Smart Grid İletişiminde 5g Connectivity Etkisi

Telekomünikasyon teknolojisinin hızlı evrimi, dünyadaki kritik altyapıyı yeniden şekillendirmekte ve enerji sektörü, 5G, 5G'nin 5G'nin yuvarlanmasıyla, bu bağlantı standardını, geç hızları, dağıtımını ve tüketimini aşarak, elektrik şebekesine uygulanan 5G'in aktif bir şekilde entegre edilmesi ve akıllı ağların ve ağların her katmanına entegre edilmesi gerekir.

Akıllı Izgaraları Anlamak

Akıllı bir ağ tek bir teknoloji değil, geleneksel elektrik şebekelerine kapsamlı bir yükseltme. Geleneksel ağ sistemleri alt istasyonların ve müşteri metrelerinin ötesinde olan sınırlı görünürlükle çalışır. Gerçek zamanlı algılama, otomatik kontrol ve ağla dinamik olarak denge sağlama yeteneğine sahiptir. Akıllı şebekeler bu eksiklikleri gömmek için dijital iletişim, sensörler, gelişmiş metre altyapı (Akademik), fasor ölçüm birimleri (PMU) ve enerji kaynakları (DER) yönetim sistemleri ağların kumaşına dağıtıyor.

Akıllı bir ızgaranın temel hedefleri şunlardır:

Bu hedeflere ulaşmak için, akıllı bir ağ, fiber optik, güç-line taşıyıcı (PLC) dahil olmak üzere bir tel üzerinde güvenilir, güvenli ve düşük seviyeli iletişim ağına bağlıdır (G, 4G LTE).Her biri uzaktan alanlarda dağıtmak için, PLC gürültüden muzdariptir ve 4G LTE, birçok uygulama için yeterli olsa da, ultra-reliable düşük iletişim (LC) ve büyük bir makine (LC) ve C) ile 5G arasında bir bağlantı kurmanın maliyeti vardır.

Grid İletişiminin Evrimi

4G LTE'den 5G'ye: A Generational Leap

Dördüncü nesil LTE ağları erken akıllı ağ pilot projeleri için arka kemiği olarak hizmet etti.Onlar, ara sıra kontrol ve veri alımı için yeterli bant genişliği sağladılar (SCADA) sinyalleri. Ancak, grid mimarisi olarak 30-50 milisaniyenin tipik bir yuvarlak-dönüşümlülüğü olarak, bu görev için yetersizlikler.

5G, bu ihtiyaçları Uluslararası Ttelekomünikasyon Birliği (ITU) ve 3GPP standartları tarafından belirlenen üç birincil hizmet kategorisi aracılığıyla ele almaktadır:

Ek olarak, 5G ağ bölmesini sağlar - sanal, izole ağ bölümlerini garanti edilen performans parametreleri ile oluşturma yeteneği. Bu esneklik, daha önceki hücresel nesiller için özel bir dilimde çalışabilir.

5G Smart Grid İletişimi Nasıl Dönüştürüyor

Gerçek Zamanlı Veri İletim ve Kontrol

Akıllı şebekelerde 5G'nin en acil etkisi, geç saatlerde azalmadır. 5G URLLC yetenekleri ile kontrol komutları, bir milisaniye altında alan cihazlarına ulaşabilir. Bu, hızlı ağ stabilizasyon stratejileri uygulamak mümkün kılar:

Sensör Ağları için Kitlesel Cihaz Bağımlılığı

Dağıtım ızgarası bugün büyük ölçüde kabul edilemez. 5G'nin mMTC kapasitesi, güç hatları, transformatörler ve kutuplar üzerinde binlerce düşük maliyetli sensör dağıtmayı ekonomik olarak mümkün kılar. Bu sensörlerin sıcaklığı, titreşim, mevcut, gerilim ve hatta hava koşullarını ölçmek için bayraklanabilir.

Gelişmiş Güvenlik ve Dayanıklılık

Güvenlik kritik enerji altyapısı için önemlidir. 5G önceki nesiller boyunca birkaç güvenlik geliştirmesini içerir:

Dahası, 5G'nin düşük gecikme ve yüksek güvenilirlik, siber saldırıların ve uzlaşma segmentlerinin daha hızlı tespit edilmesini sağlar ve saldırı yüzeyini azaltır. Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) gibi standart bedenler bu çerçevelerden faydalanabilir.

