نظام النضج ثلاثي الأبعاد لمستخدمي الطاقة الكهربائية

تقييم النضج ثلاثي الأبعاد لمستخدمي الطاقة الكهربائية

نظراً للزيادة المستمرة في استهلاك الطاقة في العالم، بحيث تتكثف المشكلات المتعلقة بالطاقة والبيئة، وهناك حاجة ماسة إلى تطوير نظام طاقة نظيف ومنخفض الكربون وآمن وفعال ومفتوح ومشترك، كما سيلعب تكامل ثورة الطاقة والثورة الرقمية المتمثلة في “الطاقة الجديدة والإنترنت” دوراً مهماً.

وفي الصين، تتكيف شركة (State Grid Corporation) بنشاط مع تغيرات السوق، كما وتنفذ مفاهيم تطوير جديدة واقترحت بشكل خلاق هدفاً استراتيجياً لتطوير مؤسسة إنترنت عالمية للطاقة يُشار إليها باسم “الأنواع الثلاثة والشبكتين” في العرض التقديمي في عام 2019م، بحيث تشير عبارة “ثلاثة أنواع وشبكتان” إلى تطوير إنترنت الأشياء القوي في كل مكان (UPIoT) على أساس شبكة قوية وذكية وإنشاء مؤسسة حديثة تتكون من محور ومنصة وطريقة مشاركة.

لذلك؛ فإن الهدف من هذا المشروع هو تعزيز حيوية صناعة شبكة الطاقة الكهربائية والمؤسسات ذات الصلة من خلال المشاركة والتنمية المشتركة وتحسين الكفاءة وخفض التكاليف وتعزيز التطور السريع للاقتصاد الرقمي في أنظمة الطاقة الذكية ومجال الطاقة الكهربائية.

يربط (UPIoT) الأشخاص والأجهزة المرتبطة بشبكة الطاقة، كما ويفتح قفل جانب الموارد وجانب الإنتاج وجانب الاستهلاك ويسترشد باحتياجات المستخدم ونقاط ضعف العمل، حيث أن إن تطوير (UPIoT) يعزز بشكل كبير كفاءة خدمات الطاقة ويحسن تجربة المستخدم ويعزز استهلاك الطاقة الجديدة، كما ويزرع الأعمال الناشئة.

وفي الوقت الحالي، بحيث لا يزال تطوير (UPIoT) في مرحلته الأولية وتم إجراء البحث فقط على المفهوم والإطار والمستويات الكلية الأخرى، كما تم التحقيق في (UPIoT) من جوانب مختلفة، بما في ذلك نظرة عامة على إنترنت الأشياء والخصائص والتقنيات الرئيسية وسيناريوهات التطبيق النموذجية، بالإضافة إلى التحليلات والتوقعات من تطورها.

لذلك؛ فإن التكامل العميق لتكنولوجيا الاتصالات(5G) و (UPIoT) وحللت سيناريوهات التطبيق المختلفة وآلية إدارة الطاقة لاتصالات (5G) في (UPIoT)، كما تم شرح مفهوم التطوير وخصائص التنفيذ وهيكل إنترنت الأشياء، وفيما بعد تم اقتراح ثلاثة مخططات تطوير مختلفة لإنترنت الأشياء بناءً على خصائص التشغيل لثلاثة أنواع من معدات الطاقة، بما في ذلك معدات النقل والتحويل والتوزيع.

تحليل البيانات وإطار التطبيق لبيانات العدادات الذكية UPIOT

خصائص البيانات في (UPIOT): هي الشبكة الثانية من “ثلاثة أنواع وشبكتين”، وذلك من خلال استخدام تكنولوجيا المعلومات الحديثة وتكنولوجيا الاتصالات المتقدمة مثل البيانات الضخمة والحوسبة السحابية وإنترنت الأشياء والإنترنت المحمول والمدينة الذكية و (blockchain)، بحيث يتحقق الترابط بين كل شيء والتفاعل بين الإنسان والحاسوب في جميع جوانب نظام الطاقة الكهربائية.

لذلك أخذ شبكة الطاقة كمحور، بحيث تنشئ (UPIoT) بيانات مشتركة، كما وتخلق فرصاً لتطوير الصناعة والمشاركين الجدد في السوق وتوفر خدمات قيمة، كذلك؛ فإنه من الجدير بالذكر أن البيانات هي جوهر (UPIoT) يوضح الشكل التالي (1) خصائص جمع البيانات وتخزينها وتحليلها وتطبيقها في (UPIoT).

جمع البيانات: في الوقت الحقيقي ضخم وشامل، بحيث يستخدم (UPIoT) تقنية تكامل أجهزة الاستشعار عالية الدقة ومتعددة المعلمات ومحطات مع تقنية ذكية لجمع البيانات الثابتة والديناميكية من نظام الطاقة، كما يتم تحديد حالة تشغيل كل رابط في نظام الطاقة لتحقيق تصور شامل في الوقت الفعلي لشبكة الطاقة وحالة العميل، وفي الوقت الحالي يبلغ حجم البيانات اليومية التي يتم الحصول عليها من محطات إنترنت الأشياء المختلفة مثل العدادات الذكية أكثر من (60) تيرابايت ويتزايد حجم البيانات بشكل مستمر.

