התפקיד של תקנים פתוחים בהבטחת יכולת בין-אופרציה של מכשירים גריידיים

הנוף האנרגיה הגלובלי עובר טרנספורמציה עמוקה.כשימושי גזע כדי לחדש תשתיות ההזדקנות ולשלב מקורות אנרגיה מתחדשת, רשת החשמל הופכת למערכת אקולוגית מורכבת, מבוססת נתונים של מכשירים מקושרים.ממונים חכמים ומחסירים סולאריים גג ועד לממסרים תת-קרקעיים אוטומטיים וחיישנים הפצה, מספר התקנים אלקטרוניים (IEDs) ברשת הוא מחלחל.עבור מערכת זו לפעול ביעילות, ומאובטחת, כלומר, להיות יעיל, כלומר, כלומר, סטנדרטים חיוניים של 1Fre Open, חייב להיות ישיר, או יעיל, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, סטנדרטים חיוניים, אם כן, כלומר, כדי להיות יעיל יותר, כלומר, כלומר, תקנים אלקטרוניים, יעיל יותר, כלומר, כלומר, יעיל, LTFre Open Unlimates: 1.

סטנדרטים פתוחים מספקים את השפה המשותפת המאפשרת למכשירים שונים לרשת להחליף נתונים, לבצע פקודות, ולתסנכרון פעולות. בלעדיהם, הרשת תתפצל לשליאום קנייניים, תוך שימוש בעלויות, החידושים הממריצים, ושילוב האמינות. מאמר זה חוקר את התפקיד הקריטי של סטנדרטים פתוחים בהבטחת יכולת הדדית של מכשירים ברשת, בחינת ההגדרות שלהם, היתרונות, האתגרים, והעתידיים בהקשר של מהפכה חכמה.

מה הם תקנים פתוחים?

סטנדרטים פתוחים זמינים לציבור, מפרטים מונחה קונצנזוס המגדירים כיצד מכשירים ומערכות אינטראקציה.הם מפותחים באמצעות תהליכים שיתופיים מעורבים בעלי עניין בתעשייה, סטנדרטיזציה, ולפעמים סוכנויות ממשלתיות.בניגוד לפרוטוקולים קנייניים בבעלות חברה אחת, סטנדרטים פתוחים הם שקוף, נגישים באופן חופשי, ומתכננים לקדם תחרות והתאמה.

סטנדרטים פתוחים הם סלע של רשת בין-קשה, הם מפלסים את שדה המשחק ומאפשרים את הטכנולוגיות הטובות ביותר לעבוד יחד".

מאפיינים מרכזיים של סטנדרטים פתוחים כוללים:

(ב) סעיף 1 (ב) ,החוק הספציפי זמין באופן גלוי לסקירה וליישום.
(ב) [15] אין אפליה: 1 (המוכר או מפתח) יכול לגשת ולהשתמש בסטנדרט בתנאים הוגנים.
(ב) גוף מוכר (ב) הוא בעל ערך, מהדורות של [[המאה ה-1]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
(ב) ,0) ניטראליות: 1FLT:1, אף חברה אחת לא שולטת באבולוציה של הסטנדרט.

סטנדרטים פתוחים בולטים למכשירי רשת כוללים:

(FLT:0)IEC 61850sFLT:1 - תקן המוביל לאוטומציה ותקשורת תת-התחסון, כיסוי תצורה של מכשירים, מודלים נתונים ותקשורת בזמן אמת על פני Ethernet.
(FLT:0)IEEE 2030.5 (SEP 2)הרש"י:1) - תקן פרופיל אנרגיה חכם המאפשר תקשורת בין מערכות ניהול אחוריות שירות לבין מכשירים הקצה כמו מ"ר חכם, PV inverters, ומטענים EV.
(ב) ,0DNP3cioFLT:1 - פרוטוקול בשימוש נרחב עבור SCADA וטלמטורי בחשמל, מים וכלי גז.
(FLT:0)MQTTIRFLT:1 - פרוטוקול פרסום קל משקל יותר מאומצ יותר ויותר עבור נתוני חיישן IoT ברשתות ההפצה.
(ב) ,0) פתחה: תקן פתוח להגשת בקשה אוטומטית.
(FLT:0CIM (IEC 61970/61968), מודל המידע המשותף להחלפת נתוני מערכת החשמל בין יישומי הארגון.

