Центр исследований в области интеллектуальной энергетики

Эта статья содержит рекламный контент . Помогите улучшить ее, удалив рекламный язык и неуместные внешние ссылки , а также добавив энциклопедический текст, написанный с нейтральной точки зрения . ( Февраль 2017 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Исследовательский центр интеллектуальных сетей Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (SMERC)

Учредил	2010
Директор	Раджит Гадх
Расположение	Лос-Анджелес , Калифорния
Принадлежность	Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе
Веб-сайт	Официальный сайт

Исследовательский центр UCLA Smart Grid Energy (SMERC) , расположенный в кампусе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), является организацией, ориентированной на разработку следующего поколения технологий и инноваций для Smart Grid . ^[1] SMERC сотрудничает с государственными учреждениями, поставщиками технологий, исследовательскими лабораториями Министерства энергетики (DOE), университетами, коммунальными службами, политиками, производителями электромобилей и производителями бытовой техники. Эти партнерства обеспечивают SMERC разнообразными возможностями и исключительным, зрелым лидерством. ^[2]

В настоящее время SMERC проводит исследования в области микросетей , автоматизированного реагирования на спрос, ^[3] интеграции электромобилей (G2V или Grid-to-Vehicle и V2G или Vehicle-to-Grid), кибербезопасности , а также распределенной и возобновляемой интеграции.

SMERC сотрудничает с USC и Caltech / Jet Propulsion Laboratory (JPL) , LADWP в рамках демонстрационного проекта интеллектуальной сети. ^[4] На международном уровне SMERC сотрудничает с Корейским институтом энергетических исследований (KIER) . Это партнерство включает в себя тестирование и разработку SMERC программного обеспечения и платформ, связанных с технологией интеллектуальной сети, в то время как KIER фокусируется на нескольких технологиях возобновляемой энергии, таких как солнечные, ветровые и топливные элементы, а также беспроводные коммуникации и полупроводниковые системы. ^[5]

«Хотя электрическая сеть в Соединенных Штатах очень надежна, в настоящее время она несколько ограничена в своей способности включать новые возобновляемые источники энергии, эффективно управлять реагированием на спрос , определять и контролировать проблемные места и восстанавливать себя». ^[6] Эта надежность не будет долгой, если сетевые системы останутся прежними, в то время как население и спрос на электроэнергию растут. Этот спрос требует инновационных технологий и систем для обеспечения и управления реагированием на спрос, сенсорного/мониторного ремонта и самовосстановления, чтобы помочь стабилизировать сеть. SMERC создает эти технологии с осени 2004 года. Система также требует повышения эффективности среди производителей и сберегателей энергии. Сегодня текущая сеть в Северной Америке очень старая, и во многих районах ей до 100 лет. Сеть негибкая и должна быть модернизирована, чтобы справиться с перебоями в работе возобновляемых источников энергии ( солнечная энергия , ветряные турбины и т. д.). ^[7] Эти источники энергии, если их правильно обеспечить ресурсами, окажутся ценными для сети, обеспечивая ее энергией, которая в настоящее время тратится впустую. При таком спросе на электроэнергию в Соединенных Штатах открываются огромные возможности для инноваций между существующей электросетью и следующими поколениями систем, использующих RFID и интегрированные датчики, информацию и беспроводные технологии.

С ростом осведомленности об Smart Grid задаются вопросы о том, какой будет новая модернизированная сеть. К сожалению, нет четкого ответа на вопрос, как будет выглядеть сеть. Например, это все равно, что предсказывать, на что способен компьютер Apple сегодня, когда первый компьютер Apple был выпущен в 1976 году. ^[8] Сейчас есть огромные возможности для экспериментов, творчества и исследований в области технологии Smart Grid. Предприниматели, университеты и другие новаторы находятся в процессе создания неописуемых возможностей для будущей Smart Grid.

Основной отправной точкой для инвестиций в модернизацию текущей сети был пакет мер стимулирования Министерства энергетики США (DOE) (Закон о восстановлении и реинвестировании в американскую экономику, т.е. ARRA). ARRA инвестировал около 4,4 млрд долларов в исследования Smart Grid. ^[9] LADWP получил 60 млн долларов из пакета мер стимулирования DOE. «Деньги будут использованы для демонстрационных проектов «умной сети». Проекты позволят городскому Департаменту водных ресурсов и энергетики, крупнейшему муниципальному коммунальному предприятию в стране, использовать передовые счетчики и другие технологии в университетах для составления графиков потребления электроэнергии, прогнозирования спроса и потенциальных отключений, а также поиска путей сокращения потребления энергии». ^[10]

Законопроект Waxman–Markley об общей энергетической безопасности (American Clean Energy and Security Act of 2009) ^[11] повысил осведомленность и влияние на электросетевую систему. Закон был разработан с намерением сократить выбросы парниковых газов на 17 процентов к 2020 году. Это сокращение потребует концентрации на потреблении и производстве энергии. Этот законопроект напрямую и косвенно стимулирует университеты и частные предприятия становиться новаторами в новых технологиях для сети. Сотрудничество между коммунальными службами, правительством, поставщиками технологий и университетами осуществляется с целью предоставления информации и технологий для нового поколения интеллектуальных сетей и интеллектуальных энергетических технологий.

