Zagadnienia normatywne oraz ich praktyczne implikacje w zakresie stosowania technologii

Zagadnienia normatywne oraz ich praktyczne implikacje w zakresie stosowania technologii PLC wąsko- i szerokopasmowych w Polsce i UE Konferencja PTPiREE Pomiary i diagnostyka w sieciach elektroenergetycznych Kołobrzeg 2018.06.12

Agenda 1. PLC wąskopasmowe (normy, zakłócenia, implikacje) 2. PLC szerokopasmowe (normy, zakłócenia, implikacje) 3. Praktyka wprowadzania do użytkowania 4. Podsumowanie 2

Ewolucja technologii PLC PLC wąskopasmowe PLC szerokopasmowe podpasma CENELEC: pasmo stosowane w Chinach A monitoring/monitorowanie/sterowanie w sieci nn (komunikacja z licznikami, OSD) B, C & D aplikacje analogowe i cyfrowe, sterowanie ogólnego przeznaczenia (dodatkowy wymóg: w paśmie C wymagany jest protokół dostępu bazujący na CSMA/CA) pasmo stosowane w USA (FCC) pasmo stosowane w Japonii (ARIB) UWAGA: pasma te nie podlegają obecnie ochronie prawnej, doprowadzono wręcz do podniesienia poziomów emisyjności zakłóceń w przedziale częstotliwości 2-150 khz pasmo stosowane w Europie (CENELEC) A 3 khz 10 khz B C 95 khz D 140 khz 125 khz 3 148,5 khz 450 khz 490 khz 1 MHz 2 MHz 500 khz 10 MHz 30 MHz

Technologie PLC - CENELEC A (Europa) 4

Technologie PLC wąskopasmowego - CENELEC A (Europa) 5

Technologie PLC wąskopasmowego - CENELEC A (Europa) PHY&DL APP model danych Meters and More (ENEL) BPSK 4,8 kbps rozwiązanie autorskie rozwiązanie autorskie OSGP (Echelon) IDIS (L+G, Elster, Iskraemeco, Itron) BPSK 3,6 kbps (TS 103 90) S-FSK 2,4 kbps ISO/IEC 14908-1 GS OSG 001 ANSI C 12 DLMS COSEM PRIME OFDM 21,4-128,6 kbps dowolny dowolny G3 OFDM 2,4-33,4 kbps dowolny dowolny 6

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia era cyfryzacji: nowoczesne urządzenia elektroniczne bazują na komponentach półprzewodnikowych z zasilaniem DC (konwersja z sieciowego zasilania AC: zasilacze impulsowe) nowe źródła zakłóceń: żarówki LED/CFL (konwersja z AC do DC) panele / inwertery instalacji fotowoltaicznych (mikrogeneracja: konwersja z DC do AC) zasilanie samochodów elektrycznych (konwersja dwukierunkowa AC-DC) wzrost dopuszczalnych poziomów emisyjności dla zakłóceń przewodzonych 7

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia (2) era cyfryzacji: nowoczesne urządzenia elektroniczne bazują na komponentach półprzewodnikowych z zasilaniem DC (konwersja z sieciowego zasilania AC: zasilacze impulsowe) Odtwarzacz Pompa DVD ciepła Dystrybutor peak napojów Dekoder TV peak Sprzęt cyrku obwoźnego Switch światłowodowy peak Router sieciowy Ładowarka Kuchenka mikrofalowa peak peak average average momentary momentary momentary momentary momentary CLC/SC205A Study Report on Electromagnetic interference between Electrical Equipment / Systems in the Frequency Range below 150 khz Edition 3 October 2015 http://www.kigeit.org.pl/ftp/bu/grse/repozytorium/tc210_sec0898_inf_(clc-sc205a_study_report_ed3).pdf 8

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia (3) nowe źródła zakłóceń: żarówki LED/CFL CLC/SC205A Study Report on Electromagnetic interference between Electrical Equipment / Systems in the Frequency Range below 150 khz Edition 3 http://www.kigeit.org.pl/ftp/bu/grse/repozytorium/tc210_sec0898_inf_(clc-sc205a_study_report_ed3).pdf 9

