Towards a Testbed for Dependable Power Distribution Grids

Abstract

The evolution of power grids into digitized smart grids (SGs) brings about promising opportunities but also considerable challenges. On the one hand, smart grids promise more efficient, sustainable and reliable operation while providing more market functions and better customer service. On the other, however, the distributed nature of power generation in SGs poses challenges w.r.t. dependable distributed command and control (C2), digital service provisioning, and secure and reliable data communication. Distributed C2 of systems such as SGs hinges on reliable, timely and secure data communication. Thus, future SGs will be fully digitized. As such, for dependable SGs, novel, secure, resilient methods and communication protocols must be developed. In order to do so, a novel hardware-in-the-loop simulation testbed should be developed and used to validate the research that is capable of accurately modelling both the digital IT networks that control the SG, as well as the SG's power infrastructure -- from big transformer substations to pro-sumer households. There is a general lack of hardware integrated test-beds that focus on the distributed control and wireless edge networks for smart grids. In this paper, we demonstrate a cyber-physical testbed development framework, which we believe to help the researchers to in the development future cyber-physical testbeds.

Keywords

• Smart Grid,Communication,testbed,power grid

Towards a Testbed for Dependable Power Distribution Grids

Abstract

Güç şebekelerinin sayısallaştırılmış akıllı şebekelere (SG'ler) evrimi gelecek vaat eden fırsatlar ve aynı zamanda önemli zorluklar yaratmaktadır. Bir yandan, akıllı şebekeler daha fazla pazar işlevi ve daha iyi müşteri hizmeti sunarken daha verimli, sürdürülebilir ve güvenilir bir operasyon vaat ediyor. Öte yandan, SG'lerde elektrik üretiminin dağınık doğası, güvenilir dağıtılmış komuta ve kontrol (K2), dijital servis sağlama ve güvenli ve güvenilir veri iletişimi açısından zorluklar doğurmaktadır. SG'ler gibi dağıtılmış K2 sistemleri, güvenilir, zamanlı ve güvenli veri iletişimine dayanır. Böylece, gelecekteki SG'ler tamamen dijital hale getirilecektir. Bu nedenle, güvenilir SG'ler için yeni, güvenli, esnek yöntemler ve iletişim protokolleri geliştirilmelidir. Bunu yapabilmek için, hem SG'yi kontrol eden dijital BT (bilişim teknolojileri) ağlarını hem de SG'nin güç altyapısını doğru bir şekilde modelleyebilecek araştırmayı doğrulamak için yeni bir çevrim içi donanım simülasyonu testi geliştirilmeli ve kullanılmalıdır -- büyük trafo merkezlerinden tüketici hanelerine kadar. Akıllı şebekeler için dağıtılmış kontrole ve kablosuz kenar ağlara odaklanan, genel donanım entegre edilmiş test ortamları eksikliği vardır. Bu yazıda, gelecekteki enerji ağlarının temel taşı olduğuna inandığımız siber-fiziksel bir test ortamı öneriyoruz.

Keywords

• akıllı elektrik şebekeleri,haberleşme,sınama ortamı

References

1. X. Fang, S. Misra, G. Xue, and D. Yang, “Smart grid—the new and improved power grid: A survey,” IEEE communications surveys & tutorials, vol. 14, no. 4, pp. 944–980, 2012.
2. V. C. Gungor and et al., “A Survey on smart grid potential applications and communication requirements,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 9, no. 1, pp. 28–42, 2013.
3. M. Oldak and B. Kilbourne, “Communications requirements comments of utilities telecom council,” Department of Energy, Washington, DC, USA, 2010.
4. M. H. Cintuglu, O. A. Mohammed, K. Akkaya, and A. S. Uluagac, “A survey on smart grid cyber-physical system testbeds,” IEEE Communications Surveys Tutorials, vol. 19, no. 1, pp. 446–464, 2017.
5. K. Demir and et al., “Robust qos-aware communication in the smart distribution grid,” Peer-to-Peer Networking and Applications, vol. 10, no. 1, pp. 193–207, 2015.
6. W. Wang and Z. Lu, “Cyber security in the smart grid: Survey and challenges,” Computer Networks, vol. 57, no. 5, pp. 1344–1371, 2013.
7. Ashok, A., A. Hahn, and G. Manimaran. "Cyber-physical security testbed: System architecture and studies." Cyber Security Inf. Intell. Res.(CSIIR) Workshop, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, TN. 2011.
8. https://www.iotone.com/term/cyber-physical-systems-cps/t145 accessed in 07.11.2019