Internet of Things (IoT) dalam Smart Grid
Dosen Pengampu: Syamsyarief Bazaruzi S.T., M.T.
Nama Anggota :
1. Vania Sepriwan Wulan Dari (121130017) 2. Ferdinandus Sipangkar (121130028)
3. Putra Ramadandi (121130048)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA LAMPUNG SELATAN
2024
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Selama era belakangan ini, banyak konsep baru seperti RES, smart grid, Energy Storage Systems (ESS), Electric Vehicles (EV), dan pasar listrik telah terkena jaringan listrik tenaga. Perlunya pemantauan dan pengendalian jaringan listrik merevolusi satu arah jaringan listrik ke jaringan dua arah untuk arus listrik dan informasi yang disebut smart grid. Meningkatnya konsumsi listrik dan pembakaran bahan bakar fosil mendorong pemanasan global yang terus meningkat dan pencemaran lingkungan, memperkenalkan RES sebagai pasokan bebas emisi dan tak terbatas. Sejak ESS dapat mengimbangi ketiadaan dalam durasi sumber daya berbasis alam, itu diterapkan dalam kekuasaan sistem untuk mengatasi sifat intermiten RES. Hasil lain dari RES adalah prosumer, yang berarti pelanggan jaringan listrik di jaringan pintar tidak hanya menjadi konsumen tetapi juga menjadi produsen dengan menjual surplus produksi listriknya ke jaringan listrik.
Hasil ini membutuhkan pasar listrik untuk menawarkan harga listrik kepada pemegang saham. Infrastruktur komunikasi yang kuat membutuhkan koordinasi dan integrasi elemen smart grid yang heterogen. Usaha untuk menemukan bahasa yang sama dalam lingkungan yang kompleks ini dapat menerbitkan banyak standar dan protokol. Pada tahun 1964, pembentukan Technical Committee 57 Working group di IEC adalah upaya pertama untuk mendefinisikan standar untuk telekomunikasi dalam sistem tenaga.
Biasanya protokol yang digunakan, yaitu Profibus, Modbus, Distributed Network Protocol 3 (DNP3), dan IEC 60870, adalah komunikasi serial dan Substation Automation Systems (SAS) yang mengalami respon rendah waktu untuk komunikasi real-time. Selain itu, menjadi solusi berorientasi vendor dan bukan roadmap komprehensif adalah masalah lain yang menyebabkan protokol lama tidak dapat dioperasikan sistem lain. Meskipun protokol lama disematkan di dalam Kontrol Transmisi Protocol (TCP)/IP, pada tahun- tahun berikutnya, standar IEC 61850 dikembangkan pada tahun 2003 berdasarkan pada Utility Communications Architecture 2.0 (UCA2.0) untuk mengatasi kelemahan warisan protokol. Edisi kedua standar diterbitkan pada tahun 2007 sejak komunikasi antara gardu ke gardu, dan gardu ke pusat kendali diabaikan pada edisi sebelumnya. Ini edisi memperluas cakupannya ke semua otomatisasi daya, termasuk jaringan mikro, EV, dan
distribusi otomatisasi, dan tidak terbatas pada otomatisasi gardu induk seperti pada edisi pertama. Oleh karena itu, IEC 61850 tidak hanya mengatasi keterbatasan pendahulunya, tetapi juga mencerminkan pesatnya perkembangan teknologi, terutama aspek komunikasi, aspek definisi split data, dan metode pertukaran data untuk mengatasi keragaman solusi komunikasi yang dibutuhkan oleh domain target baru, sementara mempertahankan model data yang sama. Protokol IEC 61850 menggunakan komunikasi klien-server berdasarkan IEC 61850-8-1 yang dipetakan pada MMS, yang berlaku di LAN . Sejak RES perlahan menjadi elemen jaringan listrik khusus, IEC 61850-7-420 dan IEC 61850-90-7, yang menentukan model informasi untuk Sumber Daya Energi Terdistribusi (DER), telah diterbitkan sebagai bagian baru dari standar. Selain itu, sejumlah besar sensor dan aktuator diterapkan pada daya grid berupa Intelligent Electronic Devices (IED), seperti switchgear, recloser, breaker, Phasor Unit Pengukuran (PMU), dan smart meter. IoT adalah teknologi yang membantu smart grid untuk mengumpulkan, memantau, dan menganalisis status jaringan listrik dan kinerja, serta mengeluarkan sinyal kontrol. Pada tahun 2018, IEC 61850-8-2, pemetaan baru informasi berdasarkan XMPP diterbitkan untuk mendukung integrasi smart grid dan IoT, yang membutuhkan komunikasi dalam WAN. Namun, komunikasi smart grid membutuhkan perbedaan karakteristik, termasuk latensi, gelisah, bandwidth, dan keamanan, berdasarkan aplikasi. Besar sejumlah protokol lain telah dinominasikan untuk komunikasi di smart grid melalui publik jaringan dalam literatur. Yang paling menonjol adalah Arsitektur Broker Permintaan Objek Umum (CORBA), Open Platform Communications United Architecture (OPC UA), Layanan Distribusi Data (DDS), Angkutan Telemetri Antrean Pesan (MQTT), Protokol Aplikasi Terkendala (CoAP), Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), dan Zero Message Queue (ZeroMQ), semuanya bisa diselidiki berdasarkan fitur mereka di smart grid dan pro dan kontra untuk memfasilitasi smart persyaratan komunikasi aplikasi jaringan
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana konsep dan prinsip dasar Internet of Things (IoT) dapat diterapkan dalam konteks Smart Grid untuk meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem.
