کنترل غیرمتمرکز و جبران منصفانه کاهش بار برای جلوگیری از خرابی های آبشاری در یک شبکه هوشمند

Decentralized control and fair load-shedding compensations to prevent cascading failures in a smart grid

چکیده
مقدمه
بیان مسئله
مدل جریان برق اکتیو
مسئله بهینه‌سازی بار زدایی
عدالت بار زدایی
الگوریتم غیرمتمرکز بار زدایی منصفانه
مشخصات تجهیزات
بار زدایی با استفاده از مکانیسم بازخورد جاسازی‌شده
عدالت بار زدایی غیرمتمرکز
مکانیسم بازخورد جاسازی‌شده و پیاده‌سازی آن
جبران‌سازی بار با استفاده از مفهوم شبکه باقی‌مانده
تشریح مطالب و نتایج تجربی
شبکه استاندارد IEEE با 30 باس و پارامترهای آن
مشاهدات و نتایج
نتیجه‌گیری و اقدامات آتی
منابع

چکیده
شواهد نشان می‌دهد که احتمال کم پیشامد خط (قطعی خط) در شبکه‌های برق ممکن است باعث وقوع خاموشی‌های گسترده ناشی از شکست‌های پی‌درپی (خاموشی‌های متوالی) شود. با توجه به توسعه فناوری‌های جدید و افزایش تعداد روزافزون شرکت‌کنندگان ناهمگن ، یک شبکه برق مدرن یا هوشمند باید بتواند با انجام دائم خودترمیمی اختلالات درونی‌اش را رفع کند تا احتمال پیشامد غیرقابل‌پیش‌بینی را تشخیص داده و علاوه بر جلوگیری از وقوع پیشامد، پاسخ مناسبی برای آن داشته باشد و خود را بازیابی نماید. در این مقاله علاوه بر موضوعات فوق به چگونگی جلوگیری از وقوع خاموشی‌های متوالی از طریق بار زدایی (جدا شدن از شبکه) شرکت‌کنندگان ناهمگن شبکه برق پرداخته می‌شود. برای بار زدایی منصفانه به روش غیرمتمرکز الگوریتمی پیشنهاد می‌شود، در این الگوریتم نیاز است که مصرف‌کننده فقط به وضعیت کاری خود و ارتباطش با مصرف‌کنندگان هم‌جوار نظارت داشته باشد. الگوریتم بار زدایی منصفانه با استفاده از مکانیسم بازخورد جاسازی‌شده (تعبیه‌شده)، می‌تواند بر اساس معیار عدالت نسبی (و بدون اطلاع از هزینه‌های بار زدایی شرکت‌کنندگان) مقدار جبران‌سازی حاشیه‌ای را برای هر مصرف‌کننده به صورت زمان‌حقیقی (خیلی سریع و بدون وقفه) تعیین کند. این جبران‌سازی می‌تواند به ژنراتورها (مولدین یا تولیدکنندگان برق) و مصرف‌کنندگان انگیزه کافی دهد تا به هنگام وقوع پیشامد خط مشارکت فعالی در کاهش بار داشته باشند. درنهایت مشخصات الگوریتم بار زدایی از طریق انجام یک تحقیق تجربی بر روی شبکه برق استاندارد IEEE با 30 باس ارزیابی می‌شود. این مقاله بینش جدیدی را در زمینه برنامه‌ریزی اضطراری و بهبود طراحی شبکه‌های هوشمند خودترمیم ارائه می‌کند.

الگوریتم غیرمتمرکز بار زدایی منصفانه
درواقع فناوری‌های ارتباطی پیشرفته در شبکه هوشمند، این امکان را فراهم می‌کند تا باس‌های قدرت بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و قابلیت اطمینان شبکه را حفظ کنند. بنابراین، در این مقاله فرض می‌کنیم که یک تجهیز هوشمند با قابلیت محاسباتی معین در هر گره شبکه G(V, E) وجود دارد. هر تجهیز پروفایل خود را از طریق ارتباط با تجهیزات مجاور خود به‌روز می‌کند و متناسب با بقیه تجهیزات مقدار بار زدایی یا جداسازی مولد را در زمان احتمال وقوع قطعی تعیین می‌کند.

مشخصات تجهیزات
پروفایل (مشخصات) تجهیز iام شامل دو جزء (〖AS〗_i,〖AL〗_i) و (〖MUG〗_i (.),〖MUL〗_i (.)) است، از مؤلفه اول برای تعیین حداکثر میزان بار زدایی استفاده می‌شود که آن تجهیز می‌تواند انجام دهد و کاربرد مؤلفه دوم برای بازیابی حداکثری بار در زمان وقوع پیشامد خط است. برای پاسخ‌دهی سریع به پیشامد خط در زمان‌های مختلف و هر نقطه از شبکه برق، تجهیزات باید وضعیت شبکه را به صورت زمان‌حقیقی (همیشگی و هماهنگ) نظارت کنند. برای تجهیز i، 〖AS〗_i را به عنوان توان موجودی در نظر می‌گیریم که می‌تواند توسط i و تجهیزات مجاور بالادست آن کاهش یابد، 〖AL〗_i بار موجودی که می‌تواند توسط i و تجهیزات مجاور پایین‌دست آن جداسازی شود. علاوه بر این، از عبارات زیر برای تجهیزات مجاور بالادست و پایین‌دست iام استفاده می‌شود:

فرض کنيد که قبل از وقوع پیشامد خط، شبکه پایدار است. به عبارت ديگر، جريان برق محدوديت‌هاي انتقال هر شاخه و همچنين محدوديت بارگیری هر گره را نقض نکرده است. D ̂_i بیانگر توان تولیدی (اگر D ̂_i>0) یا مصرفی (اگر D ̂_i<0) توسط تجهیز iام است. بنابراین مقادیر 〖AS〗_i و 〖AL〗_i به این صورت محاسبه می‌شوند، اگر i هیچ تجهیز مجاوری در بالادست خود نداشته باشد، 〖AS〗_i=D ̂_i، و اگر i هیچ تجهیز مجاوری در پایین‌دست نداشته باشد، 〖AL〗_i=D ̂_i. برای سایر تجهیزات (مثلا l) مقادیر 〖AS〗_i و 〖AL〗_i به صورت زیر تعیین می‌شوند:

اپلیکیشن پلت فرم منبع باز برای ساختمان های هوشمند و کنترل های شبکه هوشمند

Open source platform application for smart building and smart grid controls

چکیده
1- مقدمه
2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
3- معماری نصب
4- یوزکیس ها
5- نتایج و بحث
6- نتیجه گیری و چشم انداز
تامین مالی
اعلام منافع رقابت
قابلیت دسترسی داده
قدردانی
منابع

چکیده
در این پژوهش، یک دستگاه عامل منبع باز بر اساس چارچوب نرم افزاری FIWARE و دیگر مولفه های منبع باز استفاده می شود تا کنترل آزمایشی ابری روی دو یوزکیس از دامنه‌های ساختمان هوشمند و شبکه هوشمند صورت گیرد. تمامی ارتباطات میان دستگاه عامل و لایه میدانی از طریق اینترنت عمومی برقرار می شود و بنابراین اقداماتی نظیر رمزنگاری، تأیید هویت و مجوزدهی نصب می‌شوند. در یوزکیس اول، دمای تأمین یک مدار حرارتی معمولی کنترل می شود زیرا وظیفه‌ای مرسوم در دستگاه های انرژی ساختمان می‌باشد. در یوزکیس دوم، توازن توان یک شبکه کوچک شبیه‌سازی شده توسط دستگاه های اندازه‌گیری فازور با بهره گیری از یک کنترلگر، مورد بررسی قرار می‌گیرد تا استحکام شبکه نیز حفظ شود. مناسبیت دستگاه عامل با بهره گیری از مقرراتی که از منابع ادبی بدست آمده، اعتبارسنجی می شود. این دستگاه عامل قابل استفاده در هر دو مورد ذکر شده است. اگرچه محدودیت ها و زمینه‌های بالقوه جهت بهبود اظهار شده است.

2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
در این قسمت، مفهوم حقیقی FIWARE توصیف شده و سپس پژوهش‌های کنونی که از راه‌حل‌هایی بر مبنای FIWARE استفاده می‌کنند بیان می شود. نهایتا، طبق نواحی ضعف شناسایی شده، مقالات کمکی مرتبط با این زمینه بیان می شود.

