چکیده
با معرفی ریزشبکه، مدیریت انرژی برای کنترل تولید برق و مصرف در حوزه‌های مسکونی، صنعتی و تجاری، به عنوان مثال در ریزشبکه مسکونی و خانه‌ها ضروری است. مدیریت انرژی ممکن است برای رسیدن به انرژی خالص صفر برای حوزه‌های مسکونی به ما کمک کند. بهبود در فن‌آوری، هزینه و اندازه ویژگی موجب می‌شود دستگاه‌ها در همه جا به یکدیگر متصل شوند و تعامل برقرار کنند، که اینترنت اشیاء نامیده می‌شود. افزایش پیچیدگی و داده‌ها، با توجه به تعداد فزاینده‌ی دستگاه‌هایی مانند سنسورها و دیسک، نیاز به منابع محاسباتی قدرتمند دارند که ممکن است توسط محاسبات ابری ارائه شده باشد. با این حال، مقیاس‌پذیری به موضوعی بالقوه در محاسبات ابری تبدیل شده است. در این مقاله، محاسبات مه به‌عنوان یک پلت‌فرم جدید برای مدیریت انرژی معرفی شده است. مقیاس‌پذیری، سازگاری و ویژگی‌های نرم‌افزاری/سخت‌افزاری منبع باز در پلت‌فرم پیشنهادی موجب می‌شود تا کاربر مدیریت انرژی کنترل به عنوان را انجام دهد، درحالی‌که هزینه اجرا و زمان ارائه به بازار به حداقل رسیده است. برای نشان دادن مدیریت انرژی به‌عنوان یک سرویس بر روی پلت‌فرم محاسباتی مه در حوزه‌های مختلف، دو نمونه‌ی مدیریت انرژی خانه و مدیریت انرژی در سطح ریزشبکه اجرا و آزمایش شده است.
مقدمه و کارهای مرتبط
قدرت شبکه‌ها با معرفی پارادایم جدید ریزشبکه در حال گرفتن کارآمدتر و دقیق شدن است. ریزشبکه از ژنراتورهای توزیع‌شده، منابع انرژی و بارهایی تشکیل شده است که ممکن است به شبکه برق متصل و یا به طور خودکار عمل کنند [1] - [3]. از این رو، یک سیستم مدیریت انرژی برای کنترل تولید برق و مصرف ضروری است. ریزشبکه به‌منظور بهبود قابلیت اطمینان، بهره‌وری و سودآوری برای نصب و راه اندازی در مناطق مسکونی و تجاری نشان داده شده است [2]. بااین حال، در این مقاله، به حوزه‌های مسکونی برای مدیریت انرژی طرف تقاضا تمرکز می‌کنیم.
مطالعه موردی انگیزشی
مدیریت انرژی خانه (HEM) به‌عنوان مثالی برای سیستم مدیریت انرژی باید سیاست‌ها و قوانین ذکر شده را مرتفع سازد. در حالی که سخت افزار‌های مختلف، نرم‌افزار، معماری ارتباطات توسط مصرف برق، عملکرد و غیره ارائه و مقایسه شده است [14]، [18] -[22]، هزینه اجرای پلت‌فرم مانند: محاسبه دستگاه‌ها، نرم‌افزار پشته، دستگاه‌های ارتباطی و غیره هنوز هم به اندازه کافی بالا هستند و مانع روند استقرار آن برای کاربران مسکونی معمولی می‌شود. علاوه‌براین، سخت‌افزار و معماری نرم‌افزار ممکن است قادر به رسیدگی به رشد تعداد سنسورها و محرک‌ها در کنار عدم تجانس آنها نباشد. Control4، Honeywell و شرکت‌های مختلف دیگر [23] -[26] در حال ارائه سیستم عامل HEM به مشتریان خود هستند که خانه‌های موجود را به خانه‌های هوشمند تبدیل می‌کند. این محصولات ویژگی‌های مختلفی از قبیل: کنترل درجه حرارت، استفاده بهینه از روشنایی، و مدیریت دستگاه‌های هوشمند را پیاده‌سازی می‌کنند. تمام این ویژگی‌ها توسط یک دستگاه واحد ارائه شده است. از این رو، مقیاس‌پذیری، سازگاری و هزینه آن ممکن است به یک مسئله برای مشتریان تبدیل شود. به‌عنوان مثال، محصولات در مورد تعداد دستگاه‌های متصل به آنها برای مدیریت سخت‌گیر هستند. همچنین، مقیاس‌گذاری محصولات برای خانه‌های بزرگتر، ممکن است به طور قابل توجهی گران باشد. علاوه‌براین، کاربران نباید گزینه‌ی سفارشی کردن خدمات برای اجبار به خرید آنها را در دستور کار خود قرار دهند.
پلت‌فرم محاسباتی مه
بسترهای نرم‌افزاری برای یک سیستم مدیریت انرژی باید ویژگی‌هایی داشته باشد و پاسخگوی نیازهای ذکر شده در بخش 1 به‌منظور مقرون به صرفه بودن برای مشتریان عادی باشد. اینترنت اشیاء به یک پارادایم جدید برای اتصال دستگاه‌های هوشمند و قابلیت تنظیم در یک پلت‌فرم پویا و جهانی شبکه تبدیل شده است. که بر فاصله بین دنیای فیزیکی و حضور آن در سیستم‌های اطلاعات غلبه می‌کند [28] - [33].