כל אחד מהסטנדרטים האלה מתייחס לשכבות ספציפיות של ערימה התקשורת ברשת – החל מהמכשירים ברמת שדה המצביעים לשילוב נתונים ארגוני.אימוץ שלהם מבטיח כי רכיבים מיצרנים שונים יכולים להתחבר ולשחק ללא מאמצי אינטגרציה מותאמים אישית.

מדוע חשוב על מכשירים גריידיים

אי-אפשרות היא לא מותרות טכנית; היא דרישה בסיסית למערכת כוח מודרנית, מחוסמת, ומערכת כוח חוזרת.ללא יכולת הדדית, שירותים עומדים בפני סילווס תפעולי, עלויות אינטגרציה מוגברת, ופריסת מאוחרת של טכנולוגיות חדשות.

אמינות מוגברת וחוססן

רשת שנבנה על סטנדרטים פתוחים יכולה לבודד במהירות תקלות, לנתב מחדש את הכוח, ולשחזר את השירות.לדוגמה, IEC 61850 מבוסס תת-התכמת אוטומציה מאפשרת למסרים הגנה מיצרנים שונים להחליף הודעות GOOSE קריטיות בזמן, המאפשרות לפסולת תת-מחזורית של תקלות בתיאום זה בלתי אפשרי עם פרוטוקולים קנייניים. תקשורת סטנדרטית מאפשרת גם מעקב רחב ומודעות רחבה, מסייע למנוע מפעילי ק"ק.

עלויות מופחתות והימנעות של Vendor Lock-In

פרוטוקולים מורכבים למערכת האקולוגית של מוכר יחיד לשדרוגים והתרחבות.תקני Open לשבור מנעול זה על ידי מתן שירותים כדי ליצור מכשירים הטובים ביותר של ספקים מרובים. הצעות הצעות מחיר תחרותיות מניעה מטה חומרה ועלויות תוכנה.יתר על כן, שירותים יכולים לערבב ולתאיב רכיבים מ ספקים שונים ללא מודעות בינונית או שערים סטנדרטיים יקרים. A 2020 על ידי מכון חשמל חשמלי (R) שיכולה להפחית את עלויות האינטגרציה לאורך זמן.

שילוב חדשנות וטכנולוגיה

סטנדרטים פתוחים מספקים בסיס יציב שבו ממציאים יכולים לבנות יישומים חדשים.סטארטאפים ומוכרים מבוססים כאחד יכולים לפתח מוצרים שעומדים בסטנדרטים, בידיעה שהם יתערבו עם תשתיות קיימות.זה מאיץ את פריסת פונקציות רשת מתקדמות כגון:

מערכות ניהול אנרגיה מבוזרות (DER)
תשתיות מתקדמות (AMI) Analytics
אוטומציה ואופטימיזציה של VAR
רכב חשמלי (EV) טעינה חכמה וכלי רכב ל-grid (V2G)
רשתית ומכונה למידה עבור תחזוקה חיזוי

לדוגמה, IEEE.5 כבר סייעה לתקשורת חלקה בין פלטפורמות DERMS ומאות דגמים שונים של מופנים מיצרנים שונים, בתמיכה מטרות השמש והאחסון האגרסיביות של קליפורניה.

אבטחת סייבר ושיקום

סטנדרטים פתוחים לעתים קרובות משלבים הוראות אבטחת סייבר - כגון אימות, הצפנה ובקרת גישה מבוססת תפקידים - שניתן ליישם באופן אחיד על כל המכשירים.פרוטוקולים סטנדרטיים כמו IEC 62351 (ביטחון עבור IEC 61850) ו- DLMSEM (עבור מנון חכם) מגדירים פרופילים אבטחה חובה.זה עקבי מפשט ביקורת, תיקון, וציות לתקנות כמו NERC CIP ב- צפון אמריקה או קודים מכניים.