2-1 FIWARE
FIWARE بعنوان یک روش منبع آزادی است که از طریق اتحادیه اروپا به جهت «سرعت بخشیدن برای بهبود راه‌حل‌های هوشمند» برای زمینه‌های مختلف، فراهم می شود [۱۹]. نرم افزار FIWARE، با بهره‌گیری از ساختار نرم افزاری پیمانهار انعطاف‌پذیری زیادی را داراست، به همین دلیل می‌توان آن را برای یوزکیس‌ها سفارشی‌سازی کرد. FIWARE از پروتکل‌های معاوضه اطلاعات NGSI v2 [۱۲] و NEGSI-LD [۱۷] بهره می‌گیرد و واسطه‌های استانداردی از قبیل REST API را برای معاوضه اطلاعات با دستگاه های هوشمند و مؤلفه‌های نرم افزار یوزکیس قرار می‌دهد. ترکیبات نرم افزاری پیشنهادی در این نرم افزار «توانمند‌کننده‌های عمومی» نامگذاری می شود و می‌توان آنها را در لایه‌های مختلفی از جمله «مدیریت بافت هسته»، «پردازش متن، موفضای خالیی و مصورسازی»، «تعامل با سیستم‌های اینترنت اشیاء، رباتیک و شبکه‌های شخص ثالث» و نهایتا «مدیریت اطلاعات/رابط برنامه نویسی» تقسیم‌بندی کرد. می‌توان یک یا چند مؤلفه را از توانمندکننده‌های عمومی ارائه شده انتخاب و آن‌ها را به اقسام شخص ثالث یا خود نوشته مرتبط ساخت. نمای کلی از توانمندکننده‌های عمومی موجود و کد منبع در گیت‌هاب [۱۸] قابل استفاده است.

۲-۲ تحقیقات و برنامه های کارآمد بر مبنای FIWARE
در سال‌های اخیر، ثابت شد که چنین برنامه هایی و برنامه های کارآمد بر اساس نرم افزار‌های FIWARE، چارچوب مناسبی برای زمینه‌های مختلف نظیر کاربردهای کنترل کشاورزی [۳۲]، راهبری کشتی [۶۰]، کنترل سیستم انرژی‌های تجدیدپذیر [۶۱]، کنترل بر ماشین [۱۳] و کنترل ساختمان هوشمند هستند [۲۰،۳۳،۵۷،۵۹]. پوزو و همکاران [۴۳] بر روی موضوعات کنترل دسترسی و تاثیرش بر کارکرد معماری طبق FIWARE که از روش فناوری کانتینرسازی داکر1 مشتق شده‌، کار کردند. نویسندگان، شاخص‌های کارکرد امنیت و محافظت داده‌ای نرم افزار FIWARE را مورد برآورد قرار داده‌اند. بعلاوه، آنها پهنای باند، میزان استفاده از CPU و حافظه و مدت زمان تاخیر آن‌ها را برای این شاخص‌ها مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان می‌دهد که لایه‌های امن با بهره گیری از فریم ورک احزار هویتOAuth 2.0، تاثیری بر کارکرد سیستم ندارد.

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

چیکیده

1- مقدمه

II. ویژگی های فنی و مفهومی و تکنولوژی های کلیدی مرتبط با AE اینترنت انرژی

A. تعریف مفهومی

B. ویژگی های فنی

C. تکنولوژی های کلیدی مرتبط

III) توسعه سیستمی اینترنت انرژی

A) CPS

B) چارچوب کلی و طراحی عملکرد

C) توسعه قسمت سخت افزاری

D) توسعه قسمت نرم افزاری

IV) توضیح در مورد عملکرد اولیه و چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

A) آنالیز اولیه برنامه

B) طراحی توپولوژِی کاربردی آینده

C) چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

v. بحث

VI) نتیجه گیری

چکیده

 در این مقاله به طور سیستماتیک مفهوم جدیدی از تجهیزات دسترسی (AE) اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی-سایبری (CPSها) پیشنهاد می شود. اول، بر اساس مفهوم و ویژگی‌های AE اینترنت  انرژی ، توسعه سراسری  سیستمی آن ، از جمله طراحی توابع و طراحی چارچوب‌های کلی، توسعه تجهیزات سخت افزاری هسته ای و طراحی و توسعه سیستم نرم افزاری را به طور جامع بررسی می کنیم. دراین میان، قسمت سخت افزاری که شامل پنج نوع عمده از تجهیزات است برای ارتباط یکپارچه تجهیزات مختلف انرژی توزیع شده استفاده می شود. بخش نرم افزار، مشتمل بر سه دسته پلتفرم سیستمی (یعنی سیستم مدیریت محلی انرژی ، سیستم صفحه وب ابری و APP سمت کاربر) است که برای ادغام مدیریت انرژی و کنترل هماهنگ توزیع شده  به کار گرفته شده است. علاوه بر این، یک اقدام اولیه برای AE اینترنت انرژی پیشنهادی انجام می دهیم. بر این اساس، در نهایت، ما سناریوهای کاربردی بعدی را برای AE اینترنت انرژی از جنبه های مختلف پیش بینی می نماییم. انرژی اینترنت پیشنهادی به صورت یک پلتفرم رابط یکپارچه، مستقیماً برای طرف کاربر مورد استفاده قرار گرفته است تا منابع مختلف انرژی و تجهیزات بهره برداری را به اینترنت انرژی متصل کند، تا تجهیزات انرژی توزیع شده را به صورت real time نظارت و هماهنگ کند و در نهایت، گردش دو طرفه جریان انرژی و جریان اطلاعات را در شبکه هوشمند  محقق سازد. بزرگترین نوآوری این مقاله این است که به طور کامل، مفهوم جدید  AE اینترنت انرژی  را از منظر CPS است پیشنهاد می دهد، با این هدف که امیدواریم برخی ملاحظات را در سمت کاربرآماده نماید تا از طریق این تجهیزات به طور موثر و راحت به اینترنت انرژی دسترسی پیدا کند.

1- مقدمه

انرژی الکتریکی در جنبه های مختلف زندگی روزمره و تولیدی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به توسعه سریع اقتصادی و اجتماعی، به تدریج تعداد بیشتری از کشورها به پاسخگویی بار و مدیریت انرژی یکپارچه (IEM) توجه کرده اند. مدیریت و بهینه سازی انرژی نقش اساسی در توسعه پایدار دارند [1]. برای این منظور، ایالات متحده و برخی از کشورهای اروپایی برای اولین بار در دهه 1970 مفهوم سیستم مدیریت انرژی خانگی  (EMS) را با هدف بهبود بهره وری مصرف برق و دستیابی به صرفه جویی و کاهش انتشار انرژی پیشنهاد دادند. از آن زمان ، نتایج تحقیقاتی مربوط به EMS به طور فزاینده ای زیاد شده است [2] – [5]. در حال حاضر، IEM می‌تواند مشکلات مربوط به منبع تغذیه شبکه توزیع ، مصرف برق کاربر و استفاده از انرژی نو را تا حد معینی حل کند. با این حال، سیستم های IEM واقعی هنگام  استفاده در مدیریت و بهره‌برداری از انرژی موثر، دارای کاستی های بسیاری هستند. به ویژه، مدل های اکتشاف و بهره برداری  انرژی موجود که به منابع انرژی تجدیدناپذیر متکی هستند، که پایداری آن به شدت دشوار است. بنابراین ، مدل های مصرف انرژی با راندمان بالا ، ایمن ، قابل اطمینان و پایدار، راه حلی برای مسئله اصلی استفاده از انرژی است که انسان و جامعه با آن روبرو هستند [6].

VI) نتیجه گیری

در این مقاله، ما به طورسیستماتیک مفهوم جدیدی از AE اینترنت انرژی را بر اساس ایده CPS پیشنهاد می کنیم. مشارکت های اصلی به شرح زیر خلاصه می شود:

1) این AE اینترنت انرژی پیشنهاد شده یک پلتفرم سیستمی چند لایه است که برای دستیابی به دسترسی یکپارچه به تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده) استفاده می شود، که می تواند جریان انرژی و جریان اطلاعات را به هم متصل کند، از این طریق به کنترل هماهنگ و استفاده بهینه از تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده)  کاربر نهایی مانند برق لوازم خانگی ، PV ها ، فن ها ، پیل های شارژ EV و دستگاه های ذخیره  سازی انرژی دست یابد. این امر، یک راه حل فنی برای plug-and-play تجهیزات کاربری تحت اینترنت انرژی  را در آینده فراهم می کند، و همچنین بینش جدیدی را برای IEM و حالت های چندگانه تجاری در محیط بازار فراهم می کند.

