האבולוציה המהירה של טכנולוגיית הרשת התאית נכנסה לעידן חדש עם המסחר של הדור החמישי (5G) מערכות אלחוטיות, בעוד הרבה תשומת לב ציבורית התמקדה בטלפונים חכמים מהירים יותר ופס רחב סלולרי משופר, ההשפעה הטרנספורמציה ביותר של 5G צפויה להתרחש בתחומים תעשייתיים ותשתיות. בין אלה, המודרניזציה של רשתות חשמל חכמות - לעתים קרובות נקראות רשתות חכמות - הן מסורתיות כיישומים קריטיים של חשמל ורשתות חכמות, שנועדו לשילוב של רשתות חכמות, ומערכת תקשורת חכמה, אשר נועדו לשילוב של רשתות חכמות.

הבנת רשתות חכמות ותקשורת צריכה

בליבתו, רשת חכמה היא רשת חשמל המשתמשת בטכנולוגיה דיגיטלית לפקח וללנהל את התחבורה של חשמל מכל הדורות מקורות כדי לענות על דרישות חשמל משתנות של משתמשי קצה.בניגוד לרשת המורשת, אשר מסתמכת על מתגים אלקטרו-מכניים ותובנות ידניות, רשת חכמה משלבת תשתיות מתקדמות של מטר (AMI), יחידות מדידה מבוזרות (PMUs), מקורות אנרגיה מבוזרים (D), ואלקטרוניים (מערכות בקרה) עם רכיבים מרכזיים אחרים.

דרישות התקשורת של רשת חכמה הן מגוונות ותובענות.לדוגמה, מערכות מודעות רחבות טווח דורשות שקיפות תחת 20 מילי שניות ושיעורי נתונים של עשרות מגהביט לשנייה.הגנה ובקרה יישומים, כגון הגנה שונה לקווי שידור, דרישות למשרות מתחת ל 5 מ"ר שניות" (Lux) וביקוש למיליונים של נקודות קצה, אשר חייב להיות אמין, כלומר, דרישות שירות קיבולת של 4GTexit, אך ורק לכיסוי איכותי תיבות של קיבולת מוגבלת, לעומת 5G.

מדדי ביצועים חשובים לתקשורת חכמה

  • (FLT:0)Ultra-Reliable Low-Latency תקשורת (URLLC): ⁇ FLT:1 Latency as 1 מ"ג לשנייה עם 99.999% אמינות להגנה ולתאי בקרה.
  • (FLT:0)Enhanced Mobile Broadband (eMBBib): FLT:1 Downlink מאיצה 1 Gbps עבור ניטור רשת ברזולוציה גבוהה, בדיקת וידאו של ציוד, והנתונים הגדולים עולים מ PMUs.
  • (FLT:0) תקשורת מסוג מכונות מסוג (mTC): תמיכה של עד 1 מיליון מכשירים לקילומטר רבוע, המאפשרת רשתות חיישן צפופה בתת-תחסין, פולים הפצה, ומיקום לקוחות.
  • (FLT:0Network Slicing: FLT:1) היכולת ליצור רשתות וירטואליות מבודדות המותאמים יישומים מסוימים ברשת חכמה, כגון פרוסה ייעודית להגנה על אות ועוד עבור נתונים ממטר.
  • רשתות 5G באופן טבעי תומכים מחשוב רב-גישה (MEC), המאפשרות יישומים רגישים לעקביות כמו זיהוי תקלות לרוץ בקצה הרשת ולא במרכז נתונים מרוחק.

כיצד 5G משפר את יכולת הטיפוח של Smart Grid

5G אינו רק שדרוג מצטבר מ 4G; הוא מייצג שינוי יסודי בארכיטקטורה וביכולות רשת. עבור רשתות חכמות, זה מתורגם לכמה שיפורים קונקרטיים אשר ישירות לטפל נקודות כאב מבצעיות ארוכות טווח.