SMERC также получает финансирование от Калифорнийской энергетической комиссии , EPRI , KIER и Программы партнеров отрасли интеллектуальных сетей Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (SMERC-IPP). ^[12]

Исследовательский центр интеллектуальной энергетики (SMERC) состоит из нескольких ключевых проектов:

CAEVTM — это консорциум под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, членами которого являются современные автомобильные компании, поставщики электрических и автономных транспортных средств и электроэнергетические компании, которые модернизируют автомобильную промышленность, превращая ее в электрическую, цифровую, подключенную, интеллектуальную, автономную и обслуживающую транспортные и энергетические потребности общества в 21 веке и далее. Целью консорциума является создание партнерства производителей электромобилей и автономных транспортных средств в Калифорнии, в партнерстве с новыми энергетическими компаниями, которые продвигают технологии, создают инновационные бизнес-модели, а также обучают и готовят следующее поколение студентов для создания отрасли, которая изменит облик автомобильного сектора во всем мире. ^[13]

«UCLA WINSmartGridTM [1 ^[14] — это сетевая платформа, которая позволяет осуществлять беспроводной мониторинг, подключение и управление работающими от электричества приборами, такими как подключаемые автомобили, стиральные машины, сушилки или кондиционеры, через интеллектуальный беспроводной концентратор». ^[15]

В целом, преимущества WINSmartGridTM следующие: технология, использование оборудования на основе низких стандартов, что приводит к снижению общей стоимости, беспроводная инфраструктура для мониторинга и управления, открытая архитектура для легкой интеграции, подход plug-and-play , возможность реконфигурации и архитектура услуг с тремя уровнями: периферийное ПО, промежуточное ПО и центральное ПО. ^[16]

Технология WINSmartGridTM использует трехуровневую архитектуру Serviceware вместе с технологией ReWINS.

Простое объяснение этого процесса заключается в том, что центральное программное обеспечение принимает решение, промежуточное программное обеспечение считывает это решение, затем сопоставляет и направляет эти решения в Edgeware, откуда эти решения затем отправляются посредством низкоуровневых управляющих сигналов.

Edgeware контролирует и использует беспроводные технологические сети, а также создание, управление, настройку и обслуживание программного обеспечения и прошивки. Он подключается к RFID-меткам, датчикам движения , температурным мониторам или контроллерам 10X на холодильниках. В концентраторе WINSmartGridTM поддерживаются различные мониторы и датчики, к которым Edgeware имеет подключения, включая влажность, ток, напряжение, мощность, удар, движение, химикаты и т. д. Этот концентратор способен поддерживать беспроводные протоколы (например, WiFi , Bluetooth , Zigbee , GPRS и RFID ). Наиболее эффективными протоколами, по-видимому, являются протоколы с низким энергопотреблением, такие как Zigbee.

Middleware — это «посредник» между Edgeware и Centralware. Способен выполнять такие функции, как фильтрация данных, извлечение значимой информации, агрегация и обмен сообщениями данных из Edgeware, а также распределение информации по соответствующему назначению или веб-сервису соответственно.

Веб-сервис принятия решений Centralware Он получает всю информацию, определяет, какие наилучшие решения основаны на правилах, и выполняет исполнение этих решений. В настоящее время WINSmartGridTM Centralware работает на базовом наборе правил, тогда как в конечном итоге он будет работать с внешними интеллектуальными службами, когда они начнут выходить в сеть.

«Программы автоматизированного реагирования на спрос (ADR) ^[17] демонстрируют модели управления и безопасные схемы обмена сообщениями, автоматизацию при ограничении нагрузки, использование нескольких коммуникационных технологий и поддержание взаимодействия между уровнями архитектуры автоматизации Smart Grid». ^[18]

SMERC находится в процессе создания испытательной зоны, которая будет предоставлять информацию об использовании энергии потребителями и распределении этой энергии от коммунальной службы. Испытательные стенды расположены на территории кампуса UCLA, который будет служить живой лабораторией для демонстрации концепций ADR. Поскольку UCLA производит 75% своей собственной энергии с помощью своей газовой электростанции , кампус является удобным и желанным местом для проведения исследований и демонстрации ADR.