2. Apa saja teknologi dan infrastruktur yang dibutuhkan untuk mendukung implementasi IoT dalam Smart Grid.
3. Bagaimana integrasi IoT dalam Smart Grid dapat memfasilitasi penggunaan sumber energi terbarukan dan mendukung grid yang lebih adaptif terhadap perubahan kondisi lingkungan dan permintaan energi?
C. Tujuan
1. Mengetahui konsep dan prinsip dasar Internet of Things (IoT) dapat diterapkan dalam konteks Smart Grid untuk meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem.
2. Mengetahui teknologi dan infrastruktur yang dibutuhkan untuk mendukung implementasi IoT dalam Smart Grid
3. Mengetahui integrasi IoT dalam Smart Grid dapat memfasilitasi penggunaan sumber energi terbarukan dan mendukung grid yang lebih adaptif terhadap perubahan kondisi lingkungan dan permintaan energi?
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Internet of Things (IoT).
Internet of things merupakan sebuah konsep di mana suatu benda atau objek ditanamkan teknologi-teknologi seperti sensor dan software dengan tujuan untuk berkomunikasi, mengendalikan, menghubungkan, dan bertukar data melalui perangkat lain selama masih terhubung ke internet. IoT memiliki hubungan yang erat dengan istilah machine-to-machine atau M2M. Seluruh alat yang memiliki kemampuan komunikasi M2M ini sering disebut dengan perangkat cerdas atau smart devices. Perangkat cerdas ini diharapkan dapat membantu kerja manusia dalam menyelesaikan berbagai urusan atau tugas yang ada. IoT didefinisikan sebagai jaringan yang dapat menghubungkan objek apa pun dengan Internet berdasarkan protokol untuk pertukaran informasi dan komunikasi antar berbagai perangkat pintar untuk mencapai pemantauan, pelacakan, pengelolaan dan tujuan identifikasi lokasi. IoT berfokus pada perwujudan tiga konsep utama yaitu berorientasi pada hal, Berorientasi internet dan berorientasi semantik. Berorientasi pada hal-hal Konsep ini melibatkan perangkat pintar, seperti tag RFID, sensor, aktuator, kamera, pemindai laser, Global Positioning System (GPS) dan NFC. Konsep berorientasi Internet memungkinkan komunikasi antar perangkat pintar melalui berbagai teknologi komunikasi, seperti ZigBee, WiFi, Blue Tooth dan komunikasi seluler. dan menghubungkannya ke Internet. Konsep berorientasi semantik mewujudkan beragam aplikasi dengan bantuan perangkat pintar. Selama beberapa tahun terakhir, teknologi IoT telah berkembang mendapat perhatian yang signifikan dalam berbagai aplikasi, dan telah diperbolehkan untuk interkoneksi Internet ke berbagai perangkat tertanam jaringan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Ini telah secara otomatis mengawinkan pengoperasian berbagai sistem, seperti layanan kesehatan, transportasi, militer, peralatan rumah tangga, keamanan, pengawasan, pertanian dan jaringan listrik. Perangkat IoT normal benda yang dilengkapi dengan transceiver, mikrokontroler dan tumpukan protokol, memungkinkan komunikasi mereka dengan yang lain perangkat, serta dengan entitas
eksternal (misalnya manusia) untuk memungkinkan realisasi sistem yang sepenuhnya otomatis itu menjadikannya bagian penting dari Internet
2.2 Smart Grid
Smart Grid (SG) telah dipromosikan sebagai solusi yang menjanjikan meminimalkan pemborosan energi listrik dan sebagai sarana untuk memecahkan permasalahan jaringan listrik tradisional, sehingga memungkinkan kemajuan dalam efisiensi, efektivitas, keandalan, keamanan, stabilitas, dan peningkatan permintaan listrik energi. Atribut utama SG adalah menawarkan penyembuhan diri, peningkatan kualitas listrik, pembangkitan terdistribusi dan respons permintaan, operasi timbal balik dan partisipasi pengguna, dan manajemen aset yang efektif. SG sepenuhnya merevolusi pembangkitan, transmisi, distribusi dan konsumsi energi dalam empat sub-sistem. Ini terdiri dari tiga jenis jaringan, Jaringan Area Rumah (HAN), Lingkungan Jaringan Area (NAN) dan Jaringan Area Luas (WAN). HAN adalah lapisan pertama; ia mengelola permintaan konsumen kebutuhan daya dan terdiri dari perangkat pintar, rumah peralatan rumah tangga (termasuk mesin cuci, televisi, AC, lemari es dan oven), kendaraan listrik, serta sebagai sumber energi terbarukan (seperti panel surya). HAN digunakan dalam unit perumahan, di pabrik industri dan di bangunan komersial dan menghubungkan peralatan listrik dengan meter pintar.
