توافق بيانات مراقبة المزيج الجزئي في شبكة التوزيع الكهربائية

تستند مشكلة الافتقار إلى آلية تحمل الأخطاء الموزعة الفعالة لانفجار البيانات في نظام أتمتة توزيع الطاقة الموزع، وذلك استناداً إلى التوافق مع الخطأ على مستوى التسجيل لمجموعة البيانات الموزعة المرنة (RDD) وحوسبة الدُفعات الصغيرة، وبالنسبة الى علامة سلسلة نسب جديدة؛ فإنه تم اقتراح طريقة تحمل الأخطاء (LCM) باستخدام مجموعة بيانات مراقبة شبكة توزيع الطاقة الكهربائية ككائن ذاكرة التخزين المؤقت.

الغرض من توافق بيانات في شبكة التوزيع الكهربائية

تعتبر شبكة توزيع الطاقة موجودة في نهاية نظام القدرة والمتصلة مباشرة مع المستخدمين، بحيث يتميز بخصائص التوزيع الجغرافي واسع النطاق الواسع لشبكة الطاقة وأنواع متعددة من المعدات وتوصيلات الشبكة المتعددة وأنماط التنفيذ المختلفة، ومع تقدم معلومات الطاقة؛ فقد زاد حجم ونوع بيانات شبكة توزيع الطاقة بسرعة في مجال مراقبة شبكة توزيع الطاقة الكهربائية.

ومن أجل الحصول على معلومات الحالة المختلفة وتلبية متطلبات مراقبة الحالة البانورامية لنظام التطبيق، فإنه يزداد تردد أخذ عينات المعدات أعلى وأعلى ويزداد حجم بيانات المراقبة هندسياً، كما وأصبحت بنية بياناتها أكثر تعقيد يمكن أن يؤدي انفجار البيانات بسهولة إلى استجابة بطيئة لواجهة المراقبة، وفي بعض الحالات الخطيرة؛ قد يتسبب في تأخير أو إغفال أو إنذار خاطئ للمعلومات الأساسية.

لذلك إذا كان أداء تحمل الخطأ لنظام الإرسال والمراقبة ضعيفاً؛ فقد يتسبب ذلك في سوء تقدير القرارات المتعلقة بالفشل ويهدد سلامة شبكة الطاقة، يتم تحقيق الوسائل التقنية للتسامح مع أخطاء البيانات بشكل أساسي من خلال تكرار البيانات، كما أن هناك استراتيجيتان أساسيتان للتكرار، وهما النسخ ومحو الترميز.

وحتى في سياق البيانات الضخمة؛ فإنه لم تتغير الاستراتيجية الأساسية للتسامح مع الأخطاء، ولكن هناك بعض التغييرات في تخزين البيانات الضخمة على المستوى التقني للتنفيذ المحدد، وهي تقنية مقاومة الأخطاء القائمة على النسخ المتماثل هي إرسال نسخة من كل بيانات شبكة توزيع الطاقة إلى عقدة تخزين مختلفة تستخدم تقنية معينة للحفاظ على النسخة متسقة، بحيث يكون كائن البيانات فقط لديه نسخة باقية ويمكن لنظام التخزين الموزع دائما تعمل بشكل صحيح.

التباين الحقيقي في مستويات البيانات الخاصة لإرسال الطاقة الكهربائية

ومع ذلك، في ظل مستويات (TB) و (PB) للبيانات الضخمة لنظام إرسال شبكة الطاقة، وهناك مساحة تخزين كبيرة وتخصيص عقدة معقد والتأخير مرتفع جداً مقارنة بحساب التدفق لعملية الذاكرة الكاملة، لذلك؛ فإنها ليست مناسبة لبيئات البيانات الكبيرة لشبكة توزيع الطاقة، أما النوع الثاني من التكنولوجيا المتسامحة مع الأخطاء القائمة على رموز المحو يمكنه تخزين كتل تشفير كائنات البيانات في مناطق عقدة مختلفة.

وفي حالة فشل جهاز التخزين، وخاصةً إذا فقدت بعض الكتل المشفرة وطالما بقيت مجموعات كود كافية؛ فإنها يمكن لرمز المحو استعادة البيانات الأصلية من خلال مجموعات الكود المتبقية، بحيث يندرج التسامح مع أخطاء التعليمات البرمجية المتسامحة في ظل مجموعات البيانات الضخمة بشكل أساسي في فئتين، وهما الأولى هي تقنية نقطة فحص البيانات.

وعندما يفشل النظام، يتم استخدام ملف نقاط التفتيش المخزن في وسيط تخزين موثوق به لإعادة النظام إلى حالة معينة قبل الفشل، ومع ذلك ونظراً لتعقيد البيئة ومشكلات جدولة العقدة؛ فإنه يمكن أن تعمل نقاط فحص البيانات بشكل جيد على استعادة البيانات المستقلة، ولكن ليس في المجموعة الموزعة، بحيث تحتاج أيضاً مجموعة البيانات الكبيرة إلى النسخ المتماثل بين الأجهزة من خلال اتصال الشبكة لمركز البيانات.