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia (4) nowe źródła zakłóceń: panele / inwertery instalacji fotowoltaicznych (mikrogeneracja) Niemcy Szwecja peak momentary CLC/SC205A Study Report on Electromagnetic interference between Electrical Equipment / Systems in the Frequency Range below 150 khz Edition 3 http://www.kigeit.org.pl/ftp/bu/grse/repozytorium/tc210_sec0898_inf_(clc-sc205a_study_report_ed3).pdf 10

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia (5) nowe źródła zakłóceń: zasilanie samochodów elektrycznych Niemcy Francja Francja Szwajcaria Austria CLC/SC205A Study Report on Electromagnetic interference between Electrical Equipment / Systems in the Frequency Range below 150 khz Edition 3 http://www.kigeit.org.pl/ftp/bu/grse/repozytorium/tc210_sec0898_inf_(clc-sc205a_study_report_ed3).pdf 11

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia (6) wpływ zakłóceń na sygnał wąskopasmowy 12

Normy dotyczące EMC dla PLC wąskopasmowego wzrost limitów dopuszczalnej emisyjności zakłóceń przewodzonych: IEC 61000-3-x, 61000-4-x nie dotyczą zakresu 2-150 khz, niektóre klasy urządzeń z zakresu 2-150kHz : PN-EN 50065 dla transmisji sygnałów w sieciach elektrycznych niskiego napięcia (wąskopasmowe systemy PLC), PN-EN 55014 dla płyt indukcyjnych, PN-EN 55015 dla urządzeń oświetleniowych. PN-EN 61000-2-2:2003 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 2-2: Środowisko. Poziomy kompatybilności zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości i sygnałów przesyłanych w publicznych sieciach zasilających niskiego napięcia poziomy douszczalnej emisyjności dla przedziału 20 khz - 148,5 khz nie zostały zdefiniowane, natomiast: Poprawka 1: 2017 (publikacja 2017-06-27) wprowadza dopuszczalne limity emisji, Poprawka 2: 2019 (publikacja 2018-05-09) podwyższa dopuszczalne limity emisji 13

Normy dotyczące EMC dla PLC wąskopasmowego (2) wzrost limitów emisyjności (poziomów zgodności) dla zakłóceń przewodzonych 1f PN-EN 50065-1 maksymalne poziomy wyjściowe (PLC wąskopasmowe) 3f PN-EN 61000-2-2 poprawka 1 (2017) wprowadzone limity zakłóceń napięcia (poziomy zgodności) - dla pojedynczego urządzenia 14

Normy dotyczące EMC dla PLC wąskopasmowego (3) wzrost limitów emisyjności (poziomów zgodności) dla zakłóceń przewodzonych: PN-EN 50065-1 maksymalne poziomy wyjściowe (PLC wąskopasmowe) PN-EN 61000-2-2 poprawka 2 (2018) wprowadzone limity zakłóceń napięcia (poziomy zgodności) - dla pojedynczego urządzenia wzrost limitów emisyjności może znacząco wpływać na skuteczność systemów PLC wąskopasmowych! 15

Technologie wąskopasmowego PLC - ARIB/FCC (USA/Azja) pasma wspierane: ARIB / FCC zakres częstotliwości: 36-91 khz + 145-450 / 478 khz liczba nośnych: 36 + 66 / 72 CENELEC B, C, D CENELEC A (EN 50065-1) 9 40 95 150 500 pasma wspierane: ARIB / FCC zakres częstotliwości: 42-417 / 471 khz liczba nośnych: 8 x 97 Ch1 Ch2 40 Ch3 Ch4 Ch5 khz częstotliwość próbkowania: 1MHz modulacja: OFDM DBPSK, DQPSK, D8PSK transfer: 5,4 kbps - 0,9 Mbps / 1,0 Mbps Ch6 Ch7 Ch8 CENELEC B-, C-, Ds CENELEC A (EN 50065-1) 9 częstotliwość próbkowania: 1,2 MHz modulacja: OFDM DBPSK, DQPSK, D8PSK transfer: 4,0-166,4 / 176,2 kbps 95 150 16 500 khz

Użycie pasm wąskopasmowego PLC spoza CENELEC A wykorzystanie pasm ARIB/FCC w Europie nie jest zagwarantowane dla OSD (jak to jest w przypadku CENELEC A) brak norm w systemie europejskim określających ramy zgodności z EMC wspólny (niewyłączny) przedział częstotliwości oznacza, iż inne protokoły / transmisje od innych użytkowników mogą się pojawić we wspólnym kanale PLC nn aby uniknąć konfliktów powinny być zaimplementowane mechanizmy koegzystencji różnych nie-interoperacyjnych protokołów specyfikacje PRIME / G3 PLC nie zawierają takich mechanizmów koegzystencji z innymi komunikacjami 17