Abstract

This paper systematically proposes a novel concept of energy Internet access equipment (AE) integrating cyber-physical systems (CPSs). First, based on the concept and characteristics of energy Internet AE, we comprehensively investigate its global system development, including overall framework and functions design, core hardware equipment development, and software system design and development. Among these, the hardware part containing five major types of equipment is used to achieve a unified connection of various distributed energy equipment; the software part, consisting of three categories of system platforms (i.e., local energy management system, cloud Web page system, and user-side APP), is applied to integrate energy management and distributed coordination control. Moreover, we carry out an initial practice for this proposed energy Internet AE. Based on this, finally, we prospect future application scenarios for the energy Internet AE from multiple aspects. As a unified interface platform, the proposed energy Internet AE is directly applied for end-users to connect various energy supply and utilization equipment to the energy Internet, so as to monitor and coordinate the distributed energy equipment in real time and, finally, to realize the bidirectional circulation of energy flow and information flow in smart grid. The biggest innovation of this paper lies in comprehensively proposing a novel concept of energy Internet AE from the perspective of the CPS, with an aim of hoping to provide some thoughts for end-users to access the energy Internet efficiently and conveniently through such equipment in the future.

I. INTRODUCTION

Electrical energy has been widely utilized in various aspects of our daily lives and production. With the rapid development of economy and society, more and more countries have gradually begun to pay attention to demand response (DR) and integrated energy management (IEM). Energy management and optimization play a key effect in the sustainable development [1]. To this end, the United States and some European countries first proposed the concept of home energy management system (EMS) in 1970s, with the goal of improving electricity consumption efficiency and achieving energy saving and emission reduction. Since then, relevant research results of EMS have become increasingly abundant [2]–[5]. Currently, IEM can solve the problems of distribution network power supply, user power consumption and new energy utilization to a certain extent. However, the actual IEM systems still have many shortcomings when used in actual energy management and utilization. In particular, the existing energy exploration and exploitation models that rely on non-renewable energy sources are increasingly difficult to sustain. Therefore, high-efficiency, safe, reliable and sustainable energy use models will be the solution to the major problem of energy use faced by human and society [6]

VI. CONCLUSION

In this paper, we systematically propose a novel concept of energy internet AE based on the idea of CPS. The main contributions are summarized as follows:

1) This proposed energy internet AE is a multi-layer system platform used to achieve unified access of distributed energy equipment, which can interconnect energy flow and information flow, thereby achieving coordinated control and optimized utilization of end-user’s distributed energy equipment such as electrical appliances, PVs, fans, EV charging piles, and energy storage devices. This provides a technical solution for the plug-and-play of user equipment under the energy internet in the future, and also provides new insights for IEM and multiple trading modes in the market environment.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

شبیه ساز بار مسکونی هوشمند برای مدیریت انرژی در شبکه های هوشمند

Smart Residential Load Simulator for Energy Management in Smart Grids

چکیده
مقدمه
شبیه ساز بار مسکونی هوشمند
الف: خانوار
ب: تهویه کننده مطبوع
پ: کوره
ث: هیتر آب
اجاق گاز
روشنایی
یخچال
خشک کن
ماشین ظرفشویی (DW)
لباس شویی
پمپ مخزنی
منابع تولید محلی
نتایج و بحث
پروفیل بار خانه
کاربرد های SLRS
نتیجه گیری

چکیده
 این مقاله به توصیف توسعه شبیه ساز بار مسکونی هوشمند برای تسهیل مطالعه سیستم های مدیریت انرژی مناطق مسکونی در شبکه های هوشمند می پردازد. ابزار پیشنهادی بر اساس جعبه ابزار های راهنمای سیمولینک متلب بوده و یک مجموعه کاملی از اینترفیس ها و رابط های گرافیکی کاربرپسند را برای مدل سازی و مطالعه ترموستات های هوشمند، تهویه کننده ها، کوره ها، هیتر های آبی، اجاق، ظرف شویی ها، خشک کن ها، لامپ ها، پمپ ها و یخچال ها ارایه می کند که مدل های آن ها با اندازه گیری های واقعی ارزیابی و اعتبار سنجی می شود. تولید انرژی باد و خورشیدی و همچنین منابع باتری نیز مدلسازی شده و تاثیر متغیرهای مختلف مانند دمای محیط و سطوح فعالیتهای خانوار که به میزان قابل توجهی در مصرف انرژی نقش دارند، مورد توجه قرار گرفته است. شبیه ساز پیش ساز اجازه می دهد تا مدل هایی را که دستگاه ها مصرف انرژی می کنند و به درک اینکه چگونه این ها به تقاضای پیک، هزینه مصرف انرژی و مصرف انرژی فردی و کل را کمک می کنند. علاوه بر این، ارزش و تاثیر نیروی تولید شده توسط منابع مسکونی برای یک افق 24 ساعته تعیین می شود. این پلت فرم نرم افزار رایگان یک ابزار مفید برای محققان و مربیان برای تایید و نمایش مدل برای مدیریت انرژی و بهینه سازی است و همچنین می تواند توسط مشتریان مسکونی برای مدل سازی و درک پروفایل مصرف انرژی در خانوارها استفاده شود. برخی از نتایج شبیه سازی برای نشان دادن عملکرد و کاربرد شبیه ساز پیشنهاد شده ارائه شده است.
1. مقدمه
شبکه های هوشمند با منابع انرژی تجدید پذیر، مزایای اقتصادی و زیست محیطی زیادی را فراهم می کنند. توانایی شبکه هوشمند برای بهبود بهره وری، استفاده بهتر از دارایی های موجود، افزایش قابلیت اطمینان و کیفیت قدرت، کاهش وابستگی به انرژی وارداتی و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی، یک نیروی بازار است که ارزش اقتصادی قابل توجهی دارد [1]. این شبکه ها سریع رشد می کنند، اما اگر این رشد پایدار باشد، ارزش آن باید برای همه ذینفعان، به ویژه مصرف کنندگان مسکونی، روشن شود. بخش دوم بخش مهمی از تقاضای برق است؛ برای مثال، در سال 2016، بخش مسکونی تقریبا 20 درصد از تقاضای انرژی برق در انتاریو کانادا را به خود اختصاص می دهد [2]. همچنین مصرف برق مسکونی در ایالات متحده 22 درصد کل مصرف انرژی در سال 2015 بود [3]، و مقادیر مشابهی برای اتحادیه اروپا در سال 2016 گزارش شده است [4].
سیستم های گرمایش / سرمایشی فضایی، آبگرمکن، یخچال و فریزر، ماشین ظرفشویی، واشر پارچه، خشک کن، نورپردازی و محدوده پخت و پز شایع ترین وسایل موجود در بخش مسکونی هستند [2] – [4]. گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) و بخاری آب دستگاه های مصرف انرژی عمده هستند. بنابراین، کنترل تقاضای برق خانگی مسکونی می تواند تاثیر قابل توجهی در کاهش تقاضای پیک و بهینه سازی مصرف انرژی داشته باشد که می تواند در خانه های هوشمند و هوشمند با سیستم های اتوماسیون برای کنترل بارهای مسکونی انجام شود. [5] [6].
مطالعات متعددی در ادبیات درباره پیش بینی روش های بارگیری و بهینه سازی برای مدیریت انرژی گزارش شده است، زیرا بعضی از لوازم به راحتی می توانند به کاهش هزینه و مصرف انرژی بدون تأثیر بر راحتی مشتری کمک کنند. به عنوان مثال، یک مدل برای به حداقل رساندن بار پیک با برنامه ریزی پمپ های استخر، تهویه هوا و بخاری آب (WH) در [7] پیشنهاد شده است. یک مدل برنامه ریزی خطی مختلط ترکیبی به منظور به حداقل رساندن هزینه انرژی و افزایش راحتی مشتریان با در نظر گرفتن تاثیر سیگنال های قیمت بر روی خانوار است. بعضی از پروژه ها با برنامه ریزی HVAC و / یا بخاری آب با استفاده از تکنولوژی ترموستات بی سیم برای بهینه سازی هزینه ها و راحتی حرارتی، همانطور که در [8] تمرکز می کنند.
منابع [9] – [15] روش های مختلف ایجاد مدل های بار بار در دستگاه را برای اهداف مدیریت بار، بر اساس داده های آماری برای پیش بینی شکل بار تقاضا، کشف می کنند. چند مدل و شبیه ساز برای مدل سازی سیستم های HVAC و ساختمان ها طراحی شده است. به عنوان مثال، نرم افزار EnergyPlus 16 که انرژی حرارتی را در ساختمان ها مدل می کند، امکان تحلیل تاثیر سیستم های تهویه مطبوع و روشنایی در ساختمان ها از منظر حرارتی، اما برای تعیین پروفایل بار الکتریکی خانوارها، از جمله تاثیر لوازم و دیگر بارهای ساختمان و منابع محلی در تقاضای برق خود. نرم افزار تجاری HVAC CHVAC حداکثر بارهای گرمایش و خنک سازی ساختمان های تجاری را محاسبه می کند [17]. برنامه برنامه برای مهندسین هوا و تهویه (APACHE) یک رابط کاربر گرافیکی برای تجزیه و تحلیل عملکرد حرارتی و استفاده از انرژی ساختمان است. [18] هیچ یک از ابزارهای مدل سازی موجود دیگر وسایل دیگر را در نظر نمی گیرند و برخی از آنها برای استفاده آسان نیست. از این رو، نیاز به شبیه سازهای کاربر پسند برای درک اینکه چگونه وسایل ارتباط برقرار کردن با یکدیگر در رابطه با مصرف انرژی وجود دارد، و نیز تسهیل مطالعه و استفاده از مدل های ریاضی برای EMS خانه، که هدف اصلی از کار ارائه شده در اینجا . شبیه ساز ارائه شده می تواند محاسبات پروفیل های بار از ساختمان ها را که می تواند توسط سایر شبیه ساز ها مانند هومر [19] استفاده شود، جایی که بار الکتریکی به عنوان یک ورودی برای طراحی میکروگرید های دیزلی قابل تجدید هیبریدی استفاده می شود.