معماری سخت‌افزار
سخت‌افزار پلت‌فرم مدیریت انرژی شامل دستگاه‌های متعددی است، بسته به دامنه عملیاتی آن، به‌عنوان مثال، خانه و یا ریزشبکه. این دستگاه‌ها ممکن است براساس ویژگی‌های خود به‌صورت زیر طبقه‌بندی شوند:
1) اتصال: این دستگاه‌ها اتصال میان دستگاه‌های موجود و سازگار را ارائه می‌کنند. سیم‌ها، سوکت‌ها و آنتن‌ها در این دسته جای می‌گیرند.
2) دروازه:دستگاه‌های مختلف ممکن است استانداردها و پروتکل‌های اتصال مختلف داشته باشند، به‌عنوان مثال ZigBee، بلوتوث و اترنت [49]. دستگاه‌های دروازه در صورت لزوم یک اتصال سازگار بین دستگاه‌های متعدد ایجاد می‌کنند.
3) سنسور:سیستم مدیریت انرژی نیاز به نظارت محیط زیست برای تغییرات به موقع دارد، به‌عنوان مثال، آب‌و‌هوا، نور، انرژی قیمت و غیره. این حسگرها ممکن است سیگنال آنالوگ تولید شده توسط محیط زیست را نشان دهند.
4) محرک:سیستم مدیریت انرژی ممکن است برای پیکربندی دستگاه‌های متعدد با توجه به تغییرات محیط زیست، به‌منظور بهینه‌سازی یک متغیر، به‌عنوان مثال مصرف انرژی تصمیم بگیرد. این دستگاه با قابلیت تنظیم در نظر گرفته می‌شوند که ممکن است به صورت محلی و یا از راه دور کنترل شود.
5) پردازش:دستگاه‌هایی که داده‌ها را در سیستم ذخیره، پردازش و تجزیه و تحلیل می‌کنند. همچنین ممکن است پیاده‌سازی کنترل برای پیکربندی دستگاه‌های محرک پیچیده باشد.
پیاده‌سازی PROTOTYPE
برای تست پلت‌فرم مدیریت انرژی، HEM و یک نمونه اولیه در سطح ریزشبکه برای نشان دادن حوزه‌های مختلف عمل برای مدیریت انرژی اجرا شده است.
نمونه اولیه HEM: پلت‌فرم HEMاجرا شده برای یک خانه در شکل 5 نشان داده شده است. مشخصات دقیق سخت‌افزار مورد استفاده در جدول 1 ذکر شده است. در خانه، چندین دستگاه هوشمند مانند: تهویه مطبوع، آب‌گرم‌کن و شارژر EV اجرا شده‌اند. هر دستگاه توسط کنترل پنل HE کنترل و نظارت می‌شود. همچنین، دستگاه‌ها کنترل پانل خود را برای نظارت بر وضعیت خود و تنظیم تنظیمات خود دارند. که در این نمونه، تمام دستگاه‌ها به‌صورت نرم‌افزاری مدل‌سازی شده‌اند، بااین حال، با اجرا در دنیای واقعی، کنترل پانل‌های دستگاه توسط خود فروشندگان ارائه خواهند شد.
نتایج تجربی در مطالعات موردی
برای نشان دادن و آزمایش ویژگی‌های مدیریت انرژی برروی پلت‌فرم محاسباتی مه به‌عنوان یک سرویس، چندین سرویس بر روی پلت‌فرم اجرا و ارزیابی می‌شود (به بخش سوم نگاه کنید). نمونه‌های اولیه کامل از مطالعه موردی در [54] ارائه شده است(برای ارائه مشخصات دقیق بخش دوم را ببینید).
مدیریت انرژی خانه
در سطح HEM، خدماتی نظیر مدیریت شبکه‌های حسگر، استفاده بهینه از روشنایی، شارژ EVهوشمند و کنترل هوشمند HVAC به سیستم مدیریت انرژی اضافه شده است.
نتیجه گیری
مشاهده کردیم که مدیریت انرژی برای ریزشبکه‌ها، خانه‌ها و ساختمان‌ها ضروری است. از این رو، در این مقاله، روش مدیریت انرژی ارائه شده به‌عنوان یک سرویس برروی پلت‌فرم محاسباتی مه پیاده‌سازی شده است. اجرا برروی پلت‌فرم محاسباتی مه، انعطاف‌پذیری، قابلیت همکاری، اتصال، حفظ حریم خصوصی داده‌ها و ویژگی‌های بی‌درنگ مورد نیاز برای مدیریت انرژی را فراهم می‌کند. همچنین، نرم‌افزار / سخت‌افزارهای منبع باز و توانایی سفارشی‌سازی موجب می‌شود تا کاربر، کنترل را به‌عنوان یک سرویس به پلت‌فرم مدیریت انرژی اضافه کند. بنابراین، هزینه پیاده‌سازی و زمان ارائه به بازار به‌طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت. برای نشان دادن مدیریت انرژی به‌عنوان یک سرویس بر روی پلت‌فرم محاسباتی مه در حوزه‌های مختلف، دو نمونه مانند مدیریت انرژی خانه و مدیریت انرژی در سطح ریزشبکه اجرا و آزمایش شده است.
این مقاله ISI در سال 2016 در نشریه آی تریپل ای و در مجله اینترنت اشیا، توسط گروه مهندسی برق و کامپیوتر منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله مدیریت انرژی به عنوان یک سرویس از طریق بستر محاسباتی مه در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