העברת נתונים במהירות גבוהה למעקב בזמן אמת

חיישנים ברשת חכמה מודרניים מייצרים כמויות עצומות של נתונים.לדוגמה, אחד PMU מייצרת 60 דגימות לשנייה יוצר סביב 1.5 MB של נתונים לדקה. עם אלפי PMUs על פני אזור שירות גדול שירות שירות שירות שירות, הנתונים המצטברים באמצעותput יכולים לעלות על ג'יגה-בייטים מרובים לשנייה. 5G של יכולות eMBB לספק את רוחב הפס הדרוש כדי לשאת נתונים זה ללא דירוג או אובדן, ומאפשרים לשלוט מרכזי כדי לשמור על תצוגה בזמן אמתי של זמן של נתונים מתקדמים כגון יישומים מתקדמים כגון דינמית.

Ultra-Low Latency for Grid Protection and control

יציבות גריידית תלויה במהירות שבה ממסרי הגנה יכולים לבודד תקלות. במערכות מסורתיות, עיכובים בתקשורת יכולים לגרום לאשמה להפיץ, המוביל ל-Blackouts נרחבים. כתובת ה-URL של 5G מפחיתה את החדירה העגולה לטווח חד-מילי השני, מה שהופך אותו אפשרי להחליף אות הגנה ייעודית או מבוססת סיבים עם קישורים.

קישוריות למכשירים מרובים לאינטרנט של הדברים

רשת חכמה עשויה לכלול מיליוני נקודות קצה: מ"ח חכם, חיישני הפצה, בקרים בבנקים, סוגרים ו הרגולטורים מתחים.מכשירים אלה לעתים קרובות לשדר כמויות קטנות של נתונים באופן בלתי צפוי, אבל המספר העצום של אותם יוצרים אתגר תחזוקתי.5G של מערכת LTE, אופטימיזציה למשאבים נמוכים ולתיחה, יכול לתמוך עד 1 מיליון דולר לכל היותר, ומאפשרת ל-Kirme, אפילו להפעלה של חיי סוללה של 10G.

אבטחה משופרת ורשת Reliability

אבטחת סייבר היא דאגה מרכזית לתשתיות קריטיות.5G רשתות משלבות הצפנה חזקה יותר (AES-256), אימות הדדי והגנת זהות המנויים. Beyond Basic Security, רשת של 5G מאפשרת שירות להפעלת רשת לוגית מבודדת לחלוטין עבור פונקציות הרגישות ביותר שלה, מניעת זיהום חוצה-שטח עם תנועה ציבורית.בנוסף, 5G תומך בנתיבים אדומים ורב-קשרות, שבו מכשיר יכול לשמור על מספר רב של תחנות, אפילו על בסיס זה, או פוגעני, אם הוא עדיין פוגעני, אם הוא גורם פוגעני, או פוגעני, אם הוא פועל נגד תחנת תקשורת אחת, או אמצעי לחימה אחד, או אמצעי לחימה אחד, או פוגעני, או פוגעני, גם כן, אם הוא פועל באופן קבוע, או פוגעני, או פוגעני, או פוגעני, או פוגעני, או פוגעני, או פוגעני, גם כן, או כלי תקשורת אחת, או אמצעי תקשורת אחת, אם הוא פועל באופן קבוע, אם הוא פועל באופן קבוע, אם הוא כלי תקשורת אחת, אם הוא פועל באופן קבוע, או פוגעני, או פוגעני, או פוגעני, גם כן, או פוגעני, או פוגעני, או כלי תקשורת אחת, אם הוא פועל על בסיס קבוע, אם הוא פועל באופן קבוע, אם הוא כלי תקשורת

תיקי שימוש חכמים מרכזיים ניתן ל-5G

בעוד שהתכונות הטכניות של 5G משכנעות, הערך שלהם הוא הבין ביותר באמצעות מקרים ספציפיים של שימוש שכבר נבדקים או מופרסים על ידי שימושים ברחבי העולם.הסעיפים הבאים מפורטים את היישומים המשפיעים ביותר.

