Андрей КЛИМЕНКО,
заместитель директора ТОО «ADVANTEK SYSTEMS».
По материалам, предоставленным компанией «ALVARION»
Интеллектуальные электроэнергетические системы SPG (Smart Power Grids), также известные под названием интеллектуальные сети предприятий по оказанию коммунальных услуг IUN (Intelligent Utility Networks), представляют новую концепцию в распределении электроэнергии и управлении. Внедрение передовых двухсторонних коммуникаций и возможностей распределенных вычислений в системы SPG выводит их на новый уровень, в котором повышаются возможности управления, эффективности работы, надежности, безопасности и защиты.
В данной статье рассмотрены движущие силы и цели SPG, а также приведен обзор технологий, используемых в сетях SPG, ключевые требования для успешной реализации проектов SPG в целом и, в частности, требования к развертыванию беспроводных сетей широкополосного доступа в системах SPG. Вниманию читателя предлагается обсуждение технических решений Alvarion по сетям беспроводного доступа для SPG и тех выгод, которые получают потребители коммунальных (электроэнергетических) предприятий от внедрения этих решений.
В настоящее время электроэнергетические распределительные сети с электромеханическими устройствами представляют собой неэффективные системы, сильно подверженные авариям с перебоями в подаче электроэнергии. Эта ситуация становится еще более критической, поскольку потребности в электроэнергии растут быстрее, чем возможности их обеспечения, при этом стоимость электроэнергии возрастает.

Простое строительство большего количества генерирующих мощностей нельзя признать реалистичным решением. Во-первых, электростанции являются чрезвычайно дорогими в строительстве и эксплуатации. Кроме того, правительственные органы и различные природоохранные организации, заинтересованные в снижении выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, выступают против этого подхода. Очевидно, необходим новый метод. Акцент при решении вышеизложенных проблем сегодня в прогрессивных мировых кругах склоняется в сторону создания интеллектуальных электроэнергетических систем SPG.
Системы SPG, также известные под названием интеллектуальных сетей коммунальных предприятий, представляют новую концепцию в управлении распределением электроэнергии. Системы SPG - это электроэнергетические сети, в которых внедрены передовые возможности двухсторонних коммуникаций и распределенных вычислений с целью улучшения управления, повышения эффективности, надежности, защиты и безопасности.
В отличие от существующих электроэнергетических сетей, которые являются реактивными по своей сути, SPG являются проактивными цифровыми сетями. Обеспечивая мониторинг потребления электроэнергии в реальном времени как предприятиями, так и потребителями, интеллектуальные сети проактивно (упреждающим образом) сокращают потребление электроэнергии на стороне потребителя, особенно в часы критической пиковой нагрузки. Такое управление, ориентированное на потребителя и поддерживаемое гибкой политикой цен, может привести к желательному балансу потребления электроэнергии, от которого получат выгоду как предприятия-поставщики электроэнергии, так и потребители. Проведенные исследования показывают, что современные цифровые электроэнергетические системы могут обеспечить снижение инвестиций в новые электростанции на десятки миллиардов долларов, потребления электроэнергии примерно на 10 %, и выбросов двуокиси углерода на 25 % (источник информации: «A Smarter, Greener Grid», CNNMoney.com, 7 мая, 2008 г.).
За последние годы сети SPG получили значительный импульс к развитию. Основными движущими моментами в их развитии стало повышение спроса на потребление электроэнергии, рост цен на электроэнергию и повышение интереса к экологически чистым технологиям, вызванное ужесточением соответствующих природоохранных норм и правил. В результате этого интеллектуальные электроэнергетические сети активно продвигаются в Европейском Союзе, Соединенных Штатах Америки, Китае, Индии и других странах. Например, в США интеллектуальные энергосистемы стали официально проводимой политикой с принятием в 2007 году Акта об энергетической независимости и безопасности (статья 13). Кроме того, большое количество индустриальных объединений и союзов - например, такие как GridWise Alliance, Smart Energy Alliance, коалиция SPG, IntelliGrid и InovGrid Project - подчеркивают растущий интерес к SPG. По оценкам Международного агентства по энергетике IEA (International Energy Agency), к 2030 году инвестиции в развитие интеллектуальных энергосистем будут сделаны в объеме более 16 триллионов долларов (источник: "Smart Grids Power Up the Agenda Across Europe", Smart Electric News, April 2, 2008).
