Smart Grid Systems : Modeling and Control

گذر از شبکه‌های برق سنتی به شبکه‌های هوشمند، یکی از مهم‌ترین تحولات عصر حاضر در حوزه‌ی انرژی به شمار می‌رود. کتاب Smart Grid Systems: Modeling and Control به ویراستاری ان. رامش بابو (N. Ramesh Babu)، منبعی جامع و گردآوری‌شده از دیدگاه متخصصان این حوزه است که به بررسی دقیق مدل‌سازی، کنترل و آخرین دستاوردهای فناورانه در سیستم‌های شبکه‌ی هوشمند می‌پردازد و چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده‌ی این فناوری حیاتی را تبیین می‌کند.

دربارهٔ کتاب —

این کتاب که در سال ۲۰۱۹ توسط انتشارات Apple Academic Press منتشر شده، پاسخی است به نیاز روزافزون برای درک علمی و فنی شبکه‌های هوشمند. محتوای کتاب که حاصل همکاری جمعی از کارشناسان و فعالان این عرصه است، با هدف ارتقای دانش پایه و تمرکز بر پیشرفت‌های اخیر در این زمینه تدوین شده است. اثر حاضر به موضوعات محوری از جمله چرایی و چگونگی گذار به شبکه‌های هوشمند، مزایا و چالش‌های پیش‌رو، و فناوری‌های نوظهور مرتبط با آن می‌پردازد. از جمله مباحث کلیدی کتاب می‌توان به مدل‌سازی و کنترل سیستم‌های فتوولتاییک خورشیدی همراه با ذخیره‌سازی باتری، استراتژی‌های کنترل برای سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی و هیبریدی)، اینورترهای مورد استفاده برای اتصال توان تجدیدپذیر به شبکه، و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی اشاره کرد. این کتاب با ساختاری منظم، مباحث را از سطح پایه تا مباحث پیشرفته دنبال می‌کند. فصل‌های ابتدایی به ارائه‌ی مروری جامع بر شبکه‌ی هوشمند، نیازها، مزایا و ساختار موجود آن اختصاص دارد. در ادامه، کتاب به موضوعات تخصصی‌تری مانند تکنیک‌های پیش‌بینی مصرف انرژی، مدیریت انرژی در شبکه‌های هوشمند (شامل کنتورینگ پیشرفته، پروتکل‌های ارتباطی و چالش‌های امنیت سایبری) و تعامل فناوری خودروهای الکتریکی با شبکه‌های هوشمند می‌پردازد. رویکرد جمعی و چندبعدی کتاب، آن را به منبعی ارزشمند برای درک همه‌جانبه‌ی این سیستم‌های پیچیده تبدیل کرده است.

دربارهٔ نویسنده

ویراستار این کتاب، دکتر ان. رامش بابو (N. Ramesh Babu)، دانشیار و رئیس گروه ابزار دقیق در دانشکده‌ی مهندسی برق دانشگاه VIT در ولور، هند است. او با بیش از ۱۵ سال سابقه‌ی تدریس و هشت سال تجربه‌ی پژوهشی، از چهره‌های فعال در این حوزه محسوب می‌شود. دکتر بابو، داور فعال برای مجلات بین‌المللی معتبری چون الزویر، آی‌تریپل‌ای و آی‌ای‌تی است و مسئولیت سردبیری مجله‌ی IEEE Access را نیز بر عهده دارد. حوزه‌های پژوهشی او شامل پیش‌بینی سرعت باد، کنترل بهینه‌ی سیستم‌های تبدیل انرژی بادی، انرژی خورشیدی و کاربرد تکنیک‌های محاسبات نرم در مهندسی برق است.

چرا باید این کتاب را بخوانید؟

مطالعه‌ی این کتاب، درک عمیقی از لایه‌های مختلف شبکه‌های هوشمند به خواننده می‌دهد:

• درک جامع از معماری شبکه‌ی هوشمند: با ساختار، اجزاء و لایه‌های مختلف شبکه‌های هوشمند شامل لایه‌های فیزیکی، ارتباطی و مدیریتی آشنا می‌شوید.
• آشنایی با فناوری‌های کلیدی و مدل‌سازی آن‌ها: دانش فنی مورد نیاز برای مدل‌سازی و تحلیل سیستم‌های فتوولتاییک، توربین‌های بادی، سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی و اینورترها را به دست می‌آورید.
• دریافت دیدگاهی کاربردی از متخصصان صنعت و دانشگاه: مطالب کتاب توسط طیفی از کارشناسان برجسته نوشته شده است که هر یک دیدگاه تخصصی خود را در حوزه‌ی مربوطه ارائه می‌دهند و تصویری کامل از موضوع ارائه می‌کنند.
• بررسی چالش‌های عملی و چشم‌انداز آینده: با چالش‌های امنیت سایبری، مدیریت انرژی و یکپارچه‌سازی خودروهای برقی به عنوان بخشی از آینده‌ی شبکه آشنا می‌شوید.
• شناخت تکنیک‌های پیش‌بینی و مدیریت انرژی: با روش‌های مدرن پیش‌بینی میزان تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر و اصول مدیریت بهینه‌ی انرژی در شبکه آشنا می‌شوید.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب به‌عنوان یک منبع دانشگاهی و حرفه‌ای، مخاطبان گسترده‌ای را در بر می‌گیرد. دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری در رشته‌های مهندسی برق و انرژی می‌توانند از آن به‌عنوان درک جامعی از مبانی و فناوری‌های روز شبکه‌ی هوشمند استفاده کنند. همچنین، پژوهشگران، اساتید دانشگاه و متخصصان فعال در صنعت برق، به‌ویژه آن‌هایی که در زمینه‌های سیستم‌های قدرت، انرژی‌های تجدیدپذیر، اتوماسیون و مخابرات فعالیت می‌کنند، مخاطبان اصلی این کتاب هستند.

