Глобальный энергетический менеджмент

Рассмотрение влияния поведения потребления энергии, как правило, называют энергетическим менеджментом или более точно - управление спросом (DSM). Управление спросом обычно состоит из трех частей, а именно:

• модернизация (замена изоляции, приборов и т.д.),

• материально-технической оптимизации,

• планирование нагрузки.

В нашем контексте энергетический менеджмент означает планирование нагрузки, активное влияющей на эксплуатацию оборудования. Клиентская часть системы JEVis содержит подсистему управления энергетикой, которая строит графики нагрузок. Правила для этого планирования основаны на определенном энергетическом тарифе. Проанализировав потребительские процессы, система JEVis идентифицирует причины пиков потребления и другое нежелательное поведение системы, а потом настраивает систему управления энергетикой так, чтобы избежать этого поведения.

Глобальный энергетический менеджмент на шаг впереди. Нерегулируемый энергетический рынок в Европе движется к тому, что клиентам разрешат соединить их географически распределенные производства («мультипроизводственные клиенты») в одном счете за электроэнергию. Полный уровень потребления тогда будет использоваться в качестве базиса при составлении счетов за электроэнергию. Счетчики могут записывать отдельные графики нагрузки, которые затем будут суммироваться, а отдельные локальные системы управления энергией обычно не сотрудничают в глобальном масштабе.

Проблема «глобального» ​​энергетического менеджмента схожа с локальным энергетическим менеджментом: некоторое число ресурсоемких узлов должны быть организованы и выстроены в определенном порядке, чтобы создать определенную форму нагрузки. Различия заключаются в каналах связи. Проблемы, с которыми сталкивается ГЭМ в мире, легко переносятся на «глобальные» проблемы автоматизации. Слабые качества обслуживания, ограниченные способы построения локальной сети и ограниченная передача данных в интернете – это проблемы, которые есть в любой автоматизированной системе. Так что ГЭМ можем рассматривать как ЛЭМ.

Локальный ЭМ соединяет потребителей энергии или, скажем контроллеры и счетчики энергии с потребителям по средствам локальной сети - сети управления или LAN. Доступность этих сетевых ресурсов вообще очень высока и не связана с любыми «онлайн-затратами». При локальном ЭМ соединение между узлами сети постоянно и каждый узел системы ЭM может обращаться к другому по мере необходимости.

Глобальный энергоменеджмент сталкивается с различными видами сетевой инфраструктуры. Междугородняя связь дорога; узлы могут быть подключены к Интернету через канал GSM, телефонную линию, или другим способы постоянного подключения. Интернет является практически единственным доступным соединением, которое предлагает дальнодействующее равноценное подключения по разумной цене. Но все же это расходы, хоть и не такие большие. Таким образом, узлы системы ГЭМ не находятся он-лайн 24 часа в сутки, а только в определенное время или по требованию. Не только частота обмена данными, но и объем передаваемых данных является актуальным, поскольку это напрямую влияет на расходы на связь.

Как следствие, система ГЭМ JEVis оценивает будущее поведение узлов системы и использует этот прогноз для расчета графика, стараясь сделать большую часть расчетов офф-лайн. Алгоритмы оптимизации этого процесса не будут обсуждаться здесь, но обсудим еще один важный аспект системы: необходимость гибкой связи. Система ГЭМ состоит из ряда узлов, которые представляют энергопотребляющие или энергопроизводящие единицы, как;

• ветряная электростанция;

• частный дом с системой отопления;

• пекарная;

• промплощадки, заводы, фабрики;

• супермаркет с рядом морозильных камер.

