обзор
Электрическая сеть без адекватных коммуникаций - это просто «вещательная компания». Благодаря добавлению двухсторонней связи энергосистема становится «умной».
Решения для силовых, беспроводных и последовательных коммуникаций (Maxim, www.maxim-ic.com/communications)
Интеллектуальная сетевая связь позволяет коммунальным предприятиям достичь трех ключевых целей:
- Интеллектуальный мониторинг,
- Безопасности и
- Балансировка нагрузки.
Используя двустороннюю связь, данные могут собираться с датчиков и счетчиков, расположенных по всей сетке, и передаваться непосредственно в диспетчерскую диспетчера сети. Эта дополнительная коммуникационная способность обеспечивает достаточную пропускную способность для оператора диспетчерской, чтобы активно управлять сетью.
Коммуникации должны быть надежными, безопасными и недорогими. Исключительный масштаб сети электросетей делает стоимость критическим фактором при внедрении коммуникационной технологии.
Выбор решения, которое сводит к минимуму количество модемов и концентраторов, необходимых для охвата всей системы, может значительно снизить затраты на инфраструктуру.
В то же время выбранная технология должна обладать достаточной пропускной способностью для обработки всего трафика данных, отправляемого в обоих направлениях по сети сетки.
Сети и протоколы связи
Коммуникации в интеллектуальной сетке можно разбить на три сегмента:
Глобальная сеть (WAN)
Он охватывает дальние расстояния от командного центра до местных кварталов вниз по течению.
Районная сеть (NAN)
Он управляет всей информацией между WAN и домашней сетью, используя линии среднего напряжения.
Домашняя зона (HAN)
Он расширяет связь с конечными точками внутри дома или бизнеса конечного пользователя.
Каждый сегмент взаимосвязан через узел или шлюз: концентратор между WAN и NAN и электронный метр между NAN и HAN. Каждый из этих узлов взаимодействует через сеть с соседними узлами. Концентратор объединяет данные с счетчиков и передает эту информацию оператору сетки.
Электронный счетчик собирает данные об энергопотреблении дома или бизнеса, обмениваясь данными с домашним сетевым шлюзом или функционируя как сам шлюз.
Архитектура интеллектуальной сети связи
Каждый сегмент может использовать различные технологии и протоколы связи в зависимости от условий передачи и количества передаваемых данных. В дополнение к выбору архитектуры между беспроводной и проводной связью (ПЛК) существует множество беспроводных и PLC-протоколов для выбора (Таблица 1).
| сеть | протокол | преимущества | Недостатки | Рекомендация |
| WAN | Беспроводная (2G / 3G / LTE сотовая, GPRS) | Широкая сотовая инфраструктура легко доступна; большое количество агрегированных данных может передаваться в течение длительного времени | Утилита должна арендовать инфраструктуру у сотового оператора за ежемесячную плату за доступ; Утилита не владеет инфраструктурой | Беспроводная связь работает лучше всего |
| HAN | Беспроводная ISM | Большой дальность; прыжки трансформаторы | В настоящее время является собственностью; мертвые точки усложняют установку и обслуживание | Полезно в некоторых топологиях, например, в США. |
| IEEE® 802.15.4g | Большой дальность; прыжки трансформаторы | Еще не принятый стандарт | Полезно в некоторых топологиях | |
| ZigBee® | Бюджетный; низкое энергопотребление позволяет работать от батареи; общеизвестный стандарт | Низкая скорость передачи данных; очень короткий диапазон; не проникает в структуры хорошо | Вряд ли будет использоваться в NAN | |
| ПЛК первого поколения (FSK, Yitran, Echelon®) | Бюджетный | Ненадежный; низкая пропускная способность | Пропускная способность и надежность неадекватны для интеллектуальной сети | |
| Рандогенерированный узкополосный OFDM | Лучший диапазон, пропускная способность и надежность, чем FSK | Не перекрещивает трансформаторы; не сосуществует с ПЛК первого поколения | Не рекомендуется для новых конструкций из-за проблем с затратами и совместимостью | |
| Широкополосный PLC | Высокая скорость передачи данных | Не перекрещивает трансформаторы | Увеличивает стоимость инфраструктуры, что делает ее слишком дорогостоящей для большинства широкомасштабных развертываний | |
| G3-PLC | Высоконадежная передача на большие расстояния; пересекает трансформаторы, сокращает расходы на инфраструктуру; скорость передачи данных поддерживает частое двустороннее сообщение; сосуществует с ФСК; открытый стандарт; поддерживает IPv6 | Еще не принятый стандарт | Отлично подходит для NAN по всему миру | |