سوالات متداول

آیا این کتاب برای درک مفاهیم پایه‌ی شبکه‌ی هوشمند مناسب است یا صرفاً به مباحث پیشرفته می‌پردازد؟

کتاب با ارائه‌ی مروری جامع بر شبکه‌ی هوشمند، نیازها، مزایا، چالش‌ها و ساختار موجود آن آغاز می‌شود و سپس به مباحث تخصصی‌تر می‌پردازد. بنابراین، هم برای آشنایی با مفاهیم پایه و هم برای مطالعه‌ی مباحث پیشرفته‌تر مناسب است.

چرا مدل‌سازی و کنترل در شبکه‌های هوشمند از اهمیت بالایی برخوردار است؟

با توجه به نفوذ روزافزون منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر (مانند خورشید و باد) و خودروهای برقی، شبکه‌ی برق با چالش‌های جدیدی در زمینه‌ی پایداری و کنترل مواجه می‌شود. مدل‌سازی دقیق و طراحی سیستم‌های کنترلی پیشرفته، برای مدیریت این پیچیدگی و حفظ پایداری و کارایی شبکه ضروری است.

آیا این کتاب صرفاً به مباحث تئوری پرداخته یا شامل مثال‌های عملی نیز هست؟

این کتاب با بهره‌گیری از مشارکت متخصصان، جنبه‌های عملی و چالش‌های واقعی صنعت برق را نیز پوشش می‌دهد و به بررسی کاربردهای فناوری‌های مختلف در سیستم‌های شبکه‌ی هوشمند می‌پردازد که آن را از یک کتاب صرفاً نظری متمایز می‌کند.

