Wind energy has the biggest market share of renewable energy around the world. High growth and development rates of wind energy lead to a massive increase in complexity and scale of wind energy conversion systems (WECSs). Therefore, it is required to upgrade methods and strategies for design and implementation of WECS. Considering WECS as cyber-physical systems (CPSs) will enable wind energy for the Internet of Energy (IoE). IoE is a cloud network where power sources with embedded and distributed intelligence are interfaced to smart grid and mass of consumption devices like smart buildings, appliances, and electric vehicles. Research trends of CPS for energy applications are mainly focusing on smart grids and energy systems for demand-side management and smart buildings with less attention given to generation systems. This paper introduces potentials of cyber-physical (CP) integration of next-generation WECS. In addition, this paper surveys the advances and state-of-the-art technologies that enable WECS for IoE. Challenges and new requirements of future WECS as CPS like abstractions, networking, control, safety, security, sustainability, and social components are discussed

چکیده

انرژی بادی، بزرگ ترین سهم بازار انرژی های تجدید پذیر در دنیا را به خود اختصاص داده است. نرخ بالای رشد و توسعه‌ انرژی بادی، منجر به افزایش قابل ملاحظه‌ پیچیدگی و مقیاس سیستم های تبدیل انرژی بادی (WECS) گردیده است. بنابراین نیاز است تا روش ها و استراتژی هایی که برای طراحی و پیاده سازی WECS ها ارائه گردیده است را ارتقا داد. با در نظر گرفتن WECS به عنوان سیستم های فیزیکی-سایری (CPS)، می توانیم انرژی بادی را برای اینترنتی از انرژی (IoE) بکار گیریم. IoE را می توان یک شبکه‌ ابری دانست که در آن، منابع انرژی همراه با هوش توزیع شده و ادغام شده در یک گرید هوشمند و دستگاه های مصرف انبوه نظیر ساختمان های انبوه، تجهیزات و خودروهای الکترونیکی بکار گرفته می شود. تحقیقاتی که در راستای CPS برای کاربردهای انرژی صورت گرفته است، غالباً بر روی گرید های هوشمند و سیستم های انرژی در ساختمان های هوشمند و مدیریت سمت تقاضا که در سیستم های معمول مورد توجه قرار نگرفته اند، متمرکز می باشند. در این مقاله به معرفی پتانسیلِ ادغام فیزیکی-سایبری (CP) در نسل بعدی از WECS ها می پردازیم. علاوه بر این، مطالعه ای را بر روی دستاوردها و فناوری های مدرنی که WECS را برای IoE ممکن ساخته اند ارائه می دهیم. چالش ها و نیازمندی های جدیدِ آینده‌ WECS، نظیر تجرد، شبکه، کنترل، ایمنی، امنیت، پایداری و مؤلفه های اجتماعی نیز مورد بحث قرار می گیرد.

1-مقدمه

انرژی بادی، به یک نرخ توسعه‌ گسترده ای در ظرفیت انرژی در سرتاسر دنیا دست یافته است. تا سال 2014 میلادی، تولید جهانی انرژی بادی، به بیش از 369 گیگاوات و با بیش از 51 گیگابایت ظرفیت مازاد رسیده است که این نشان از نرخ رشد 16% این نوع انرژی دارد. کشورهایی که از تأسیسات انرژی بادی در سال 2014 میلادی استفاده نموده اند، شامل کشور چین با تولید 23.4 گیگاوات انرژی، آلمان با 2.3 گیگاوات، ایالت متحده با 4.9 گیگاوات، برزیل با 2.5 گیگاوات و هند با 2.3 گیگاوات بوده است...