شبکه انتقال و توزیع هوشمند چیست؟

برگرفته از سایت خانه هوشمند آیسامقدمهشبکه هوشمند یک شبکه الکتریکی است که شامل انواع عملکرد و اقدامات انرژی از جمله کنتورهای هوشمند، لوازم هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر و منابع کارآمد انرژی، تهویه برق و کنترل تولید و توزیع برق است.سیاست شبکه هوشمند بر مبنای پلتفرم فناوری (Smart Grid) اروپا سازماندهی شده است. استفاده از فناوری شبکه هوشمند در حوزه صنعت برق بسیار گسترده است. اگرچه همچنان زیرساخت‌های فنی آن در حال تکمیل است.تاریخچه توسعه شبکه برقاولین سیستم شبکه برق جریان متناوب در سال 1886 در گاردینگ بارینگتون ماساچوست نصب شد. در آن زمان شبکه یک سیستم یک طرفه متمرکز از انتقال برق، توزیع برق و کنترل تقاضا محور بود.در قرن بیستم شبکه‌های محلی به مرور زمان رشد کردند و سرانجام به دلایل اقتصادی و قابلیت اطمینان به هم پیوستند. تا دهه 1960 شبکه‌های برق کشورهای توسعه یافته بسیار بزرگ، بالغ و بسیار به هم پیوسته شده بودند. و به هزاران نیروگاه تولید مرکزی قدرت از طریق خطوط برق با ظرفیت بالا و به صورت انشعابی تقسیم شده بودند و به مراکز اصلی بار منتقل می‌کردند.نیروگاهها از نظر استراتژیکی برای نزدیکی به ذخایر سوخت‌های فسیلی (مین‌ها، چاه‌های خود یا در نزدیکی خطوط ریلی، جاده یا بندر) قرار داشتند. قرار گرفتن سدهای برق آبی در مناطق کوهستانی نیز به شدت بر ساختار شبکه در حال ظهور تأثیر داشت. نیروگاه‌های هسته‌ای در نزدیکی آب خنک کننده قرار گرفتند. سرانجام، ایستگاه‌های برق با سوخت فسیلی در ابتدا بسیار آلوده کننده بودند و از مراکز جمعیت فاصله داشتند. در اواخر دهه 1960، شبکه برق به اکثریت قریب به اتفاق جمعیت کشورهای توسعه یافته رسید و فقط مناطق دور افتاده منطقه خارج از شبکه باقی مانده بودند.اندازه‌گیری مصرف برق بر اساس نیاز هر کاربر به منظور امکان صدور صورتحساب مناسب با توجه به سطح مصرف کاربران مختلف ضروری بود. به دلیل محدود بودن جمع‌آوری داده‌ها و قابلیت پردازش در طول دوره رشد شبکه، معمولاً تمهیداتی با تعرفه ثابت در دستور کار قرار می‌گیرد و ترتیبات تعرفه دوگانه برق شبانه با سرعت کمتری نسبت به توان روز شارژ می‌شود. تعرفه‌های دوگانه استفاده از برق کم هزینه شب را در برنامه‌هایی نظیر حفظ بانک‌های گرما که برای تسویه تقاضای روزانه انجام می‌شود. کاهش می‌دهد و تعداد توربین‌های مورد نیاز برای خاموش کردن درطی شب را کاهش می‌دهد. در نتیجه منجر به بهبود بهره‌وری و سودآوری از امکانات تولید و انتقال می‌شود.از دهه 1970 تا 1990 تقاضای رو به رشد منجر به افزایش تعداد نیروگاه‌ها شد. در برخی مناطق تأمین برق به ویژه در اوج زمان نتوانست این تقاضا را پشت سر بگذارد و منجر به کیفیت پایین از جمله قطعی برق و خاموشی شد. برق به صنایع گرمایشی، ارتباطی، روشنایی و سرگرمی وابسته بود و مصرف‌کنندگان خواستار سطح بالاتری از قابلیت اطمینان بودند.