ADR потребует компонентов и подсистем технологии управления, которые будут работать с безопасностью, сетевыми стандартами, сообщениями, протоколами и т. д. в кульминации с эксплуатационными параметрами. Расширенная инфраструктура учета (AMI) также будет проверена на надлежащие возможности с точки зрения объема данных и сетевых аспектов. Дополнительные требования, такие как модели расчета тарифов, общесистемные данные и моделирование метаданных и т. д., будут использоваться для руководства архитектурой системы. Система Demand-Reflect обеспечивает эффективное обслуживание коммунальных систем и потребителей. Она основана на сервисно-ориентированной архитектуре (SOA), которая будет использовать информацию из технических оценок и требований коммунальных систем, чтобы помочь в интеграционных модальностях для внутренних коммунальных систем. Благодаря этой архитектуре может быть достигнуто взаимодействие в реальном времени между всей сетью, включая выставление счетов, учет, распределение и т. д. Потребители могут делать запросы, а система надзорного управления будет отслеживать требования потребителей и принимать наилучшие доступные решения. Эта система Demand-Reflect также будет представлена ​​различными типами потребителей энергии (например, коммерческими, жилыми, промышленными). Это создаст уникальные и различные профили нагрузки и ценообразования для каждого из этих клиентов, все из которых система должна отслеживать. С технологией WINSmartGrid™ транзакции будут передаваться через беспроводные технологии для передачи общих полезных данных. В настоящее время SOA в сочетании с открытым встроенным системным сканированием обеспечивает поддержку plug-and-play и защищенного ответа на спрос. Кроме того, интерфейс прикладного программирования (API) обеспечивает настраиваемость и расширяемость системы.

Испытательные стенды используют технологии автоматизации и обеспечат демонстрацию функциональности систем, точности и надежности связи, тестирование данных, протоколов и т. д. Эти технологии включают модели AMI-DR, аппаратные и программные интерфейсы, архитектуру программного обеспечения, политики контроля доступа, рекомендуемые схемы и алгоритмы безопасности, а также желаемый набор оптимизаций.

Фаза тестирования позволит получить детальную и детальную информацию о процессах реагирования на спрос, а также о технологических компонентах или подсистемах, где можно будет вносить эффективные изменения и прогнозы для выполнения целевого сокращения нагрузки и удовлетворения требований потребителей.

Испытательные стенды для текущего исследования будут иметь «сетевую платформу, которая позволит осуществлять беспроводной мониторинг, подключение и управление такими приборами, как подключаемые электромобили, стиральные машины, сушилки и кондиционеры, с помощью беспроводной коммуникационной инфраструктуры. Эти испытательные стенды обеспечат жизненно важные исследования систем реагирования на спрос». ^[19]

В настоящее время технология в SMERC используется и создается для программы WINSmartEV™. Она фокусируется на интеграции как беспроводных, так и RF-мониторинга и технологий управления. ^[20] Технология EV обеспечивает более энергоэффективную, экономичную и удобную для пользователя интеллектуальную технологию для зарядки EV. ^[21] Несколько парковочных сооружений на территории кампуса UCLA теперь предоставляют зарядку EV своим членам. Эти станции контролируются программными системами SMERC в инженерном отделе. Все данные об этих зарядных станциях собираются членами команды SMERC для оценки тенденций и запросов ее пользователей. Эти данные будут оцениваться, чтобы предоставить пользователям станций наилучшее возможное управление зарядкой их EV. ^[22]

Основная цель WINSmartEV™ — повысить стабильность локальной энергосистемы и снизить затраты на электроэнергию за счет управления всеми операциями, проводимыми при зарядке электромобиля. Последняя разработанная реализация позволяет нескольким электромобилям заряжаться на одной зарядной станции, получая разный, но контролируемый ток. Этот тип системы зарядки предоставит пользователю огромную гибкость при зарядке электромобиля. Эта система предоставляет пользователю удобства, касающиеся парковки, цены, временных ограничений и потребления энергии .

Еще одна цель программы WINSmartEV™ — беспроводной сбор информации из электросети и электромобиля для определения более эффективных возможностей зарядки электромобиля. При правильном управлении электромобилями операции по зарядке и обратной засыпке могут использоваться для снижения тарифов на электроэнергию и выравнивания кривой нагрузки.

Пользовательский интерфейс позволяет владельцу электромобиля иметь возможность контролировать, где, когда, почему и как заряжать свое транспортное средство. Пользователь электромобиля может использовать портативное устройство для просмотра карты зарядных станций , планирования точного времени зарядки, начала и остановки зарядки в любое удобное время, и все это можно сделать одним касанием на Smsrtphone или других портативных устройствах. Кроме того, при необходимости или по запросу водителю может быть отправлено предупреждение, когда емкость аккумулятора низкая и требуется зарядка.

