智能電網(wǎng)：專用無線網(wǎng)絡(luò)如何助力電網(wǎng)現(xiàn)代化

維持恒定的電力傳輸是復雜且具有挑戰(zhàn)性的。公用事業(yè)公司不僅必須履行這一主要責任，還必須應對不斷擴大的壓力。發(fā)電正在向可持續(xù)資源發(fā)展。隨著太陽能電池板的普及，消費者正在生產(chǎn)和消費能源。經(jīng)濟力量、安全威脅和自然災害進一步增加了公用事業(yè)的壓力。

為了應對這些挑戰(zhàn)，公用事業(yè)公司正在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。讓我們來分析一下數(shù)字電網(wǎng)現(xiàn)代化的組成部分，看看無線專用網(wǎng)絡(luò)是如何助力公用事業(yè)公司在前進的每一步實現(xiàn)其目標。

有人稱電網(wǎng)為世界上最復雜的機器。電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施管理必須平衡發(fā)電量和電力消耗量，因為電網(wǎng)不穩(wěn)定會導致停電。以前，只有消費變化。今天，隨著太陽能和風能等可持續(xù)資源的增長，發(fā)電量和消耗量都出現(xiàn)了變化。確保輸入電網(wǎng)的電力始終與電網(wǎng)消耗保持平衡需要精心設(shè)計。為了生存，公用事業(yè)必須采用數(shù)字解決方案。

這就是專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的地方。向蜂窩網(wǎng)絡(luò)演進為公用事業(yè)公司帶來了一個龐大而快速發(fā)展的全球傳感器和設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢。而無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的安全性、可靠性和獨立性設(shè)計對公用事業(yè)尤其有價值。

為了為無線在電網(wǎng)現(xiàn)代化中的作用奠定基礎(chǔ)，讓我們首先簡要了解電網(wǎng)的主要功能方面（圖 1）。

圖 1：電網(wǎng)

電網(wǎng)的每個組件都必須與其他組件通信，隨著公用事業(yè)公司在電網(wǎng)現(xiàn)代化方面取得進展，這項任務變得越來越重要。無線專用網(wǎng)絡(luò)使公用事業(yè)公司能夠在旅程的每一步實現(xiàn)其目標。

輸電變電站控制從發(fā)電廠到配電網(wǎng)的電力輸入。它們可以位于遠離控制中心的偏遠地區(qū)。長距離無線提供輸電變電站和監(jiān)控電網(wǎng)的已建立廣域網(wǎng)之間的連接。可以使用遠程微波等無線技術(shù)代替昂貴的光纖升級或低速鏈路，從而改善延遲和性能。

配電變電站根據(jù)需求和故障檢測/隔離切換電源，確保工業(yè)、商業(yè)和住宅用電的連續(xù)性和可靠性。它們通常更靠近人口中心，因此更靠近消費。專用 LTE 網(wǎng)絡(luò)增強或擴展現(xiàn)有數(shù)據(jù)連接和產(chǎn)品。無線還為監(jiān)視和控制變電站所需的操作通信增加了一層可靠性。其中許多設(shè)備已經(jīng)依賴備用公共無線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在可以用設(shè)計更好、預測性更好的專用無線網(wǎng)絡(luò)來取代它。

電網(wǎng)現(xiàn)代化包括智能視頻監(jiān)控等用例，這些用例需要提高性能特征——最好由先進的無線網(wǎng)絡(luò)提供。此外，提供卓越性能的同一私有無線系統(tǒng)還允許公用事業(yè)公司將員工設(shè)備與私有企業(yè)功能集成在一起。隨著傳感器和變電站智能電子設(shè)備 (IED)、遠程終端單元 (RTU) 和中繼系統(tǒng)向無線遷移，電網(wǎng)管理和企業(yè)通信也將集成到相同的移動設(shè)備中。隨著 IT 和 OT 世界的緊密聯(lián)系，公用事業(yè)公司的運營復雜性將顯著降低。

遠程保護也通過無線增強。遠程保護監(jiān)控電網(wǎng)狀況，隔離故障并防止損壞電網(wǎng)的關(guān)鍵部分?？焖俜磻陵P(guān)重要。無線 4G/5G 低延遲解決方案的正確組合，可以將遠程保護的范圍從本地變電站擴展到更中心的位置。人工智能/機器學習 (AI/ML) 的使用將允許主動故障隔離。面向 5G NR 等無線技術(shù)的設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展將進一步推動關(guān)鍵任務交換基礎(chǔ)設(shè)施的遠程控制等進步。

今天的變電站對每個主要控制元件都有銅線驅(qū)動的專用線路，一次運行一個用例。為了擴展變電站的能力，公用事業(yè)公司必須增加接線并升級將開關(guān)站連接到控制室的電纜溝。除了笨重之外，這些系統(tǒng)還是模擬的。

變電站的轉(zhuǎn)型始于將通信基礎(chǔ)設(shè)施從模擬升級到數(shù)字，并將開關(guān)站和控制室之間的傳輸升級為光纖和無線的正確組合。隨著無線電網(wǎng)現(xiàn)代化的實施，我們可以持續(xù)收集更多、更精細的數(shù)據(jù)并主動管理中斷。

在控制室，室內(nèi)無線 LTE 與市民寬帶無線電服務優(yōu)先接入許可證 (CBRS PAL) 等中頻頻譜相結(jié)合，為視頻監(jiān)控、高抖動和高吞吐量流量提供更高的吞吐量。室內(nèi)無線 LTE 可以與室外宏 LTE 網(wǎng)絡(luò)無縫集成。控制室內(nèi)的員工通信甚至可以與電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)集成。