אוטומציה מתקדמת

אוטומציה של הפצה כוללת את ניטור מרחוק ושליטה של ציוד על רשת בינונית ונמוכת נמוך-וול-וול-וול-וול-וול-הגובות האוטומטיות שמשחזרות שירות לאחר תקלה זמנית, החלפת בנק לתקנות מתח, ומיקום תקלות, בידוד, שחזור שירות (FLISR) אלגוריתמים אלה דורשים מהירויות נמוכות, תקשורת אמינה מאוד לביצוע בתוך מחזורי גל ה-ACform 5G מאפשר ליישם מספר שניות לאחר סימולציה של אטומית, אפילו לאחר מספר שניות לאחר פיילוטים מסורתיים, לאחר אטומים באזורים מסורתיים של פיילוטים מסורתיים, ללא מגבלות, למעטים מסורתיים, לאחר זמן קצר, ומעבדות אוויריות, לאחר זמן קצר.

דרישות תגובה ומחיר דינמי

תוכניות תגובה דורשות להגביר את הצרכנים להפחית או לשנות את השימוש שלהם חשמל במהלך תקופות שיא. תגובה יעילה דורש מבוסס על תקשורת מהירה, דו-כי-כיונית בין השירות, אגגורים, מכשירים חכמים בבתים ועסקים. יכולות mMTC של 5G מאפשרות למיליוני תרמוסטטיס, מטען רכב חשמלי ומים כדי לקבל אותות מחיר ולהגיב באופן אוטונומי.

שילוב משאבי אנרגיה

מקורות אנרגיה מתחדשת כמו פאנלים סולאריים וטורבינות רוח, יחד עם מערכות אחסון סוללות, מחוברים יותר ויותר לרשת ההפצה. משאבי האנרגיה המופצות האלה (DERs) מציבים אתגרים כי התפוקה שלהם משתנה, והמניעים שלהם יכולים אינטראקציה עם הרשת בדרכים מורכבות. 5G מאפשר ניתוח מדויק, נמוך-latency שליטה של מעכבי DER, המאפשר להם לספק שירותי תמיכה ברשת כגון תנודתיים / RUSD, ו-G-ER, לדוגמה, כדי לענות על תפקוד מתקדם של 5G.

מודעות מצבית רחבה

מערכות מודעות מצביות לאסוף ולהציג נתונים בזמן אמת מכל רשת השידור. Phasor מדידות (PMUs) הן עמוד השדרה של המערכות האלה, המספקות מדידות מסונכרנות של מתח וphasors נוכחיים. כדי לתפקד כראוי, הנתונים של PMU חייבים להיות מועבר עם רמות נמוכות וקבועות של קודרנטי.5G מבטיח כי נתוני PMU מגיעים לרשת הבקרה מוקדם יותר עם מרכזי תקשורת מרובים של מילימטרים מוקדם יותר, בנוסף ל-מחדשניים.

תחזוקה חיזוי וניהול נכסים

Utilities לבלות מיליארדי דולרים מדי שנה על תחזוקה תשתיות.על ידי פריסת חיישנים מחוברים 5G על פני המשתנים, שוברי מעגלים, קווי שידור, מפעילי יכולים לפקח על רטט, טמפרטורה, גז מבוזר, ופרמטרים אחרים ברציפות. אלגוריתמי למידת מכונה לרוץ בשרתים קצה יכולים לזהות anomalies indicative של כישלון מתמשך - כגון פריקה חלקית במבודד - וליצור התראות רוחב הפס הגבוה של 5G מאפשר גישה מהירה של מחזור חיים, תוך כדי תמיכה מהירה של נתונים המבוסס על בסיס לוח זמנים של זמן קצר.

אתגרים ופתרונות ב- 5G עבור רשתות חכמות

למרות היתרונות הטכניים ברורים, הדרך לאימוץ 5G נרחב במגזר השירות אינה ללא מכשולים.השימושיות חייבות לנווט נוף מורכב של עלות, רגולציה, שילוב טכני ואבטחת סייבר.סעיף זה בוחן את האתגרים העיקריים ואת האסטרטגיות המתעוררות כדי לטפל בהם.