סקלאלה ועתיד-Proofing

ככל שהרשת גדלה יותר, עם מיליוני נקודות קצה מקושרות, סטנדרטים פתוחים מאפשרים למערכת בקנה מידה ללא חוב טכנולוגי.מודלים סטנדרטיים של נתונים וממשקים הופכים אותה לקלה יותר להוסיף פונקציונליות חדשה – כגון שוקי אנרגיה טרנסאקטיביים או אי-איים מיקרוגרניים – ללא כתיבת מחדש של תקשורת הליבה.סטנדרטים פתוחים גם להתאים לשכבות פיזיות חדשות, מקישורים היסטוריים ל- 5G אלחוטיים, המבטיחים רלוונטיות ארוכת טווח.

אתגרים מרכזיים באימוץ סטנדרטים פתוחים למכשירים גריידיים

למרות היתרונות ברורים שלהם, הדרך לשילוב פתוח מלא היא בעייתית עם מכשולים.הבנת האתגרים האלה היא חיונית עבור שירותים, רגולטורים, ספקים כאחד.

עלויות תשתית הגירה וההגירה

כלי רכב רבים מפעילים ציים של מכשירים מורשת המשתמשים בפרוטוקולים קנייניים או בסטנדרטים ישנים יותר (למשל, MODBUS RTU, DNP3 סדרתיים) , החלים או החלפת מכשירים אלה כדי לתמוך בסטנדרטים פתוחים מודרניים כגון IEC 61 850 או IEEE 2030.5 יכול להיות יקר באופן בלתי חוקי.אסטרטגיות הגירה דורשות לעתים קרובות התקנים תרגומים בין פרוטוקולים, הצגת שקיפות ומורכבות.

התעשייה Fragmentation and Consensus Building

הפיתוח של סטנדרטים פתוחים דורש הסכמה בין מאות בעלי עניין - זיהומים, ספקים, מערכות אינגרה, יועצים ואקדמאים.תהליך זה יכול לקחת שנים.בינתיים, ספקים עשויים ליישם סטנדרטים שונים (הפצה), המוביל לחיוב עדין במיומנות.לדוגמה, יישום מוקדם של IEC 61850 היו שינויים בתצורה (SCL) אשר מעכבים את הסמכה של Plug-andplay.

סיכוני סייבר של הומוגניות

(FLT:0) השימוש הנרחב בסטנדרט פתוח יחיד יכול להגדיל את פני השטח של ההתקפה.FeloLT:1 אם הפגיעות מתגלה ביישום פרוטוקול משותף, זה יכול להשפיע על כל מכשיר באמצעות תקן זה.לדוגמה, ההתקפה WannaCry ניצלה פגיעת Windows SMB המשפיעה על אינספור מערכות ברחבי העולם. בהקשר לרשת, אפס יום בערימה של IEC 61850 יכול להיות מנוצל כדי להפריע להפרעות ביטחוניות, דורשות אבטחה קבועות, דורשות.

ביצועים ושקיפות Constraints

כמה תקנים פתוחים נועדו למקרים ספציפיים לשימוש ולא יכולים לעמוד בדרישות השקיפות של יישומים מתעוררים.לדוגמה, IEC 61850 ערכים מדגם (SV) יכול להשיג דיוק תת--1ms על רשתות Ethernet ייעודיות, אך כאשר מועברים מעל לרשתות רחבות רחבות (למשל, בין תת-תאימות), ביצועים מדרגות.

