Широкополосная передача данных по электросетям BPL открывает путь для Smart Grid
Для обеспечения безопасной передачи электроэнергии и для стабильной эксплуатации сетей и оборудования необходим баланс между предложением электроэнергии и ее потреблением. Таким образом, крайне важно обладать точными, оперативными данными о производстве энергии, а также иметь возможность контролировать и автоматически управлять ее последующим использованием. Чтобы интеллектуальные сети и интеллектуальный учет стали реальностью, нужно иметь мощную коммуникационную платформу, которая способна передавать информацию о состоянии энергосистемы в режиме реального времени. Эта платформа должна:
- иметь IP-основу,
- быть высокоскоростной,
- обеспечивать безопасную передачу данных.
Системы, использующие технологии широкополосной передачи данных по электрическим проводам Broadband Powerline (BPL технологии), отвечают всем вышеперечисленным требованиям и являются наиболее экономичными и эффективными. Система BPL Aranuka – оптимальное, недорогое решение для интеллектуальных сетей, не требующее абонентской платы и зависимости от сторонних организаций.
Сравнение PLC и BPL технологий
Идея использования линий электроснабжения для передачи информации не нова. Давно известна так называемая Narrowband Power Line Communication (PLC) технология. Недостатки PLC – это низкая скорость передачи данных из-за узкой полосы пропускания и невозможность сбора информации в реальном времени для большого количества устройств, так как доступ к ним осуществляется по последовательному протоколу.
Рисунок 1: Сравнение PLC и BPL технологий
Технология BPL устраняет оба этих недостатка. В BPL системах информация передается на частотах до 30 МГц (рис. 1), а для доступа к устройствам используются протоколы TCP/IP, что позволяет осуществлять обмен информацией между устройствами, находящимися в сети, в режиме реального времени.
Система BPL позволяет быстро и легко расширять ее, не требуя отключений на низком напряжении. Программное обеспечение – система управления сетью – осуществляет постоянный контроль и оптимальное централизованное конфигурирование устройств BPL.
Анализ стоимости развертывания и эксплуатации каналов связи
Преимущество BPL Aranuka очевидно: электрические сети подходят к каждому жилому и коммерческому зданию. Данное решение может применяться для передачи любого массива информации, как в сетях низкого напряжения, так и в сетях среднего напряжения с любой топологией (точка-точка, древовидной, звезда, mesh). Технология BPL использует передовые телекоммуникационные стандарты передачи данных, тем самым обеспечивая гибкость и надежность. Данное решение позволяет существенно снизить капитальные затраты на создание сетей связи по сравнению со строительством новой оптической линии, а также избежать эксплуатационных расходов, связанных с арендой кабельных коллекторов и абонентской платы за передаваемый трафик (рис. 2).
Рисунок 2: Сравнительный анализ стоимости развертывания и эксплуатации каналов связи
Использование технологии BPL позволяет энергетическим компаниям и другим участникам рынка без существенных затрат с их стороны, задействовав имеющиеся электрические кабели, обмениваться необходимыми телеметрическими данными, иметь актуальную информацию с устройств телемеханики, МП РЗА и различных приборов учета.
Основы технологии и принципы организации BPL сетей
В простейшем случае (соединение «точка-точка») для организации широкополосной передачи данных по кабельной линии среднего напряжения (6-35 кВ) требуются два BPL модема Aranuka и два высоковольтных соединителя (каплера) для инжекции сигнала в линию. Модем и каплер соединяются коаксиальным кабелем. К модемам могут быть подключены любые Ethernet устройства. Таким образом, между этой аппаратурой формируется прозрачный для пользователей канал связи (рис. 3) с поддержкой протокола TCP/IP со скоростью до 25 Мб/с.
Рисунок 3: Пропускная способность BPL каналов связи
Средой передачи информации служит электромагнитная волна, которая распространяется по кабельной линии (между токопроводящей жилой и броней кабеля) аналогично коаксиальной линии. По воздушной линии распространение сигнала происходит аналогично двухпроводной линии передачи.
Для связи BPL модемы используют OFDM модуляцию, что позволяет сохранять канал связи в условиях переотражения электромагнитных волн. Переданная в модем информация накладывается на 1000 несущих частот в диапазоне спектра от 2 до 30 МГц, причем каждая несущая может модулироваться по одному из следующих алгоритмов: BPSK, QPSK, QAM16, QAM64, QAM256. Процессор модема анализирует состояние шума по всей ширине спектра 6 раз в секунду (рис.4) и, если уровень шума в какой-либо области спектра слишком велик, процессор подавляет несущие частоты в этой области и перераспределяет информацию по несущим частотам в той области спектра, в которой уровень шума минимален. В результате скорость передачи данных падает, но связь сохраняется. Это обеспечивает надежную передачу информации даже в условиях зашумления линии электропередач.