NAN, juga dikenal sebagai Field Area Net work (FAN), adalah lapisan kedua dari SG dan terdiri dari smart meter milik beberapa HAN. mendukung NAN komunikasi antara gardu distribusi dan lapangan perangkat listrik untuk sistem distribusi tenaga listrik. Itu mengumpulkan informasi layanan dan pengukuran dari beberapa HAN dan mengirimkannya ke pengumpul data yang menghubungkan NAN ke WAN. WAN adalah lapisan ketiga dari SG dan berfungsi sebagai tulang punggung komunikasi antara jalur gerbang jaringan atau titik agregasi. Ini memfasilitasi komunikasi antara sistem transmisi tenaga, pembangkitan massal sistem, sumber energi terbarukan dan pusat kendali. Selain itu, kamera video telah digunakan dalam manajemen SG untuk membangun sistem pengawasan video untuk keamanan aset, kebakaran alarm dan operasi yang aman. Zhang dan Huo mengembangkan sebuah sistem pengawasan video untuk membantu operasi keselamatan secara cerdas cabang. Mereka mengembangkan sistem SCADA terintegrasi dengan kamera video tertanam dalam grafik pengawasan untuk meningkatkan efisiensi.
Penulis pertama kali mengembangkan sistem dan arsitektur komunikasi berlapis. Kedua,
untuk perangkat lunak digunakan kembali, mereka menyajikan pengembangan perangkat lunak berbasis komponen.
Terakhir, mereka menyajikan protokol komunikasi antar Sistem SCADA dan sistem pengawasan video. EV sangat penting ketika kita berbicara tentang SG. EV dianggap sebagai alat yang efektif untuk mengurangi gas emisi dan kebutuhan minyak, serta untuk meningkatkan konversi energi . Kemunculan SG telah terbuka peluang baru untuk EV.
Sekarang EV digunakan untuk bertukar energi dengan jaringan listrik Mereka tidak hanya mengkonsumsi energi dari jaringan listrik, sebenarnya melalui dua arah pengisi daya, mereka juga mendistribusikan energi kembali ke listrik jaringan. Ada tiga konsep utama yang muncul yang menjadi dasar tentang kemampuan pengisian/pengosongan kendaraan listrik: Vehicle-to Grid (V2G), Vehicle-to-Vehicle (V2V) dan Vehicle-to-Home (V2H). Di V2G, EV terhubung ke jaringan listrik. Mereka dapat memperoleh energi, serta mengirimkan energi kembali jaringan listrik. Salah satu cara mendapatkan uang adalah dengan membeli energi selama jam-jam di luar jam sibuk dengan harga murah dari jaringan. Kemudian selama pada jam sibuk, EV dapat menyalurkan energi kembali ke jaringan dengan harga lebih tinggi. Dalam V2V, EV mendistribusikan energi antar EV lainnya. Menggunakan pengisi daya dua arah, EV pertama kali ditransfer energi mereka menggunakan jaringan lokal, dan selanjutnya, dengan menggunakan pengontrol (juga dikenal sebagai agregator), energinya didistribusikan di antara EV. Di V2H, EV memasok energi ke rumah-rumah. Kendaraan listrik mengisi baterainya di luar jam sibuk jam dengan harga murah dari jaringan. Kemudian pada jam sibuk, ketika harga energi lebih tinggi, rumah mengkonsumsi energi dari baterai EV yang memenuhi seluruh atau sebagian permintaan rumah dan menghindari membeli energi mahal selama pada jam sibuk .