隨著公用事業(yè)繼續(xù)采用電網(wǎng)現(xiàn)代化，LTE 無線引入的可靠性和安全性將從配電擴展到電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施的最后一英里。最后一公里是電力進入消費者領(lǐng)域的地方。這也是安全和安保變得至關(guān)重要的地方。

許多具有環(huán)保意識和成本意識的消費者在家中投資太陽能電池板。消費者現(xiàn)在可以將能量送回電網(wǎng)并近乎實時地跟蹤它。曾經(jīng)傳統(tǒng)的單向現(xiàn)在是雙向的，客戶在從電網(wǎng)消耗電力的同時將一些電力返回到電網(wǎng)。“生產(chǎn)消費者”或生產(chǎn)消費者的新現(xiàn)實需要實時反饋，以確保公用事業(yè)公司能夠成功地平衡發(fā)電和需求。

LTE 無線為最后一公里的電網(wǎng)管理提供了一個新優(yōu)勢：實時數(shù)據(jù)。最后一公里的 LTE 無線實時反饋使公用事業(yè)公司能夠確保電網(wǎng)安全，并更主動地領(lǐng)先于附近電網(wǎng)的潛在故障：

最后一公里也是來自智能手機和固定無線的消費者流量與電網(wǎng)設(shè)備的公用事業(yè)流量競爭的地方。由于這里對互聯(lián)網(wǎng)訪問的需求達到最大，因此在消費者智能手機網(wǎng)絡(luò)上為電網(wǎng)運行關(guān)鍵設(shè)備可能既不可靠又昂貴。用于電網(wǎng)的專用專用 LTE 網(wǎng)絡(luò)可確保電網(wǎng)的可靠性不受競爭消費設(shè)備占用的容量的影響。

隨著人口快速向郊區(qū)遷移，公用事業(yè)公司正在競相擴建現(xiàn)有的最后幾公里的電力基礎(chǔ)設(shè)施。郊區(qū)電網(wǎng)上新電網(wǎng)設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)連接激活時間使用無線最快，并且使用許可的 LTE 無線最可靠。

擁有太陽能電池板的產(chǎn)消者只是電力公司運營格局復雜轉(zhuǎn)變的一個方面。公用事業(yè)公司在問：我們?nèi)绾卧诋a(chǎn)消者世界中維持生產(chǎn)和消費之間微妙的雙向?qū)υ?？我們?nèi)绾尾拍芸焖偾医?jīng)濟高效地擴展我們的基礎(chǔ)架構(gòu)以服務新客戶并更好地服務于現(xiàn)有客戶？當我們向產(chǎn)消者開放電網(wǎng)時，我們?nèi)绾未_保關(guān)鍵任務電網(wǎng)的安全？

正如我們所見，LTE 無線支持新技術(shù)并提高效率，從而解決公用事業(yè)面臨的許多挑戰(zhàn)。隨著公用事業(yè)繼續(xù)采用電網(wǎng)現(xiàn)代化，LTE 無線引入的可靠性和安全性將從配電擴展到電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施。

我們已經(jīng)看到，基于蜂窩技術(shù)的無線專用網(wǎng)絡(luò)從電廠到最后一公里都很好地服務于公用事業(yè)?，F(xiàn)在我們到達了最后一公里的最后一跳——各種多用途、非 3GPP 設(shè)備（例如智能電表）等待著我們。在新興的智能電網(wǎng)中，更多的應用也承諾管理更多的設(shè)備。今天的發(fā)電和用電雙向報告將很快萌芽本地天氣報告、視頻監(jiān)控等應用。

今天的電網(wǎng)包含許多專門構(gòu)建的毛細管網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)都針對單個用例進行了優(yōu)化。毛細管網(wǎng)絡(luò)由毛細管網(wǎng)關(guān) (CGW) 和由該網(wǎng)關(guān)提供服務的許多設(shè)備組成。性能、可靠性和整合要求在最后一跳中使用多用途網(wǎng)絡(luò)。合乎邏輯的下一步是通過融合蜂窩毛細管網(wǎng)絡(luò)利用私有 LTE 提供的通用核心基礎(chǔ)設(shè)施來合并這些接入網(wǎng)絡(luò)。

將毛細管網(wǎng)絡(luò)連接到全球通信基礎(chǔ)設(shè)施可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以是廣域網(wǎng)或室內(nèi)蜂窩解決方案。當通過 SIM 啟用網(wǎng)關(guān)時，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀毛細管網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)就像任何其他用戶設(shè)備一樣。

隨著互聯(lián)世界向無線互聯(lián)網(wǎng)世界發(fā)展，越來越多的連接選項將可供公用事業(yè)使用。無線技術(shù)為擴大發(fā)電和配電互聯(lián)的控制、規(guī)模和可靠性開辟了新機遇。通過采用正確的頻譜、設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)和技術(shù)，無線還將允許整合關(guān)鍵任務故障定位、隔離和恢復。

隨著電力行業(yè)努力實現(xiàn)現(xiàn)代化以響應不斷增長的需求和業(yè)務需求，關(guān)鍵任務無線網(wǎng)絡(luò)將在使公用事業(yè)成功實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，愛立信正在與公用事業(yè)公司合作，提供連接電網(wǎng)每個組件的解決方案，從發(fā)電到您家中的智能電表。

本文作者：Gautam Talagery-Principal Solution Manager, MANA BD CTO Team

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