Abstract

This paper describes the development of a freeware smart residential load simulator to facilitate the study of residential energy management systems in smart grids. The proposed tool is based on MATLAB-Simulink-GUIDE toolboxes and provides a complete set of user-friendly graphical interfaces to properly model and study smart thermostats, air conditioners, furnaces, water heaters, stoves, dishwashers, cloth washers, dryers, lights, pool pumps, and refrigerators, whose models are validated with actual measurements. Wind and solar power generation as well as battery sources are also modeled, and the impact of different variables, such as ambient temperature and household activity levels, which considerably contribute to energy consumption, are considered. The proposed simulator allows modeling of appliances to obtain their power demand profiles, thus helping to determine their contribution to peak demand, and allowing the calculation of their individual and total energy consumption and costs. In addition, the value and impact of generated power by residential sources can be determined for a 24-h horizon. This freeware platform is a useful tool for researchers and educators to validate and demonstrate models for energy management and optimization, and can also be used by residential customers to model and understand energy consumption profiles in households. Some simulation results are presented to demonstrate the performance and application of the proposed simulator.

1. Introduction

S MART grids coupled with renewable energy resources can yield significant economic and environmental benefits. The smart grid’s ability to improve efficiency, make better use of existing assets, enhance reliability and power quality, reduce dependence on imported energy, and minimize environmental impacts is a market force that has substantial economic value [1]. These grids are growing fast, but if this growth is to be sustained, their value must become more clear to all stakeholders, especially residential consumers. The latter are an important part of electricity demand, since for example, the residential sector accounted near 20% of the electrical energy demand in Ontario, Canada in 2016 [2]; also, residential energy consumption in the US was 22% of the total consumed energy in 2015 [3], and similar values were reported for the European Union in 2016 [4].

Space heating/cooling systems, water heaters, refrigerators, dishwashers, cloth washers, dryers, lighting, and cooking ranges are the most common appliances in the residential sector [2]–[4]. Heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) and water heaters are major energy consumption devices. Therefore, controlling the residential end-use electricity demand can have a significant impact on reducing the peak demand and optimize energy consumption, which can be accomplished in smart or intelligent homes with automation systems to control residential loads [5], [6].

Several studies have been reported in the literature on the prediction of load-shape and optimization methods for energy management, since some appliances can be easily scheduled to reduce energy cost and consumption without affecting customer comfort. For instance, a model to minimize the peak load by scheduling pool pumps, air conditioner and water heaters (WH) is proposed in [7]; a mixed integer linear programming model is developed to minimize the energy cost and maximize customers’ comfort while taking into account the influence of price signals on the household. Some projects focus on scheduling the HVAC and/or water heater by making use of wireless thermostat technology to optimize costs and thermal comfort, as in [8].

References [9]–[15] explore different ways of creating appliance-level load models for load management purposes, based on statistical data to predict the load-shape of the demand. Several models and simulators have been developed to model HVAC systems and buildings. For example, the EnergyPlus software [16], which models thermal energy in buildings, allows analyzing the impact of HVAC and lighting systems in buildings from a thermal perspective, but it has not been designed for determining electrical load profiles of households, including the impact of appliances and other building loads and local sources on its electricity demand. The Commercial HVAC (CHVAC) software calculates the maximum heating and cooling loads for commercial buildings [17]. The Applications Program for Air-Conditioning and Heating Engineers (APACHE) is a graphical user interface to analyze thermal performance and energy use of buildings [18]. None of the existing modeling tools take into account other appliances and some are not easy to use. Hence, there is a need for user-friendly simulators to understand how appliances interact with each other with respect to energy consumption, as well as facilitate the study and application of mathematical models for home EMSs, which is the main purpose of the work presented here. The presented simulator allows computing load profiles of buildings that could be used by other simulators such as Homer [19], where electric load is used as an input for the design of hybrid diesel-renewable microgrids.

شبیه ساز بار مسکونی هوشمند برای مدیریت انرژی در شبکه های هوشمند

Smart Residential Load Simulator for Energy Management in Smart Grids

عملیات هوشمند شبکه های هوشمند یکپارچه با تولید توزیع شده: یک بررسی

Smart operations of smart grids integrated with distributed generation: A review

چکیده

1- مقدمه

2- انگیزه وهدف این مقاله مروری

3- فناوری شبکه هوشمند

4- مدیریت سمت تقاضا

4-1 مزایا و مراحل DSM

5- پاسخگویی سمت بار

5-1 مزایا و چالش‌ها

6- تولید پراکنده

6-1 مفهوم میکروگرید

6-2 نقش منابع انرژی تجدید پذیر و دستگاه‌های ذخیره انرژی

6-3 چالش‌ها

7-دستگاه‌های هوشمند

7-1 چالش‌های مربوط به پیاده سازی دستگاه‌های هوشمند

8-نکات کلیدی این مقاله مروری و مشاهدات

8-1 نکات کلیدی و بحث

8-2 مشاهدات

9- نتیجه گیری

چکیده

در طی چند سال اخیر، کشورهای بسیاری در دنیا علاقه قابل توجهی به فناوری شبکه هوشمند نشان داده‌اند. آن‌ها با چالش‌های بسیاری در فرایند استقرار این فناوری در سطح زمین مواجه هستند. از این روی یک تحقیق برنامه ریزی شده برای مقابله با این چالش‌ها در حال حاضر لازم است. این مقاله، توصیف دقیقی از پیشرفت‌های انجام شده در زمینه مدیریت سمت تقاضا، برنامه‌های پاسخگویی بار، تولیدپراکنده، مسائل فنی در مسیر پیشرفت و مزایای کلیدی حاصله پس از استقرار نهایی این برنامه‌ها ارائه می‌کند. منابع انرژی تجدید پذیر نیز به بخش اصلی تولید پراکنده تبدیل شده و راه حلی را برای مسائل محیطی ناشی از نیروگاه‌های برق سنتی در اختیار می‌گذارد. تعداد کمی از کشورها بر روی استقرار سیستم اندازه گیری پیشرفته کار کرده‌اند. در همین راستا، دامنه تحقیقات در برنامه‌های مختلف فناوری شبکه هوشمند بررسی شده است.