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Integrasi IoT terhadap Smart Grid
SG telah mencapai adopsi teknologi informasi yang luas dalam penginderaan, transmisi, dan pemrosesan data, dan sekarang teknologi IoT memainkan peran penting dalam membangun infrastruktur jaringan. Motor penggerak di balik inisiatif SG adalah untuk meningkatkan perencanaan, pemeliharaan, dan pengoperasian dengan memastikan bahwa setiap komponen dalam jaringan listrik dapat 'mendengarkan' dan 'berbicara', serta mengaktifkan otomatisasi dalam SG. Misalnya, dalam model pemerintahan tradisional jaringan listrik, perusahaan utilitas hanya mengetahui gangguan layanan setelah pelanggan memberikan informasi. Namun, dalam SG, perusahaan utilitas akan secara otomatis mendeteksi gangguan layanan karena komponen SG tertentu (seperti pengukur pintar di wilayah yang bersangkutan) akan berhenti mengirimkan data sensor yang dikumpulkan.
Di sinilah peran kunci IoT terlihat, memungkinkan skenario ini dengan memastikan bahwa semua komponen dari grid memiliki alamat IP dan mampu berkomunikasi dua arah. Ini dimungkinkan oleh teknologi IoT, yang menyediakan koneksi jaringan real-time interaktif kepada pengguna dan perangkat melalui berbagai teknologi komunikasi. Kolaborasi ini memungkinkan berbagi data secara real-time, dua arah, dan berkecepatan tinggi di berbagai aplikasi, meningkatkan efisiensi keseluruhan dari SG. Penerapan IoT di SG dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan arsitektur tiga lapisan IoT. Pertama, IoT diterapkan untuk menerapkan berbagai perangkat pintar IoT untuk pemantauan peralatan di lapangan.
Kedua, IoT diterapkan untuk pengumpulan informasi dari perangkat dengan bantuan perangkat pintar IoT yang terhubung melalui berbagai teknologi komunikasi. Ketiga, IoT diterapkan untuk mengendalikan SG melalui antarmuka aplikasi. Penginderaan IoT umumnya terdiri dari sensor nirkabel, RFID, perangkat M2M (machine-to-machine),
kamera era, sensor inframerah, pemindai laser, GPS, dan perangkat pengumpulan data lainnya.
Integrasi IoT memainkan peran penting dalam infrastruktur penyebaran penginderaan dan transmisi data untuk SG, membantu dalam konstruksi jaringan, pengoperasian, manajemen keselamatan, pemeliharaan, pemantauan keamanan, pengumpulan informasi, pengukuran, interaksi pengguna, dan banyak lagi. Meskipun telah ada arsitektur SG yang berkembang, terutama berfokus pada kebutuhan distribusi daya, infrastruktur rumah pintar yang semakin umum belum sepenuhnya terintegrasi ke dalam arsitektur komunikasi SG yang ada. Oleh karena itu, protokol khusus untuk sistem IoT dan SG tidak dapat diterapkan langsung pada sistem SG yang didukung oleh IoT, mengingat perbedaan karakteristik dari IoT dan sistem SG yang tidak cukup terintegrasi.
Sebuah SG terdiri dari empat subsistem utama, yaitu pembangkitan listrik, transmisi listrik, distribusi listrik, dan pemanfaatan listrik. IoT dapat diterapkan pada semua subsistem ini dan muncul sebagai solusi yang menjanjikan untuk meningkatkannya, menjadikan IoT sebagai elemen kunci bagi SG. Di bidang pembangkitan listrik, IoT dapat digunakan untuk pemantauan dan pengendalian konsumsi energi, unit, peralatan, emisi gas dan pembuangan polutan, prediksi penggunaan/produksi energi, penyimpanan energi dan koneksi listrik, serta untuk mengelola rencana pembangkitan terdistribusi, penyimpanan tekanan pompa, tenaga angin, tenaga biomassa, dan pembangkit listrik fotovoltaik. Di bidang transmisi listrik, IoT dapat digunakan untuk pemantauan dan pengendalian jalur transmisi dan gardu induk, serta untuk perlindungan menara transmisi. Di bidang distribusi listrik, IoT dapat digunakan untuk otomatisasi terdistribusi, serta dalam pengelolaan operasi dan peralatan. Di bidang pemanfaatan listrik, IoT dapat digunakan untuk rumah pintar, pembacaan meter otomatis, pengisian dan pengosongan kendaraan listrik, untuk mengumpulkan informasi tentang konsumsi energi perangkat rumah, pengendalian beban daya, pemantauan dan pengelolaan efisiensi energi, pengelolaan permintaan daya, dan konsumsi multi jaringan. Gambar 3 menampilkan aplikasi eksisting (lihat Bagian III) dan potensial dari sistem SG yang dibantu IoT. Pada bagian lain dari bagian ini, kami mendeskripsikan kesesuaian teknologi IoT dan teknologi komunikasi yang disukai untuk berbagai fungsi dari tiga lapisan SG, yaitu HAN, NAN, dan WAN.