Некоторые из этих узлов могут «хранить виртуальную энергию», например такие как морозильники или пекарни, другие могут производить энергию, как топливные элементы и ветряные электростанции, а большинство узлов просто потребляют энергию. Таким образом, система состоит из географически распределенных потребителей, хранителей, и производителей энергии со своими правилами потребления, хранения и производства энергии. На ветряную электростанцию, например, нельзя влиять, чтобы произвести больше энергии, и пекарня не может быть выключена в любое время, а только при определенных обстоятельствах. Значит, процесс оптимизации пытается получить преимущества из относительной свободы системы, и найти приемлемый график потребления для всех участников. Нахождение правильного графика, который удовлетворял бы «глобальной цели» (общие график нагрузки, график пиков потребления в регионе, и т.д.) сильно зависит от количества информации о текущей ситуации. Степени свободы каждого узла суммируются в очень сложную проблему оптимизации, приводящую к большому количеству передаваемых данных. Узлы нуждаются в соединении равноправных узлов ЛВС, чтобы обмениваться информацией в виде таблиц, статистик, процессов, команд. Соединение не должно зависеть от типа алгоритма (основывается на переговорах, поиске решения, и т.д.).

Интернет обычно предлагает IP соединение равноправных узлов ЛВС только в режиме он-лайн. К сожалению, в зависимости от Поставщика интернет-услуг, некоторые коммутируемые узлы скрыты за прокси IP так, что чтобы они не могут осуществлять свои задачи (открытый и «прослушивание» IP) во внешней сети. В этом случае методы, используемые IRC-чатом, должны быть применены, где публично доступный сервер запрашивает узлы сети глобального энергетического менеджмента, которые появляются как IP клиенты. Рисунок 104, например, показывает ветряную электростанцию и шлюз GW1, между которыми должно быть соединение. Так как ветряная электростанция находится вне сети прокси, она используют систему JEVis, вместо использования IP соединения. То же самое произошло бы, если шлюз соединялся он-лайн через стандартный GPRS протокол, так как узел GPRS получает «внутренний» IP-адрес недоступный для подключения извне. Такие брандмауэры, сети прокси и другие особенности сети Интернет ограничивают коммуникацию в широком масштабе, и поэтому система должна использовать технологии, которые широко используются, поддерживаются и не запрещены поставщиками интернет-услуг. Дополнительно, узлы могут быть организованы в кластеры и группы, где не каждый узел знает, кто и где его пара. Как следствие должны быть некоторые справочные таблицы, где узлы могут зарегистрироваться, чтобы быть найденными другими узлами.

Рисунок 104. Взаимодействие сервисов системы JEvis

Поэтому, система JEVis не только администрирует базу данных, но выполняет также и множество других полезных услуг, которые делают возможной как глобальную автоматизацию, так как и глобальный энергоменджмент:

• управление новым коммутируемым соединением (обратный вызов) от имени других узлов;

• сервис он-лайн подключения;

• сервис поиска для узлов, чтобы найти пэров;

• коммуникационное реле для узлов с ограниченным соединением (через прокси, брандмауэры, и т.д.).

Еще одной проблемой является качество услуг, критериями которого являются такие параметры как задержка, доступность, условия онлайн режима, и так далее. IP-соединение, как правило, не дает никаких гарантий. Если алгоритм основан на предположении, что предложение (как часть процедуры переговоров) передается в течение 5 секунд, то такой алгоритм не подходит для интернет-решения. Кроме того, интернет-соединение само по себе не очень надежная часть системы. В нижнем уровне обмена информацией таком, как коммутируемые телефонные линии или GSM-сети имеют неопределенный уровень доступа. Это не гарантирует, что узел получит для обмена выделенную телефонную линию, когда ему это необходимо. Таким образом, алгоритм должен быть разработан таким образом, что решает все эти проблемы. Узлы должны иметь столько «интеллектуальных ресурсов» сколько им необходимо для безотказной работы даже в периоды отсутствия связи на протяжении нескольких часов или дней. Этот «интеллект» создает очень надежную и отказоустойчивую систему, которая является целью всех распределенных систем. Недостатком такой распределенной архитектуры является то, что распределенное управление сетью гораздо сложнее. Таким образом, центральная система JEVis должно быть местом для управления сетью, конфигурации узлов сети, и так далее.

Распределенная и надежная природа глобального энергетического менеджмента будет нарушена, если система JEVis не будет столь же надежна и распределена. Если только один центральный сервер предлагает услуги связи с другими сервисами, то этот сервер представляет собой слабое звено системы. Репликационная и распределенная система JEVis является хорошим вкладом в надежность системы глобального энергоменеджмента.