University of Siprus, didukung oleh Imperial, sedang mengembangkan sistem inovatif untuk memantau dan mengelola jaringan listrik dan air.
Jaringan air dan energi dikenal sebagai infrastruktur kritis karena mereka penting bagi masyarakat dan kegiatan ekonomi. Ini berarti bahwa mereka harus dioperasikan secara efisien dan tetap tangguh terhadap tantangan eksternal setiap saat.
Menggunakan teknologi digital untuk membuat infrastruktur kritis lebih pintar, lebih hijau, lebih efisien, andal dan aman, adalah misi dari Pusat Penelitian dan Inovasi Kios di Universitas Siprus, yang telah berkolaborasi dengan Imperial melalui Program Peaming Horizon 2020. Ini memasangkan universitas dengan institusi sebaya yang sangat inovatif yang dapat berbagi praktik terbaik untuk membantu mereka meningkatkan kemampuan inovasi mereka.
Siprus adalah tempat yang sangat baik untuk mempertimbangkan infrastruktur kritis. Jaringan listrik negara adalah contoh langka dari sistem pulau, tanpa koneksi ke jaringan listrik lainnya. “Ini berarti kita perlu menangani gangguan apa pun pada sistem sendiri, tanpa bantuan dari luar,” kata Dr Markos Asprou, dosen penelitian di Kios Coe.
Situasi ini juga relevan dengan transisi energi bersih. “Meningkatnya penggunaan sumber terbarukan menciptakan banyak ketidakpastian dalam pengoperasian sistem energi, sehingga ada kebutuhan tambahan untuk memiliki alat operasional baru,” tambah Dr Asprou.
Adapun air, pulau ini terlalu akrab dengan kelangkaan yang dihadapi banyak negara sekarang. Ketika negara mengalami periode kekeringan yang berkepanjangan, persentase yang signifikan dari air minum diproduksi oleh penghancuran air laut, yang memiliki implikasi untuk konsumsi energi.
“We spend a lot of money and electricity, which produces a lot of greenhouse gas emissions, to have our drinking water, so we are very conscious of water as a society,” says Dr Demetrios Eliades, an Assistant Research Professor at the Center who Mengkhususkan diri dalam sistem air pintar.
Sistem Air Cerdas
Untuk mengembangkan sistem air pintar membutuhkan data. Tetapi para peneliti menemukan bahwa informasi yang tersedia dari operator air di Siprus sangat terfragmentasi, dan disimpan dalam berbagai sistem dan format.
“Bekerja dengan Dewan Air Limassol, mitra Hub Inovasi Kios, kami mengidentifikasi sekitar 100 proses berbeda yang melibatkan 40 database, dan mereka tidak terhubung,” kenang Dr Eliades. “Untuk menyelesaikan masalah penelitian ini, kami pertama -tama harus mengidentifikasi kemacetan yang ada dalam operasi organisasi. Beruntung bagi kami, organisasi itu sangat mendukung.”
Begitu mereka membongkar diagram proses spageti, para peneliti memasukkan data dari jaringan air ke dalam sistem informasi geografis yang dirancang khusus, Oseanos GIS. Dengan cara ini, peta sistem air Limassol-ribuan kilometer pipa di bawah City-Came hidup-hidup dengan data dari tekanan air dan sensor kualitas air, dan informasi tentang laporan dan perbaikan konsumen.
Data GIS ini kemudian dapat diteruskan ke model yang membantu mensimulasikan perilaku sistem air. Alat komputasi kemudian membantu orang yang menjalankan jaringan untuk membuat keputusan operasional.
Proses ini juga membantu Limassol untuk meningkatkan jaringan sensornya. “Tidak dapat dipraktikkan untuk memberikan sensor kualitas tekanan dan air di mana -mana. Untuk menemukan lokasi terbaik untuk mereka, Anda perlu memiliki pemahaman yang baik tentang bagaimana air mengalir,” kata Dr Eliades.
Ketika lebih banyak data tersedia, ambisi untuk sistem mulai tumbuh. “Papan air bergeser dari menginginkan hanya solusi digital untuk menginginkan solusi air pintar, yang akan membantu mereka membuat keputusan yang lebih baik, lebih cepat, dan lebih ekonomis.”
Kembar digital lautan
Hasil dari semua pekerjaan ini adalah Oceanos Digital Twin, sebuah rangkaian perangkat lunak yang dapat membuat replika virtual, atau kembar digital, dari jaringan air apa pun. “Kembar digital adalah ekosistem alat yang memungkinkan operator untuk mengajukan pertanyaan dan bereksperimen dengan sistem,” kata Dr Eliades. “Kami dapat menggunakan kembar digital untuk meramalkan dampak dan menyelidiki berbagai skenario yang dapat mempengaruhi jaringan.”
Sistem Oseanos GIS secara keseluruhan sekarang digunakan untuk manajemen sehari-hari lebih dari 1300 km jaringan pipa di Limassol. Bagian dari Oceanos Digital Twin sedang dikomersialkan melalui perusahaan pemintalan universitas, Phoebe Innovations, yang dipimpin oleh alumni kekaisaran.