9- نتیجه گیری

در این مقاله ما مشاهده کردیم که یک شبکه هوشمند، یک فناوری نوظهور بوده و تحقیقات رو به رشدی در رشته‌ها و زمینه‌های مختلف شبکه هوشمند در حال انجام است. بسیاری از کشورهای توسعه یافته از این فناوری در شبکه الکتریسیته خود استفاده کرده‌اند. با این حال بسیاری از کشورهای دیگروجود دارند که هنوز در زمینه فناوری شبکه هوشمند رشد اندکی داشته‌اند. تعداد زیادی از مقالات پژوهشی مرور شده در بر گیرنده دانش مربوط به فناوری شبکه هوشمند، اجزای مختلف شبکه هوشمند نظیر مدیریت سمت تقاضا، پاسخ تقاضا، تولید پراکنده، دستگاه‌های هوشمند بوده‌اند. هر جزء شبکه هوشمند به طور دقیق برسی شده است و جزییات مربوط به پیشرفت، روش‌های کنترل برای بهبود فرایند، مزایای پیاده سازی و چالش‌های فنی در پیشرفت آن‌ها توضیح داده شده است. نتایج نشان داده است که ابزارهای مختلف حل مسئله نظیر الگوریتم‌های تکاملی، الگوریتم‌های پراکنده جدید، کنترل پیش بین مدل، تئوری بازی به طور پیوسته توسط محققان برای دست یابی به راه حل مسائل مدیریت انرژی سمت تقاضا استفاده شده‌اند. برای مقابله با مسائل محیطی ناشی از نیروگاه‌های برق سنتی، منابع انرژی پراکنده به عنوان یک راه حل مطرح شده است. جزییات یکپارچه سازی RER های مختلف نظیر انرژیباد، PV، وسایل الکتریکی، سیستم‌های ذخیره انرژی، نقش آن‌ها در هموار سازی منحنی تقاضا و چالش‌های پیاده سازی آن‌ها در مقاله مروری ما گنجانده شد.

Abstract

In last few years, many countries in the world have shown huge interest in smart grid technology. They are facing many challenges in the process of deployment of this technology at ground level. Hence a planned research is required to meet those challenges within time. This paper provides a detailed description of progress in the field of demand side management, demand response programs, distributed generation, technical issues in the way of their progress and key advantages, which will be received after the final deployment of these programs. Renewable energy resources are also becoming a main part of distributed generation, which provides a solution for environmental problems caused by conventional power plants. Few countries are working on the deployment of the advanced metering system. Along with this, the scope of research in various programs of smart grid technology has been explored.

9- Conclusion

In this paper, we have observed that a smart grid is an emerging technology with growing research in various fields of smart grid. Many developed countries have already started using this technology in their electricity network. But there are many other countries which are lagging in the area of smart grid technology. Large numbers of research papers have been reviewed to include best basic knowledge of smart grid technology, various smart grid components like demand side management, demand response, distributed generation, smart devices. Each component of the smart grid has been explored in detail and details of their continue progress, controlling methods for the improvement of their process, benefits with their implementation and technical challenges in their advancement have been explained in detail. It is also found that various problem solution tools like evolutionary algorithms, novel distributed algorithms, model predictive control, game theory, etc. have been frequently used by the researchers to get the solution of demand side energy management problems. To deal with the environmental issues occurring due to conventional power plants, distributed energy resources have been found as a solution. Detail of integration of various RERs like wind generation, PV generation, etc., electric vehicles, energy storage systems, their role in smoothening the demand curve and challenges in their implementation has been included in our review.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

عملیات هوشمند شبکه های هوشمند یکپارچه با تولید توزیع شده: یک بررسی

Smart operations of smart grids integrated with distributed generation: A review

کشف سیاه چاله مبتنی بر اعتماد سلسله مرتبه ای در پایش شبکه هوشمند مبتنی بر شبکه های حسگر بیسیم

Hierarchical trust-based black-hole detection in WSN-based smart grid monitoring

چکیده
1- مقدمه
2- آثار مرتبط
3- کشف سیاه چاله مبتنی بر اعتماد سلسله مراتبی
الف- انتخاب خوشه اصلی
ب- تجمیع داده
ث- ارزیابی اعتماد سلسله مراتبی
4- ارزیابی عملکرد
الف- آستانه 50%-
ب- آستانه 40%
ث- آستانه 30%
5- نتیجه گیری

چکیده
شبکه های حسگر بیسیم (WSNs) به طور وسیعی برای پایش شرایط محیطی مختلف پذیرفته شده اند. از آنجاییکه شبکه برق به عنوان یک زیرساخت بحرانی تلقی میشود و شبکه هوشمند به عنوان یک تکنولوژی قابل دوام برای معرفی قابلیت اعتماد بیشتر، بازدهی، کنترل پذیری و امنیت برای شبکه برق متداول پدید آمده است، WSNs به صورت ابزارهای بالقوه برای پایش شبکه هوشمند تصور شده اند. انگیزه ی پشت پایش شبکه هوشمند، بهبود آمادگی و برجهندگی فوری آن میباشد. با وجود اثربخشی WSNs در پایش زیرساختهای بحرانی، آنها هم چنین آسیب پذیری های امنیتی مختلف را به ماهیت آزاد و پیوندهای بیسیم غیر قابل اعتماد خود مطرح می نمایند. در این مقاله، ما بر حمله ی سیاه چاله ای (B-H) تاکید داریم. برای از عهده بر آمدن این کار، یک مدل پایش WSN مبتنی بر اعتماد سلسله مراتبی را برای تجهیزات شبکه هوشمند به منظور کشف حملات B-H پیشنهاد میدهیم. گره های بد اندیش، از طریق امتحان کردن رابطه ی جایگزینی بین نسبتهای بسته ی رها شده و اعتماد برای هر سرشاخه (CH) کشف شده اند.آستانه های مختلف را برای نسبت رها شده ی بسته ها (PDR) به منظور محک زدن رفتار شبکه با آنها، انتخاب میکنیم. چهار آستانه ی مختلف را (20%، 30%، 40% و 50%) را ایجاد مینماییم. آستانه ی 50% برای رسیدن به پایداری سیستم در دوره های اولیه با کمترین تعداد عملیاتهای خوشه بندی مجدد، نشان داده شده است.
1- مقدمه
شبکه های حسگر بیسیم (WSNs) به عنوان یک کاندید قوی برای تامین نیازهای مهم ارتباطی شبکه هوشمند، بویژه WSNs خود نمایشگرانه و قابلیت پیکر سازی از انواع مختلف حسگرها استفاده میکنند، یعنی حسگرهای گرمایی، بصری، راداری، مادون قرمز و مغناطیسی که به افزایش توانایی پایش انواع شرایط کمک میکند همانند رطوبت، فشار، دما و میزان نویز [1] [2].
شبکه هوشمند، استفاده ی بهتر منابع انرژی مختلف را در سیستم تولید میسر میسازد، همانند انرژی باد و انرژی خورشیدی [3]. هم چنین به ذخیره ی انرژی، افزایش قابلیت اعتماد شبکه، افزایش بازده فرایند و کاهش هزینه ها، کمک میکند. بازده و قابلیت اطمینان این تکنولوژی، عوامل مهمی کسب شده از طریق انجام تجمیع و ارسال داده ی ایمن و قابل اطمینان هستند. نسبت حملات سایبری مختلف، آسیب پذیر هستند زیرا به فناوری های اطلاعاتی متکی میباشند.لذا، هر گونه تداخلی با واحد کنترل، سبب پیامدهای برگشت ناپذیر یا به طور موضعی یا در سطح ملی خواهند شد. به علاوه، خطوط ارتباطات، نسبت به حملات پارازیتی آسیب پذیر هستند که میتواند ارتباطات را متوقف ساخته و نقش حیاتی در دستکاری سیگنالهای ارسال شده بین مشتریان و پیوندهای توزیع ایفا نماید. اخیرا، WSNs در گریدهای هوشمند بکار رفته است که به خاطر ویژگی های هزینه ی پایین، منعطف بودن، گسترش خود و گسترش سریع و تحمل خطا میباشد [5،4،6].
5- نتیجه گیری
همراه نمودن استفاده ی حسگرهای دارای شبکه های شبکه هوشمند، با وجود مزایای کسب بازده نوید بخش و هزینه های پایین، چالشهای جدیدی را عنوان میکند. یکی از مهم ترین مسائل، بررسی مسائل امنیتی و به حداقل رساندن آسیب پذیری های امنیت سایبر-فیزیکی است. در این مقاله، ما یک سیستم کشف سیاه چاله ها (B-H) را ارائه کرده ایم. طبق مدل کشف B-H ارائه شده، زمانیکه خوشه ی اصلی های B-H (CHs) کشف میشوند، راه کارهای انتخاب مجدد CH برای کسب یک محیط بدون B-H مورد هدف قرار میگیرند که به ارسال اطلاعات منتقل شده به طور ایمن و با حداقل خطر اتلاف اطلاعات کمک میکند. به این منظور، یک روش ارزیابی امتیاز اعتماد سلسله مراتبی را پذیرفته ایم که برای CHها بر مبنای یک شاخص B-H اصلی اجرا میشود، بویژه نسبت سقوط بسته (PDR) در CH. اثر آستانه های مختلف (50%، 40%، 30% و 20%) را برای محک زدن رفتار مدل، بررسی کرده ایم. یک آستانه ی PR پنجاه درصد برای رسیدن به پایداری سیستم در دوره های اولیه با حداقل تعداد عملیات خوشه بندی مجدد، نشان داده شده است. به عنوان یکی از عوامل عملکرد اصلی در شبکه های حسگر بیسیم، پایداری شبکه است، هدف ما حداقل تعداد وقفه ها در خوشه هاست. نتایج شبیه سازی ما نشان داده اند کاهش نسبت آستانه، تعداد عملیات خوشه بندی مجدد را افزایش میدهد در حالیکه در برخی موارد کل CHها میتوانند به صورت گره های B-H قلمداد شوند (در مورد 20%). گرچه تعداد تلاشهای خوشه بندی مجدد، به لحاظ شهودی یک پدیده ی مورد انتظار از طریق درک مستقیم است، لازم به ذکر است در حالیکه تعداد تلاشهای خوشه بندی مجدد کاهش می یابد، هم چنین یک محیط پایش بدون B-H را تضمین میکنیم.
علاوه بر مساله ی کشف B-H، در حال حاضر روی کشف بیشتر و کاهش کلیه حملات ممکن کار میکنیم که ممکن است با حوزه های شبکه ی شبکه هوشمند مبتنی بر WSN تداخل داشته باشد. به علاوه، ما در حال حاضر یک سیستم کشف دخول را برای کشف متجاوزین داخلی و خارجی اجرا میکنیم.