1. JARINGAN AREA RUMAH (HAN)
HAN adalah lapisan pertama; mengelola kebutuhan daya sesuai permintaan konsumen dan terdiri dari perangkat pintar, peralatan rumah tangga (termasuk mesin cuci, televisi, AC, kulkas, dan oven), kendaraan listrik, serta sumber energi terbarukan (seperti panel surya). HAN diterapkan dalam unit perumahan, di pabrik industri, dan di bangunan komersial serta menghubungkan peralatan listrik dengan meteran pintar. HAN dapat memiliki topologi bintang atau topologi mesh. Teknologi komunikasi yang disukai untuk HAN adalah komunikasi melalui saluran listrik (teknologi kabel), ZigBee, Bluetooth, dan WiFi (teknologi nirkabel). Sebuah HAN terdiri dari berbagai perangkat pintar IoT, seperti gateway rumah, meteran pintar, sensor dan node aktuator, peralatan rumah pintar, dan kendaraan listrik. Sebuah gateway rumah terhubung ke meteran pintar dan secara berkala mengumpulkan data konsumsi daya dari peralatan rumah.
HAN melakukan dua fungsi, yaitu pembuatan dan kontrol. Fungsi pembuatan mengidentifikasi perangkat baru dan mengelola perangkat. Fungsi kontrol memungkinkan komunikasi di antara perangkat pintar dengan membentuk koneksi dan melakukan operasi yang andal untuk berbagai lapisan SG. Sebuah HAN menggunakan komunikasi dua arah untuk layanan manajemen respons permintaan. Dalam arah komunikasi maju, beban meteran pintar dan informasi konsumsi daya real-time dari peralatan rumah, yang terhubung ke perangkat pintar IoT, dikumpulkan oleh gateway rumah dan ditransmisikan dari sisi konsumen (HAN) ke NAN untuk diteruskan ke pusat utilitas. Dalam arah komunikasi mundur, gateway rumah berperan sebagai node sentral dan menerima informasi harga listrik dinamis dari NAN, yang kemudian disediakan kepada meteran pintar atau perangkat pintar IoT untuk memicu tindakan yang diperlukan untuk peralatan rumah. Mosrello dkk. [94] menyajikan peran IoT dan sensor canggih dalam meteran listrik pintar untuk memantau aliran energi dalam SG.
2. JARINGAN AREA TETANGGA (NAN)
NAN adalah lapisan kedua dari SG dan terdiri dari meteran pintar yang dimiliki oleh beberapa HAN. NAN mendukung komunikasi antara gardu distribusi dan perangkat listrik lapangan untuk sistem distribusi daya. NAN mengumpulkan informasi layanan dan pengukuran dari beberapa HAN dan mengirimkannya ke kolektor data yang menghubungkan NAN dengan WAN. Teknologi komunikasi untuk NAN harus mencakup radius seribu meter. Oleh karena itu, saluran komunikasi antara meteran pintar dan titik agregasi data harus bebas interferensi. Sebuah gateway di NAN mengumpulkan data
konsumsi energi konsumen dari meteran pintar di HAN dan mentransmisikan data yang terkumpul ke perusahaan utilitas melalui WAN pribadi atau publik. Pada dasarnya, topologi NAN terdiri dari dua jenis gateway, yaitu gateway NAN dan gateway HAN.
Sebuah gateway NAN menghubungkan berbagai gateway HAN dan berfungsi sebagai titik akses untuk menyediakan koneksi hop tunggal ke gateway HAN dengan cara akses hibrid.
Gateway HAN mentransmisikan data konsumsi energi mereka ke gateway NAN melalui teknologi komunikasi kabel (misalnya PLC, DSL) atau nirkabel (misalnya seluler, akses nirkabel broadband seluler, atau teknologi mikrowave digital).
3. JARINGAN AREA LUAS (WAN)
WAN adalah lapisan ketiga dari SG dan berfungsi sebagai tulang belakang untuk komunikasi antara gateway jaringan, NAN, perangkat grid terdistribusi, pusat kontrol utilitas, dan gardu listrik. Ini memfasilitasi komunikasi antara sistem transmisi daya, sistem generasi besar, sumber energi terbarukan, dan pusat kontrol. Ini terdiri dari dua jaringan yang saling terhubung, yaitu jaringan inti dan jaringan backhaul. Jaringan inti menyediakan komunikasi ke pusat kontrol utilitas dengan latensi rendah dan laju data tinggi melalui serat optik atau komunikasi seluler. Jaringan backhaul menyediakan koneksi broadband dan perangkat pemantauan ke NAN melalui kabel (misalnya jaringan optik, DSL), nirkabel (misalnya jaringan seluler, akses nirkabel broadband seluler), atau jaringan hibrida serat-nirkabel.