Oceanos juga telah membantu memecahkan tantangan penelitian Dr Eliades, mengarahkan data yang cukup untuk membangun tolok ukur – yang berarti model yang sangat akurat yang dapat dibandingkan dengan model lain – untuk deteksi kebocoran.
“Banyak peneliti yang bekerja di jaringan air dan deteksi kebocoran sekarang menggunakan tolok ukur ini sebagai referensi umum untuk menunjukkan algoritma mereka,” katanya. “Ini berarti kita sekarang dapat membandingkan solusi yang berbeda dengan cara yang objektif.”
Sementara itu, masyarakat yang bekerja pada masalah ini telah berkembang dari spesialis air untuk memasukkan para ahli dalam sistem kontrol, pembelajaran mesin, dan ilmu komputer. “Kami tidak bisa melakukan ini jika kami tidak melakukan pekerjaan dengan Oceanos,” kata Dr Eliades.
Transfer keahlian dengan kekaisaran ini telah membantu kami menjadi pusat keunggulan seperti sekarang ini. Dr Demetrios Eliades Kios Coe
Di Imperial, Profesor Thomas Parisini di Departemen Teknik Listrik dan Elektronik mendukung pekerjaan konseptualisasi kembar digital dan Profesor Chis Hankin di Departemen Komputasi membantu dengan aspek keamanan siber dari Test Test Breatbed Kios, yang digunakan untuk menguji Oceanos.
Tim Dr Eliades juga termasuk alumni dari Imperial, serta alumni dari program master dalam sistem infrastruktur kritis cerdas yang secara bersama -sama dikembangkan oleh Universitas Siprus dan Kekaisaran selama Proyek Peaming Eropa Horizon.
“Sangat berguna bagi kami untuk memiliki transfer keahlian ini dengan kekaisaran, yang telah membantu kami menjadi pusat keunggulan seperti sekarang ini,” Dr Eliades menyimpulkan.
Memvisualisasikan jaringan
Untuk jaringan listrik, Pusat Keunggulan KIOS telah mengembangkan sistem yang memberikan wawasan waktu nyata ke dalam operasi grid menggunakan data yang disediakan oleh peralatan pengukuran lanjutan yang disebut Phasor Measurement Unit (PMU). PMU mencatat tegangan dan besar arus dan sudut fase, dan frekuensi pada titik yang dipilih pada kisi.
PMU mahal dan tidak dapat dipasang di setiap gardu daya. “Anda perlu menemukan lokasi optimal untuk menginstal PMU untuk memiliki sistem yang sepenuhnya dapat diamati, dengan semua gardu disertakan,” Dr Asprou menjelaskan.
Anda juga harus menganalisis data yang diproduksi oleh PMU dengan sangat cepat untuk mencapai pemantauan real-time yang dibutuhkan oleh operator grid. “Pada akhirnya kami dapat mencapai sistem daya yang sepenuhnya dapat diamati di Siprus dengan memasang 18 PMU, melaporkan ke pusat kontrol,” kata Dr Asprou.
Ini dilakukan bekerja sama dengan Otoritas Listrik Siprus dan operator sistem transmisi Siprus. “Dengan memproses pengukuran ini melalui alat perangkat lunak canggih yang dikembangkan di Kios CoE, kami dapat memvisualisasikan kondisi operasi dari semua 60 gardu di pulau itu.”
Perangkat lunak menunjukkan data time-series operator untuk tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif dan frekuensi, membantu mereka mengidentifikasi pola dan anomali di grid. Sementara itu, data PMU dapat diarsipkan untuk analisis terperinci selama gangguan atau kegagalan peralatan, mendukung studi jangka panjang yang dapat meningkatkan ketahanan grid.
“Ini adalah versi pertama dari apa yang kami bayangkan dalam alat,” kata Dr Asprou. “Ini dapat diskalakan, sehingga kami dapat memiliki lebih banyak aplikasi untuk pemantauan dan kontrol sistem daya.” Penambahan berikutnya adalah estimasi real-time dari inersia sistem daya, sekali lagi berdasarkan data PMU. “Dan kami sedang mengeksplorasi beberapa kemampuan lain dari teknologi ini, dan bagaimana kami dapat menggunakannya untuk penelitian kami dan dalam aplikasi yang akan berguna untuk operator jaringan.”
Komersialisasi alat di masa depan cenderung melalui kemitraan dengan perusahaan besar atau lisensi, karena pasar terbatas pada satu atau dua operator sistem transmisi di satu negara. “Sistem kekuatan Siprus sekarang adalah salah satu dari sedikit di Eropa yang sepenuhnya dapat diamati berkat pendekatan ini,” Dr Asprou menyimpulkan. “Kami mungkin menganggap ini pilot dibandingkan dengan jaringan transmisi Inggris, misalnya.”
Gambar utama milik Otoritas Listrik Siprus