در اواخر قرن بیستم الگوی تقاضای برق برقرار شد. گرمایش خانگی و تهویه مطبوع منجر به افزایش روزانه تقاضا شد که توسط مجموعه‌ای از ژنراتورهای اوج قدرت روبرو شد. که فقط برای دوره‌های کوتاه هر روز روشن می‌شوند. استفاده نسبتاً کم از این ژنراتورها همراه با افزونگی لازم در شبکه برق، هزینه‌های بالایی را برای شرکت‌های برق به همراه داشت که همین امر در قالب افزایش تعرفه‌ها ارسال شد.در قرن بیست و یکم برخی از کشورهای در حال توسعه نظیر چین، هند و برزیل شبکه هوشمند مستقر شد.فرصت های نوسازیاز اوایل قرن بیست و یکم فرصت‌های استفاده از پیشرفت‌های فناوری ارتباطات الکترونیکی برای رفع محدودیت‌ها و هزینه‌های شبکه برقی آشکار شده است. محدودیت‌های فنی در اندازه‌گیری باعث می‌شود. که قیمت‌ها به طور متوسط کاهش یابد و به طور یکسان به همه مصرف‌کنندگان منتقل شود. به موازات آن نگرانی‌هایی در مورد خسارت‌های زیست محیطی از نیروگاه‌های فسیلی و تمایل به استفاده از مقادیر زیادی از انرژی تجدید پذیر ایجادشده است.اشکال غالب مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی بسیار متغیر است، بنابراین نیاز به سیستم‌های کنترل پیشرفته‌تری آشکار می‌شود تا اتصال منابع به شبکه بسیار تسهیل شود. قدرت سلولهای فتوولتائیک (و تا حدی توربینهای بادی) نیز به طور چشمگیری ضرورت نیروگاههای بزرگ و متمرکز را زیر سؤال می‌برد. سرانجام، نگرانی از حمله تروریستی در برخی از کشورها منجر به ایجاد شبکه انرژی قوی‌تر شده که کمتر وابسته به نیروگاه‌های متمرکز باشند.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------مقاله پیشنهادی: استفاده از شبکه‌های MC-IOT برای جلوگیری از آسیب شبکه‌های برق-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------تعریف شبکه هوشمنداولین تعریف رسمی از شبکه هوشمند توسط قانون استقلال انرژی و امنیت در ژانویه سال 2007 (EISA-2007) ارائه شد. و در دسامبر 2007 توسط جورج دبلیو بوش رئیس جمهور آمریکا به عنوان قانون امضا شد. این لایحه می‌تواند تعریفی برای Smart Grid در نظر گرفته شود که به شرح زیر است:“این سیاست ایالات متحده آمریکا است که از نوسازی سیستم انتقال و توزیع برق ملل حمایت کند. تا زیرساختهای برق مطمئن و ایمنی را داشته باشد و بتواند رشد تقاضای آینده را برآورده سازد. و هر یک از موارد زیر را در زیرساخت شبکه هوشمند خود پوشش دهد:افزایش استفاده از اطلاعات دیجیتالی و کنترل فناوری برای بهبود قابلیت اطمینان، امنیت و کارایی شبکه برقی.بهینه‌سازی پویا از عملکرد و منابع شبکه با تأمین امنیت کامل.استقرار و ادغام منابع توزیع شده و تولید از جمله منابع تجدید پذیر.توسعه و ادغام پاسخ تقاضا، منابع تقاضا و منابع بهره‌وری انرژی.استقرار فناوری‌های هوشمند (در زمان واقعی، خودکار، فناوری‌های تعاملی در جهت بهینه‌سازی فیزیکی بهره‌برداری از لوازم و دستگاههای مصرفی) برای اندازه‌گیری، ارتباطات مربوط به عملیات شبکه و وضعیت و اتوماسیون توزیع.ادغام وسایل هوشمند و دستگاههای مصرف کننده.استقرار و ادغام فناوریهای پیشرفته ذخیره‌سازی برق و اصلاح وسایل نقلیه برقی و هیبریدی پلاگین و تهویه مطبوع.ارائه گزینه‌های کنترل و اطلاع‌رسانی به موقع به مصرف کنندگان.تدوین استانداردهای ارتباطی و قابلیت همکاری دستگاهها و تجهیزات متصل به شبکه برقی، از جمله زیرساختهای ارائه دهنده شبکه.