3.2 Persyaratan Penggunaan IoT dalam Smart Grid.
Untuk menggunakan IoT di Smart Grid (SG), kita harus memiliki beberapa teknologi dan memenuhi beberapa persyaratan yang tercantum sebagai berikut:
1. Teknologi komunikasi
Teknologi komunikasi digunakan untuk menerima dan mengirimkan informasi tentang status perangkat SG. Ada standar teknologi komunikasi jarak pendek dan jarak jauh. Contoh teknologi komunikasi jarak pendek termasuk ZigBee, Bluetooth, dan teknologi ultra-wideband. Untuk komunikasi jarak jauh, dapat digunakan komunikasi jalur listrik, serat optik, jaringan seluler nirkabel seperti 3G dan 4G, serta komunikasi satelit.
2. Teknik fusi data
Karena sumber daya terminal IoT seperti baterai, memori, dan bandwidth terbatas, tidak mungkin mengirim semua informasi ke tujuan. Untuk meningkatkan efisiensi pengumpulan informasi, teknik fusi data dapat digunakan untuk mengumpulkan dan menggabungkan data sebelum pengiriman.
3. Proses pemanenan energi:
Sebagian besar perangkat IoT menggunakan baterai sebagai salah satu sumber daya utama. Oleh karena itu, proses pemanenan energi sangat penting untuk aplikasi IoT, seperti penggunaan sensor dan kamera untuk memantau berbagai bagian jaringan pintar.
4. Beroperasi di lingkungan yang keras
Perangkat IoT yang dipasang di jalur transmisi tegangan tinggi dan gardu induk harus dapat bekerja di lingkungan yang keras. Untuk memperpanjang umur sensor dalam kondisi ini, diperlukan sensor yang tahan suhu tinggi atau rendah, anti-elektromagnetik, atau tahan air.
5. Keandalan
Aplikasi IoT di lingkungan yang berbeda harus memenuhi persyaratan yang berbeda seperti keandalan, pengorganisasian diri, atau penyembuhan diri. Berdasarkan lingkungan yang sebenarnya, perangkat IoT yang cocok harus dipilih untuk mengatasi masalah lingkungan tersebut. Misalnya, ketika beberapa perangkat tidak dapat mengirim data karena kekurangan energi, harus dicari rute baru untuk data agar keandalan jaringan tetap pada tingkat yang disyaratkan.
6. Keamanan
Metode keamanan harus diterapkan di semua lapisan IoT untuk mengirimkan, menyimpan, dan mengelola data, menghindari kebocoran dan kehilangan informasi, serta melindungi data dari akses yang tidak sah.
7. Sensor
Sensor mengukur besaran seperti arus, tegangan, frekuensi, suhu, daya, cahaya, dan sinyal lainnya, serta menyampaikan informasi mentah untuk diproses, dikirim, dan dianalisis. Baru-baru ini, nanoteknologi digunakan untuk menyediakan material berkinerja tinggi yang mencakup berbagai aplikasi sensor dan meningkatkan pertumbuhan industri sensor.
Dengan memenuhi persyaratan ini, IoT dapat secara efektif diintegrasikan ke dalam SG untuk meningkatkan efisiensi, keandalan, dan keamanan jaringan listrik pintar.
3.3 Aplikasi dan Layanan IoT dalam Smart Grid
IoT dapat mendukung teknologi dalam SG dengan meningkatkan kemampuan penginderaan dan pemrosesan, serta memperluas fungsionalitas SG dalam hal pemrosesan data, peringatan, penyembuhan diri, pemulihan bencana, dan keandalan. Integrasi IoT dengan SG mendorong pengembangan terminal pintar, meteran, sensor, peralatan informasi, dan perangkat komunikasi. Berikut adalah beberapa aplikasi utama IoT dalam berbagai bagian SG:
1. Pembangkitan Listrik
IoT digunakan untuk memantau berbagai jenis pembangkit listrik (seperti batu bara, angin, surya, biomassa), mengukur emisi gas, menyimpan energi, mengelola konsumsi energi, dan memprediksi kebutuhan daya untuk memasok konsumen.
2. Transmisi dan Distribusi
IoT digunakan untuk memperoleh data konsumsi listrik, mengawasi dan melindungi infrastruktur transmisi (seperti jalur transmisi, gardu induk, menara), serta mengelola dan mengendalikan peralatan di seluruh jaringan.
3. Pelanggan
IoT digunakan dalam meteran pintar untuk mengukur parameter, memungkinkan konsumsi daya yang cerdas, memfasilitasi interoperabilitas antar jaringan, mengelola efisiensi energi, dan mengatur permintaan listrik.
Skenario penerapan utama IoT dalam SG mencakup:
1. AMI (Advanced Metering Infrastructure) dengan Keandalan Tinggi
IoT digunakan untuk mengumpulkan data, mendeteksi kelainan pada jaringan, memfasilitasi pertukaran informasi antar meter pintar, memantau kualitas listrik, dan menganalisis pola konsumsi pelanggan.