Abstract

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been widely adopted to monitor various ambient conditions including critical infrastructures. Since power grid is considered as a critical infrastructure, and the smart grid has appeared as a viable technology to introduce more reliability, efficiency, controllability, and safety to the traditional power grid, WSNs have been envisioned as potential tools to monitor the smart grid. The motivation behind smart grid monitoring is to improve its emergency preparedness and resilience. Despite their effectiveness in monitoring critical infrastructures, WSNs also introduce various security vulnerabilities due to their open nature and unreliable wireless links. In this paper, we focus on the, Black-Hole (B-H) attack. To cope with this, we propose a hierarchical trust-based WSN monitoring model for the smart grid equipment in order to detect the B-H attacks. Malicious nodes have been detected by testing the trade-off between trust and dropped packet ratios for each Cluster Head (CH). We select different thresholds for the Packets Dropped Ratio (PDR) in order to test the network behaviour with them. We set four different thresholds (20%, 30%, 40%, and 50%). Threshold of 50% has been shown to reach the system stability in early periods with the least number of re-clustering operations.

کشف سیاه چاله مبتنی بر اعتماد سلسله مرتبه ای در پایش شبکه هوشمند مبتنی بر شبکه های حسگر بیسیم

Hierarchical trust-based black-hole detection in WSN-based smart grid monitoring

تشخیص مشارکتی و توزیع شده مبتنی برای حملات تزریقی داده های نادرست در سیستم فیزیکی سایبری مبتنی بر شبکه هوشمند

Distributed host-based collaborative detection for false data injection attacks in smart grid cyber-physical system

نکات برجسته

چکیده

1- مقدمه

2- کار مرتبط

3- مدل ها و اهداف طراحی

1-3- مدل سیستم

2-3- مدل تهدید

3-3- اهداف طراحی

4- روش DHCD پیشنهادی

1-4- FDD مشارکتی

2-4- تعیین PMU سازگار(آسیب دیده)

5- ارزیابی عملکرد

1-5- کارایی الگوریتم FDD

2-5- شناسایی PMUs سازگارشده توسط سیستم اعتبار ما

6- نتیجه گیری

چکیده

حملات تزریقی داده های نادرست (FDI)، تهدیدات امنیتی مهمی برای سیستم فیزیکی سایبری (CPS) مبتنی بر شبکههوشمند محسوب می شوند، و می تواند منجر به ایجاد فواجع عظیمی در سراسر سیستم قدرت شود. با این حال، مقابله با حملات FDI در CPS مبتنی بر شبکه هوشمند، به دلیل وابستگی شدید به شبکه های اطلاعاتی آزاد چالش برانگیز است. اکثر راهحلهای موجود از نظر محاسباتی گران و بر اساس تخمین حالت (SE) در مرکز کنترل بسیار متمرکز هستند. همچنین این راهحلها بطور کلی، سطح بالایی از تضمین امنیت را فراهم نمیکند، براساس شواهدکارهای اخیر، مشخصاست که حملهکنندگان هوشمند FDI، با شناخت از ساختار سیستم، براحتی میتوانند سیستمهای تشخیصی مبتنی بر SEمربوط به حملات داده های نادرست را دور بزنند. در این مقاله، یک روش تشخیص مشارکتی و توزیع شده نوین مبتنی برهاست، به منظور رسیدگی به این چالش هاپیشنهاد شده است. ما بطور خاص از الگوریتم رای اکثریت، مبتنی بر قواعد مشترک استفاده می‌کنیم تا داده‌های اندازه‌گیری نادرست و مندرج که با واحد اندازه‌گیری فازور (PMUs) سازگار شده است، را بصورت مشارکتی تشخیص دهیم. علاوه براین، یک سیستم اعتبار بصورت خلاقانه به همراه الگوریتم بروز رسانی مبتنی بر اعتبار تطبیقی، برای ارزیابی وضعیت اجرای PMU ها طراحی شده است که با استفاده آن میتوانیم بصورت آشکار حملات FDI را مشاهده کنیم. آزمایشات شبیه سازی جامعی با داده های اندازه گیری زمان واقعی انجام میدهیم که با استفاده از شبیه ساز پاور ورلد حاصل شده است، و نتایج عددی اثربخشی طرح پیشنهاد ما را تایید میکند.

مقدمه

سیستم فیزیکی سایبری (CPS) مبتنی بر شبکه هوشمند، برای تسهیل در تحویل توان بصورت دقیق، با کارامدی بالا و اطمینان پذیر، و همچنین بهره مندی و یکپارچه سازی از انرژی پایدار طراحی‌شده‌است [22,40]. باوجود مزایای بلقوه CPS مبتنی بر شبکه هوشمند، تهدیدهای اساسی وجود دارد که می تواند امنیت سیستم را به خطر بیندازد، و در نتیجه تاثیرات زیادی بر ثبات جامعه میگذارد [22,9,17,21] (در شکل1، نمای سیستم یک CPS مبتنی بر شبکه هوشمند را مشاهده کنید).

نتیجه گیری

دراین مقاله، ما یک روش DHCD نوین برای شناسایی و تضعیف حملات FDI در CPS مبتنی بر شبکه هوشمند پیشنهاددادیم. بطورخاص، مشخصات قواعد براساس سیستم تشخیص مشارکتی و زمان – واقعی به جهت شناسایی داده‌های اندازه گیری غیرعادی طراحی شد. علاوه براین، یک سیستم اعتبار جدید با الگوریتم ARU برای ارزیابی وضعیت اجرای PMU ها ارائه شد، که می تواند برای شناسایی PMU های سازگار، مورد استفاده قرارگیرد. سپس ما مطلوبیت رویکرد پیشنهادی را با استفاده از شبیه سازی سیستم قدرت 39 گذرگاه IEEE بررسی کردیم.

همانطور که قبلا بحث شده است، روش ما برای شناسایی فعالیت های مخربی طراحی شده است که منجر به نامتعارفی داده های اندازهگیری می شود. کار آینده شامل گسترش رویکرد پیشنهاد شده برای گرفتن خطاهای سیستم قدرت است( به عنوان مثال، توزیع ولتاژ، مدار باز و اتصال کوتاه)

Abstract

False data injection (FDI) attacks are crucial security threats to smart grid cyber-physical system (CPS), and could result in cataclysmic consequences to the entire power system. However, due to the high dependence on open information networking, countering FDI attacks is challenging in smart grid CPS. Most existing solutions are based on state estimation (SE) at the highly centralized control center; thus, computationally expensive. In addition, these solutions generally do not provide a high level of security assurance, as evidenced by recent work that smart FDI attackers with knowledge of system configurations can easily circumvent conventional SE-based false data detection mechanisms. In this paper, in order to address these challenges, a novel distributed host-based collaborative detection method is proposed. Specifically, in our approach, we use a conjunctive rule based majority voting algorithm to collaboratively detect false measurement data inserted by compromised phasor measurement units (PMUs). In addition, an innovative reputation system with an adaptive reputation updating algorithm is also designed to evaluate the overall running status of PMUs, by which FDI attacks can be distinctly observed. Extensive simulation experiments are conducted with real-time measurement data obtained from the PowerWorld simulator, and the numerical results fully demonstrate the effectiveness of our proposal.