Основные цели SPG
- Значительное снижение эксплуатационных расходов путем оптимизации потребления электроэнергии.
- Снижение объема инвестиций в новые генерирующие мощности за счет оптимизации управления потреблением при пиковых нагрузках.
- Повышение согласованности мониторинга предприятия и его управления.
- Последовательное снижение количества случаев перебоев в подаче электроэнергии путем проактивного управления инфраструктурой электроэнергетического предприятия.
- Совершенствование обнаружения и информирования о случаях мошенничества с целью защиты доходов компании.
Сети связи и передачи данных в интеллектуальных электроэнергетических системах
Инфраструктура SPG образуется из трех сетей: опорная сеть, сеть распределения и сеть доступа.
Опорная сеть обеспечивает связь между подстанциями и главными офисами коммунальных электроэнергетических предприятий.
Технологии, используемые для реализации опорной сети, включают следующие:
1. Проводные технологии:
2. Беспроводные технологии
Распределительная сеть обеспечивает широкополосную связь для передачи данных, собираемых концентраторами SPG и устройствами автоматизации распределения (мониторы, датчики, системы SCADA), которые расположены в системе, в соответствующие базы данных и серверы аналитических приложений, находящиеся в головных офисах. Для реализации распределительной сети используют следующие технологии:
- Проводные:
- Оптоволокно
- BPL (Broadband over power lines -трансляция сообщений по линиям электропередачи)
2. Беспроводные:
- WiMAX доступ
- Беспроводный широкополосный доступ
- GSM
Сеть Доступа обеспечивает связь в условиях «последней мили» между интеллектуальными измерительными приборами, расположенными на периферии системы электроснабжения (в домах, офисах и муниципальных помещениях) и концентраторами SPG. Для реализации сети доступа используют следующие технологии:
- Проводные:
- PLC (Power Line Communication - коммуникации по линиям электропередачи)
2. Беспроводные:
- ZigBee (IEEE 802.15.4)
- Wi-Fi (IEEE 802.11)
- WiMAX (IEEE 802.16)
- Беспроводный широкополосный доступ
- GSM
В зависимости от потребностей и задач каждого конкретного предприятия, инфраструктура SPG может быть основана на одной или более из этих сетевых технологий. Ожидается широкое распространение гибридных вариантов реализации, приспособленных к технологическим и экономическим требованиям каждого конкретного предприятия.
При рассмотрении решений сетей SPG коммунальные предприятия поставщики электроэнергии обычно уделяют внимание нескольким ключевым требованиям:
- Надежная сеть класса провайдера сетевых услуг для работы в сложных условиях окружающей среды.
- Защита и безопасность коммуникаций с применением самых современных средств аутентификации и шифрования с целью повышения защиты данных и сети и устранения нежелательных вмешательств в ее работу, а также атак злоумышленников, вызывающих отказы в обслуживании пользователей.
- Высокая эксплуатационная готовность уровня «пять девяток» - то есть, 99,999 % времени в полностью рабочем состоянии.
- Стандартизированные решения по обеспечению взаимодействия программных и аппаратных средств разных поставщиков (интероперабельность).
- Широкая полоса пропускания, достаточная для работы современных и будущих приложений.
- Малое время ожидания (латентность) для поддержки приложений, работающих в реальном времени.
- Масштабируемость для поддержки будущего роста без крупных инвестиций в обновление существующей сетевой инфраструктуры.
- Гибкость при изменяющихся требованиях к сетевым соединениям для разнообразных стационарных и мобильных приложений и сценариев развертывания при минимизации затрат.
- Легкость инсталляции и эксплуатации для ускорения развертывания и снижения эксплуатационных затрат.
Решения беспроводного широкополосного доступа становятся стандартом дефакто для сетей SPG, поскольку они обеспечивают множество преимуществ и хорошо отвечают целям бизнеса коммунальных предприятий энергоснабжения, а также удовлетворяют ключевым требованиям, обсуждавшимся выше. Однако имеются значительные вариации между решениями беспроводного широкополосного доступа различных производителей, которые могут влиять на успешную или неуспешную реализацию проекта SPG.
По существу, предприятия при оценке решений беспроводного доступа и выборе производителей должны учитывать еще и следующие соображения:
- Предприятия часто встречаются с множеством изменяющихся требований к сетевым решениям, когда необходимо согласовать цели их бизнеса и технологические проблемы.