ولكن غالباً ما يكون النطاق الترددي للشبكة الكهربائية أقل بكثير من عرض “النطاق الترددي للذاكرة”، لذلك فهي غير مناسبة لمعالجة مجموعات البيانات الكبيرة مثل المراقبة واسعة النطاق في الوقت الحقيقي للبيانات الضخمة في شبكات توزيع الطاقة الكهربائية.

الحوسبة لشبكة توزيع الطاقة ومراقبة البيانات الضخمة

معالجة البيانات الضخمة لأتمتة توزيع الطاقة الموزعة

مع النمو السريع لحجم البيانات الداخلية وإنشاء أنظمة قياس ذكية موزعة لإدارة الأحمال الكهربائية وتحليل الشبكة ومعالجة الأعطال وأنظمة (SCADA) و (MIS) في شبكة توزيع الطاقة الذكية، بحيث أصبح الطلب على التسامح مع أخطاء مراقبة عقد بيانات الكتلة أكثر فأكثر الضغط.

بالنسبة لمنصة مراقبة معدات شبكة التوزيع الذكية، تم تجهيز كل جهاز بعدد من أجهزة الاستشعار، مثل (DTU؛ وحدة نقل البيانات)، (TTU؛ وحدة التحكم في محول التوزيع)، (FTU؛ وحدة المحطة الطرفية المغذية)، (STU؛ وحدة محطة الإشارة) و (RTU؛ وحدة طرفية بعيدة) وما شابه ذلك، كما تقوم هذه الأجهزة الطرفية لمراقبة توزيع الطاقة بتوصيل هذه المستشعرات من خلال قنوات الاتصال المناسبة.

وفي ظل خلفية المعالجة الموزعة لبيانات المراقبة الضخمة؛ فإن إنشاء نظام إرسال ورصد مجموعة أتمتة توزيع الطاقة من الجيل التالي الموثوق به للغاية، بحيث يمثل ذلك  تحدياً كبيراً لمنصة دعم لشبكة توزيع الطاقة الذكية.

تقنية الخلط الجزئي الموزعة

تستخدم الدُفعات الصغيرة مجموعات بيانات موزعة مرنة كهيكل بيانات أساسي، كما يتم دمج الدُفعات الصغيرة والحساب المتدفق لعقد البيانات في محطات عمل الإرسال والمراقبة، بحيث يوجد نوعان أساسيان من العقد في الكتلة، العقدة الرئيسية والعقدة العاملة.

وفي العقدة الرئيسية؛ فإنه يتم تشغيل (Spark client)، وهو المسؤول عن تلقي دفق بيانات المراقبة المرسل من قبل العميل المرسل والمراقبة وتعيين المهام إلى عقد العمال ومراقبة طلب الموارد من مصدر الموارد، كما يدير أيضاً مدير الموارد، وهو المسؤول بشكل أساسي عن إرسال تطبيق الموارد للعقدة العاملة إلى عميل (Spark)، ثم توزيع المورد المرتجع بشكل معقول على العقد العاملة وبدء المنفذ في معالجة المهام.

كما يتم معالجة العديد من المنفذين على كل عقدة عاملة في نفس الوقت، وهذه العمليات مسؤولة عن مهام مثل تحديد الكمية والمعالجة التناظرية ذات الحد الزائد وإعداد عتبة الطاقة، كما وسيتم تخزين بيانات المراقبة المعالجة في الذاكرة أو القرص، بعد تجميع معلومات المعالجة المرسلة من قبل كل منفذ، بحيث تقوم العقد العاملة بإرجاع نتيجة التنفيذ النهائية إلى العقدة الرئيسية حيث يوجد مضيف المراقبة وتجميع نتائج الحساب والحوسبة الموزعة الكاملة لتطبيق المراقبة.

كذلك يتم توزيع عملية نقل تدفق المعلومات في الوقت الفعلي في مراقبة شبكة توزيع الطاقة عبر معالجة التفاعل بين المحطات الفرعية لشبكة توزيع الطاقة والمحطة الرئيسية، مما يوفر معلومات في الوقت الفعلي لإرسال شبكة توزيع الطاقة، وبالتالي؛ فإن آلية تحمل الأخطاء لتدفق المعلومات سريعة وفعالة أمر بالغ الأهمية لمعالجة بيانات شبكة توزيع الطاقة الكهربائية.

وفي نهاية الحديث عن ذلك فإنه يتم استخدام نموذج برمجة الدُفعات الصغيرة الموزعة لبناء مجموعة حوسبة التدفق ومهارات التصميم لتقنية تحمل الأخطاء على مستوى التسجيل وعلامة سلسلة النسب مجتمعة، بحيث تقترح هذه الدراسة طريقة جديدة لتحمل الأخطاء لعلامة سلسلة النسب (LCM) بناءً على بيانات المراقبة الضخمة لبيانات شبكة طاقة التوزيع الكهربائية.