Electric power systems are being transformed from older grid systems to smart grids across the globe. The goals of this transition are to address today’s electric power issues, which include reducing carbon footprints, finding alternate sources of decaying fossil fuels, eradicating losses that occur in the current available systems, and introducing the latest information and communication technologies (ICT) for electric grids. The development of smart grid technology is advancing dramatically along with and in reaction to the continued growth of renewable energy technologies (especially wind and solar power), the growing popularity of electric vehicles, and the continuing huge demand for electricity.Smart Grid Systems: Modeling and Control advances the basic understanding of smart grids and focuses on recent technological advancements in the field. This book provides a comprehensive discussion from a number of experts and practitioners and describes the challenges and the future scope of the technologies related to smart grid.Key features:- provides an overview of the smart grid, with its needs, benefits, challenges, existing structure, and possible future technologies- discusses solar photovoltaic (PV) system modeling and control along with battery storage, an integral part of smart grids- discusses control strategies for renewable energy systems, including solar PV, wind, and hybrid systems- describes the inverter topologies adopted for integrating renewable power- covers the basics of the energy storage system and the need for micro grids- describes forecast techniques for renewable energy systems- presents the basics and structure of the energy management system in smart grids, including advanced metering, various communication protocols, and the cyber security challenges- explores electric vehicle technology and its interaction with smart grids Electric power systems are being transformed from older grid systems to smart grids across the globe. The goals of this transition are to address today's electric power issues, which include reducing carbon footprints, finding alternate sources of decaying fossil fuels, eradicating losses that occur in the current available systems, and introducing the latest information and communication technologies (ICT) for electric grids. The development of smart grid technology is advancing dramatically along with and in reaction to the continued growth of renewable energy technologies (especially wind and solar power), the growing popularity of electric vehicles, and the continuing huge demand for electricity. Smart Grid Systems: Modeling and Control advances the basic understanding of smart grids and focuses on recent technological advancements in the field. This book provides a comprehensive discussion from a number of experts and practitioners and describes the challenges and the future scope of the technologies related to smart grid. Key features: provides an overview of the smart grid, with its needs, benefits, challenges, existing structure, and possible future technologies discusses solar photovoltaic (PV) system modeling and control along with battery storage, an integral part of smart grids discusses control strategies for renewable energy systems, including solar PV, wind, and hybrid systems describes the inverter topologies adopted for integrating renewable power covers the basics of the energy storage system and the need for micro grids describes forecast techniques for renewable energy systems presents the basics and structure of the energy management system in smart grids, including advanced metering, various communication protocols, and the cyber security challenges explores electric vehicle technology and its interaction with smart grids "Electric power systems are being transformed from older grid systems to smart grids across the globe. The goals of this transition are to address today's electric power issues, which include reducing carbon footprints, finding alternate sources of decaying fossil fuels, eradicating losses that occur in the current available systems, and introducing the latest information and communication technologies (ICT) for electric grids. The development of smart grid technology is advancing dramatically along with and in reaction to the continued growth of renewable energy technologies (especially wind and solar power), the growing popularity of electric vehicles, and the continuing huge demand for electricity. This new book advances the basic understanding of smart grids and focuses on recent technological advancements in the field. This book provides a comprehensive discussion from a number of experts and practitioners and describes the challenges and the future scope of the technologies related to smart grid. Smart Grid Systems: Modeling and Control provides a comprehensive discussion that describes the challenges and the future scope of the technologies related to smart grid. It covers a wide range of topics on smart grids, including renewable Energy (solar/wind) penetration to the grid, energy storage, control techniques, energy management, and modeling of smart devices/techniques. The volume will be valuable to academicians, researchers, and practitioners in the field of power system, as well as to students entering this field."--Provided by publisher Electric Power Systems Are Being Transformed From Older Grid Systems To Smart Grids Across The Globe. The Goals Of This Transition Are To Address Today’s Electric Power Issues, Which Include Reducing Carbon Footprints, Finding Alternate Sources Of Decaying Fossil Fuels, Eradicating Losses That Occur In The Current Available Systems, And Introducing The Latest Information And Communication Technologies (ict) For Electric Grids. The Development Of Smart Grid Technology Is Advancing Dramatically Along With And In Reaction To The Continued Growth Of Renewable Energy Technologies (especially Wind And Solar Power), The Growing Popularity Of Electric Vehicles, And The Continuing Huge Demand For Electricity.this New Book Advances The Basic Understanding Of Smart Grids And Focuses On Recent Technological Advancements In The Field. This Book Provides A Comprehensive Discussion From A Number Of Experts And Practitioners And Describes The Challenges And The Future Scope Of The Technologies Related To Smart Grid. Smart Grid Systems: Modeling And Control Provides A Comprehensive Discussion That Describes The Challenges And The Future Scope Of The Technologies Related To Smart Grid. It Covers A Wide Range Of Topics On Smart Grids, Including Renewable Energy (solar/wind) Penetration To The Grid, Energy Storage, Control Techniques, Energy Management, And Modeling Of Smart Devices/techniques. The Volume Will Be Valuable To Academicians, Researchers, And Practitioners In The Field Of Power System, As Well As To Students Entering This Field. --provided By Publisher. Content: Smart Grid OverviewSaminathan Ganesan, V. Ramesh, and S. UmashankarDesign of PV Systems with Battery StorageJ. Prasanth Ram and N. RajasekarGrid Integration of Wind Turbines: Issues and SolutionsA. Rini Ann Jerin, K. Palanisamy, and S. UmashankarControl Strategies for Renewable Energy SystemsRamji Tiwari, K. Kumar, and N. Ramesh BabuDC-DC Converters for Renewable Energy ApplicationsS. Saravanan, N. Prabaharan, and N. Ramesh BabuDesign and Control of DC-AC InvertersS. Umashankar and V. SridharHybrid Energy Storage: Introduction and Management for Renewable MicrogridsAmjed Hina Fathima and Palanisamy KaliannanEnergy Forecasting: TechniquesN. Ramesh Babu and P. ArulmozhivarmanEnergy Management System in Smart GridsVikram K. and Sarat Kumar SahooSmart-Grid Interaction with Electric VehiclesRamji Tiwari and N. Ramesh BabuSmart Grids: Global StatusRamji Tiwari and N. Ramesh Babu Cover 1 Half Title 2 Title Page 4 Copyright Page 5 ABOUT THE EDITOR 6 Table of Contents 8 List of Contributors 10 List of Abbreviations 12 Preface 18 1: Smart Grid Overview 20 2: Design of PV Systems with Battery Storage 30 3: Grid Integration of Wind Turbines: Issues and Solutions 60 4: Control Strategies for Renewable Energy Systems 84 5: DC–DC Converters for Renewable Energy Applications 126 6: Design and Control of DC–AC Inverters 148 7: Hybrid Energy Storage: Introduction and Management for Renewable Microgrids 172 8: Energy Forecasting: Techniques 198 9: Energy Management System in Smart Grids 242 10: Smart-Grid Interaction with Electric Vehicles 274 11: Smart Grids: Global Status 286 Index 304