- Если предприятие имеет доступ к спектру частот, приемлемому для предприятия с точки зрения платы за его использование, то беспроводные решения однозначно являются предпочтительными. При оценках опций сети беспроводного широкополосного доступа предприятия должны выбрать опытную компанию, предлагающую полный набор передовых решений по инфраструктуре беспроводного широкополосного доступа, с целью защиты текущих и будущих инвестиций в сетевую инфраструктуру.
Оптимизированная беспроводная сеть SPG.
Решения беспроводного широкополосного доступа широко используются в телекоммуникационной отрасли для различных применений. Каждый проект сети для SPG имеет свои собственные, уникальные требования. По существу, предприятия должны искать для себя решения беспроводного широкополосного доступа с функциональными возможностями, оптимизированными к требованиям SPG, в том числе следующими:
- Надежность и эксплуатационная готовность всех наружных линий на уровне провайдера сетевых услуг (IP67).
- Защищенная связь (федеральный стандарт США по обработке информации FIPS-140-2).
- Широкая полоса пропускания с малым временем ожидания и классом качества обслуживания, достаточным для работы приложений реального времени.
- Технологии на основе стандартов (802.16e, 802.11).
- Упрощенное развертывание (светодиодные индикаторы потери сигнала, отношения сигналшум, автоматическое самоконфигурирование).
Подробное планирование и экспертная оценка радиочастот (РЧ): для успешного развертывания инфраструктуры SPG необходимо подробное планирование радиочастот, которое должно обеспечить полное покрытие и оптимальное размещение инфраструктуры беспроводной сети на местности.
Линейка оборудования компании Alvarion по беспроводным сетям для SPG
Более 15 лет Alvarion была в центре разработок и развертывания передовых радиотехнологий и технологий интеллектуальных антенн для систем широкополосного доступа и WiMAX систем, от OFDM и OFDMA до развертывания обмена, интеллектуальных антенн, управления радиоресурсами и handoffs. Alvarion - доказанный лидер в обеспечении решений, которые поддерживают клиентов в достижении оптимальной поставки сервисов.
Компания Alvarion, являющаяся одним из мировых лидеров по технологиям WiMAX и решениям сетей беспроводного широкополосного доступа, предлагает универсальные и оптимальные решения для интеллектуальных сетей энергоснабжения. Эти решения разработаны в целях бесшовной интеграции различных беспроводных технологий, развертываемых в сети доступа SPG-PLC, ZigBee, Wi-Fi, WiMAX или любого сочетания этих технологий, что позволяет осуществить развертывание гибридной системы, хорошо приспособленной к потребностям конкретного предприятия.
Компания Alvarion предлагает ряд решений по базовым станциям беспроводного широкополосного доступа и оборудованию CPE (Customer Premises Equipment - оборудование, устанавливаемое на территории заказчика), которые используют различные спектры частот, а также сценарии развертывания, учитывающие специфику заказчика (например, зона покрытия, модуляция, проблемные условия окружающей среды). Фирменная платформа управления Alvarion класса провайдера сетевых услуг показывает и предсказывает возможные состояния перегруженности сети, позволяя реагировать заблаговременно до наступления критических состояний. Имея практику планирования радиочастот в течение 15 лет, и более трех миллионов установок и блоков, развернутых по всему миру, компания Alvarion накопила огромный экспертный опыт, который используется для пользы своих заказчиков-предприятий.
Основываясь на давней истории разработок своих решений с учетом специфических требований отрасли, Alvarion может выполнить «подгонку» решений SPG так, чтобы они наилучшим образом удовлетворяли требованиям каждого предприятия-заказчика.
Имея богатый послужной список реализованных проектов, в том числе на территории Казахстана (проекты выполнялись партнерской компании «ADVANTEK SYSTEMS»), объем поставленной продукции, экспертный опыт планирования РЧ, стратегические партнерские отношения с производителями дополнительного оборудования и признанное лидерство на рынке беспроводных систем широкополосного доступа, Alvarion является компанией, где заказчики сразу найдут все, что им нужно для своих решений по инфраструктуре сети SPG.