شناسایی و پایین آمدن موانع غیرمنطقی یا غیرضروری برای اتخاذ فناوری‌ها، شیوه‌ها و خدمات شبکه هوشمند.”کمیسیون اتحادیه اروپا چنین تعریفی را برای شبکه‌های هوشمند ارائه می‌دهد:Smart Grid یک شبکه برق است که با هزینه‌ای مناسب می‌تواند رفتار و عملکرد کلیه کاربران متصل به آن از جمله ژنراتورها و مصرف‌کنندگان را به منظور اطمینان از کارایی سیستم پایدار با توان اقتصادی و ضرر کم و سطح بالایی از کیفیت و امنیت تأمین نماید. یک شبکه هوشمند از محصولات و خدمات خلاقانه و فناوری‌های مانیتورینگ، کنترل، ارتباطات و خوددرمانی استفاده می‌کند تا:اتصال بهتر و بهره‌برداری آسانتری از ژنراتورها در همه ابعاد و فناوری‌ها ارائه دهد.به مصرف‌کنندگان این امکان را بدهد که در بهینه‌سازی کارایی سیستم نقش داشته باشند.اطلاعات و گزینه‌های بیشتری در مورد نحوه استفاده از خود را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهد.تأثیرات زیست‌محیطی کل سیستم تأمین برق را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.بسیار قابل‌اعتماد است و کیفیت و امنیت سیستم را حفظ یا حتی بهبود می‌دهد.خدمات موجود را به صورت مؤثر حفظ و بهبود می‌بخشد.در اکثر تعاریف یک عنصر مشترک وجود دارد که آن هم کاربرد پردازش دیجیتال و ارتباطات در شبکه قدرت است که باعث می‌شود جریان داده و مدیریت اطلاعات در شبکه هوشمند کنترل شود. قابلیت‌های مختلف ناشی از استفاده عمیق و یکپارچه فناوری دیجیتال از شبکه‌های برق است. ادغام اطلاعات شبکه جدید یکی از موضوعات اصلی در طراحی شبکه‌های هوشمند است.نوآوری‌های اولیه فناوریفناوری‌های شبکه هوشمند از تلاش‌های قبلی برای استفاده از کنترل الکترونیکی، اندازه‌گیری و نظارت پدید آمده‌اند. در دهه 1980 میلادی از کنتور اتوماتیک برای نظارت بر بار مصرفی مشترکان استفاده شد و به یکی از زیرساخت‌های پیشرفته در اندازه‌گیری دهه 1990 تبدیل شد که کنتورها می‌توانند نحوه استفاده از برق در زمان‌های مختلف روز را ذخیره کنند. کنتورهای هوشمند ارتباطات مستمر را اضافه می‌کنند به طوری که امکان نظارت در زمان واقعی انجام می‌شود.دستگاه‌هایی از قبیل سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی و خانگی، یخچال و فریزر چرخه وظیفه خود را تنظیم کرده بودند تا از فعال شدن در مواقعی که شبکه دچار شرایط اوج می‌شد، جلوگیری کنند. پروژه Telegestore ایتالیا با شروع در سال 2000 ، تعداد زیادی خانه (27 میلیون) را با استفاده از کنتورهای هوشمند با پهنای باند کم متصل کرد.نظارت و هماهنگ‌سازی شبکه‌های وسیع در اوایل دهه 1990 هنگامی تحقق یافت که اداره برق بونویل تحقیقات شبکه هوشمند خود را با سنسورهای نمونه اولیه که قادر به تجزیه و تحلیل بسیار سریع ناهنجاری‌های کیفیت برق در مناطق جغرافیایی بسیار بزرگ هستند، گسترش داد. اوج این کار اولین سیستم اندازه‌گیری منطقه وسیع عملیاتی (WAMS) در سال 2000 بود. سایر کشورها به سرعت در حال راه‌اندازی و ادغام این فناوری هستند. چین با تکمیل برنامه اقتصادی 5 ساله گذشته در سال 2012 ، یک WAMS ملی جامع را آغاز کرده است.