Globālās enerģijas pārejas fonā sadalītā ģenerēšana kļūst arvien svarīgāka kā elektrības piegādes sastāvdaļa. Ar atjaunojamo enerģiju tehnoloģiju nepārtrauktu progresu, plaši izplatītās sadalītās enerģijas avoti, piemēram, saules un vēja enerģija, ir ieviesuši jaunu impulsu zemā oglekļa satura ekonomikas realizēšanai. Šis modelis uzlabo enerģijas izmantošanas efektivitāti, samazina pārraides zudumus un palielina enerģijas sistēmu elastību un uzticamību.
Saskaņā ar enerģijas sistēmu teoriju, tīkla uzticamība un stabilitāte būtiski atkarīgas no dažādo ģenerēšanas avotu efektīvās pārvaldīšanas. Modernāko enerģijas sistēmu sarežģītība prasa precīzāku kontroli un plānošanu sadalītajās ģenerēšanas vidēs—jo īpaši, ņemot vērā pieaugošos slodzes svirpes un resursu neskaidrību. Lai risinātu šīs problēmas, ir radušās intelektuālas enerģijas monitorēšanas sistēmas, kas izmanto modernās informācijas un komunikācijas tehnoloģijas, lai nodrošinātu enerģijas resursu reāllaiku monitorēšanu un dinamisku pielāgošanu. Šajā rakstā tiek pētīta intelektuālo enerģijas monitorēšanas sistēmu un optimizētas kontrolles dizainu, mērķinoties ieguldīt enerģijas pārejā un ilgtspējīga attīstības mērķu sasniegšanā.
1. Enerģijas Monitorēšana
Enerģijas monitorēšana ir kritiska pieeja enerģijas sistēmu darbības reāllaika uzraudzībai, datu iegūšanai un analīzei, mērķinoties nodrošināt drošību, uzticamību un efektivitāti. Enerģijas monitorēšanas sistēma galvenokārt sastāv no datu iegūšanas vienībām, datu pārraides tīklā, monitorēšanas un pārvaldības platformām, un brīdinājumu un reaģēšanas mehānismiem. Datus iegūšanas vienības iegūst darbības datus no dažādiem enerģijas aprīkojumiem—piemēram, ģeneratoriem, transformatoriem un pārdalešanas ierīcēm—ietverot galvenos parametrus, piemēram, spriegumu, strāvu, frekvenci un jaudas faktoru.
Iegūtie dati tika pārraidīti caur stabilām un drošām komunikācijas tīklā (piem., šķidrmetālu tīkls, bezvadu pārraide) uz monitorēšanas centru. Efektīvs datu pārraides tīkls nodrošina informācijas laikumību un veselību, sniedzot uzticamu pamatu nākamajai analīzei. Monitorēšanas un pārvaldības platforma veic iegūto datu reāllaika monitorēšanu un analīzi, izmantojot lielu datu analīzi un mākoņdatorzinātnes, lai sniegtu vizualizētus interfeisu un lēmumu atbalstu, palīdzot operatoriem pieņemt efektīvus lēmumus.
2.Sistēmas Dizains
2.1 Sistēmas Arhitektūra
Intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmas arhitektūra ir redzama Tabulā 1.
| Līmenis | Galvenā Funkcija | Galvenā Tehnoloģija |
| Uzvedības Līmenis | Reāllaika datu iegūšana un sākotnējā apstrāde | Sensori, gudri skaitītāji |
| Tīkla Līmenis | Datu pārraide un komunikācija | Šķidrmetālu tīkli, bezvadu komunikācija |
| Lietojuma Līmenis | Datu analīze un vizualizācija | Datu apstrādes algoritmi, lieli dati |
Intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmas arhitektūrā katras līmeņa funkcijas savstarpēji papildina to galvenās tehnoloģijas, veidojot efektīvu darbības rāmis. Uzvedības līmenis iegūst reāllaika datus, izmantojot sensorus un gudrus skaitītājus, kā sistēmas funkcionalitātes pamatprerekvise. Datiem precizitāte un laikumība tieši ietekmē nākamās analīzes kvalitāti.
Tīkla līmenis darbojas kā datu pārraides centrāls punkts, izmantojot šķidrmetālu un bezvadu komunikācijas tīklu, lai nodrošinātu, ka dati tiek ātri un uzticami pārraidīti uz monitorēšanas centru. Tas jānodrošina arī datu veselību un drošību, novēršot zudumus vai manipulācijas pārraides laikā. Lietojuma līmenis atbild par datu dziļāko analīzi un vizualizāciju, izmantojot pašreizējos datu apstrādes algoritmus un lielu datu tehnoloģijas, lai transformētu masīvus datu kopums vērtīgās iezīmes, atbalstot vadītājus, lai pieņemtu precīzus lēmumus.