Компания Alvarion предлагает два основных решения для сети беспроводного доступа системы SPG, использующей лицензируемые или не требующие лицензирования частоты: это BreezeMAX® и BreezeACCESS® VL.
BreezeMAX
Коммерчески доступная с середины 2004 года, и насчитывающая более 200 инсталляций в более чем 30 странах, система BreezeMAX является в своей отрасли наиболее передовой и надежной платформой WiMAX, сертифицированной по стандарту IEEE 802.16e. Платформа BreezeMAX обеспечивает эффективный беспроводный широкополосный доступ в стационарных, передислоцируемых и мобильных сетях, абоненты которых используют множество разнообразных устройств конечного пользователя. Разработанная для ряда частот в диапазонах от 2 ГГц до 5 ГГц, BreezeMAX обеспечивает большую гибкость при развертывании для систем SPG, и работает в обоих дуплексных режимах, FDD (Frequency Division Duplex - дуплексная связь с частотным разделением каналов) и TDD (Time Division Duplex - дуплексная связь с разделением времени).
Имея превосходную чувствительность и используя лидирующую на рынке технологию OFDM/OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов), эта система является достаточно надежной при неблагоприятных условиях работы канала с линиями NLOS (Non-Line of Sight - линия связи в условиях отсутствия прямой видимости).
Особенности BreezeMAX:
- Полный спектр частот: 2,3 ГГц, 2,5 ГГц, 3,3 ГГц - 3,8ГГц, 3,65 ГГц и 5 ГГц.
- Ширина канала: 3,5 МГц, 5 МГц и 10 МГц на основе технологии TDD или FDD OFDM/OFDMA, NLOS.
- Зона покрытия до 30 км.
- Пропускная способность до 15 Мбит/с на каждый сектор с двумя несущими или 6
- Поддержка 3 секторов секторов с 1 несущей.
- Поддержка AAS 2- го/4-го порядка разнородности и MIMO (Multiinput Multioutput - система со многими входами и выходами).
- Платформа класса поставщика сетевых сервисов с функциональностью «горячей» замены.
- Централизованное управление сетью (сетевая система управления AlvariSTAR NMS).
- Доступна версия базовой станции (BST) для полностью наружной установки в защищенном корпусе.
Примером успешно реализованных проектов является Североамериканская энергосистема общего пользования с двумя миллионами пользователей. На базе оборудования Alvarion была создана инфраструктура беспроводного широкополосного доступа для проекта SPG на территории свыше 10 000 кв. миль. Подключено в единую сеть 50 000 устройств DA (Distribution Automation -автоматизация распределения электроэнергии), с предоставлением каждому из них полосы пропускания 128 кбит/с, подключено 2 000 точек укрупнения (агрегации) с полосой пропускания по 2 Мбит/с для каждой, обеспечена надежность и защищенность сети.
BreezeACCESS VL
Платформа BreezeACCESS VL компании Alvarion, предназначенная для беспроводного широкополосного доступа в диапазоне 5 ГГц, является частью семейства продуктов BreezeACCESS, наиболее массово развернутых по всему миру. Превосходные функциональные возможности, например, такие как NLOS, увеличенная дальность работы, высокая пропускная способность при всех размерах пакетов, шифрование, и сквозное качество предоставления сервиса (QoS) для приложений с критическими требованиями по времени - все это позволяет данной платформе полностью удовлетворять требованиям SPG.
Особенности BreezeACCESS VL:
- Широкий выбор диапазонов: 900 МГц, 5.x ГГц
- На основе технологии TDD OFDM NLOS
- Зона покрытия до 30 км
- Пропускная способность до 33 Мбит/с на каждый сектор
- Автономная система или от 1 до 6 секторов на шасси (всего до 200 Мбит/с)
- Смешивание и сочетание разных диапазонов в одном шасси
- Шасси размером 19" класса провайдера сетевых услуг с опциональным резервным источником питания
- Централизованная система управления сетью (NMS AlvariSTAR)
- Конфигурируемая гарантированная скорость передачи (MIR/CIR) на каждое оборудование CPE и на каждом направлении
- Доступна версия базовой станции (BST) для полностью наружной установки в защищенном корпусе.
Преимущества сетевых беспроводных решений Alvarion для SPG
Решения сетей беспроводного широкополосного доступа компании Alvarion для SPG обеспечивают непревзойденные преимущества для заказчиков в области энергосистем:
- Надежность и высокая эксплуатационная готовность с большим временем непрерывной работы в соответствии с SLA (Service Level Agreement - соглашение об уровне предоставления сервиса).