ویژگی‌های شبکه هوشمندشبکه هوشمند مجموعه کاملی از پاسخ‌های فعلی و پیشنهادی به چالش‌های عرضه برق را نشان می‌دهد. از آنجا که از عوامل متنوع و طبقه‌بندی‌های رقابتی بی‌شماری وجود دارد و یک تعریف جهانی برای این موضوع وجود ندارد.قابلیت اطمینانشبکه هوشمند از فناوری‌هایی نظیر تخمین حالت استفاده می‌کند که تشخیص خطا را بهبود می‌بخشد و اجازه می‌دهد تا بدون مداخله تکنسین‌ها، شبکه خودش را بهبود دهد. این کار باعث اطمینان بیشتر از برق و کاهش آسیب‌پذیری در برابر حوادث طبیعی یا حمله می‌شود.خطوط برق اولیه در شبکه با استفاده از یک مدل شعاعی ساخته شده بودند. اتصال بعدی از طریق چندین مسیر تضمین شده که به آن به عنوان ساختار شبکه گفته می‌شود شکل می‌گرفت. با این حال مشکلی که وجود داشت این بود که اگر جریان فعلی یا اثرات مرتبط با آن در شبکه از حد هر عنصر خاص شبکه فراتر رود، آن عنصر دچار مشکل می‌شود و به تبع به دیگر عناصر شبکه منتقل می‌شود و در نهایت ممکن است کل شبکه با شکست مواجه شود.انعطاف‌پذیری در توپولوژی شبکهزیرساختهای انتقال و توزیع نسل بعدی قادر به کنترل جریانهای احتمالی انرژی دو طرفه خواهند بود و این امکان را برای تولید توزیع مثل پنل‌های فتوولتائیک بر روی سقف‌های ساختمانی فراهم می‌کند.شبکه‌های کلاسیک برای جریان یک طرفه برق طراحی شده بودند. اما اگر یک شبکه فرعی محلی انرژی بیشتری را تولید کند. جریان معکوس می‌تواند مسائل ایمنی و قابلیت اطمینان را افزایش دهد. یک شبکه هوشمند می‌تواند این شرایط را مدیریت کند.کاراییاستقرار فناوری شبکه هوشمند به ویژه در مدیریت تقاضا کمک‌های بی‌شماری برای بهبود کلی بهره‌وری از زیرساخت‌های انرژی پیش بینی شده ارائه داده است. به عنوان مثال خاموش کردن تهویه هوا در کوتاه مدت در قیمت برق و کاهش ولتاژ مؤثر است.تنظیم بار یا تعادل بارکل بار متصل به شبکه برق با گذشت زمان می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال اگر یک برنامه تلویزیونی محبوب شروع شود میلیون‌ها تلویزیون بلافاصله شروع به جذب جریان می‌کنند. برای پاسخگویی به افزایش سریع در مصرف برق، یک شبکه هوشمند به تمام مجموعه‌های تلویزیونی هشدار می‌دهد و به منظور کاهش بار به طور موقت با استفاده از الگوریتم‌های پیش‌بینی ریاضیاتی از پیش تعریف شده، پیش‌بینی می‌کند که برای عرضه چند مرحله باید طی شود. در شبکه سنتی نرخ خرابی فقط با هزینه ژنراتورهای آماده ‌به‌ کار کاهش می‌یابد اما در یک شبکه هوشمند کاهش بار حتی توسط بخش کمی از مشتری ممکن است این مشکل را برطرف کند.استراتژی‌های متعادل‌سازی بار برای تغییر الگوی مصرف‌کنندگان طراحی شده است تا تقاضا یکنواخت شود و تحولات ذخیره انرژی و تولید انرژی تجدیدپذیر فرصت‌هایی را برای ایجاد شبکه‌های برق متعادل بدون تأثیر در رفتار مصرف‌کنندگان فراهم کند. به طور معمول، ذخیره انرژی در زمان‌های غیر اوج، تقاضای زیاد را در ساعات اوج کاهش می‌دهد.