Smart Grid Energy Research Center

UCLA Smart Grid Energy Research Center (SMERC)

Etablerade	2010
Direktör	Rajit Gadh
Plats	Los Angeles , Kalifornien
Tillhörigheter	UCLA
Hemsida	Officiell hemsida

UCLA Smart Grid Energy Research Center (SMERC), beläget på University of California Los Angeles (UCLA) campus, är en organisation inriktad på att utveckla nästa generations teknik och innovation för SmartGrid . Partnerskap med myndigheter, teknikleverantörer, DOE forskningslaboratorier och universitet , allmännyttiga företag, beslutsfattare och tillverkare av elfordon och apparater ger SMERC olika möjligheter och exceptionellt moget ledarskap.

För närvarande utför SMERC forskning om Microgrids , automatiserad efterfrågerespons, integration av elfordon (G2V och V2g), Cybersecurity och distribuerad och förnybar integration.

SMERC har samarbeten med USC och Caltech / JPL , LADWP i ett demonstrationsprojekt för smarta nät. Internationellt har SMERC kopplat till Korea Institute of Energy Research (KIER) . "Samarbetet involverar SMERC-tester för utveckling av mjukvaran och plattformen som är involverad i smart grid-tekniken, medan KIER fokuserar på flera förnybara energiteknologier, såsom sol-, vind- och bränsleceller, samt trådlös kommunikation och halvledarsystem . "

Bakgrund

"Även om elnätet i USA är mycket tillförlitligt, är det för närvarande något begränsad i sin förmåga att införliva nya förnybara energikällor ; att effektivt hantera efterfrågesvar ; att känna av och övervaka problemställen; och att reparera sig själv." Denna tillförlitlighet kommer inte att bestå om nätsystemen förblir desamma när befolkningen ökar och efterfrågan på el ökar. Denna efterfrågan kräver innovativa teknologier och system för att tillhandahålla och hantera efterfrågesvar, sensorisk reparation/monitorreparation och självreparation för att hjälpa till att stabilisera nätet. SMERC har byggt dessa teknologier sedan hösten 2004. Systemet kräver också bättre effektivitet bland energiproducenter och energisparare. Idag är det nuvarande nätet i Nordamerika mycket gammalt och i många områden upp till 100 år gammalt. Nätet är oflexibelt och måste moderniseras för att hantera intermittent av förnybara energikällor ( solkraft , vindkraftverk, etc.). Dessa energikällor, om de tillförs på rätt sätt, kommer att visa sig vara värdefulla för nätet och förse det med energi som för närvarande går till spillo. Med denna efterfrågan på el finns det en enorm möjlighet i USA för innovation mellan det nuvarande elnätet och nästa generationer av system som använder RFID och integrerade sensorer, information och trådlös teknik.

I takt med att medvetenheten om Smart Grid växer, ställs frågor om hur det nya moderniserade nätet kommer att se ut. Tyvärr finns det inget klart svar på hur rutnätet kommer att se ut. Till exempel är det som att förutsäga vad en applA-dator skulle kunna åstadkomma idag när den första applA-datorn släpptes 1976 (36 år sedan). Det finns nu en enorm möjlighet för experiment, kreativitet och forskning inom Smart Grid-teknik. Entreprenörer, universitet och andra innovatörer är i färd med att skapa obeskrivliga möjligheter för framtidens Smart Grid.

Finansiering

Den viktigaste utgångspunkten för investeringar i modernisering av det nuvarande nätet var det amerikanska energidepartementets (DOE) stimulanspaket (American Recovery and Reinvestment Act, dvs. ARRA). ARRA investerade cirka 4,4 miljarder dollar i Smart Grid-forskning. LADWP fick 60 miljoner dollar från DOE:s stimulanspaket. "Pengarna kommer att användas till demonstrationsprojekt för "smart nät". Projekten kommer att göra det möjligt för stadens avdelning för vatten och kraft, det största kommunala bolaget i landet, att använda avancerade mätare och annan teknik vid universiteten för att kartlägga hur ström förbrukas, förutsäga efterfrågan och potentiella avbrott, och söka sätt att minska energin. använda sig av."

Waxman–Markleys omfattande energiräkning (American Clean Energy and Security Act från 2009) ökade medvetenheten och påverkan på elnätet. Lagen utformades med avsikten att minska utsläppen av växthusgaser med 17 procent till 2020. Denna minskning skulle kräva en koncentration på energiförbrukning och produktion. Detta lagförslag stimulerar, direkt och indirekt, universitet och privata industrier att inkludera ny teknik för nätet. Samarbeten mellan företag, myndigheter, teknikleverantörer och universitet görs för att tillhandahålla information och teknik för den nya generationen av Smart Grid och Smart Energy Technology.