2.2 Aparatūras Izvēle
Sistēmas aparātu komponenti un to galvenie veiktspējas parametri ir redzami Tabulā 2.
| Aparāta Tips | Modelis un Speks | Galvenie Veiktspējas Parametri |
| Sensors | Hikvision HikSensor - 500kV | Mērījumu diapazons: 0 - 500 kV; |
| Gudrs Skaitītājs | Huawei SmartMeter 3000 | Mērījumu precizitāte: Klase 0.1 |
| Datu Pārraides Ierīce | ZTE ZXTR S600 | Atbalsta 10 Gbps Ethernet pārraides |
| Serveris | Lenovo ThinkServer RD630 | CPU: Intel Xeon Gold 5218; |
| Datu Krājējs | Western Digital WD Gold 18 TB | Krājēja kapacitāte: 18 TB; |
2.3 Datu Komunikācijas Stratēģija
2.3.1 Datas Iegūšana un Pārraide
Datu iegūšana un pārraide ir intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmas galvenās sastāvdaļas, tieši ietekmējot sistēmas reāllaika veiktspēju un efektivitāti. Šajā procesā dažādi sensori un monitorēšanas ierīces uzvedības līmenī iegūst galvenos operāciju datus no enerģijas sistēmas—piemēram, spriegumu, strāvu, jaudu un frekvenci—kā arī operāciju statusa informāciju no sadalītajiem ģenerēšanas avotiem.
Lai nodrošinātu datu precizitāti, iegūšanas ierīcēm jābūt augstai precizitātei un uzticamībai [10]. Pēc iegūšanas dati tiek pārraidīti uz tīkla līmeni, galvenokārt izmantojot modernās komunikācijas tehnoloģijas, piemēram, šķidrmetālu komunikāciju, bezvadu komunikāciju un interneta priekšmetu (IoT) tehnoloģijas. Šķidrmetālu komunikācija, ar tās lielo kanālu platumu un zemo laiktrūkumu, ir piemērota liela mēroga datu pārraides situācijām. Bezvadu komunikācija piedāvā elastību un vieglumu, efektīvi apkalpojot dažādus monitorēšanas punktus ar bezvadu signāliem.
2.3.2 Drošības Pasākumi
Intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmā drošības pasākumi, piemēram, datu šifrēšana, tīkla drošības aizsardzība un piekļuves kontrole, veido daudzslāņu drošības rāmis. Šis rāmis efektīvi mazina ārējās uzbrukuma un iekšējo risku, nodrošinot drošu pamatu intelektuālās enerģijas pārvaldības ieviešanai. Stipras šifrēšanas algoritmi, izmantojot datu pārraides, novērš datu piesaistīšanu vai manipulāciju. Simetriskās šifrēšanas algoritmi, piemēram, Advanced Encryption Standard (AES), nodrošina, ka tikai lietotāji ar pareizo dekodēšanas atslēgu var piekļūt datiem, tādējādi aizsargājot jūtīgu informācijas integritāti un konfidencialitāti, nodrošinot, ka dati paliek nemainīgi pārraides laikā. Attiecībā uz tīkla drošības aizsardzību, vairāku ierīču un sistēmu savstarpējā savienojums būtiski palielinās ciberaugākumu risku. Tādēļ, izmantojot drošības ierīces, piemēram, ugunsgrāvu, Intrusion Detection Systems (IDS) un Intrusion Prevention Systems (IPS), tīkla satiksmes tiek reāllaikā uzraudzīta, identificēta un bloķēta aizdomīgas aktivitātes, novēršot kaitīgu uzbrukumus, kas ietekmē sistēmu, un palielinot kopējo drošību. Lietotāju piekļuves kontrole un autentifikācijas mehānismi, piemēram, Role-Based Access Control (RBAC), nodrošina, ka tikai autorizēti lietotāji var piekļūt noteiktām sistēmas funkcijām un datiem. Tas samazina iekšējo datu noplūdes risku, uzlabo sistēmas drošību un efektīvi novērš neautorizētu piekļuvi.
3. Pētījumu Metodoloģija
3.1 Pētījumu Dizains
Šajā pētījumā tiek izmantota eksperimentālā un simulācijas metodes kombinācija, integrējot reālās elektroenerģijas tirgus datus ar simulētu enerģijas pieprasījumu, lai izveidotu vairākus eksperimentālos scenārijus.