محدود کردن پیک یا سطح و زمان با قیمت گذاریبرای کاهش تقاضا در دوره‌های اوج مصرف با هزینه‌های بالا، ارتباطات و فناوری‌های اندازه‌گیری، دستگاه‌های هوشمند را در خانه و تجارت اطلاع می‌دهند. که اگر تقاضای انرژی زیاد باشد، میزان مصرف برق را ردیابی کنند. همچنین این امکان را برای شرکتها فراهم می‌آورد. تا با برقراری ارتباط مستقیم با دستگاه‌ها به منظور جلوگیری از اضافه بار سیستم، میزان مصرف را کاهش دهند. برای مثال ابزاری برای کاهش استفاده از گروه ایستگاههای شارژ وسیله نقلیه الکتریکی یا تغییر نقاط تنظیم دمای هوا از سیستم‌های تهویه مطبوع در یک شهر مورد استفاده قرار می‌گیرد.برای ایجاد انگیزه در استفاده مجدد از آنها، قیمت برق در دوره‌های تقاضای زیاد افزایش می‌یابد و در دوره‌های کم تقاضا کاهش می‌یابد. تصور بر این است که مصرف‌کنندگان و مشاغل در صورت نیاز به مصرف‌کنندگان و دستگاه‌های مصرف کننده بیشتر. نسبت به حق بیمه گران و قیمت استفاده از برق در دوره‌های اوج آگاهی داشته باشند. تمایل به مصرف کمتری در دوره‌های اوج مصرف داشته باشند.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------مقاله پیشنهادی: اتصال iot به bms در ساختمان هوشمند-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------پایداریقابلیت انعطاف پذیری شبکه هوشمند، امکان نفوذ بیشتر در منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار متغیر از قبیل انرژی خورشیدی و انرژی باد را فراهم می‌کند. نوسانات سریع در تولید و توزیع، از جمله هوای ابری یا مه آلود، چالش‌های قابل توجهی را برای مهندسان برق به وجود می آورد. که باید از طریق تغییر در خروجی ژنراتورهای کنترل پذیرتر مانند توربین‌های گازی و ژنراتورهای برق، سطح قدرت پایدار را تضمین کنند. به همین دلیل فناوری شبکه هوشمند شرط لازم برای مقادیر بسیار زیاد انرژی تجدید پذیر در شبکه را فراهم می‌آورد.فعال کردن بازارشبکه هوشمند امکان برقراری ارتباط منظم بین تأمین کنندگان و مصرف کنندگان را فراهم می‌کند. و به آنها این امکان را می‌دهد تا در استراتژی‌های عملیاتی خود انعطاف پذیرتر و پیشرفته‌تر باشند. ژنراتورهایی با انعطاف پذیری بیشتر قادر به فروش انرژی استراتژیک برای حداکثر سود خواهند بود. در حالی که ژنراتورهای انعطاف پذیر مانند توربین‌های بخار با بار پایه و توربین‌های بادی بر اساس سطح تقاضا و وضعیت سایر ژنراتورهایی که در حال حاضر کار می‌کنند تعرفه متفاوتی دریافت می‌کنند.بستر خدمات پیشرفتهمانند سایر صنایع استفاده از ارتباطات دو طرفه قوی، سنسورهای پیشرفته و فناوری محاسبات توزیع شده. باعث افزایش راندمان، قابلیت اطمینان و ایمنی و استفاده از انرژی می‌شود. همچنین این امکان را برای خدمات کاملاً جدید یا بهبود در سرویس‌های موجود مانند نظارت بر آتش سوزی و هشدارهایی که می‌توانند برق را قطع کنند. برقراری تماس تلفنی با خدمات اضطراری و غیره را ایجاد می‌کند.قدرت کنترلمیزان داده مورد نیاز برای انجام نظارت و خاموش کردن وسایل شخصی به صورت خودکار در مقایسه با داده‌هایی که در حال حاضر حتی برای دسترسی به خانه‌های از راه دور نیز برای پشتیبانی از خدمات صوتی، امنیتی، اینترنت و تلویزیون در دسترس هستند ، بسیار اندک است. بسیاری از به‌روزرسانی‌های پهنای باند شبکه هوشمند با ارائه بیش از حد خدمات به منظور پشتیبانی از خدمات مصرف کننده و کمک به یارانه ارتباطات با خدمات مرتبط با انرژی یا یارانه دادن خدمات مرتبط با انرژی مانند نرخ‌های بالاتر در ساعات اوج با ارتباطات، پرداخت می‌شوند.