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Smart Grid Communications Übersicht

Überblick

Ein Stromnetz ohne ausreichende Kommunikation ist einfach ein Stromsender. Durch Hinzufügung von bidirektionaler Kommunikation wird das Stromnetz „intelligent“ gemacht.

Lösungen für die Powerline-, drahtlose und serielle Kommunikation

Lösungen für die Powerline-, drahtlose und serielle Kommunikation (Maxim, www.maxim-ic.com/communications)

Dank der intelligenten Netzkommunikation können Versorgungsunternehmen drei Hauptziele erreichen:

  1. Intelligente Überwachung
  2. Sicherheit und
  3. Lastverteilung.

Verwenden wechselseitige KommunikationDaten können von Sensoren und Messgeräten erfasst werdenim gesamten Netz angeordnet und direkt in den Kontrollraum des Netzbetreibers übertragen. Diese zusätzliche Kommunikationsfunktion bietet dem Kontrollraum-Betreiber ausreichend Bandbreite, um das Netz aktiv zu verwalten.

Die Kommunikation muss zuverlässig, sicher und kostengünstig sein. Die schiere Größe des Stromnetzes macht die Implementierung einer Kommunikationstechnologie zu einem entscheidenden Faktor.</ p>

Wählen Sie eine Lösung aus Minimiert die Anzahl der Modems und Konzentratoren Die zur Abdeckung des gesamten Systems erforderlichen Daten können die Infrastrukturkosten erheblich senken.

Gleichzeitig muss die ausgewählte Technologie über eine ausreichende Bandbreite verfügen, um den gesamten Datenverkehr in beide Richtungen über das Netz abzuwickeln.


Kommunikationsnetze und Protokolle

Die Kommunikation im Smart Grid kann in drei Segmente unterteilt werden:

Weitverkehrsnetz (WAN)

Es deckt Fernstrecken von der Kommandozentrale zu den stromabwärts gelegenen Nachbarschaften ab.

Nachbarschaftsnetzwerk (NAN)

Es verwaltet alle Informationen zwischen dem WAN und dem Heimnetzwerk über Mittelspannungsleitungen.

Heimatnetz (HAN)

Dadurch wird die Kommunikation auf Endpunkte innerhalb des Heims oder Geschäfts des Endbenutzers ausgedehnt.

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Jedes Segment ist über einen Knoten oder miteinander verbundenGateway: ein Konzentrator zwischen WAN und NAN und ein E-Meter zwischen NAN und HAN. Jeder dieser Knoten kommuniziert über das Netzwerk mit benachbarten Knoten. Der Konzentrator sammelt die Daten der Zähler und sendet diese Informationen an den Netzbetreiber.

Das E-Messgerät erfasst die Stromverbrauchsdaten des Eigenheims oder des Unternehmens, indem es mit dem Heimnetzwerk-Gateway kommuniziert oder als Gateway selbst fungiert.

Die Smart-Grid-Kommunikationsarchitektur

Die Smart-Grid-Kommunikationsarchitektur


Jedes Segment kann unterschiedliche Kommunikationen verwendenTechnologien und Protokolle abhängig von den Übertragungsumgebungen und der Menge der übertragenen Daten. Neben der Architekturauswahl zwischen Wireless- und Powerline-Kommunikation (PLC) stehen verschiedene Wireless- und PLC-Protokolle zur Auswahl (Tabelle 1).

Netzwerk Protokoll Vorteile Nachteile Empfehlung
WAN Wireless (2G / 3G / LTE-Mobilfunk, GPRS) Eine umfangreiche zellulare Infrastruktur ist leicht verfügbar. Eine große Menge aggregierter Daten kann auf lange Sicht kommuniziert werden Das Versorgungsunternehmen muss die Infrastruktur von einem Mobilfunkanbieter für eine monatliche Zugangsgebühr mieten. Dienstprogramm besitzt keine eigene Infrastruktur Wireless funktioniert normalerweise am besten
HAN Wireless ISM Langstrecken; springt Transformatoren Derzeit proprietär; tote punkte erschweren installation und wartung Nützlich in einigen Topologien, z. B. in den USA.
IEEE® 802.15.4g Langstrecken; springt Transformatoren Noch kein anerkannter Standard In einigen Topologien nützlich
ZigBee® Kostengünstig; geringer Stromverbrauch ermöglicht Batteriebetrieb; bekannter Standard Niedrige Datenrate; sehr kurze Reichweite; dringt nicht gut in Strukturen ein In NANs wahrscheinlich nicht verwendet
SPS der ersten Generation (FSK, Yitran, Echelon®) Kostengünstig Unzuverlässig; niedrige Bandbreite Bandbreite und Zuverlässigkeit sind für das Smart Grid nicht ausreichend
Schmalband-OFDM der frühen Generation Bessere Reichweite, Bandbreite und Zuverlässigkeit als FSK Kreuzt nicht Transformatoren; koexistiert nicht mit SPS der ersten Generation Aus Kosten- und Kompatibilitätsgründen nicht für neue Designs empfohlen
Breitband-SPS Hohe Datenrate Überquert keine Transformatoren Erhöht die Infrastrukturkosten und macht sie für die meisten großen Bereitstellungen zu teuer
G3-SPS Hochzuverlässige Fernübertragung; kreuzt Transformatoren und senkt die Infrastrukturkosten; Datenrate unterstützt häufige bidirektionale Kommunikation; koexistiert mit FSK; offener Standard; unterstützt IPv6 Noch kein anerkannter Standard Hervorragend für NAN weltweit
HAN ZigBee Bekannter Standard, der geringe Kosten und geringen Stromverbrauch bietet Sehr kurze Reichweite; dringt nicht gut in Strukturen ein Gut geeignet für die Kommunikation zwischen Wasser- und Gaszählern
Wi-Fi® Beliebte Technologie mit hohen Datenraten Mittlere Reichweite; dringt nicht in Zementgebäude oder Keller ein Gut für Verbraucheranwendungen, aber keine Bestimmungen zur Erreichung der Nutzungsziele
SPS der ersten Generation (FSK, Yitran, Echelon) Kostengünstig In häuslichen Umgebungen nicht zuverlässig Aufgrund der hohen Interferenzen ist es unwahrscheinlich, dass sie in Wohnräumen eingesetzt werden
Schmalband-OFDM der frühen Generation Bessere Reichweite, Bandbreite und Zuverlässigkeit als FSK Kreuzt nicht Transformatoren; koexistiert nicht mit SPS der ersten Generation Aus Kosten- und Kompatibilitätsgründen nicht für neue Designs empfohlen
Breitband-SPS Grosse Bandbreite Kurze Reichweite reicht für NAN nicht aus Gut für Verbraucheranwendungen, aber keine Bestimmungen zur Erreichung der Nutzungsziele
G3-SPS Äußerst zuverlässig; ausreichende Datenrate; IPv6 ermöglicht die Vernetzung mit vielen Geräten Noch kein anerkannter Standard Hervorragend für HAN weltweit