רכוש רוחני והכחשה

בעוד שסטנדרטים פתוחים אמורים להיות ללא תמלוגים, חלקם כוללים פטנטים חיוניים (SEPs) כי חייב להיות מורשה תחת הוגן, סביר, ותנאים שאינם מפלים (FRAND) העלות והודאות המשפטית של הרישוי יכולים להרתיע אימוץ, במיוחד עבור ספקים קטנים יותר. ארגונים כמו IEEE ו- IEC יש מדיניות לניהול SEPs, אך עדיין להתעורר (למשל, בטענות IP לתקני אבטחה קריטיים).

כיוונים עתידיים: הגל הבא של התקנים פתוחים למכשירים גריאד

הרשת החכמה של 2030 תהיה מבוזרת הרבה יותר, דיגיטלית ודינמית מאשר היום סטנדרטים פתוחים חייבים להתפתח כדי לעמוד בדרישות חדשות. מגמות מפתח מעצבות את העתיד של יכולת פעולה של מכשיר רשת כוללים:

גנטיקה ומודלים סטנדרטיים של נתונים

תאומים דיגיטליים - העתקים וירטואליים של נכסים ברשת - באופן טבעי על מודלים נתונים עשירים, סטנדרטיים כדי לדמות ולייעל פעולות.מודל המידע המשותף (CIM) מתרחב לכיסוי DER, אחסון ותפעול שוק. סטנדרטים חדשים כמו IEEE 1815.1 (DNP3 מיפוי ל-IEC 61850) ופרופיל IEC 61850 עבור DER הם פערים הדוקים בין נתונים תפעוליים ו-IEC 6KY (IEC 61850) ו-IEC).

אינטגרציה Wireless ו-5G

רשתות 5G מבטיחות תקשורת נמוכה יחסית (URLLC) שיכולה להחליף קשרים חוטיים להגנה ובקרה.עם זאת, 5G אינה תקן פתוח ל-Se; היא קבוצה של סטנדרטים המוגדרים על ידי 3GPP. פרופילים ספציפיים Grid בתוך 5G, כגון הרחבות רשת רגישות בזמן (TSN), נחקרים.

כאשר מחשוב עובר לקצה (למשל, בקרים של קטנטן, שערי IoT), פרוטוקולים קלים כמו MQTT, AMQP, ו Sparkpello הופכים קריטיים.האדריכלות הבלתי מזוהמת של Open Process Communication Foundation (OPC UA) צוברת מתחנן עבור IoT בסביבות תעשייתיות.פרוטוקולים אלה מאפשרים מקיפים, מאובטחים, נתונים סינכרוניים ממיליוני מכשירים ללא צווארי בקבוק מרכזי.

Blockchain ואנרגיה טרנסאקטיבית

שוקי אנרגיה פשטרה-טור-ל-peer וטכנולוגיות אנרגיה טרנסאקטיביות דורשים רשומות עסקאות מבוזרות, בעוד שאף תקן פתוח יחיד לא התפתח, יוזמות כמו קרן האנרגיה (EWF) מפתחים ערכות כלי קוד פתוח וממשקי תקשורת עבור DERs. Interoperability בין שכבות blockchain ופרוטוקולים רשת (למשל, OpenADR) יהיו חיוניים ל-Time.

בינה מלאכותית / ML ו-Smantic Interoperability

מודלים של למידת מכונות החיזוי עומס, דור או תקלות צריכים גישה למידע איכותי, שכותרתו סטנדרטים פתוחים יכולים לכלול סטיות סמנטיות (למשל, באמצעות IEC 61 850 כינוי לוגיות) שהופכות את הנתונים למכונה לקריאה. לעבוד על מוסכמות, כגון מודל אדריכלות Smart Grid (SGAM), מאפשר חילופי נתונים משמעותיים על פני תחומים.

תפקידם של ממשלות וארגונים בתעשייה

אישור אימוץ תקני פתוח דורש פעולה מתואמת ממגזרים ציבוריים ופרטיים.