فناوریبخش عمده‌ای از فناوری‌های شبکه هوشمند در حال حاضر در سایر کاربردها از جمله ساخت و ارتباط از راه دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. و برای استفاده در عملیات شبکه تطبیق می‌شوند.ارتباطات یکپارچه: زمینه‌های بهبود شامل: اتوماسیون پست، پاسخ به تقاضا، اتوماسیون توزیع، کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA)، سیستم‌های مدیریت انرژی، شبکه‌های مش بی‌سیم و سایر فناوری‌ها، ارتباطات حامل خط برق و فیبر نوری است. ارتباطات یکپارچه برای بهینه‌سازی قابلیت اطمینان سیستم، استفاده از دارایی و امنیت در زمان واقعی، امکان کنترل، تبادل اطلاعات و داده‌ها را فراهم می‌آورد.سنجش و اندازه‌گیری: وظیفه ارزیابی وضعیت پایداری و ثبات شبکه، نظارت بر سلامت تجهیزات، جلوگیری از سرقت انرژی و پشتیبانی از استراتژی‌های کنترل را عهده‌دار است. فناوری‌های مرتبط عبارتند از: متر پیشرفته ریزپردازنده (متر هوشمند) و تجهیزات خواندن، سیستم‌های نظارت بر سطح گسترده، (به طور معمول مبتنی بر خوانش آنلاین توسط سنجش درجه حرارت توزیع شده همراه با سیستم‌های درجه‌بندی گرما در زمان واقعی، زمان ابزارهای قیمت‌گذاری و استفاده در زمان واقعی، سوئیچ‌ها و کابل‌های پیشرفته، فناوری رادیو و رله‌های محافظ دیجیتال.کنتورهای هوشمندواحدهای اندازه‌گیری فازور. بسیاری از افراد جامعه مهندسی سیستمهای قدرت معتقدند که اگر یک شبکه اندازه‌گیری فازور در منطقه گسترده وجود داشته باشد. ممکن است میزان خاموشی در منطقه بسیار کمتر شود.کنترل جریان برق توزیع شده: دستگاه‌های کنترل جریان نیرو برای کنترل جریان نیرو در داخل، به خطوط انتقال موجود وصل می‌شوند. خطوط انتقال با استفاده از چنین دستگاههایی از طریق استفاده بیشتر از انرژی تجدید پذیر با ارائه کنترل زمان واقعی در مورد چگونگی هدایت انرژی در شبکه، فناوری شبکه را قادر می‌سازند تا انرژی متناوب را از منابع تجدید پذیر برای استفاده‌های بعدی ذخیره کند.تولید برق هوشمند با استفاده از اجزای پیشرفته: تولید برق هوشمند مفهومی برای مطابقت با تولید برق با تقاضا و استفاده از چندین مولد یکسان است. تطبیق عرضه و تقاضا به نام توازن بار برای تأمین پایداری و قابلیت اعتماد برق ضروری است. انحراف کوتاه‌مدت در تعادل منجر به تغییرات فرکانس و عدم همخوانی طولانی‌مدت در خاموشی‌ها می‌شود. اپراتورهای سیستم‌های انتقال نیرو وظیفه متعادل‌سازی را بر عهده دارند. و توان خروجی کلیه ژنراتورها را با بار شبکه برق آنها مطابقت می‌دهند. وظیفه متعادل‌سازی بار به مراتب چالش برانگیز می‌شود. زیرا ژنراتورهای متناوب و متغیر مانند توربین‌های بادی و سلولهای خورشیدی به شبکه اضافه می‌شوند. و سایر تولیدکنندگان را مجبور می‌سازد. که بازده خود را بسیار بیشتر از آنچه در گذشته مورد نیاز بود تطبیق دهند.