Farklılaştırılmış Hizmetler için Ağ Slicing

Ağ kesintisi belki de hizmetler için en devrimci özelliktir. Tek bir 5G radyo erişimi ağı ve çekirdeği birden çok mantıksal ağa ayrılabilir, her biri belirli bir performans profiline özel olarak tanımlanabilir. Örneğin:

Bu incelik yeteneği, hizmet işlemleri destek sistemleri ile entegre edilen ağ üzerinden devralma veya kiralama imkanı sağlar.3GPP ve ETSI gibi operasyonel maliyetleri azaltırken, operasyonel maliyetleri azaltır.

5G-Enabled Smart Grids

Geliştirilmiş Güvenilirlik ve Outages azaltıldı

Otomatik hata yeri, izolasyon ve hizmet restorasyonu (FLISR) sistemleri doğrudan düşük ücretli iletişimden faydalanıyor. 5G ile bir dağıtım beslemesi üzerinde bir hata tespit edilebilir ve 100 milisaniye altında izole edilebilir ve hizmet, saniyeler içinde yedek parçalara restore edilebilir.

Yenilenebilir Enerjinin İyileştirilmesi

Güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklar doğal olarak değişkendir. 5G, anilerin gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve akıllı inverterlerin şebeke stabilitesini korumak için hassas kontrolü sağlar. Örneğin, 5G bağlantılı batarya depolama sistemi, milisans içinde aniden güneş enerjisine cevap verebilir, rampaları yumuşatmak için güç verir. Bu yetenek, şebekeler hırslı yenilenebilir penetrasyon hedefleri belirlemek için kritiktir.

Operasyonel Maliyet Tasarrufları

Otomasyon ve tahmin edici bakım, manuel denetimler ve acil onarımlar için ihtiyaç duyulan ihtiyacı azaltır. Örneğin, her yıl görsel olarak incelemeye bir ekip göndermek yerine, hizmetler makine öğrenme algoritmaları tarafından analiz edilen sürekli sensör verilere güvenebilir. Bu, iş maliyetlerini azaltır, araç yakıtını ve karbon emisyonlarını azaltır. Ek olarak, 5G özellikli kapasitör bankaları ve gerilim düzenleyicileri ile hassas gerilim düzenlemeleri, büyük dağıtım hizmetleri için 3-5% arasında daha düşük hat kayıplarına neden olabilir.

Empower Consumers ve New Business Models

5G tarafından desteklenen Smart metre, tüketicilere yakın zamanlı kullanım verileri sağlayabilir, EV sahipleri için zaman kullanım kolaylığı ve otomatik yük geçişi sağlar. Elektrikli araç şarj cihazı, gelecekteki 5G özellikli V2G hizmetleri için zaten 5G özellikli olarak test edilebilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Vaka Çalışmaları

Pilot Projeler ve İşbirlikleri

Satışcı Ekosystem ve Standartlar

Nokia, Ericsson ve Huawei gibi büyük telekomünikasyon ekipmanları satıcıları, özellikle kamu olmayan ağlar için 5G çözümleri sunmaktadır. Bu çözümler, lisanslı, paylaşılan veya lisanssız spektrumlara entegre edilen endüstriyel kontrol için optimize edilmiş temel istasyonlar ve API'ler.

İşsizlik ve Deployment

Altyapı Maliyetleri ve Coverage

Büyük kırsal veya uzaktan alanlarda 5G ağı işe alımk pahalı olabilir. Utilities mobil ağ operatörleri (MNOs) ile ortaklığa veya özel 5G altyapısına yatırım yapmak veya ABD Federal İletişim Komisyonu'nun (FCC) 3,5 GHz Vatandaşları Broadband Radyo Servisi (CBRS) grubu özellikle de ortak bir coğrafi alanda kullanım imkanı sağlar.

Interoperability and Legacy Systems

Birçok hizmet, DNP3, IEC 61850 ve Modbus gibi özel iletişim protokolleri kullanarak on yıllardır eski ekipmanlarını işletmektedir.5G, bu protokolleri ve IP tabanlı 5G ağları arasında çevirip, IEC 61850-90-2 gibi endüstri standartlarının nasıl haritalamalı otomasyon mesajların IP üzerinden nasıl yapıldığını ve satıcılar 5G etkin uzaktan terminal birimlerinin ( RTUs) geliştirilmesini gerektirir. Bununla birlikte, mevcut cihazlar arasındaki paralel olarak, mevcut cihazlar karmaşık olabilir ve fazlanmış göç stratejileri gerektirebilir.

