الشبكات الذكية: احتضان المزامنة الزمنية وإعادة التفكير في المعايير

يبدو أن هناك خطأ ما في قابلية التشغيل البيني للنظام الحالي. في البداية، كان هناك الكثير من العروض التقديمية حول مدى سلاسة وموثوقية العملياتالمستقبلية بسبب قابلية التشغيل البيني. اليوم، تتحقق اليوم الشكوك الأولية للواقعيين.

الوفورات في أنظمة الشبكات الذكية القابلة للتشغيل البيني

على الرغم من أن هناك الكثير من عمليات التثبيت والتطبيق التي تحققت، إلا أنه لم يتم الإعلان عن أي نتائج موجزة حول كميات البيانات المنقولة (لنفترضأكثر من قراءة واحدة يوميًا)، ونطاق الاتصالات، ومعدلات الإرسال الحقيقية، ووقت الاستجابة الحقيقي، ووقت الاستجابة، وما إلى ذلك.

على الرغم من عدم ظهور أي معلومات حول النتائج، إلا أنه من الممكن العثور على معلومات حول التوفير في أنظمة الشبكة الذكية القابلة للتشغيل البيني. المفاجأة الكبيرة هي أن هذه المعلومات لا تأتي من مرفق واحد، ولكن تم إصدارها من قبل المفوضية الأوروبية.

إذا أراد موزعو الطاقة العمل بطريقة ذكية، فلا يكفي أن يكون لدى العملاء عدادات مزودة بعدادات مزودة بمرحل يقوم بالتبديل وفقًا للتعريفة. إذا لم يقمالعملاء بربط هذه الوظيفة بالبنية التحتية المنزلية ولم يغيروا سلوك الاستهلاك، فإن النتائج الورقية تختلف عن الواقع بطريقة دراماتيكية. وبالتالي، فإنالمستفيدين الوحيدين هم شركات تصنيع العدادات.

إعادة النظر في المعايير الحالية لاستقرار الشبكة الكهربائية

من المفارقات أن عمليات الطرح الأخيرة سلطت الضوء على حقيقة واحدة: أنظمة SG القابلة للتشغيل البيني والطريقة التي صممت بها اليوم، ليست قادرةعلى ضمان استقرار شبكة الطاقة والسلامة في إمدادات الطاقة. ومن أجل تغيير هذا الوضع، من الضروري استيفاء مكونات شبكات الطاقة الشمسية بمحتوىمعقول. يبدو أن إحدى الخصائص الأساسية هي المزامنة الجيدة لشبكات PLC الفرعية للاتصال بالعدادات.

وبالتالي، هذا ليس نقاشًا حول ذكاء الجهاز. المسألة المهمة هنا هي أن تتصرف الأجهزة بطريقة منسقة داخل الشبكة الذكية. يجب أن يكون لديها وقت متزامن،من أجل الاستفادة من السلوك المتوقع للشبكة الذكية، وضمان التعاون المتبادل بين مكوناتها.

ستساعد المزامنة في المجالات التالية:

• التحكم في وقت جودة التحكم في جودة إرسال حزم البيانات (TDM – تعدد تقسيم الوقت): كلما كان عدم اليقين الزمني أقل، كان ذلك أفضل لأن الأجهزةالمنفردة على شبكة PLC يمكنها نقل البيانات بفجوة زمنية أقل دون حدوث اضطراب متبادل، مما يؤدي إلى زيادة إنتاجية الشبكة.
• القياس الدقيق للجهود والتيارات الفورية: إذا قمنا بتحليل هذه القيم، يمكننا تحديد حمل التوزيع الحقيقي، وإمدادات المحولات. علاوة على ذلك، إذا تم تطبيققوانين دائرة كيرشوف لتيارات العقدة وجهد الدائرة، يمكننا أن نكتشف بدقة، أين يحدث الاستهلاك غير المصرح به. مع الأخذ في الاعتبار أن الخسائر غيرالفنية تصل إلى 10-50% في أوروبا (تتزايد في الجنوب الشرقي)، فهي مسألة مهمة حقًا.
• جميع العدادات قادرة على قياس التيار أو الجهد: يمكن تخزين القيم التي يتم قياسها بطريقة متزامنة في سجل FIFO، وفي حال احتاج المشغل إلى تحليلالمشاكل في منطقة معينة، يتم نقل البيانات المخزنة في العداد (بما في ذلك الطوابع الزمنية) إليه.
• يمكن استخدام نبضات التزامن للإشارة إلى المراحل المفردة التي تزود العداد (انظر الصورة 1): لا يهم إذا كان الإمداد أحادي الطور أو متعدد الأطوار. وبالتالي يمكننا اكتشاف عدم التماثل الحالي الناشئ لدى العملاء الذين لديهم أجهزة أحادية الطور.

لكل مرحلة لونها الخاص بها. في اللحظة المحددة التي يمر فيها الجهد عبر الصفر، يتم حقن الإشارة في هذه المرحلة (بسبب الاقتران، تنتقل أيضًا إلى مراحلأخرى، ولكن واحدة منها فقط لديها إشارة في الصفر تعبر جهد الطور المناسب).