اتوماسیون سیستم نیرو امکان تشخیص سریع و راهکارهای دقیق برای اختلال در شبکه یا قطع برق را فراهم می‌کند. این فناوری‌ها به چهار حوزه اصلی دیگر متکی هستند و به آنها کمک می‌کنند. سه دسته فناوری برای روشهای کنترل پیشرفته عبارتند از: عوامل هوشمند توزیع شده (سیستم‌های کنترل) ، ابزارهای تحلیلی (الگوریتم‌های نرم‌افزاری و کامپیوترهای پر سرعت) و کاربردهای عملیاتی (SCADA ، اتوماسیون پستهای فرعی، پاسخ به تقاضا و …). با استفاده از تکنیک‌های برنامه‌نویسی هوش مصنوعی.شرکت‌های فناوری اطلاعات مختل بازار انرژیشبکه هوشمند راهکارهای مبتنی بر فناوری اطلاعات را ارائه می‌دهد که شبکه برق سنتی فاقد آن است. شرکت‌های فناوری از چند طریق باعث اختلال در فعالان سنتی بازار انرژی می‌شوند. آنها سیستم‌های توزیع پیچیده‌ای را برای رسیدن به تولید غیرمتمرکز برق به دلیل ریزگردها توسعه می‌دهند. این فناوری در میکروگریدها باعث می‌شود مصرف انرژی برای خانوارها ارزان‌تر از خرید از خدمات شهری باشد. علاوه بر این ساکنان می‌توانند با اتصال به کنتورهای هوشمند، مصرف انرژی خود را آسانتر و مؤثرتر مدیریت کنند. با این حال عملکرد و قابلیت اطمینان میکروگریدها به تعامل مداوم بین تولید برق، ذخیره و بار مورد نیاز بستگی دارد.منابع انرژی تجدید پذیرتولید انرژی تجدید پذیر اغلب می‌تواند به جای شبکه‌های انتقال درتوزیع مورداستفاده قرار گیرد.بدین معنا که DSO می‌تواند جریانها را مدیریت کرده و قدرت را به صورت محلی توزیع کند.تا با فروش مستقیم انرژی به مصرف کننده، بازار خود را گسترش دهد. همزمان نرم‌افزارهای تولید سوخت‌های فسیلی به چالش کشیده می‌شوند. مقررات سختگیرانهبرای تولید منابع انرژی سنتی از سوی دولت‌ها، دشواری کار را افزایش می‌دهد و فشار شرکت‌های سنتی انرژی را برای تغییر به سمت منابع تجدید پذیر انرژی افزایش می‌دهد.نوسان سازهای Kuramotoهدف مدل کوراموتو این است که سیستم را به حالت تعادل نگه دارید یا همگام‌سازی فاز را حفظ کنید. نوسان‌سازهای غیر یکنواخت همچنین به مدل‌سازی فناوری‌های مختلف، انواع مختلف ژنراتورها، الگوی مصرف و غیره کمک می‌کنند.سیستم‌های زیستیشبکه‌های برق در بسیاری از زمینه‌های دیگر با سیستم‌های پیچیده بیولوژیکی مرتبط بوده‌اند. در یک مطالعه، شبکه‌های برق با شبکه اجتماعی دلفین مقایسه شدند. این موجودات در صورت بروز موقعیت غیرمعمول ارتباطات را ساده‌تر یا تشدید می‌کنند. ارتباطات متقابل که آنها را قادر به زنده ماندن می‌کند بسیار پیچیده است.شبکه‌های تصادفیدر شبکه‌های فیوز تصادفی چگالی جریان ممکن است در بعضی مناطق خیلی کم باشد و در بعضی مناطق دیگر خیلی قوی. بنابراین می‌توان از تجزیه و تحلیل برای رفع مشکلات احتمالی شبکه استفاده کرد. به عنوان مثال تجزیه و تحلیل رایانه‌ای با سرعت بالا می‌تواند فیوزهای در معرض انفجار را پیش‌بینی کرده و یا الگوهایی را که ممکن است به قطع برق منجر شود، تجزیه و تحلیل کند. پیش‌بینی الگوهای بلند مدت در شبکه‌های پیچیده برای انسان دشوار است بنابراین به جای آن از شبکه‌های فیوزی یا دیودی استفاده می‌شود.شبکه ارتباطی هوشمنداز شبیه‌سازهای شبکه برای شبیه‌سازی یا تقلید جلوه‌های ارتباطی شبکه استفاده می‌شوند. این شبیه‌سازی به طور معمول شامل ایجاد آزمایشگاه با دستگاه‌های شبکه هوشمند، برنامه‌ها و غیره است که شبکه مجازی توسط شبیه ساز شبکه ارائه می‌شود.