مفهوم شبکه هوشمند (Smart grids) در نتیجه همگرایی فناوری های اطلاعات و ارتباطات (ICT) و سیستم های انرژی پدیدار شده است (Camarinha-Matos, 2016; Farhangi, 2010). هدف اصلی استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات به منظور ایجاد شبکه های قابل اعتماد، کارآمد و تعاملی است (Hossain et al., 2010). شبکه ‌های هوشمند، که زیرساخت‌ های هوشمند در شهرهای هوشمند را تشکیل می ‌دهند، برق مورد اطمینان، کارآمد و با کیفیت بالا را برای بهبود استاندارد زندگی و در عین حال حفظ یک محیط پایدار ارائه می‌ کنند (Fan et al., 2021). تا به امروز تعاریف متعددی از شبکه هوشمند ارائه شده است. کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (The International Electrotechnical Commission) بیان می‌کند که «شبکه هوشمند به مفهوم مدرن‌ سازی شبکه برق اشاره دارد و تمرکز اصلی آن بر روی افزایش قابلیت مشاهده و کنترل شبکه برق است» (Connor et al., 2014). شبکه هوشمند یک شبکه تامین انرژی است که از فناوری اطلاعات برای شناسایی و واکنش به تغییرات محلی در مصارف ساختمانی و ایستگاه های تولید انرژی استفاده می کند (S. Attia, 2018). شبکه هوشمند را می توان به عنوان یک سیستم تولید، انتقال و توزیع مجهز به یک سیستم ارتباطی دو طرفه که توسط اپراتور شبکه کنترل می شود، تعریف کرد (Di Santo et al., 2015). شبکه هوشمند مجموعه ای از برنامه های کاربردی مبتنی بر اطلاعات (Information-based applications) است که از طریق افزایش خودکارسازی شبکه برق (Electricity grid) امکان پذیر شده است. این مجموعه از فناوری ها، رفتار و اقدامات همه منابع و بارهای متصل را از طریق قابلیت های ارتباطی پراکنده، یکپارچه می کند تا منابع تغذیه پایدار، اقتصادی و ایمنی ارائه دهد (El-hawary, 2014). در واقع، شبکه هوشمند یک رویکرد جدید برای یکپارچه سازی تولید برق، سیستم های انتقال، شبکه های توزیع و مصرف است. یک شبکه هوشمند ویژگی های زیر را در بر می گیرد (Bayliss & Hardy, 2012):

• تطبیقی (Adaptive): شبکه هوشمند باید بتواند با همه انواع منابع تولید، از جمله نیروگاه های حرارتی بزرگ سنتی و منابع انرژی تجدید پذیر متناوب مانند تولید انرژي فتوولتائیک خورشیدی و بادی بدون محدودیت سازگار شود. شبکه هوشمند باید بتواند چنین منابع تولیدی را در تمام سطوح ولتاژ و در هر مکانی متصل کند.
• تعاملی (Interactive): مسلماً، نوآورانه‌ ترین بخش در شبکه هوشمند، پاسخ تقاضای آن (Demand response) است که تا حد زیادی با استفاده از کنتورهای هوشمند (Smart meters) و زیرساخت‌ های اندازه‌ گیری پیشرفته مرتبط (Advanced metering infrastructure) تسهیل می ‌شود. کنتورهای هوشمند می توانند اطلاعات لحظه ای در مورد تقاضا و قیمت تامین کنندگان مختلف به مشتریان ارائه دهند تا به آنها اجازه دهند تصمیم بگیرند چه زمانی، از چه کسی و به چه قیمتی برق بخرند. بدین شکل نه تنها “آزادی انتخاب” فراهم می شود، بلکه به مشتریان اجازه داده می شود با اپراتورها (Operators) و تامین کنندگان (Suppliers) شبکه در زمان واقعی (Real time) یا نزدیک به واقعیت تعامل داشته باشند.
• پیشبینی کننده (Predictive): زیرساخت اطلاعاتی تمامی داده های عملیاتی و مشتری مورد نیاز سیستم، بصورت لحظه ای جمع آوری می شود. با پردازش داده های گردآوری شده، رفتار سیستم قدرت (Power system behavior) قابل پیشبینی خواهد بود و فهم و کنترل آن آسان تر می شود.
• یکپارچه (Integrative): یک شبکه هوشمند بصورت لحظه ای (در سطح میلی ثانیه) به جمع آوری داده های مورد نیاز سیستم های حفاظت و کنترل (Protection and control systems) می پردازد. سیستم‌ های ارتباطات، حفاظت و کنترل یکپارچه این داده ‌ها را تحت یک دامنه مشترک پردازش کرده و به اشتراک می گذارند.
• بهینه (Optimized): شبکه هوشمند به گونه ای طراحی می‌ شود تا تحت هر شرایطی به شیوه ‌ای بهینه عمل کند، حتی در صورت بروز اختلال یا خطا، شبکه قادر به پیکربندی مجدد و خود ترمیمی خواهد بود، تا به تامین بدون تاخیر بار ادامه دهد.

منابع

Attia, S. (2018). Chapter 8 – Smart-Decarbonized Energy Grids and NZEB Upscaling (S. B. T.-N. Z. E. B. (NZEB) Attia (red); bll 219–244). Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812461-1.00008-3

Bayliss, C. R., & Hardy, B. J. (2012). Chapter 27 – Smart Grids (C. R. Bayliss & B. J. B. T.-T. and D. E. E. (Fourth E. Hardy (reds); bll 1059–1074). Newnes. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096912-1.00027-7

Camarinha-Matos, L. M. (2016). Collaborative smart grids – A survey on trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 65, 283–294. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.06.093

Connor, P. M., Baker, P. E., Xenias, D., Balta-Ozkan, N., Axon, C. J., & Cipcigan, L. (2014). Policy and regulation for smart grids in the United Kingdom. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 40, 269–286. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.065

Di Santo, K. G., Kanashiro, E., Di Santo, S. G., & Saidel, M. A. (2015). A review on smart grids and experiences in Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 52, 1072–1082. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.182

El-hawary, M. E. (2014). The Smart Grid—State-of-the-art and Future Trends. Electric Power Components and Systems, 42(3–4), 239–250. https://doi.org/10.1080/15325008.2013.868558

Fan, D., Ren, Y., Feng, Q., Liu, Y., Wang, Z., & Lin, J. (2021). Restoration of smart grids: Current status, challenges, and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 143, 110909. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110909

Farhangi, H. (2010). The path of the smart grid. IEEE Power and Energy Magazine, 8(1), 18–28. https://doi.org/10.1109/MPE.2009.934876

Hossain, M. R., Oo, A. M. T., & Ali, A. B. M. S. (2010). Evolution of smart grid and some pertinent issues. 2010 20th Australasian Universities Power Engineering Conference, 1–6