| HAN | ZigBee | Хорошо известный стандарт, который обеспечивает низкую стоимость и низкую мощность | Очень короткий диапазон; не проникает в структуры хорошо | Хорошо подходит для связи между счетчиками воды и газа |
| Wi-Fi® | Популярная технология с высокими скоростями передачи данных | Средний диапазон; не проникает в цементные здания или подвалы | Хорошо подходит для потребительских приложений, но нет положений для выполнения служебных целей | |
| ПЛК первого поколения (FSK, Yitran, Echelon) | Бюджетный | Не надежна в домашних условиях | Вряд ли будет использоваться в домах из-за высокого уровня помех | |
| Рандогенерированный узкополосный OFDM | Лучший диапазон, пропускная способность и надежность, чем FSK | Не перекрещивает трансформаторы; не сосуществует с ПЛК первого поколения | Не рекомендуется для новых конструкций из-за проблем с затратами и совместимостью | |
| Широкополосный PLC | Высокая пропускная способность | Недостаточный диапазон для NAN | Хорошо подходит для потребительских приложений, но нет положений для выполнения служебных целей | |
| G3-PLC | Высокая надежность; достаточная скорость передачи данных; IPv6 позволяет создавать сети со многими устройствами | Еще не принятый стандарт | Отлично подходит для HAN по всему миру |
WAN - это путь связи между оператором сетки и концентратором. WAN может быть реализована по оптоволоконным или беспроводным средам, используя Ethernet или сотовые протоколы, соответственно.
Сотовые или WiMAX® чаще всего используются между оператором сетки и концентратором. NAN - это путь между концентратором и счетчиком. Он использует либо беспроводной, либо ПЛК. Как правило, концентратор взаимодействует с любыми от нескольких до сотен метров, в зависимости от топологии сетки и используемого протокола связи.
Сегодня нет стандарта для этой части сети, поэтому в большинстве реализаций используются проприетарные технологии беспроводной или ПЛК. В настоящее время некоторые органы по стандартизации работают с поставщиками коммунальных услуг и технологиями для определения стандартов для беспроводных и ПЛК-протоколов.
Стандарт IEEE 802.15.4g предназначен для беспроводной связи; IEEE P1901, OPEN и стандарты ITU-T G.hnem разрабатываются для ПЛК (таблица 2).
| Область | WAN | NAN | HAN |
| Северная Америка | Сотовая связь, WiMAX | G3-PLC, HomePlug®, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, проприетарная беспроводная сеть, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave |
| Европа | Сотовая связь | G3-PLC, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, Wireless M-Bus, ZigBee |
| Китай | Сотовая связь, трансляция WiMAX | G3-PLC, RS-485, беспроводная связь будет определена | G3-PLC, RS-485, Wi-Fi, которые будут определены |
| Остальной мир | Сотовая связь, WiMAX | G3-PLC, HomePlug, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, RS-485, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, RS-485, Wi-Fi, Wireless M-Bus, ZigBee, Z-Wave |
HAN используется утилит для расширения охвата своего пути связи к устройствам внутри дома. Эта сеть может поддерживать функции, такие как циклические кондиционеры, отключенные во время пиковых нагрузок, обмен данными потребления с дисплеями на дому или включение схемы предварительной оплаты с помощью карточки.
Приход электрических / подключаемых гибридных электромобилей (EV / PHEVs) представляет собой специальный сценарий связи для HAN.
Органы по стандартизации определяют протоколы ПЛК для связи с системами зарядки транспортных средств. Помимо поддержки требований к данным для работы с интеллектуальной сетью, HAN может также включать в себя: одноранговую (P2P) связь между устройствами внутри дома; связь с портативными устройствами дистанционного управления, средствами управления освещением и газовыми или водяными счетчиками; а также широкополосный трафик.
Протоколы, такие как RS-485, ZigBee, Z-Wave® и HomePlug, используются для этой сети. Если есть отдельный домашний шлюз, возможно, что для связи с приборами, термостатами и другими устройствами можно использовать дополнительные протоколы.
Коммуникационные альтернативы в HAN часто могут сосуществовать, но коммунальная поддержка, вероятно, будет ограничена технологиями, необходимыми для поддержки основных целей утилиты.
Ресурс: Максим (решения для линий электропередачи, беспроводной и последовательной связи); www.maxim-ic.com/communications