شبکه‌های عصبیشبکه‌های عصبی برای مدیریت شبکه برق نیز در نظر گرفته شده‌اند. سیستم‌های انرژی الکتریکی را می‌توان به چندین روش مختلف طبقه‌بندی کرد: غیر خطی، پویا، گسسته یا تصادفی. شبکه‌های عصبی مصنوعی سعی در حل مشکل‌ترین مسائل دارند.پیش‌بینی تقاضایک کاربرد ANN در پیش‌بینی تقاضا است. برای اینکه شبکه‌ها از نظر اقتصادی و قابل اطمینان کار کنند، پیش‌بینی تقاضا ضروری است و مقدار توان مصرفی توسط بار باید پیش‌بینی شود. این امر به شرایط آب و هوایی، حوادث تصادفی و غیره بستگی دارد. برخی از عواملی که شبکه‌های عصبی محلی هنگام توسعه این نوع مدل‌ها در نظر می‌گیرند: طبقه‌بندی پروفایل‌های بار کلاس‌های مختلف مشتری بر اساس مصرف برق، افزایش پاسخگویی به تقاضا برای پیش‌بینی قیمت برق در زمان واقعی نسبت به شبکه‌های معمول ، لزوم ورود تقاضای گذشته، وابستگی به متغیرهای ورودی خاص، اجزای مختلفی مانند بار اوج، بار پایه، بار متوسط و غیره.تئوری مارکوفاز آنجایی که انرژی باد بسیار محبوب است، به یک عنصر ضروری در مطالعات شبکه برق محسوب می‌شود. ذخیره‌سازی خارج از خط، تنوع باد، عرضه، تقاضا، قیمت‌گذاری و سایر عوامل را می‌توان در یک بازی ریاضی مدل کرد. در اینجا هدف توسعه استراتژی برنده است. برای مدل‌سازی و مطالعه این نوع سیستم از فرآیندهای مارکوف استفاده می‌شود.امنیتدر حالی که نوسازی شبکه‌های برقی به شبکه‌های هوشمند امکان بهینه‌سازی فرآیندهای روزمره را می‌دهد، یک شبکه هوشمند، به صورت آنلاین می‌تواند در برابر حملات سایبری آسیب‌پذیر باشد. ترانسفورماتورهایی که ولتاژ برق ایجاد شده در نیروگاهها را برای سفرهای طولانی، خطوط انتقال و خطوط توزیع که برق را به مصرف کنندگان افزایش می‌دهند بسیار مستعد آسیب‌پذیری هستند. این سیستم‌ها به سنسورهایی متکی هستند که اطلاعات را در این زمینه جمع می‌کنند و سپس آن را به مراکز کنترل منتقل می‌کنند و در اینجا الگوریتم‌ها تجزیه و تحلیل و تصمیم‌گیری به صورت خودکار انجام می‌شوند.هکرها می‌توانند این سیستم‌های کنترل خودکار را مختل کنند و کانالهایی را که امکان استفاده از برق تولید شده را دارند، جدا می‌کنند. به این کار انکار سرویس یا حمله DoS گفته می‌شود.آنها همچنین می‌توانند حملات یکپارچه‌ای را انجام دهند که اطلاعات فاسد در سیستم منتقل می‌شود. علاوه بر این، هکرها می‌توانند دوباره از طریق سیستم‌های تولید انرژی تجدیدپذیر و کنتورهای هوشمند متصل به شبکه، با استفاده از نقاط ضعف و یا مواردی که امنیت آنها در اولویت قرار نگرفته است، دوباره دسترسی پیدا کنند. از آنجا که یک شبکه هوشمند دارای نقاط دسترسی زیادی نظیر کنتورهای هوشمند است، دفاع از همه نقاط ضعف آن می‌تواند مشکل باشد. همچنین در مورد امنیت زیرساختها نگرانی وجود دارد که در درجه اول مربوط به فناوری ارتباطات است.نگرانی‌ها عمدتاً حول محور فناوری ارتباطات در قلب شبکه هوشمند قرار دارند. با هدف برقراری تماس در زمان واقعی بین آب و برق و کنتورها در خانه‌ها و مشاغل، این خطر وجود دارد که از این قابلیت‌ها می‌توان برای اقدامات جنایتکارانه یا حتی تروریستی بهره‌برداری کرد.