت غلبه نماییم . هر شبکه هوشمند باید ارتباط دوسویه بی وقفه را بین خدمات رفاهی و مصرف کنندگان پوشش دهد و باید موقعیتی فراهم کند که سیستم های نرم افزاری در دوپایانه تولید کننده و مصرف کننده بتوانند مصرف انرژی را کنترل و مدیریت کنند. شرکت های رفاهی ( شرکت های تولید آب ، برق ، گاز ) برای اینکه بتوانند میلیون ها کنتور هوشمند را به روش های قابل اندازه گیری ، قابل اعتماد و ایمن مدیریت کنند، باید سیستم مدیریت شبکه ارتباطی را به یک مرکز داده وسیع توسعه دهند. تصور می شود در این مورد برنامه کامپیوتری ابری نقش کلیدی در انگیزه برای ایجاد طرح های شبکه هوشمند آینده دارند. برنامه کامپیوتری ابری یک تکنولوژی تکامل یافته است که دسترسی آسان و راحت به شبکه های موجود را فراهم می کند تا به منابع های کامپیوتری به اشتراک گذاشته شده راحت تر دسترسی یابیم ، این منبع ها به سرعت با کمترین تلاش مدیریتی یا ارتباط تامین کننده سرویس تولید و توزیع می شود . با استفاده از ساختار ابری یک مصرف کننده می تواند به برنامه هایش درهر زمان و درهرکجا دسترسی یابد فقط کافی است که به شبکه وصل شود. ۱٫۱ انگیزه زمانی که سیستم ها شبکه هوشمند STATE-OF-THE-ART را توسعه می دهیم ، باید شبکه را با امکانات دوسویه و فرآیند بی وقفه اطلاعات پوشش دهیم . به علاوه مصرف کنندگان دروقفه های زمانی متفاوت ، نیازشان به انرژی به صورت پویا تغییر می کند ( وقفه های زمانی متفاوت مانند نقطه اوج، نقطه پایانی ، نقطه میانی ) . که در مقابل امکانات ارتباطی باید به صورت پویا موجود باشند( امکانات ارتباطی مانند پهنای شبکه ، واحدهای فرآیند شده ،ابزارهای ذخیره سازی ) .. بنابراین باید یک پایگاه معمولی با شبکه هوشمند ادغام شود که این پایگاه می تواند نیازهای شبکه هوشمند را به شرح زیر پوشش دهد. ۱) مدیریت انرژی : شبکه های نیروی موجود به تعادل بهینه عرضه و تقاضای انرژی بین مصرف کننده ها و تولید کنندگان خدمات رفاهی نیاز دارند . شبکه های هوشمند می توانند این نیاز را برآورده کنند . با ادغام سیستم های مدیریت انرژی متفاوت ،این گونه خصوصیات در شبکه هوشمند تحقق می یابند ، این سیستم های مدیریت انرژی شامل مدیریت انرژی خانگی ، مدیریت جانب تقاضا و مدیریت انرژی ساختمان می شوند. شبکه های هوشمند برای منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد امکانی فراهم می کند تا به صورت بهینه عرضه و تقاضا را مدیریت کنند. ۲) نیاز به پوشش چندین دستگاه در پایگاه عمومی : در یک محیط شبکه هوشمند،چندین دستگاه کار گذاشته می شوند . این دستگا ها شامل وسایل برقی خانه ، کنتورهای هوشمند ، شبکه های میکرو ،ایستگاه های فرعی ،گره های حسی و دستگاه ها ی ارتباطی که با شبکه کار می کنند می شود. باید یک ساختار پروتوکولی ( داده سامان) به کار گذاشته شود تا این دستگاه ها را پوشش دهد به منظور اینکه توزیع الکتریکی بهینه و قابل اعتمادی داشته باشیم . ۳) مدیریت اطلاعات : مدیریت اطلاعات یک بخش مهم در ساختار شبکه هوشمند است ، در محیط های شهری معمولی ، میلیون ها کنتور هوشمند در پایگاه های توزیع کار گذاشته شده اند. این کنتورهای هوشمند داده های انبوهی برای ارتباط بی وقفه با شرکت های رفاهی تولید می کنند. یک مکانیزم مدیریت داده مناسب باید به کار گرفته شود تا این داده های انبوه را مدیریت کند. ۴) ساختار لایه ای : شبکه هوشمند از چندین لایه تشکیل شده: لایه شبکه ، لایه ارتباط، لایه توزیع برق، لایه انتقال برق و لایه تولید برق. انتظار می رود که شبکه هوشمند شبکه ارتباط رویی در شبکه الکتریکی زیرین را پوشش دهد. ۵) ساختار ناهمگن : ساختار ناهمگن یک ویژگی خاص شبکه هوشمند است . پاسخ به تقاضا ، تولید گسترده ، برنامه ریزی منبع و مدل قیمت گذاری بی وقفه به ناهمگنی شبکه هوشمند کمک می کند. ۶) امنیت: تکنیک های اعتبار و اختیار قانونی موثر باید به کار بسته شود تا امنیت کاربران حفظ گردد. برخی جنبه های امنیتی در شبکه هوشمند شامل قطع داده ، جستجوی خطر حملات فیزیکی سایبری است . برای اینکه کاربران را تشویق کنیم از شبکه استفاده کنند باید سیاست های امنیتی مناسبی به کار بسته شود. از طرف دگیر ، برنامه کامپیوتری ابری یک تکنیک مفید است که می تواند بی وقفه و به طور مناسب نیازهای شبکه هوشمند را تامین کند ،این برنامه خصوصیات زیر را دارد: • برنامه نرم افزاری ضروری فراهم می کند تا پرداخت هزینه بر اساس مصرف انرژی را پوشش دهد . • از طریق دسترسی هوشمند نیروگا ه های بادی ، آبی و خورشیدی ، انتشار کربن را کاهش می دهد. • مدیریت فعال منحنی های عرضه و تقاضا • فضای ذخیره سازی نامحدود فراهم می کند تا کاربران بتوانند داده هایشان را ذخیره کنند. • امکانی فراهم می کند تا کاربران به داده های برنامه کامپیوتری ابری دست یابند.
Description
A smart grid is conceptualized as a combination of electrical network and communication infrastructure. With the implementation of bidirectional communication and power flows, a smart grid is capable of delivering electricity more efficiently and reliably than the traditional power grid. A smart grid consists of a power network composed of intelligent nodes that can operate, communicate, and interact autonomously, in order to efficiently deliver electricity to the customers. This heterogeneity in architecture of a smart grid motivates the use of advanced technology for overcoming various technical challenges at different levels. Any smart grid infrastructure should support real-time, two-way communication between utilities and consumers, and should allow software systems at both the producer and consumer ends to control and manage the power usage [1]. To manage millions of smart meters, in secure, reliable and scalable ways, utilities must extend this communication network management system to a distributed data center. In this respect, cloud computing is envisaged to play key roles of motivation in the design of the future smart grid. Cloud computing is an emerging technology advocated for enabling convenient, on-demand network access to shared computing resources that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [2], [3]. Using cloud infras- tructure, a customer can gain access to their applications anytime, from anywhere, through a connected device to the network.