Рисунок 4: Анализ соединений и несущих частот
В более сложных сетях, где необходима связь между несколькими устройствами, каждый BPL модем Aranuka помимо своей основной функции осуществляет еще и ретрансляцию сигнала между другими BPL модемами Aranuka, причем система управления сетью анализирует состояние каналов связи между модемами и автоматически выбирает наилучший маршрут доставки сигнала. Для покрытия расстояния, не досягаемого BPL модемами, могут использоваться BPL репитеры, единственная функция которых – ретрансляция и усиление сигнала. Таким образом, формируется mesh сеть с динамической маршрутизацией, образуемая всеми устройствами системы Aranuka. Это обеспечивает стабильную передачу данных, качество соединения и, соответственно, высокую готовность сети BPL – даже во время процессов коммутации в распределительной сети. Скорость передачи информации в режиме mesh сети – до 25 Мб/c.
Для доставки (приема) сигнала к конечному абоненту требуется перейти с линий среднего напряжения на линию низкого напряжения, а это значит, что возникает необходимость обойти понижающий трансформатор на трансформаторной подстанции (ТП) и выключатель. Для этого в ТП устанавливается два BPL модема Aranuka: один со стороны среднего напряжения, другой со стороны низкого. Эти устройства соединяются Ethernet кабелем. Для модема, подключенного к линии низкого напряжения, не требуется каплер. Модем, установленный в помещении конечного абонента, называется клиентским и включается в электропроводку здания, который питается от данного ТП. Скорость передачи данных по линиям низкого напряжения – до 5 Мб/с.
Разные типы линий электропередач требуют разного типа инжекции сигнала в линии среднего напряжения.
Рисунок 5: Схема монтажа оборудования на кабельной линии 6/10/20кВ
- В кабельных линиях емкостной каплер присоединяется к токопроводящей жиле и броне кабеля. В этом случае электромагнитная волна распространяется между жилой и экраном кабеля.
- В воздушных линиях для инжекции сигнала используется два каплера – они подсоединяются к разным фазам, а с модемом соединяются с помощью коаксиального разветвителя – сплиттера. В этом случае электромагнитная волна распространяется между двумя фазами.
Рисунок 6: Схема монтажа оборудования на воздушной линии 6/10/20кВ
Основные области применения BPL систем Aranuka:
- техническое оснащение электрических систем при комплексной автоматизации объектов электроэнергетики;
- удаленный сбор и передача информации о потреблении энергоресурсов со счетчиков (электроэнергии, воды, тепла, газа и пр.);
- удаленное управление подачей энергоресурсов потребителю;
- включение в состав автоматизированных систем телемеханики;
- создание цифровых каналов связи на основе силовых линий электропередач для доступа в Интернет, IP-телефонии, видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации.
Каналообразующая аппаратура широкополосной передачи данных дает возможность комбинировать каналы связи с использованием радиоканала, GPRS/GSM, Ethernet, выделенной телефонной линии. Такой способ организации каналов связи позволяет создавать единую информационную сеть (рис. 7) и получать доступ к контрольному пункту по различным маршрутам.
Рисунок 7: Пример использования BPL в системе учета
В документах, отражающих техническую политику ФСК, подробно описаны основные принципы создания и развития единой технологической сети связи электроэнергетики (ЕТССЭ), а также главные требования к услугам ЕТССЭ. Использование технологии BPL соответствует следующим принципам:
- цифровизация сети и внедрение оборудования перспективных технологий мультисервисных сетей связи (IP, MPLS и др.), вывод из эксплуатации аналоговых систем связи;
- широкополосность – возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей;
- масштабируемость сети – возможность расширения сети без изменения основополагающих технических принципов ее построения;
- организация полного набора традиционных услуг связи и новых информационных услуг с возможностью обеспечения требуемого качества обслуживания;
- мультисервисность – независимость технологических и корпоративных услуг обеспечения связи от транспортных технологий;
- интеллектуальность – возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя и возможность создания новых сервисов с использованием стандартизированных средств;
- экономическая целесообразность создаваемой сети, снижение капитальных и операционных затрат;
- организации взаимодействия со сформированными и формирующимися корпоративными сетями связи субъектов электроэнергетики.
С системой BPL Aranuka каждый силовой кабель становится широкополосным каналом передачи данных, и силовая сеть превращается в высокоэффективную сеть связи формата Smart Grid. Благодаря тому, что в системе BPL Aranuka скорость обмена информацией достаточно высока, система может использоваться не только для передачи данных учета и управления энергопотреблением и другой технологической и телеметрической информации, но и для доступа в Интернет, IP-телефонии, видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации.
BPL системы Aranuka успешно реализованы в Smart Grid проектах многих европейских энергосбытовых компаний и в настоящее время эксплуатируются более чем миллионом абонентов во всем мире.
-------------------------------------------------------------------
Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.