SMERC оценивает модели электромобилей и зарядных станций, чтобы определить соответствующие беспроводные технологии и сенсорные модули, которые лучше всего подходят для установки. В заключение следует отметить, что интеграция электромобилей с WINSmardGrid™, локальный AMI и Demand-Response обеспечат системы связи и оповещения для WINSmartETM.

Системы распределения электроэнергии становятся все более сложными и динамичными, в то время как электросеть находится в процессе перехода к интеллектуальной сети. Развертывание распределенных энергетических ресурсов (DER), таких как солнечные панели и устройства хранения энергии, распространяется. Многочисленные входы и элементы управления выталкиваются и извлекаются из различных современных платформ распределительной сети. Некоторые из входов и элементов управления подключают ресурсы сети к общедоступному Интернету. Улучшенные возможности зондирования, связи и управления способны значительно повысить производительность электросети, но за счет повышения уязвимости к преднамеренным атакам и случайным сбоям, что ставит под угрозу функциональность и надежность сети. Система зарядки электромобилей, которая подключается к интеллектуальной сети, рассматривается как информационная сеть с массивной связью между коммунальными службами, центрами управления электромобилями и DER, оборудованием для подачи электроэнергии (EVSE) и счетчиками электроэнергии. Поскольку зарядка электромобилей потребляет много энергии и, таким образом, может оказывать значительное влияние на систему распределения, кибербезопасность в области зарядки электромобилей так же важна, как и в распределительной сети.

Текущий исследовательский проект под названием «Центр UC-Lab по кибербезопасности распределения электроэнергии » ^[23] , который в настоящее время спонсируется UCLRP (UCOP LFR-18-548175 ^[24] ), объединил многопрофильную команду экспертов UC-Lab по кибербезопасности и инфраструктуре электроснабжения для изучения влияния кибератак на инфраструктуру распределения электроэнергии и разработки новых стратегий для устранения уязвимостей, обнаружения вторжений и защиты от пагубного воздействия на всю систему.

Команда SMERC занимается кибербезопасностью сети зарядки электромобилей, включая анализ уязвимостей системы, оценку рисков и последствий кибератак, а также обнаружение аномалий .

Команда исследовала анализ уязвимости и оценку риска для инфраструктуры интеллектуальной зарядки на основе системы зарядки в кампусе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая называется WINSmartEV™. Исследование наметило кодифицированную методологию и таксономию для оценки уязвимости и риска киберфизических атак на сети зарядки электромобилей для создания обобщаемого и всеобъемлющего решения. ^[25] Для обнаружения аномалий команда анализирует многомерные данные временных рядов, включая нагрузку на здание, солнечную генерацию, динамическую цену на электроэнергию и нагрузку электромобилей, в рамках WINSmartEV™. Цель состоит в том, чтобы охарактеризовать регулярную операцию зарядки электромобилей, чтобы установить корреляционно-инвариантную сеть, тем самым выявляя аномалии или вредоносное внедрение данных, которое нарушает корреляции в системе.

Другие проекты, находящиеся на начальной стадии или в настоящее время разрабатываемые в SMERC, включают в себя интеграцию аккумуляторных батарей с возобновляемой солнечной энергией, интеграцию электромобилей с солнечной энергией, V2G, тестирование кибербезопасности, беспроводной мониторинг и управление сетью, моделирование и управление микросетями, автономные электромобили, домашние сети и проблемы потребителей в интеграции электромобилей и восстановлении после сбоев.

SMERC организовал несколько мероприятий как внутри, так и за пределами Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе с участием известных спикеров из академических кругов и промышленности. ^[26] Известные места проведения семинаров и панельных дискуссий включают Шанхайский университет Цзяотун , Индийские технологические институты и здание Капитолия штата Калифорния в Сакраменто . Директор лаборатории, доктор Раджит Гадх, цитировался в известных статьях, таких как Fast Company , ^[27] и его деятельность включает встречу с директором Института энергетики и ресурсов и выступления на различных мероприятиях, таких как конференция Intercharge Network в 2018 году. Кроме того, каждый год проводится ежегодная конференция UCLA CAEV по электромобилям и автономному транспорту, на которой обсуждается отрасль электромобилей. ^[28] Другие известные мероприятия включают семинар по технологическим тенденциям в области транспорта и электроэнергии, искусственный интеллект и автономные системы: технологические инновации и бизнес-возможности, а также распределенные энергетические ресурсы (DER) — электромобили, фотоэлектрические системы и хранение — для современной сети.

• Центр исследований в области интеллектуальных сетей энергетики - Официальный сайт
• WINSmartGrid™ WINMEC UCLA Архивировано 25 июля 2012 г. на Wayback Machine