دورة التزامن والخصائص الجزرية

يتسم نظام قراءة البيانات ونقلها من العملاء وإليهم بخاصية جزرية ذات مركز واحد: إمداد محول التوزيع. يوجد جهاز داخل هذا المحول (مكثف البيانات) يتصل عبر خطوط الطاقة منخفضة الجهد مع العدادات الذكية للعملاء. تتكون شبكة توزيع الطاقة منخفضة الجهد بالكامل من مجموعة من هذه الجزر.

يحدث التزامن على مستويين. أولاً، تتم مزامنة مكثف البيانات، وبعد ذلك، يتم نقل المزامنة إلى العدادات الفردية.

هذا الحل المقترح له ميزتان:

• يتم تحديد نبضة المزامنة بدقة، ويتم نقلها في لحظة العبور الصفري لجهد مرحلي معين بما في ذلك الطابع الزمني.
• تقبل معايير أنظمة المزامنة المرحلية (المطبقة للتحكم في نظام الجهد العالي جدًا) انحرافًا أقل من 1%. وبالتالي بالنسبة للتردد 50 هرتز، يُسمح بانحراف± 30 ميكرو ثانية، وهو ضمن الدقة المقبولة لأنظمة الجهد المنخفض (المزامنة الخاصة لقياس الطور لها دقة أعلى بكثير: ± 1 ميكرو ثانية).

حساب تأخيرات المزامنة

من أجل حساب التأخير الناجم عن خصائص خطوط الطاقة، سنفترض أن الثابت k = 0.6 سرعة الضوء، والطول الأقصى لخطوط الجهد المنخفض الذي لايتجاوز 2 كم نظرًا لضمان الحد الأقصى من الخسائر. زمن فترة الشبكة يصل إلى 0.02 ثانية.

وهذا يعني أنه من الممكن تحقيق مزامنة موثوقة للأجهزة المزودة من شبكة الجهد المنخفض بدقة ±50 ميكرو ثانية لجميع الأجهزة. وبالمقارنة، على سبيلالمثال يقوم معيار PRIME بمزامنة الأجهزة الطرفية التابعة مع حزمة البيانات المرسلة عبر خطوط الطاقة.

حدود دقة معيار PRIME القياسي

إذا مرت الحزمة دون تكرار الإشارة (عادةً ما يصل عدد مرات التكرار إلى 4-8 مرات)، تصل الدقة إلى ± 0.01 ثانية في ظل ظروف مواتية للغاية. ومعذلك، هناك نقطة ضعف كبيرة في هذا ”المعيار“: يمثل الرقم أعلاه الدقة الأساسية وبسبب تكرار الإشارة، هناك تحول زمني كبير في العدادات الفردية.

وبالتالي فإن الدقة المعتادة في عدادات PRIME تصل إلى ± 1 ثانية. هذا النظام مناسب لتبديل التعريفة. إلا أنه لا يصلح للتحكم في الشبكة (انظر أعلاه).

طرق مزامنة مركّزات البيانات

لنعد إلى مزامنة مكثفات البيانات. هناك طريقتان لمزامنة مكثفات البيانات. إذا كان مكثف البيانات متصلاً مباشرةً (عبر الكابل) بالإنترنت، فمن الممكناستخدام بروتوكولات NTP أو PTP المستخدمة لمزامنة وقت الأجهزة المتصلة بالإنترنت. أما إذا كان الاتصال لاسلكيًا (GPRS أو EDGE) من خلالمشغلي الهاتف المحمول، فلا يمكننا استخدام هذه القناة للمزامنة بسبب زمن الوصول غير المحدد.

الخيار الآخر هو المزامنة عبر إشارة GPS (أو ما شابهها). الدقة مماثلة، أو حتى أفضل من خدمات NTP أو PTP. العيب الوحيد هو أن هذه الإشارة غيرمضمونة ويمكن لمالكها إيقاف تشغيلها دون أي تحذير.

الدفاع عن العلم ضد التحكم البيروقراطي

احذر من النظام الذي يعمل على أساس القوانين الفيزيائية إذا كان يتحكم فيه البيروقراطيون. فغالبًا ما يقدمون قرارات لا يراجعونها إلا بأنفسهم دون المعرفةاللازمة ويأملون بسذاجة أن تعمل بشكل صحيح على مدى فترة زمنية طويلة.

ولحسن الحظ، تدافع صناعة الطاقة بشكل عام عن نفسها ضد هذه الضغوط. ومع ذلك، تبقى الحقيقة أن هذه مسألة وقت فقط حتى يتم هزيمتها. إذا حدث ذلك،فمن الضروري أن نكون مستعدين بحلول تقنية تستند إلى قوانين العلم، وليس إلى صور وعروض جميلة غير قابلة للاستخدام في الممارسة العملية.

هل تريد أن تتعلم كيف نحسن تزامن الشبكة؟