Güvenlik ve Düzenleme

5G gelişmiş güvenlik özellikleri sunarken, genişletilmiş saldırı yüzeyi - daha fazla cihaz, daha fazla veri, daha fazla ağ arayüzü - titiz siber güvenlik uygulamaları talep ediyor. Utilities, düzenli olarak yalama sistemi ve işlem penetrasyon testleri gerektirir. ABD'de Kuzey Amerika Elektrik Reliability Corporation (NERC) gibi düzenleyici vücutları, büyük ölçüde geniş kapsamlı altyapı korumasına sahip olmak için geçerli olan standartların uygulanması gerekir. 5G dilimleri kullanarak, 5G dilimleri dikkatli bir planlama gerektirir.

Ayrıca, spektrum politikası ülke tarafından değişir. Bazı bölgelerde, hizmetler akıllı ağ iletişim için özel lisanslı spektrum elde edebilir, diğerleri MNO'lara güvenmeli. Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) ve Global System for Mobile Communications (GSMA) gibi kuruluşlar aracılığıyla işbirliği, endüstri IoT için spektrumlarının harmonizasyona doğru çalışır, ancak ilerleme eşitsizdir.

Çevre ve Sağlık Tahminleri

Ortaokul alanlarının yakınında binlerce küçük hücre işletmesi elektromanyetik alan (EMF) maruziyeti konusunda endişeler yaratıyor ve toplum paydaşlarıyla ilgili endişelerini ele almak için toplumla iletişim kurmalı. Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından yapılan çalışmalar, 5G EMF seviyelerinin hala yukarıda iyi durumda olduğunu gösteriyor, ancak halk algısı hala yavaş dağıtımlara yardımcı olabilir.

5G ve Smart Grids'in Geleceği

6.

Altıncı nesil (6G) kablosuz ağların araştırılması zaten devam ediyor, her bileşenin sonundaki cihazlara (orta-mikrosan), daha yüksek veri oranları (İkinci başına eşit), ve algılama ve iletişim yeteneklerinin entegrasyonu. Akıllı ağ için 6G altyapısının değerini maksimize etmek için - jeneratörlerin kendi kendine organize etmek için - enerji ekosistemine katılmak. Ancak, yaygın 5G dağıtım hala erken aşamalarında, bu kadar pratik odak noktası 5G altyapısının değerini maksimize etmek.

Dijital Twins ve AI Entegrasyon

5G, dijital ikiz platformlar için sinir sistemi olarak hareket edecek ve tüm ızgarayı gerçek zamanlı olarak simüle eden olarak hareket edecek.Bu ikizler en büyük sensör verileri 5G ile benzersiz bir şekilde ölçeklendirmek için AI'yı kullanacak ve Horizon 2020 araştırma programlarından destek alan sistemlere adapte olacak.

Elektrikselleştirme ve Dekarbonizasyon

Ulaşım, ısıtma ve endüstriyel süreçler elektrikli elvekil olarak, şebeke, 5G'nin sağladığı iletişim yeteneklerine bağlı olacaktır. 5G özellikli akıllı ağların bu talebi, 5G'nin üzerinde büyük miktarda üretim ve iletim kapasitesi olmadan yönetmek için gerekli olacaktır. Dinamik yük yönetimi, koordineli EV şarj ve gerçek zamanlı fiyat, 5G'nin sağladığı iletişim yeteneklerine bağlıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

5G bağlantılarının akıllı ağ iletişimine entegrasyonu sadece bir artış değildir - elektrik ağlarının nasıl tasarlanabilir, işletilebilir ve ölçeklenebildiği konusunda temel bir değişim temsil eder. ultra-low latency, büyük bir yoğunluk, ağ kesintisi ve gelişmiş güvenlik, 5G, şimdi 5G hazırlığa yatırım yapan, pilot projeler, yaşlanma altyapısı ve güvenilir elektrik tedarik sağlayıcılarının daha iyi bir şekilde dağıtılması için talep eder.