Šie scenāriji ļauj visaptverošu sistēmas testēšanu un novērtēšanu. Eksperimentālā dizaina sistēmas veiktspējas novērtēšanā galvenā uzmanība tiek pievērsta rādītājiem, piemēram, grafiku efektivitāte, resursu izmantošana un reaģēšanas laiks. Konfigurējot dažādas slodzes, resursu piešķiršanu un ģenerēšanas režīmus, sistēmas veiktspēja tiek simulēta dažādos darbības apstākļos. Cita starpā, drošības novērtēšana fokusējas uz sistēmas atbildību pret neparedzētiem notikumiem, piemēram, ciberaugākumiem, sistēmas traucējumiem un datu noplūdiem.
Lai visaptveroši novērtētu intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmas veiktspēju, tika izstrādāts zinātnisks novērtēšanas rāmis un rādītāju sistēma, ietverot veiktspējas rādītājus—piemēram, reaģēšanas laiks, grafiku veiksmes koeficients, resursu izmantošana un sistēmas stabilitāte—and drošības rādītājus—piemēram, iebrukuma detektāja rādītājs, sprādziena labošanas laiks un datu šifrēšanas stipruma.
3.2 Veiktspējas Novērtēšana
Intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmas veiktspējas novērtējums optimizētās kontroles sadalītajā ģenerēšanā ir redzams Tabulā 3.
| Drošības Indikators | Apraksts | Mērīšanas Metode | Mērķa Vērtība |
| Datu Šifrēšanas Līmenis | Sistēmas datu pārraides un glabāšanas šifrēšanas stipruma | Šifrēšanas Algoritmu Novērtēšana | AES - 256 vai augstāks |
| Intrusion Detection Rate | Sistēmas spēja uztvert neatbilstošu piekļuvi un uzbrukumus | Drošības Jurnālu Analīze | >95% |
| Piekļuves Kontroles Efektivitāte | Lietotāju atļauju pārvaldības un piekļuves kontroles stratēģiju efektivitāte | Atļauju Revīzija | 100% Atbilstība |
| Drošības Sprādziena Labošanas Laiks | Laiks, kas nepieciešams, lai labotu identificētos drošības sprādzienus | Sprādziena Reaģēšanas Laika Analīze | <24 h |
| Regulāras Drošības Revīzijas Biežums | Sistēmas regulārās drošības revīzijas biežums | Revīzijas Atskaites Analīze | Katrā kvartālā |
| Kaitīgā Programmatūras Aizsardzības Spēja | Sistēmas spēja aizsargāties pret kaitīgām programmatūras uzbrukumiem | Aizsardzības Programmatūras Novērtēšana | 100% Aprīkošana |
| Datu Dubultkopēšanas un Atjaunošanas Stratēģiju Efektivitāte | Datu dubultkopēšanas un atjaunošanas stratēģiju efektivitāte | Atjaunošanas Testēšana | 100% Veiksmīgums |
Tabulā 4 minētie drošības novērtēšanas rādītāji nodrošina visaptverošus aizsardzības pasākumus intelektuālās enerģijas monitorēšanas sistēmai. Šie rādītāji ietver aspektus, piemēram, datu šifrēšanu, iebrukumu uztveršanu, piekļuves kontroli, sprādziena labošanu un kaitīgās programmatūras aizsardzību, nodrošinot, ka sistēma var efektīvi reaģēt uz potenciālajiem apdraudējumiem, tostarp ciberaugākumiem, datu noplūdiem un kaitīgām programmatūras uzbrukumiem.
Piemēram, datu šifrēšanas līmenim jāizmanto AES-256 vai augstāki šifrēšanas standarti, lai nodrošinātu datu pārraides un glabāšanas drošību; iebrukuma uztveršanas rādītājam jābūt virs 95%, lai nodrošinātu sistēmas spēju ātri uztvert un reaģēt uz neatbilstošu piekļuvi vai uzbrukumu rīcībām. Piekļuves kontroles efektivitātei jāsasniedz 100% atbilstība, lai nodrošinātu, ka lietotāju atļauju pārvaldība strikti atbilst drošības politikām. Sprādziena labošanas laika mērķis ir mazāk nekā 24 stundas, ļaujot ātri atrisināt identificētos sprādzienus.
4. Eksperimentālie Rezultāti
4.1 Veiktspējas Testa Rezultāti
Veiktspējas testa rezultāti ir redzami Tabulā 5.