- Сеть класса провайдера сетевых услуг.
- Надежная защита корпуса (IP67) для сложных условий работы.
- Технология NLOS.
- Разнообразие рабочих частот в пределах спектра для преодоления помех.
- Назначение приоритетов для приложений и оборудования CPE, а также QoS Платформа с проактивным управлением сетью.
- Защищенная связь для устранения возможности вторжений и атак, направленных на отказ от обслуживания.
- Защита и безопасность данных приложений:
- Встроенное шифрование AES 128
- Режим шифрования FIPS 197
- Режим 140-2 (будет в следующих версиях)
- Производительность работы сети: ограничитель широковещательных/ многоадресных рассылок.
- Защита доступа к сети: разрешается/отвергается доступ неавторизованных CPE.
- Совместимость со стандартами для обеспечения интероперабельности и максимальной окупаемости инвестиций.
Решения беспроводного широкополосного доступа становятся стандартом дефакто для сетей SPG, поскольку они обеспечивают ряд преимуществ в соответствии с потребностями и целями бизнеса энергосистем и их техническими требованиями. Хотя имеется большое разнообразие решений беспроводного широкополосного доступа, предприятия-заказчики электроэнергетической отрасли должны тщательно учитывать значительное количество ключевых факторов при оценке опций беспроводных сетей SPG. Эти критерии включают оценку опыта реализованных решений и производителя (для различных частотных диапазонов), степень оптимизации беспроводной сети применительно к потребностям SPG, а также учет экспертного опыта производителя в планировании радиочастот.
Компания Alvarion предлагает универсальные и оптимальные решения сетей беспроводного широкополосного доступа для распределительных электроэнергетических сетей в целях организации и дальнейшей эксплуатации интеллектуальной энергосистемы. Решения беспроводного широкополосного доступа BreezeMAX и BreezeACCESS VL компании Alvarion для интеллектуальных энергосистем SPG обеспечивают развертывание гибридных систем, которые удовлетворяют специфическим требованиям предприятий и предоставляют непревзойденные технические и экономические преимущества.
Партнером компании на территории Казахстана Alvarion является компания ТОО «ADVANTEK SYSTEMS», силами специалистов которой успешно реализован ряд проектов с использованием оборудования широкополосного радиодоступа, в том числе и для энергораспределительных компаний: АО «KEGOC», ТОО «Караганды Жарык», АО «Кызылординская распределительная электросетевая компания», АО «Восточно-Казахстанская региональная энергетическая компания» и других.
ТОО «ADVANTEK SYSTEMS» работает на рынке РК с 2002 года и специализируется в интеграции и внедрении современных систем, глобальных и локальных сетей связи любой сложности. Системы связи, установленные в полном соответствии с техническими требованиями заказчика, могут объединять различные виды коммутационной техники и устройств передачи в единую сеть, зачастую включающую в себя продукцию многих фирм-производителей.
ТОО «ADVANTEK SYSTEMS» является авторизованным партнером таких ведущих фирм, как TADIRAN TELECOM Ltd, Alvarion, CERAGON, DUONS, Ericsson, Olencom, ANDREW и других, что позволяет разрабатывать оптимальные в техническом и экономическом отношениях проекты систем связи. ТОО «ADVANTEK SYSTEMS» располагает необходимыми ресурсами аля реализации проектов по построению систем телекоммуникаций «под ключ», в том числе для выполнения монтажа и настройки оборудования на объекте на условиях шефмонтажа или со сдачей оборудования заказчику «под ключ» и последующего гарантийного технического обслуживания. ТОО «ADVANTEK SYSTEMS» обладает огромным опытом реализации проектов по разработке и внедрению систем любого масштаба - от небольшой офисной сети до сети масштаба региона, сетей, которые создаются на основе новейших технологий и самого современного программного и аппаратного обеспечения.
Дополнительную информацию о компании «ADVANTEK SYSTEMS» можно получить на сайте компании www.as.kz или по телефону (727) 277-77-00. Так же все вопросы можно отправлять на электронный адрес: akli@as.kz; sales@as.kz
Статья опубликована в журнале "Энергетика" № 3 (34), август 2010 г., Алматы.