SMERC får också finansiering från California Energy Commission , EPRI , KIER och UCLA Smart Grid Industry Partners Program (SMERC-IPP).

Projekt

Smart Grid Energy Research Center (SMERC) består av flera nyckelprojekt enligt följande:

Anslutna och autonoma elektriska fordon (CAEV™)

CAEV™ är ett UCLA-ledande konsortium vars medlemmar består av moderna fordonsföretag, leverantörer av el och autonoma transporter och elkraftföretag som moderniserar fordonsindustrin till en som är elektrisk, digital, uppkopplad, smart, autonom och tjänar transporten. och samhällets energibehov för 2000-talet och framåt. Syftet med konsortiet är att skapa ett partnerskap mellan tillverkare av elfordon och autonoma fordon i Kalifornien, samarbeta med nya energiföretag som avancerar teknik, skapar innovativa affärsmodeller, och utbildar och utbildar nästa generations studenter för att skapa den industri som kommer att förändra fordonssektorns ansikte över hela världen.

UCLA WINSmart Grid™

"UCLA WINSmartGrid™ är en nätverksplattformsteknik som tillåter eldrivna apparater som plug-in bilar, tvättmaskiner, torktumlare eller luftkonditionering så att de trådlöst kan övervakas, anslutas och styras via asmart wWireless hub"

Totalt sett är fördelarna med WINSmartGrid™ följande: kraftteknik, använder lågstandardbaserad hårdvara vilket resulterar i lägre totalkostnad, trådlös infrastruktur för övervakning och kontroll, öppen arkitektur för enkel integration, plug-and-play- metod,; omkonfigurerbar förmåga och tjänstearkitektur med tre lager – Edgeware, Middleware och Centralware.

WINSmartGrid™-tekniken använder en treskiktad Serviceware-arkitektur tillsammans med ReWINS-teknik.

En enkel förklaring av processen är att Centralware fattar ett beslut, Middleware läser det beslutet, sedan mappar och dirigerar dessa beslut till Edgeware, där besluten sedan skickas genom lågnivåkontrollsignalerna.

Edgeware: styr och använder trådlösa tekniknätverk och skapande, hantering, installation och uppsättning av programvara och firmware. Den ansluts till RFID-taggar, rörelsedetektorer , temperaturvakter eller 10X-kontroller på kylskåp. Inom WINSmartGrid™-hubben stöds en mängd olika monitorer/sensorer som Edgeware har anslutning till, inklusive luftfuktighet, ström, spänning, ström, stötar, rörelse, kemikalier, etc. Denna hubb kan stödja trådlösa protokoll (t.ex. WiFi) . , Bluetooth , Zigbee , GPRS och RFID ). De mest effektiva protokollen verkar vara lågeffektprotokollen som Zigbee.

Mellanvaran är "mellanmannen" mellan Edgeware och Centralware. Kan tillhandahålla funktioner som datafiltrering, extrahering av meningsfull information, aggregering och meddelanden av data från Edgeware, och distribution av informationen till rätt destination/webbtjänst i enlighet därmed.

The Centralware: Webbtjänst för beslutsfattande. Den tar emot all information och avgör vilka de bästa besluten är baserat på regler och verkställer dessa beslut. För närvarande körs WINSmartGrid™ Centralware på en grundläggande uppsättning regler, medan den så småningom kommer att fungera med externa intelligenta tjänster när de börjar komma online.

Automated Demand Response (ADR)

"De Automated Demand-Response (ADR)-programmen visar kontrollmodeller och säkra meddelandesystem, automatisering av belastningsminskning, utnyttjande av flera kommunikationsteknologier och upprätthåller interoperabilitet mellan Smart Grid-automationsarkitekturlagren."

SMERC håller på att skapa ett testområde som skulle ge information om konsumenternas energianvändning och distributionen av den energin från en allmännyttig tjänst. Testbäddarna finns på UCLA-campuset som kommer att fungera som ett levande labb för demonstration av ADR-koncept. Eftersom UCLA producerar 75 % av sin egen energi genom sitt naturgaskraftverk är campus en enkel och önskvärd plats för att bedriva ADR-forskning och demonstration .