עלויות תשתית וכיסוי

חלוקת רשת 5G ייעודית עם כיסוי גיאוגרפי מלא - במיוחד במסדרונות שידור מרוחקים - השקעה משמעותית הון. Utilities אינם חברות תקשורת, ובניית רשתות 5G פרטיות יכול להיות יקר באופן בלתי חוקי עבור כל אך המפעילים הגדולים ביותר. פתרון מעשי הוא המודל ההיברידי: שירותים משותפים עם מפעילי רשת פרטית כדי למנף את הכיסוי המאקרו שלהם, תוך פריסת תאים קטנים 5G פרטיים במסגרות אחרות, כמו גם תוכניות רדיו מאובטחות.

שיקולים ספקטרום וספקולציות

במדינות רבות, כלי אנרגיה כפופים לתקנות מחמירות לגבי פרטיות נתונים, אמינות והגנה על תשתיות קריטיות.הקצאת ספקטרום רדיו לתקשורת רשת חכמה משתנה על ידי סמכות שיפוטית, ועיכובים במכירה פומבית של ספקטרום יכולים להאט את הפריסה. Utilities חייב גם להבטיח כי 5G מכשירים לציית לסטנדרטים תאימות אלקטרומגנטית כדי למנוע התערבות עם ציוד רשת רגיש.סגור בין הרגולטורים ואמצעים הוא חיוני כדי לקבוע הנחיות ברורות, כגון מדינות, כמו גם עבור גרמניה, כמו גם ספקטרום חכם, כמו גם ספקטרום יישומים עבור יישומים ייעודי עבור יישומים ייעודי עבור יישומים עבור יישומים ייעודיים, כמו גם עבור יישומים עבור יישומים עבור פיתוח רשת טכנולוגיה מתקדמת, כמו גם עבור יישומים עבור פיתוח רשת טכנולוגיה מתקדמת עבור יישומים אחרים.

אבטחת סייבר וחוססן

בעוד 5G מציע תכונות אבטחה משופרות, הקישוריות המוגברת של מכשירים חכמים גם מרחיבה את פני השטח התקפה. חיישן מחובר 5G יכול לשמש כנקודת כניסה לרשת השירות.כדי להפחית את זה, הכלים צריכים ליישם ארכיטקטורות אפס-אמון, שבו כל מכשיר הוא אותנטי ומוסמך באופן אישי, רשתות סליקה רשת מספקת בידוד הגיוני, אך בידוד פיזי באמצעות רשתות ליבה נפרדות עשוי להיות נדרש עבור פונקציות קריטיות יותר ובדיקה רגילה של מערכות אבטחה (כגון סודיות) כדי למנוע סודיות סטנדרטיות (כגון מנגנונים סטנדרטיים) כדי למנוע מנגנונים סטנדרטיים) כדי למנוע מנגנונים סטנדרטיים של מערכות אבטחה סטנדרטיים (PTG בלבד.

שילוב עם Legacy Systems

רוב השירותים פועלים תערובת heterogeneous של פרוטוקולי תקשורת מורשת (למשל, DNP3, Modbus, IEC 61850) וציוד שלא תוכנן לרשתות מבוססות IP. integrating 5G נקודות לעתים קרובות דורשות שערים פרוטוקולים ותאים, הוספת מורכבות ואימוץ של סטנדרטים כמו IEC 61 850 (אשר מגדיר תקשורת עבור תת-התאימות) לשימוש בפרוטוקולים מסוימים של UTT יכול כעת לפשט נתונים חיצוניים.

תחזית: 5G-Enabled Smart Grid

ההתכנסות של 5G עם טכנולוגיות מתפתחות אחרות - כגון בינה מלאכותית, מחשוב קצה ותאומים דיגיטליים - תורמת לפתיחה של יכולות רשת חכמות יותר ומתוחכמות יותר.