2. Rumah Pintar
IoT memungkinkan rumah pintar untuk berinteraksi dengan pengguna dan SG, meningkatkan layanan SG, memenuhi permintaan pemasaran, mengendalikan peralatan pintar, membaca data konsumsi daya, dan memantau energi terbarukan.
3. Pemantauan Jalur Transmisi
Dengan menggunakan teknologi komunikasi nirkabel, IoT memungkinkan pemantauan jalur transmisi untuk mendeteksi dan mengatasi masalah dengan cepat.
4. Manajemen Kendaraan Listrik (EV)
Sistem manajemen EV meliputi stasiun pengisian daya, kendaraan listrik, dan pusat pemantauan. Dengan GPS, pengguna dapat menemukan stasiun pengisian daya dan pusat pemantauan dapat mengelola baterai, peralatan pengisian daya, dan mengoptimalkan sumber daya.
Dengan penerapan IoT yang tepat, SG dapat menjadi lebih efisien, andal, dan responsif terhadap kebutuhan pengguna dan tuntutan lingkungan.
3.4 Tantangan dan Arah Penelitian di Masa Depan
Untuk mencapai tujuan teknis penerapan IoT di SG, banyak tantangan yang harus dihadapi yang akan dibahas dalam arah penelitian masa depan. Karena perangkat IoT harus beroperasi dalam lingkungan yang berbeda dengan kondisi yang mungkin keras (seperti suhu ekstrem, tegangan tinggi, atau paparan gelombang elektromagnetik), maka perangkat tersebut harus memenuhi persyaratan seperti keandalan dan kompatibilitas.
Dalam banyak aplikasi, perangkat dan sensor IoT beroperasi dengan menggunakan baterai, sehingga teknik pemanenan energi yang sesuai harus digunakan atau dirancang.
Kami memiliki beberapa jenis jaringan komunikasi di berbagai bagian SG, sehingga perangkat IoT harus mendukung protokol komunikasi yang diperlukan untuk mentransfer data dari smart meter ke sistem pusat dengan aman.
Karena perangkat IoT di SG memiliki sumber daya dan kemampuan yang terbatas seperti baterai, pemrosesan daya, penyimpanan, atau bandwidth, maka proses fusi data harus digunakan untuk mengompresi dan menggabungkan data yang berguna sehingga penggunaan energi, bandwidth, dan pengumpulan data menjadi lebih efisien.
Keterlambatan dan kehilangan paket data merupakan parameter penting yang menentukan kinerja smart grid. Oleh karena itu, penting untuk meminimalkan keterlambatan, mengoptimalkan desain jaringan, dan memastikan interoperabilitas antar perangkat IoT dengan spesifikasi yang berbeda. Ada banyak standar terpisah untuk perangkat IoT, namun tidak ada standar terpadu untuk perangkat IoT di jaringan pintar. Oleh karena itu, upaya standardisasi yang terpadu diperlukan untuk mengatasi masalah keamanan, keandalan, dan interoperabilitas. Untuk memantau dan mengontrol perangkat IoT di SG, harus digunakan komunikasi yang aman untuk mengatasi risiko manipulasi data dan serangan siber. Hal ini juga perlu mempertimbangkan keterbatasan sumber daya perangkat IoT dan mengimplementasikan langkah-langkah keamanan yang sesuai seperti manajemen kepercayaan, otentikasi, otorisasi, dan integritas data.Selain itu, perlu ada mekanisme yang tepat untuk menjaga privasi dan kerahasiaan data konsumen yang dikumpulkan oleh smart meter, sehingga informasi pribadi tidak disalahgunakan tanpa izin konsumen.
3.5 Klasifikasi Protokol IoT Berdasarkan Aplikasi Smart Grid
Tantangan utama dalam implementasi smart grid adalah komunikasi yang heterogen di antara elemen-elemen yang terdistribusi. Middleware berfungsi sebagai antarmuka layanan dan aplikasi perangkat lunak dalam arsitektur komunikasi untuk memfasilitasi interaksi ini dengan menyembunyikan kompleksitas operasi sistem bagi pengembang perangkat lunak. Middleware diharapkan mempercepat integrasi entitas heterogen, pengumpulan informasi, keamanan dalam pertukaran data, dan penilaian situasi dalam jaringan cerdas. Protokol IoT yang lebih populer digunakan di smart grid memetakan ke IEC 61850 atau CIM. IEC 61850 adalah standar komunikasi yang umum digunakan di lingkungan smart grid. Standar ini telah diperluas dengan IEC 61850-7-420 untuk DER, IEC 61850-7-410 untuk tenaga air, dan IEC 61850-8-2 untuk komunikasi di WAN, yang bersama aplikasi XMPP, menggantikan protokol MMS untuk memenuhi persyaratan entitas baru dalam smart grid. Berbagai penelitian telah membandingkan kinerja protokol IoT lainnya dengan rekomendasi standar di lingkungan smart grid. Makalah- makalah ini mengklasifikasikan protokol berdasarkan berbagai metrik dan alat analisis untuk mengevaluasi metode mereka, serta model IEC 61850 atau CIM yang diimplementasikan dalam aplikasi smart grid. Misalnya, Macarulla et al. merancang HAN untuk berkomunikasi dengan tingkat pengawasan grid melalui Internet menggunakan ADSL, dan mereka memetakan struktur interaksi mereka berdasarkan
model CIM serta mengevaluasi metode mereka berdasarkan latensi dan biaya operasional. Beberapa penelitian mencoba memetakan IEC 61850 ke protokol IoT.