ADR kommer att kräva styrteknikkomponenter och delsystem som kommer att fungera med säkerhet, nätverksstandarder, meddelanden, protokoll etc. i kulmination med driftsparametrar. Advanced Metering Infrastructure (AMI) kommer också att kontrolleras för korrekt förmåga vad gäller datavolym och nätverksaspekter. Ytterligare krav såsom hastighetsdesignmodeller, systemomfattande data- och metadatamodellering , etc. kommer att användas för att styra systemarkitekturen. Demand-Response-systemet tillhandahåller en effektiv service till verktygssystem och konsumenter. Den är baserad på en tjänsteorienterad arkitektur (SOA) som skulle använda information från verktygssystemens tekniska utvärderingar och krav för att hjälpa till med integrationsmodaliteter för backend-verktygssystem. Genom denna arkitektur kan realtidssamarbete mellan hela nätverket, inklusive fakturering, mätning, distribution, etc. åstadkommas. Konsumenter kan göra förfrågningar, och ett övervakningssystem kommer att övervaka konsumenternas krav och fatta de bästa tillgängliga besluten. Detta efterfrågesvarssystem kommer också att representeras av olika typer av energikunder (t.ex. kommersiella, bostäder, industrier). Detta kommer att skapa unika och olika lastprofiler och prissättning för varje tf dessa kunder, vilket systemet måste hålla reda på. Med WINSmartGrid™-tekniken kommer transaktioner att kommuniceras via trådlös teknik för att förmedla vanliga datanyttolaster. För närvarande ger SOA i kombination med öppen inbäddad systemskanning stöd för plug-and-play och säker-efterfrågan-svar. Dessutom ger ett applikationsprogrammeringsgränssnitt (API) anpassningsbarhet och utbyggbarhet till systemet.

Testbäddarna använder automationsteknik och kommer att ge demonstration av systemets funktionalitet, kommunikationssäkerhet och tillförlitlighet, testning av data, protokoll etc. Dessa teknologier är AMI-DR-modeller, hård- och mjukvarugränssnitt, mjukvaruarkitektur, åtkomstkontrollpolicyer, rekommenderad säkerhet scheman och algoritmer och önskad uppsättning optimeringar.

Testfasen skulle ge utvecklade, detaljerade prestanda för efterfrågesvarsprocesser och teknologikomponenter eller delsystem där effektiva förändringar och förutsägelser kan göras för att uppfylla en riktad belastningsminskning och konsumentkrav.

Testbäddarna för den aktuella forskningen kommer att ha en "nätverksplattform som gör det möjligt att trådlöst övervaka, ansluta och styra apparater såsom plug-in elfordon, tvättmaskiner, torktumlare och luftkonditioneringsapparater via en trådlös kommunikationsram. Dessa testbäddarrangemang kommer att tillhandahålla viktig forskning om efterfrågesvarssystem."

Integration av elfordon i nätet

Fordonsmarknaden i Kalifornien är olik alla andra. Med en enorm befolkning och energiförbrukning efterlyser staten kreativa sätt att spara energi på de mest energimedvetna och kostnadseffektiva sätten. Det kommer inte som någon överraskning att Kalifornien skulle vara basen för de mest betydande innovatörerna av elfordon (EV), som Tesla . När dessa förändringar och innovationer för elbilskulturen fortsätter att växa, är nästa steg att förse denna innovation med förmågan att kommunicera och integrera elbilar i morgondagens smarta elnät.

För närvarande används och byggs teknik inom SMERC för programmet WINSmartEV™. Den fokuserar på integrationen av både trådlös och RF-övervaknings- och kontrollteknik. EV-teknik ger en mer energieffektiv, ekonomisk och användarvänlig smart teknik för laddning av en EV. Flera parkeringsstrukturer på UCLA-campus tillhandahåller nu elbilsladdning till sina medlemmar. Dessa stationer övervakas av SMERC:s mjukvarusystem på Engineering Department. All data om dessa laddstationer samlas in av medlemmar i SMERC-teamet för att utvärdera tendenser och önskemål från dess användare. Dessa data kommer att utvärderas för att ge stationernas användare bästa möjliga hantering av laddning av sin elbil.

WINSmartEV™s huvudsakliga mål är att öka stabiliteten i det lokala kraftsystemet och minska energikostnaderna genom att hantera all verksamhet som utförs för att ladda en elbil. Den senaste implementeringen som utvecklats gör att flera elbilar kan laddas vid en laddstation samtidigt som de tar emot olika men ändå kontrollerbar ström. Denna typ av laddningssystem kommer att ge användaren den stora flexibiliteten när det gäller att ladda en elbil. Detta system ger användaren bekvämligheter som gäller parkering, pris, tidsgränser och strömförbrukning .

Ett annat mål för WINSmartEV™-programmet som trådlöst samlar in information från elnätet och elbilen för att fastställa mer effektiva laddningsmöjligheter för elbilen. Med rätt hantering av elbilar kan laddnings- och återfyllningsoperationer användas för att sänka elpriserna och platta ut belastningskurvan.

Användargränssnittet gör det möjligt för elbilsägaren att ha möjlighet att kontrollera var, när, varför och hur man laddar sitt fordon. En EV-användare kan använda en handhållen enhet för att se en karta över laddstationer , schemalägga en exakt tidsladdning, start- och stoppladdning när som helst, och allt detta kan göras med en enda knapptryckning på en smsrtphone eller andra handhållna enheter. Om det behövs eller efterfrågas kan en varning utfärdas till föraren när batterikapaciteten är låg och behöver laddas.