Introduction

Smart grid cyber-physical system (CPS) is designed to facilitate highly efficient, accurate, and reliable power delivery as well as sustainable energy integration and utilization [22,40]. Despite the potential benefits of a smart grid CPS, there are underlying threats that could jeopardize the security of the system and consequently, have a cascading effect on the stability of the society [22,9,17,21] (see Fig. 1 the system view of a smart grid CPS).

Conclusion

In this paper, we proposed a novel DHCD method to identify and mitigate FDI attacks in smart grid CPS. Specifically, a rule specification based real-time collaborative detection system was designed to identify the anomalies of measurement data. In addition, a new reputation system with an ARU algorithm was presented to evaluate the overall running status of the PMUs, which can be used to identify compromised PMUs. We then demonstrated the utility of the proposed approach using simulations of the IEEE 39-bus power system.

As previously discussed, our method is designed to detect the malicious activities resulting in the anomaly of measurement data. Future work would include extending the proposed approach to capture power system faults (e.g., voltage disturbance, open circuit, and short circuit).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تشخیص مشارکتی و توزیع شده مبتنی برای حملات تزریقی داده های نادرست در سیستم فیزیکی سایبری مبتنی بر شبکه هوشمند

Distributed host-based collaborative detection for false data injection attacks in smart grid cyber-physical system

بررسی اثر استراتژی مناقصه اپراتور پارکینگ وسایل نقلیه برقی در بازارهای روز پیش رو و زمان واقعی بر قابلیت اعتماد سیستم قدرت

Assessing the Effect of Bidding Strategy of an Electric Vehicle Parking Operator (EVPO) in the Day-Ahead and Real-Time Markets on the Power System Reliability

چکیده
I- مقدمه
II- بیان مساله
الف- پیش بینی قیمت
ب- استراتژی مناقصه DA
ج- استراتژی مناقصه RT
IV- نتایج عددی
الف- داده ها
ب- نتایج
ج- ارزیابی اثر استراتژی مناقصه بر قابلیت اطمینان سیستم
V- نتیجه گیری
منابع

چکیده

علاوه بر مزایای زیست محیطی استفاده از وسایل نقلیه برقی (EV)، حضور EV در محوطه پارکینگ، به عنوان مصرف کننده یا مولد انرژی، منجر به تغییرات گسترده ای درعملکرد سیستم های قدرت شده است. اپراتور پارکینگ وسیله نقلیه برقی (EVPO) می تواند به صورت استراتژیکی به خرید و فروش برق در هر دو بازار روز پیش رو زمان واقعی بپردازد. در اینجا، تاثیر استراتژی مناقصه EVPO مبتنی بر اشتهای ریسک در نظر گرفته شده است. از مدل احتمالاتی کامل EV در محدوده پارکینگ برای تعیین زمان مجاز برای فرآیندهای شارژ و دشارژ باتری استفاده می شود. مدل پیشنهادی در یک مطالعه موردی واقع گرایانه بر تابعی در حالت جزیره ای اِعمال شد و هزینه انرژی عرضه نشده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که یک استراتژی پرریسک علاوه بر مبادله قدرت بیشتر در بازار زمان واقعی نه تنها تامین کننده و متضمن الزامات SOC صاحب خودرو برای سفرهای روزانه است بلکه قابلیت اطمینان سیستم را نیز بهبود می بخشد.

5- نتیجه گیری

در مقاله حاضر، رویکردی برای استخراج استراتژی مناقصه بهینه EVPO در هر دو بازار DA و RT بر اساس اشتهای ریسک ارائه شده است. دو استراتژی ریسک اتخاذ شده بر مناقصه، مطلوبیت و قدرت مبادله شده در بازارهای مذکور تاثیر می گذارند. نتایج نشان می دهد که عملکرد این استراتژی ها به تفاوت بین قیمت های بازار DA و RT بستگی دارند. برای مثال، زمانی که اغتشاشی وجود داشته و سیستم مجبور است در حالت جزیره ای کار کند (یعنی قیمت RT بالاتر از قیمت DA است)، یک استراتژی پرریسک می تواند قدرت بیشتری را با قیمت بالاتری به شبکه بفروشد و ENS کاهش می یابد. در این حالت، برای EVPO خرید در بازار DA با قیمت پایین و سپس فروش انرژی در بازار RT با قیمت بالا، سودمند خواهد بود.

Abstract

Besides environmental benefits of using electric vehicles (EVs), the presence of EVs in the parking lots, acting as the power consumer or generator, have created widespread changes in the operation of power systems. The Electric Vehicle Parking Operator (EVPO) can strategically purchase and sell power in both the day-ahead and the real-time markets. Here, the effect of bidding strategy of an EVPO based on risk appetite is considered. A complete probabilistic model of the EVs in the range of parking is used to determine the allowed times of battery charge and discharge processes. The proposed model is applied on a realistic case study, forced to function in island mode, and the cost of energy not supplied is investigated. Results show that a risky strategy in addition to trading more power in the real-time market, not only supplies and guarantees the car owners’ SOC requirement for daily trips, but also improves the reliability of the system.

V- CONCLUSION

In this paper, an approach to derive the optimal bidding strategy of an EVPO in both DA and RT markets based on risk appetite is proposed. The two risk strategies adopted influence the bidding, utility and power traded in the mentioned markets. The results indicate that the performance of these strategies depend on the difference between DA and RT market prices. For example, when there is a disturbance and system is forced to work in the island mode (i.e., RT prices are higher than DA prices), a risky strategy can sell more power with higher prices to the network and decreases the ENS. In this case, it will be beneficial for EVPO to buy in the DA market at low prices and then to sell energy in the RT market at high prices.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی اثر استراتژی مناقصه اپراتور پارکینگ وسایل نقلیه برقی در بازارهای روز پیش رو و زمان واقعی بر قابلیت اعتماد سیستم قدرت

Assessing the Effect of Bidding Strategy of an Electric Vehicle Parking Operator (EVPO) in the Day-Ahead and Real-Time Markets on the Power System Reliability

امنیت سایبری برای شهرهای هوشمند: بررسی اجمالی

Cybersecurity for Smart Cities: A Brief Review

چکیده

1- مقدمه

2- چالش های سایبری شهر هوشمند

3- راهکارهای پیشنهادی

4- نتیجه گیری

منابع

چکیده

با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)، شهرهای هوشمند مزیت های بالقوه متعددی را ارائه می کنند که نمونه آن بهبود راندمان انرژی، مدیریت و امنیت کارکنان است. با این حال، این وابستگی به ICT سبب مستعد شدن شهرهای هوشمند نسبت به حملات سایبری شوند. در این مقاله موضوع امنیت سایبری برای شهرهای هوشند مورد بررسی قرار می گیرد. ما نشان می دهیم که چگونه مشخصات ویژه شهرهای هوشمند سبب افزایش چالش های امنیتی می شود و همچنین چالش های متفاوت پیش رو را مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت، برخی از راهکارهای مهم امنیت سایبری برای شهرهای هوشمند که قبلا پیشنهاد داده شده است مورد ارزیابی قرر می دهیم.

4- نتیجه گیری

در این مقاله درباره مفهوم شهرهای هوشمند و چالش های امنیت سایبری آن ها و راهکارهای ممکن بحث گردید. حوزه امنیت سایبری شهر هوشمند همچنان در دوران کودکی خود به سر می برد و بسیاری از راهکارهای ساختاری، طراحی و فنی در این حوزه بسیار مهم پیش بینی می شود. نتیجه گیری این مقاله را از زبان متخصص امنیتی، Eugene Kaspersky بیان می کنیم: ” فناوری های هوشمند و همبستگی بین آن ها می توانند زندگی در سرتاسر جهان را بهبود بخشند اما علی رغم فرصت های متعددی که این فناوری ها ایجاد می کنند، چالش هایی نیز به وجود می آورند که مورد سوء استفاده افراد خرابکار قرار می گیرد. ما اطمینان داریم که امکان رفع این چالش ها وجود دارد اما نیازمند تلاش زیاد از سوی دولت ها، توسعه دهندگان نرم افزار و تجهیزات و شرکت های ارائه دهنده خدمات امنیت فناوری اطلاعات است. ما تنها آغاز کننده این راه هستیم اما ادامه آن اجباری است تا بتوان جهان دیجیتالی امن و ایمنی برای همه افراد ساخت”.