Sebagai contoh, CORBA pernah digunakan untuk SAS, tetapi masalah keamanan dan kinerja yang memuaskan hanya pada jaringan berkecepatan rendah membuatnya tidak cocok untuk aplikasi yang kritis terhadap waktu. Shin et al. membandingkan pemetaan CoAP pada IEC 61850 dengan MQTT dan SOAP, menemukan bahwa CoAP lebih efisien dan memiliki latensi lebih rendah, membuatnya lebih berguna untuk smart grid.
Terdapat literatur terbatas tentang penerapan ZeroMQ dalam aplikasi smart grid.
ZeroMQ berfokus pada throughput, jenis dan pola pesan, latensi, kehilangan paket, dan penggunaan memori server dan klien. Penelitian ini mengidentifikasi bahwa CORBA menggunakan memori yang dapat diabaikan, sedangkan OPC UA dan XMPP memiliki jangkauan tertinggi di antara middleware lainnya. Hasil percobaan menunjukkan ZeroMQ dan YAMI4 adalah middleware paling kuat untuk aplikasi smart grid.
Penelitian terkait menunjukkan bahwa upaya membandingkan protokol IoT dalam smart grid masih terbatas, terutama dalam pemetaan protokol IEC 61850. Sebagian besar studi hanya menggunakan simulasi dan jarang menerapkan platform eksperimental nyata.
Meskipun ada beberapa testbed pengalaman, mereka terbatas pada infrastruktur jaringan khusus dan sebagian besar di lingkungan LAN, sementara jaringan smart grid biasanya lebih padat.
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Teknologi IoT di lingkungan Smart Grid memungkinkan pengendalian dan pemantauan sistem tenaga secara real-time.
Teknologi IoT menyediakan konektivitas dimana saja dan kapan saja
Teknologi IoT membantu Smart Grid dengan menyediakan perangkat pintar atau perangkat IoT (seperti sensor, aktuator, dan smart meter) untuk pemantauan, analisis, dan pengendalian jaringan listrik.
Teknologi IoT menyediakan konektivitas, otomatisasi, dan pelacakan perangkat tersebut.
Fungsi Smart Grid berbantuan IoT akan mewujudkan sistem Smart Grid berbantuan IoT yang mendukung berbagai fungsi jaringan pada pembangkitan, transmisi, distribusi, dan pemanfaatan tenaga listrik.
Sistem Smart Grid berbantuan IoT merupakan integrasi dari dua sistem, yaitu sistem Smart Grid dan teknologi IoT, yang memiliki berbagai macam manfaat dan tantangan yang perlu diatasi untuk implementasi yang efektif.
4.2 Saran
Perlu pengembangan cepat aplikasi lainnya untuk realisasi yang lebih baik dari sistem Smart Grid berbantuan IoT.
Disarankan untuk mengembangkan dan menerapkan standar khusus untuk sistem Smart Grid (SG) yang dibantu IoT. Ini termasuk memastikan kompatibilitas antara berbagai protokol IoT dan standar komunikasi seperti IEC 61850 dan fragmentasi dan meningkatan interoperabilitas sistem.
Meskipun sudah ada beberapa aplikasi Smart Grid yang dibantu IoT, masih banyak potensi yang belum tereksplorasi. Penelitian dan pengembangan lebih lanjut diperlukan untuk menciptakan aplikasi baru yang dalam Smart Grid, seperti aplikasi untuk manajemen energi di tingkat rumah tangga, industri, dan komunitas.
Menyediakan pelatihan dan edukasi bagi para pemangku kepentingan, termasuk pengembangan, teknisi, dan pengguna akhirat, tentang manfaat, penggunaan, dan pemeliharaan sistem Smart Grid berbantuan IoT. Edukasi ini penting untuk memastikan adopsi dan pemanfaatan teknologi yang lebih efektif dan luas
REFRENSI JOURNAL :
https://drive.google.com/drive/folders/1JIwBDjqK6V2_yRsbecILLhBoDR8lv_v3?
usp=drive_link