SMERC utvärderar elbilar och laddstationsmönster för att bestämma lämpliga trådlösa tekniker och sensormoduler som är bäst för installation. Sammanfattningsvis, genom att integrera elbilarna med WINSmardGrid™ kommer det lokala AM,I och Demand-Response att tillhandahålla kommunikations- och varningssystem för WINSmartETM™.

Cybersäkerhetsprojekt

Eldistributionssystemen blir drastiskt mer komplexa och mer dynamiska samtidigt som elnätet är i övergången till det smarta nätet. Utbyggnaden av distribuerade energiresurser (DER) som solpaneler och energilagringsenheter ökar. Många ingångar och kontroller skjuts och dras från olika avancerade distributionsnätplattformar. Vissa av ingångarna och kontrollerna kopplar nätresurserna till det offentliga Internet. Förbättrade avkännings-, kommunikations- och kontrollmöjligheter har förmågan att enormt förbättra elnätets prestanda, men på bekostnad av ökad sårbarhet för avsiktliga attacker och oavsiktliga misslyckanden, vilket hotar nätets funktionalitet och tillförlitlighet. EV-laddningssystem som ansluter till det smarta nätet anses vara ett informationsnätverk med en massiv kommunikation mellan el-, el- och elcentraler, elförsörjningsutrustning (EVSE) och effektmätare. Eftersom elbilsladdning förbrukar mycket ström och därmed kan ha en avsevärd inverkan på ett distributionssystem, är cybersäkerheten på elbilsladdningsdomänen lika kritisk som ett distributionsnät.

Det pågående forskningsprojektet med titeln "UC-Lab Center for Electricity Distribution Cybersecurity", som för närvarande sponsras av UCLRP (UCOP LFR-18-548175) har sammanfört ett multidisciplinärt UC-Lab-team av cybersäkerhets- och elinfrastrukturexperter för att undersöka påverkan av cyberattacker på eldistributionsinfrastrukturen och utveckla nya strategier för att mildra sårbarheter, upptäcka intrång och skydd mot skadlig systemomfattande påverkan.

SMERC-teamet fokuserar på cybersäkerheten för laddningsnätverket för elbilar, inklusive systemsårbarhetsanalys, riskbedömning och effekterna av cyberattacker, samt upptäckt av anomalier .

Teamet har undersökt sårbarhetsanalysen och riskbedömningen för den smarta laddningsinfrastrukturen baserad på laddningssystemet på UCLA-campus, som kallas WINSmartEV™. Forskningen har skisserat en kodifierad metod och taxonomi för att bedöma sårbarhet och risk för cyberfysiska attacker på elbilens laddningsnätverk för att skapa en generaliserbar och heltäckande lösning. För avvikelsedetektering analyserar teamet multidimensionella tidsseriedata, inklusive byggnadsbelastning, solenergi, dynamiskt elpris och EV-belastning, inom WINSmartEV™. Målet är att karakterisera den vanliga laddningsoperationen för elbilar för att etablera ett korrelationsinvariant nätverk, och därigenom identifiera anomalier eller skadlig datainjektion, som stör korrelationerna inom systemet.

Andra projekt

Andra projekt i början eller pågående utveckling i SMERC är batterilagringsintegration med förnybar solenergi , EV till solenergiintegration, V2G , Cybersäkerhetstestning , trådlös övervakning och kontroll av nätet , Microgrid-modellering och kontroll , autonoma elektriska fordon , hemnätverk och Consumer Issue i EV Integration och DR .

Senaste nyheter och händelser

SMERC har varit värd för flera evenemang både inom och utanför UCLA med anmärkningsvärda talare från både akademi och industri. Anmärkningsvärda platser för seminarier och paneldiskussioner inkluderar Shanghai Jiao Tong University , Indian Institutes of Technology och vid California State Capitol Building i Sacramento . Chefen för labbet, Dr. Rajit Gadh, har citerats i uppmärksammade artiklar som Fast Company , och hans aktivitet inkluderar möte med chefen för The Energy and Resources Institute och framträdanden i olika evenemang som Intercharge Network Conference 2018. Dessutom finns det varje år en UCLA CAEV årlig konferens för elektriska och autonoma transporter där elfordonsindustrin diskuteras. Andra anmärkningsvärda evenemang inkluderar workshopen om tekniktrender inom transport och elektricitet, artificiell intelligens och autonoma system: tekniska innovationer och affärsmöjligheter, och distribuerade energiresurser (DER)—EV, PV och lagring—för ett modernt nät.

externa länkar

• Smart Grid Energy Research Center - Officiell webbplats
• WINSmartGrid™ WINMEC UCLA