Das WAN ist der Kommunikationspfad zwischen dem Netzbetreiber und dem Konzentrator. Das WAN kann über Glasfaser- oder drahtlose Medien unter Verwendung von Ethernet- bzw. Mobilfunkprotokollen implementiert werden.

Zellular oder WiMAX® wird am häufigsten zwischen dem Netzbetreiber verwendetund der Konzentrator. Die NAN ist der Pfad zwischen dem Konzentrator und dem Messgerät. Es verwendet entweder drahtlos oder SPS. In der Regel kommuniziert der Konzentrator je nach Netztopologie und verwendetem Kommunikationsprotokoll mit einigen wenigen bis mehreren hundert Metern.

Heute gibt es keinen Standard für diesen Teil vondes Netzwerks verwenden die meisten Implementierungen proprietäre Wireless- oder SPS-Technologien. Derzeit arbeiten mehrere Normungsorganisationen mit Versorgungsunternehmen und Technologieanbietern zusammen, um Standards für Funk- und SPS-Protokolle festzulegen.

Das IEEE 802.15.4g Standardziele drahtlos; das IEEE P1901, Zähler öffnen, und ITU-T G.hnem Normen werden für SPS entwickelt (Tabelle 2).

Region WAN NAN HAN
Nordamerika Cellular, WiMAX G3-SPS, HomePlug®, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, proprietäre Wireless-Technologie, WLAN G3-SPS, HomePlug, ITU-T G.hn, WLAN, ZigBee, Z-Wave
Europa Zellular G3-SPS, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, Wi-Fi G3-SPS, HomePlug, ITU-T G.hn, WLAN, drahtloser M-Bus, ZigBee
China Cellular, Band übersetzt WiMAX G3-SPS, RS-485, drahtlos zu ermitteln G3-SPS, RS-485, Wi-Fi, zu bestimmen
Übrigen Welt Cellular, WiMAX G3-SPS, HomePlug, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, RS-485, Wi-Fi G3-SPS, HomePlug, ITU-T G.hn, RS-485, WLAN, kabelloser M-Bus, ZigBee, Z-Wave

Das HAN wird von Dienstprogrammen verwendet, um die Reichweite zu erhöhenihres Kommunikationspfads zu Geräten innerhalb des Hauses. Dieses Netzwerk kann Funktionen unterstützen, z. B. das Abschalten von Klimaanlagen bei Spitzenlastbedingungen, das Teilen von Verbrauchsdaten mit In-Home-Displays oder das Aktivieren eines kartenaktivierten Vorauszahlungsprogramms.

Die Ankunft von Elektro- / Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge (EV / PHEVs) stellt ein spezielles Kommunikationsszenario für HANs vor.

Normungsgremien definieren SPS-Protokolle fürKommunikation mit Fahrzeugladesystemen. Ein HAN kann nicht nur die Datenanforderungen für Smart-Grid-Aktivitäten unterstützen, sondern auch Folgendes umfassen: Peer-to-Peer-Kommunikation (P2P) zwischen Geräten innerhalb des Hauses; Kommunikation mit tragbaren Fernbedienungsgeräten, Beleuchtungssteuerungen und Gas- oder Wasserzählern; sowie Breitbandverkehr.

Protokolle wie RS-485, ZigBee, Z-Wave®, und HomePlug werden für dieses Netzwerk verwendet. Wenn es ein separates Home-Gateway gibt, können möglicherweise zusätzliche Protokolle für die Kommunikation mit Geräten, Thermostaten und anderen Geräten verwendet werden.

Kommunikationsalternativen im HAN können häufig nebeneinander existieren, aber die Unterstützung von Versorgungsunternehmen wird wahrscheinlich auf die Technologien beschränkt sein, die zur Unterstützung der Hauptziele des Versorgungsunternehmens erforderlich sind.

Ressource: Maxim (Lösungen für Powerline-, drahtlose und serielle Kommunikation); www.maxim-ic.com/communications

Bemerkungen:
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