מדיניות הממשלה והשוק

רגולטורים יכולים לחייב סטנדרטים פתוחים למכשירי רשת כחלק ממקרי קצב או כללי קישור.לדוגמה, ועדת האולנס הציבורית של קליפורניה (CPUC) כלל 21 דורשת כי מעכבי DER תומכים ב- IEEE 2030.5.חבילת האנרגיה הנקיה של האיחוד האירופי מדגישה את יכולת ההתערבות במטר חכם וניהול רשת.

תמריצים, מענקים, וקצבים מבוססי ביצועים יכולים לעודד שירותים כדי לאשר עדיפות עלות נמוכה עלות מעלה.

תוכניות ניהול והסמכת תעשייה

גופים כמו הנציבות האלקטרונית הבינלאומית (IEC), IEEE, ומועצת תקני האנרגיה הצפון אמריקאית (NAESB) מפתחים ושמירה על סטנדרטים הליבה של קבוצות משתמשים - כגון קבוצת המשתמשים הבינלאומית UCA, OpenADR Alliance, וועדת הטכנית MQTT - מספקים פורומים למפרט הדרכה, בדיקות הסמכה מבטיח כי מכשירים שכותרתו "61IEC 61, 000" דורשות למעשה מוצרים משותפים יותר ויותר.

פרויקטים משותפים כמו "Blocks מבחן אפשרויות" המנוהלים על ידי המעבדה הלאומית של צפון מערב האוקיינוס השקט (PNNL) ומעבדת האנרגיה מתחדשת הלאומית (NREL) דה-סיכון סטנדרטים חדשים על ידי אימות אותם בסביבות רשת מדמות.

חינוך ופיתוח כוח העבודה

סטנדרטים פתוחים שימושיים רק אם מהנדסים, טכנאים, ומפעילים יודעים כיצד ליישם ולשמור אותם.אוניברסיטאות משלבות סטנדרטים חכמים ברשת לתוך תוכניות לימודים, ותוכניות הסמכה מקצועית (למשל, מומחה חכם של IEEE) כוללים מודולים על יכולת הדדית. השקעות באימון מפחית את עקומת הלמידה ומהירויות אימוץ.

מסקנה

סטנדרטים פתוחים הם עמוד השדרה של רשת חשמל חסכונית, ועתידית לקריאה בעתיד.הם לשבור את הקירות של מנעול הספק, ומאפשר שילוב מהיר של מתחדשים ודרס, לשפר את אבטחת הסייבר, ופותח את מלוא הפוטנציאל של טכנולוגיות דיגיטליות מתקדמות.עם זאת, אימוץ שלהם אינו אוטומטי.

מודרניזציה גריד אינה פרויקט חד פעמי אלא מסע מתמשך.על ידי הטמעת סטנדרטים פתוחים להשגה, רגולציה ועיצוב מערכת, שירותים יכולים להבטיח שכל מכשיר חדש נוסף נוסף לרשת מחזק את האמינות והגמישות שלו.הנתיב קדימה דורש מחויבות חזקה מממשלות, שירותים, ספקים ותקני F1LT) כדי לשמור על הפתיחות שגורמת למערכת העבודה.

כאשר אנו בונים את הרשתות החכםות של המחר, העיקרון הוא פשוט: 0 ; ⁇ שמדבר שפה משותפת לשרת את כולם טוב יותר מאשר אלה שמדברים רק לעצמם.

לקריאה נוספת על סטנדרטים פתוחים קריטיים ברשת, להתייעץ עם המשאבים הבאים:

⁇ 0 (IEC 61850: רשתות תקשורת ומערכות לאוטומציה של כוח)
(ב) סעיף 20.5 - תקן עבור פרופיל אנרגיה חכמה
(FLT:0DNP3 Protocol Review) DNP משתמשים GroupIRLT:1
(ב) ברית פתחה (OpenADR Alliance) – Standardd Demand Response StandardsFLT:1
(ב) ,0) ,NIST Smart Grid Interoperability Frameworkeurph

התפקיד של תקנים פתוחים בהבטחת יכולת בין-אופרציה של מכשירים גריידיים

Table of Contents