تخزين البيانات: التوحيد والتوحيد، بحيث يعتمد (UPIoT) على نموذج موحد للبيانات الإدراكية وتوحيد تخزين البيانات ومعايير الاتصال وواجهة الخدمة، كما أن المفاهيم الإضافية المرتبطة بـ (UPIoT) هي بناء مقياس بيانات وكسر الحواجز المهنية وفتح جزر البيانات ودعم أنواع مختلفة من محطات إنترنت الأشياء الذكية بطريقة التوصيل والتشغيل، كذلك الهدف هو استخدام جميع أنواع البيانات التي تم جمعها في أي وقت وفي أي مكان.

تحليل البيانات: العمق والسياق والحوسبة السحابية أو الضبابي دمج (UPIoT) التنقيب عن البيانات والتعلم الآلي وتقنيات أخرى لتعدين القيمة الأساسية المخفية في الكمية الهائلة من البيانات، بحيث تُستخدم تقنية الحوسبة المتطورة لإنشاء نظام أساسي مفتوح عند العقد الطرفية لإجراء تحليل البيانات ووضع سياق للبيانات، وبعد التحليل يتم تحميل المعلومات إلى السحابة، كما ويتم إجراء تحليل إضافي للبيانات باستخدام الحوسبة السحابية لتحسين الكفاءة التشغيلية وتقليل عبء العمل على منصة المحطة الرئيسية بشكل كبير.

تطبيق البيانات: النطاق مفتوح ومشترك، باستخدام مركز بيانات موحد ونموذج بيانات، بحيث تنشئ (UPIoT) خدمات مشاركة البيانات وتطور تطبيقات البيانات الضخمة مثل شخصيات العملاء وتطور المنتجات الرقمية، كما وتوفر خدمات التحليل وتعزز تشغيل البيانات، كما يعتمد هذا النهج على مفهوم الخدمة المتمحور حول المستخدم، كما ويوسع خدمات إمداد الطاقة التقليدية من خلال إنشاء اقتصاد رقمي.

تحليل البيانات وإطار تطبيق جهاز العداد الذكي: تحتوي المنطقة الصناعية على قدر كبير من المعلومات حول بيانات استهلاك الطاقة التي تم جمعها بواسطة محطات العدادات الذكية للمستخدم، غالباً ما تكون هذه المعلومات مبعثرة في مواقع مختلفة، وفي (UPIoT)؛ فإنه من الصعب تحميل البيانات المبعثرة إلى السحابة ومعالجة المعلومات بسبب حجم البيانات الكبير والطلب على الخدمة، كما أن سعة الحوسبة الكبيرة مطلوبة للتطبيق السحابي.

وفي هذه الدراسة، تم تطوير إطار تطبيق لتحليل البيانات لبيانات العدادات الذكية على أساس الحوسبة السحابية الضبابية وسياق البيانات، كما يقلل الإطار المقترح بشكل كبير من عبء العمل على النظام الأساسي الرئيسي مع تحسين الكفاءة التشغيلية للنظام، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2).

سياق بيانات العداد الذكي على أساس حوسبة الضباب: تتم تصفية ومعالجة المعلومات في الوقت الفعلي والتاريخية التي تم جمعها بواسطة العدادات الذكية لمستخدمي الطاقة الصناعية، بما في ذلك الطاقة والجهد والتيار في محطة العداد الذكية، وذلك وفقاً لسيناريوهات تطبيق البيانات المختلفة مثل التنبؤ بالحمل وتصنيف العملاء والتسويق الدقيق، بحيث تتم معالجة بيانات المحطة الطرفية في سياقات مختلفة.

على سبيل المثال، يتم استخراج خصائص الأبعاد المختلفة لبيانات استهلاك الكهرباء، كما ويتم إنشاء “ملصقات” مختلفة للبيانات لتحقيق سياق بيانات العداد الذكي استناداً إلى حساب حوسبة الضباب على جانب مصدر البيانات عند حافة المحطة الرئيسية.

إعادة تحليل المعلومات الظرفية: يكون ذلك على أساس الحوسبة السحابية على أساس الحوسبة السحابية، وبعد المعالجة في محطة العدادات الذكية؛ فإنه يتم تحميل المعلومات ذات الصلة إلى سحابة المحطة الرئيسية، كما يتم استخراج المعلومات وتحليلها باستخدام الحوسبة السحابية ويتم دمج خصائص البيانات الخاصة بالأطراف المختلفة.

وبعد ذلك، يمكن تنفيذ خدمات قيمة البيانات المختلفة باستخدام سيناريوهات تطبيق البيانات المختلفة، وعلى على سبيل المثال، بحيث يمكن تصنيف مستخدمي الطاقة وفقاً لخصائص استهلاك الطاقة المختلفة بحيث يتم توفير خدمات إمداد طاقة مختلفة لأنواع مختلفة من المستخدمين.

ردود الفعل ثنائية الاتجاه لسيناريوهات تطبيق البيانات: بحيث تحدد سيناريوهات التطبيق اتجاه إضفاء الطابع السياقي على بيانات الحافة، في المقابل ترشد طريقة تحليل البيانات السحابية إلى التطوير الفعال لسيناريوهات التطبيق.