Abstract

By leveraging advancements in information and communications technology (ICT), Smart Cities offer many potential benefits like improved energy efficiency, management and personal security. However, this dependence on ICT also makes smart cities prone to cyber attacks. In this paper, we investigate the topic of cybersecurity for smart cities. We show how the specific characteristics of smart cities give rise to cybersecurity challenges, and review the different threats faced. Finally, we review some of the more important cybersecurity solutions for smart cities that have been proposed.

4- Conclusion

In this paper, we discussed the concept of smart cities and their cybersecurity challenges and possible solutions. The area of smart city cybersecurity is still in its infancy, and many more policy, architectural, design, and technical solutions are anticipated in this very important domain. We would like to conclude this paper with the words of the renowned security expert Eugene Kaspersky [1]: “Smart technologies and interconnectivity should be improving lives around the world. But with all the opportunities they create, it is a challenge to stop people with malicious intent exploiting them. we are confident that it is possible to meet the challenge, but it requires a lot of hard work from governments, software and equipment developers, and IT security companies. We are just starting out on this path, but follow it we must — to ultimately build a safe and secure digital world for all.”

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

امنیت سایبری برای شهرهای هوشمند: بررسی اجمالی

Cybersecurity for Smart Cities: A Brief Review

کاربرد تکنولوژی های بهبود انعطاف شبکه هوشمند در ایجاد تمایز در میزان ضریب اطمینان در سطح شبکه

Application of Resilience Enhancing Smart Grid Technologies to Obtain Differentiated Reliability

چکیده

1.مقدمه

2- ایجاد تمایز در ضریب اطمینان

۳. ضریب اطمینان در شبکه های توزیع

4. افزایش انعطاف پذیری شبکه به وسیله ی سرمایه گذاری در آن

الف) تدابیر سنتی

ب) تغییر مسیر و کلیدزنی از راه دور

ج) میکروشبکه و نانو شبکه

5. نتیجه گیری

چکیده

با معرفی ورود صنعت شبکه های هوشمنده به شبکه های توزیع انرژی، انعطاف شبکه میتواند بسیار افزایش یابد. مزیت این تکنولوژی ها نسبت به تکنولوژی های قبلی در این است که این شبکه ها میتوانند در افزایش انعطاف پذیری موضعی و محلی شبکه ها موثرتر واقع شوند. این روش میتواند منجر به ایجاد تمایز در قابلیت اعتماد بین (دسته های) مصرف کنندگان شود. تکنولوژی های مختلف شبکه بندی هوشمند، با توجه به اینکه تا چه حدی می توانند با کمترین هزینه به طور محلی قابلیت اعتماد ایجاد کنند، ارزیابی می شوند. به وجود آمدن ریز شبکه ها در کنار توانایی ذخیره محلی انرژی و بازسازی شبکه به کمک کنترلهای از راه دور، دو روش از تکنولوژی هوشمند شبکه بندی است که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند. استفاده از ذخیره سازی انرژی میتواند قابلیت اعتماد هر گره را بدون اثرگذاری بر سایر گره ها افزایش دهد. ولی هزینه پیاده سازی ذخیره سازی انرژی کماکان معادل روشهای سنتی تجهیز شبکه برای دستیابی به افزایش محلی قابلیت اعتماد است. البته هزینه استفاده از کلیدهای کنترل از راه دور بسیار بیشتر است. با استفاده از این روش نه تنها میتوان در یک گره قابلیت اطمینان را افزایش داد بلکه می توان این کار را در چند گره ی دیگر به سر انجام رساند. این مسئله باعث میشود DNO سخت تر بتواند برای تامین این اطمینان بیشتر شارژ شود.

1.مقدمه

یکی از نیازهای کلیدی شبکه ی توزیع انرژی، قابلیت اطمینان است. با توجه به اینکه جامعه هر روز بیش از پیش به انرژی برق وابسته میشود، نیاز اینکه این انرژی همیشه در دسترس باشد نیز افزایش مییابد. وابستگی به نیروی برق در مصرف کنندگان مختلف متفاوت است. اگرچه برای یک مصرف کننده ی خانگی قطع برق در میانه ی روز به قیمت بالایی تمام نمی شود، همین قطعی برق برای بسیاری از سرمایه گذاری های خرد یا متوسط (SME) میتواند خسارتهای اقتصادی قابل توجهی را به بار آورد. در ساختار فعلی شبکه های توزیع برق، متصدی شبکه (DNO) تنها بابت قابلیت دسترسی که در کل شبکه مجموعا ارائه میکند، تشویق یا توبیخ میشود. در سالهای اخیر درخواست هایی مبنی بر این وجود داشت که بشود تفاوتی در ضریب اطمینان بین مشترکان بسته به بازارهای جدید یا با افزودن بندی به ساختار تعرفه های اعمالی توسط DNO لحاظ شود. [4] [3] [2] [1]ابزارهای اصلی که در این شرایط DNO برای ارائه ی قابلیت اطمینان بیشتر و تمرکز بیشتر روی برخی مصرف کنندگان خاص در حین بازه های انجام ترمیم و نگهداری پیشگیرانه است. 

5. نتیجه گیری

با وارد کردن شبکه های هوشمند، انعطاف پذیری شبکه می تواند بهبود یابد. با استفاده از روش های سنتی بهبود ضریب اطمینان، هزینه  بین 26400 یورو تا 709000 یورو خواهد بود. اگر هزینه ای که توسط DNO برای افزایش ضریب اطمینان انجام می شود مستقیما به دوش مصرف کنندگان بیفتد، ممکن است ناعادلانه به نظر بیاید چرا که مصرف کنندگان دخالتی در طراحی شبکه نداشته اند و طراحی آن به دست عموم نسپرده شده است. در واقع مصرف کنندگان خودشان محل قرارگیری شان در شبکه را انتخاب نکرده اند بنابراین تطابق بین هزینه های بهبود ضریب اطمینان در شبکه ی توزیع و پرداخت مصرف کنندگان به سادگی توسط خود آنها انجام نشده یا تحت تاثیر قرار نگرفته است. با وارد کردن تکنولوژی های ذخیره ی انرژی و تغییر مسیر از راه دور، روش های ممکن برای افزایش ضریب اطمینان یک گره ی خاص افزایش می یابد.

Abstract

With the introduction of smart grid technologies in the distribution network the resilience of the network can be increased. The advantage of the use of these technologies is that they could be more effective than conventional technologies in creating a local increase in the resilience of the network. This approach would allow for differentiating the reliability per (groups of) customers. Different smart grid technologies are evaluated based on how cost-effectively they can increase the local reliability. The creation of microgrids in combination with local energy storage and the reconfiguration of the network by remote switching, are the two smart grid technologies which are investigated in this paper. The use of energy storage can increase the reliability of a single node without affecting the other nodes, however the costs of implementing energy storage are still similar to the cost of conventional network reinforcement methods to locally increase the reliability. The cost of using remotely-controlled switches to increase the reliability at a single node is much lower. With this method, the increase in reliability is however not only achieved at a single node, but at other nodes as well. This makes it difficult for the DNO to charge in a fair manner for this additional reliability.

I. INTRODUCTION

One of the key requirements of the distribution grid is reliability. As society becomes more and more reliant on electric power the need for this power to be always available also increases. Th reliance on electrical power can however differ significantly between consumers. Whilst for a residential consumer a power outage in the middle of the day might not bear much cost, the same outage for many small and medium enterprises (SME) will incur a substantial economic loss. In the current set-up of the distribution network the distribution network operator (DNO) is only rewarded/penalised for the system-wide level of availability that it maintains. In recent years there have been calls to allow for differences in reliability levels between consumers based on either new markets or as an addition to the current tariff structure employed by the DNO [1] [2] [3] [4] [5]. The main tools the DNO currently has at its disposal for the increased reliability of the network is to increase its focus more on certain consumers during restoration and pre-emptive maintenance.

V. CONCLUSIONS

With the introduction of smart grid technologies the resilience of the distribution network can be improved. When looking at the conventional option to improve the reliability by the laying of additional cables, the investment costs are ranging from e26 400 to e709 000. If the cost the DNO incurs for increasing the reliability is directly passed on to the consumer, this large cost difference can be considered unfair. The consumers have no influence on the design of the network and the design of the network is not publicly available. Meaning the consumers cannot select their location based on the network design. The cost for generating an adequate amount of reliability of the distribution network would be thus hard to influence and to assess for the grid users.With the introduction of energy storage or remote switching technologies, the amount of possibilities to target reliability improvements at a single node increases.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کاربرد تکنولوژی های بهبود انعطاف شبکه هوشمند در ایجاد تمایز در میزان ضریب اطمینان در سطح شبکه

Application of Resilience Enhancing Smart Grid Technologies to Obtain Differentiated Reliability