کتاب تحمل پذیری عیب در کنترل بار فرکانس شبکه‌های هوشمند برق

در کتاب تحمل پذیری عیب در کنترل بار فرکانس شبکه‌های هوشمند برق، تالیف فروزان فلاح، اثرات حملات انکار سرویس (DoS) بر کنترل فرکانس بار (LFC) شبکه‌های هوشمند برق بررسی می‌شود. همچنین به ارتباط بین پارامتر‌های کنترل کننده تناسبی انتگرال‌گیر در کنترل ثانویه، و حداکثر تاخیر زمانی قابل تحمل سیستم قدرت، قبل از ناپایدار شدن آن پرداخته می‌شود.

ضمن بررسی‌های اثرات حملات انکار، این مورد هم در نظر گرفته می‌شود که اگر یک حمله کننده در بازه‌های زمانی مختلف، مقادیر مختلف تأخیر را وارد حلقه کنترل کند، پایداری سیستم چگونه تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

امروزه زیرساخت‌های ارتباطی باز در شبکه‌های هوشمند برق، که به منظور پشتیبانی از تبادل حجم وسیعی از اطلاعات، تعبیه شده‌ است، شبکه‌های هوشمند برق را نسبت به حملات سایبری آسیب پذیر‌تر می‌نماید.

با هوشمند شدن سیستم قدرت، به همراه مزایای آن چالش‌های جدیدی نیز مطرح شد. از جمله‌ی این چالش‌ها امنیت در ارتباطات گسترده این شبکه‌ها برای تبادل حجم وسیعی از اطلاعات است. در شبکه‌ی هوشمند، ارتباطات نقش بسیار مهمی داشته و بدین منظور با یک شبکه گسترده مخابراتی ادغام می‌شود. وجود این شبکه مخابراتی، بستر مناسبی برای نفوذ به سیستم و حملات سایبری ایجاد خواهد‌ کرد. از آنجا که شبکه قدرت زیربنای حیاتی هر کشوری است، بروز حمله در آن می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری داشته باشد.

در کتاب تحمل پذیری عیب در کنترل بار فرکانس شبکه‌های هوشمند برق، تأثیر حلقه کنترل ثانویه در کنترل بار فرکانس سیستم قدرت یک ناحیه‌ای پرداخته بررسی گردید و نتیجه شد با تنظیم ضرائب کنترل کننده PI در حلقه کنترل ثانویه، می‌توان پایداری سیستم را نسبت به برخی تأخیر‌ها، حفظ نمود. بیشترین بازه‌ی تأخیر که طی آن پایداری سیستم حفظ باقی ماند، به عنوان حاشیه تأخیر معرفی گردید و همچنین مشاهده گردید، تأخیرهای کمتر از حاشیه تأخیر، اعم از ثابت یا متغیر، اگر در بازه زمانی قبل از همگرا شدن سیستم اعمال شوند، سیستم می‌تواند پایدار باقی بماند. و برای تأخیرهای بزرگ‌تر از حاشیه تأخیر، در صورتی که حمله قبله از همگرا شدن سیستم اعمال شود می‌تواند ناپایداری را به همراه داشته باشد.

در بخشی از کتاب تحمل پذیری عیب در کنترل بار فرکانس شبکه‌های هوشمند برق می‌خوانیم:

بزرگترین اکتشاف قرن نوزدهم، برق بود که منجر به پیشرفت انقلابی در جامعه و اقتصاد شد. برق به عنوان یک حامل انرژی برای انتقال انرژی به راه‌های دور از هر شکل دیگری مناسب‌تر بود و برای فعالیت‌های اجتماعی و اقتصادی ضروری شد. شبکه‌های الکتریکی، که اساسا شبکه‌های فیزیکی بزرگ متصل به هم هستند، پایه و زیرساختی برای تامین انرژی و استفاده امروز هستند. 

در سال‌های اخیر، به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی و همچنین دسترسی محدود به منابع انرژی تجدید ناپذیر از قبیل زغال سنگ، گاز، نفت و... تقاضای افزایش تولید انرژی پاک و مصرف بهینه انرژی بیشتر شده است. گزارش چشم انداز جهانی انرژی سال 2014 نشان می‌دهد که تقاضای جهانی انرژی تا سال 2040 افزایش 37 درصد خواهد داشت و بازده انرژی، برای از بین بردن فشار در عرضه انرژی، بدون قطع کردن محیط بسیار مهم است. در حالی که منابع انرژی تجدید پذیر (RE) مانند آب، بیومس، خورشیدی، زمین گرمایی و باد فراوان هستند، بهره‌برداری از آن‌ها سخت‌تر بوده و فناوری‌های پیشرفته به منظور تبدیل این منابع انرژی به منابع قابل اطمینان و امن مورد نیاز است. در سطح بین‌المللی، دولت‌های بسیاری از کشورها قوانین و انگیزه‌های جدید انرژی اتخاذ کرده‌اند و یا در حال اتخاذ هستند و در حال حاضر در حال گسترش استقرار فناوری‌های هوشمند هستند. 

تمام موارد فوق نیازمند بازنگری انقلابی در مورد نحوه تامین و عرضه و استفاده از انرژی الکتریکی به صورت کارآمد، موثر، اقتصادی و سازگار با محیط است. شبکه‌های هوشمند (SGs) نمونه جدیدی برای استفاده از انرژی و همچنین تامین انرژی در پاسخ به چالش‌های فوق هستند. کلید موفقیت SGها یکپارچه سازی کامل و تعامل زیرساخت‌های شبکه برق به عنوان سیستم‌های فیزیکی و سنجش اطلاعات، پردازش، هوش و کنترل به عنوان سیستم‌های سایبری است. این پلتفرم جدید فناوری نو ظهور، که سیستم‌های سایبر فیزیکی (CPSs) نامیده می‌شود، دقیقا پاسخی است به مسائل مربوط به یکپارچگی و تعامل در SGها، با تمرکز بر ادغام مؤثر سیستم‌های فیزیکی و سیستم‌های سایبری. اتخاذ تکنولوژی‌های CPS در SGها باعث می‌شود آن‌ها در عملیات کارآمدتر باشند، بیشتر به مشتریان پاسخ دهند و سازگاری بیشتر با محیط زیست داشته باشند.