רשת זמן-רגישה מעל 5G

רשת זמן-רגישה (TSN) היא מערכת של סטנדרטים המספקים תקשורת ⁇ סטית, נמוכה-ג'יטר על Ethernet.כאשר בשילוב עם כתובת 5GURLC, TSN יכול להרחיב תקשורת אלחוטית למכשירים מרוחקים.זה חשוב במיוחד עבור יישומים הדורשים תיאום מדויק, כגון הזריקה נוכחית מסונכרנית לבדיקות שגויות או הפעלה מקבילים של מספר מופנים במיקרוגרידיים.

רשתות פרטיות 5G for Service Campus

ככל שהספקטרום הופך להיות נגיש יותר ו- 5G עלויות חומרה יורדות, שירותים רבים יפיצו את רשתות 5G הפרטיות שלהם לשימוש בתוך תת-תחומיות, מרכזי בקרה וקמפוסים עסקיים. Private 5G מציע שליטה מלאה על איכות השירות, האבטחה והמקומיות של הנתונים.זה יכול להיות משותף עם רשתות ציבוריות, אך לפעול באופן עצמאי עבור פונקציות קריטיות.

Edge מחשוב ו-Real-Time Analytics

Multi-access Edge מחשוב (MEC) מציב משאבים תואמים בתחנת הבסיס 5G או נקודת הדבקה, המאפשר ניתוח ובקרה בקצה הרשת.עבור רשתות חכמות, זה אומר כי אלגוריתם זיהוי תקלות יכול לרוץ בתוך כמה מאות שניות של עומס הנתונים שנוצר, ללא תנועה מונעת ליישומים מבוססי צוק מרכזי יכול גם לפעול באופן אוטונומי גם אם backha backa back to aconated חיבור למרכזי תקשורת לא יכול לשנות את הפחתתו, ללא יכולת פעולה מרכזית עבור ענן מרכזי.

תאומים וסימולציות

תאום דיגיטלי הוא העתק וירטואלי של נכס פיזי או מערכת שניתן לעדכן בזמן אמת באמצעות נתוני חיישן.עם 5G המספקים פלט גבוה, זרימה דלת-עוצמה נמוכה, שירותים יכולים ליצור תאומים דיגיטליים של מזין הפצה שלם או תת-תאימות.אופרות יכולות להפעיל תרחישים "מה-אם" - כגון החלפת בנק קפיטור או לשפוך עומס דיגיטלי - על בסיס דיגיטלי לפני ביצוע ההשלכות של החלטות לא נכונות.

מסקנה

קישוריות 5G היא הרבה יותר מאשר רשת ניידת מהירה יותר; היא טכנולוגיה בסיסית לדור הבא של רשתות חשמל. על ידי מתן תקשורת נמוכה יחסית, קיבולת מוגברת, אבטחה מוגברת כי יישומים חכמים ברשת, 5G מאפשר שירותים להשגת יעילות גבוהה יותר, שילוב יותר אנרגיה מתחדשת, להגיב תקלות והפרעות עם מהירות חסרת תקדים, בעוד שיישומים ברשת חכמה דורשים אינטגרציה של 5G, להמשיך את מערכות הראייה המודרנית, להמשיך לפתח ביעילות גבוהה יותר, לחץ חשמלי גבוה יותר, ולהוביל יותר, כדי להגדיל את המורכבות של מערכות אבטחה גבוהה יותר, כדי להגדיל את הגמישות של אנרגיה מתחדשת, ולהוביל יותר, ולקדם את המורכבות של מערכות אבטחה גבוהה יותר, היא גבוהה יותר, 000.

(ב) לקריאה נוספת, עיין במפרט ה-URL:0.3GPP (מפרטים) ב-URLLC ו- mMTC, ב-FLT:2IEC Smart Grid StandardsFLT 3, וב-FLT:4NIST Smart Grid Grid NetworkFFLT:5 Utilities and Networkors Around the World כבר מדגימים 5G החכם, ו-FLT 4NIST רק בשנים הקרובות.