IEEE P1901.1 (Huawei PLC-IoT) zakres częstotliwości: 2-12MHz (transmisja szerokopasmowa) liczba nośnych: pasmo częstotliwości zakres częstotliwości [MHz] przepływności (PHY): ID nośnej startowej ID nośnej końcowej liczba nośnych 0 1,953125-11,962891 80 490 411 1 2,441406-5,615234 100 230 131 pasmo 0 (411 nośnych) 1 0 0,02 2,47 4,91 7,35 9,79 12,23 częstotliwość [MHz] pasmo 1 (131 nośnych) 1 w trybie ROBO basic: do 3,47 Mbps w trybie ROBO extended: do 24,65 Mbps (prawie 200x szybciej niż najszybsze PLC wąskopasmowe w paśmie CENELEC A ) odległości w komunikacji punkt-punkt: typowo 100-300m, maksymalnie 700m (najdłuższe zaobserwowane: 2300m ) topologia drzewa z 15 poziomami zagłębień, obsługa wielosieciowości mechanizm koegzystencji nie-interoperacyjnych protokołów działających we wspólnym medium mechanizmy bezpieczeństwa bazujące na algorytmie AES-256 0 0,02 2,47 4,91 7,35 9,79 12,23 częstotliwość [MHz] 19

Huawei PLC-IoT jako standard IEEE P1901.1 aprobata przez zarząd IEEE Standards Association w dniu 7.05.2018 uczestnicy prac: Huawei Technologies Co. Ltd, HiSilicon Technologies Co. Ltd., China Gridcom Co. Ltd., Wasion Group Ltd., Shenzhen Clou Electronics Co. Ltd., Vango Technologies, Power Plus Communications AG, NERC, Hitrend Technology Shanghai Ltd., Qingdao Eastsoft Communication Technology Co. Ltd., Leaguer MicroElectronics Corp., Alpen Adria Universitt Klagenfurt 20

Transmisja szerokopasmowa PLC UE http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=oj:l:2005:093:0042:0044:pl:pdf 21

Transmisja szerokopasmowa PLC UKE https://archiwum.uke.gov.pl/zaklocenia-spowodowane-przez-sieci-plc-7055# 22

Transmisja szerokopasmowa PLC UKE https://archiwum.uke.gov.pl/zaklocenia-spowodowane-przez-sieci-plc-7055# 23

Transmisja szerokopasmowa PLC normy CENELEC istniejące regulacje CE/EMC w zakresie transmisji szerokopasmowego PLC : PN-EN 50412-2-1:2006 Aparatura i systemy do przesyłu informacji przez sieć energetyczną w zakresie częstotliwości od 1,6 MHz do 30 MHz stosowane w instalacjach niskonapięciowych. Część 2-1: Środowisko mieszkalne, handlowe i przemysłowe. Wymagania dotyczące odporności na zakłócenia PN-EN 50561-1:2013 Urządzenia do komunikacji z wykorzystaniem sieci zasilającej niskiego napięcia. Charakterystyki zaburzeń radioelektrycznych. Poziomy dopuszczalne i metody pomiaru. Część 1: Urządzenia użytku domowego 24

Transmisja szerokopasmowa PLC normy CENELEC (2) http://sklep.pkn.pl/pn-en-50412-2-1-2006p.html 25

Transmisja szerokopasmowa PLC normy CENELEC (3) 26

Transmisja szerokopasmowa PLC normy CENELEC (4) istniejąca regulacja CE/EMC w zakresie emisji zakłóceń: PN-EN 50561-1:2013 Urządzenia do komunikacji z wykorzystaniem sieci zasilającej niskiego napięcia. Charakterystyki zaburzeń radioelektrycznych. Poziomy dopuszczalne i metody pomiaru. Część 1: Urządzenia użytku domowego w oryginale: EN 50561-1 Power line communication apparatus used in low-voltage installations - Radio disturbance characteristics - Limits and methods of measurement - Part 1: Apparatus for in-home use prace w toku: EN 50561-2 Power line telecommunications modems. Radio disturbance characteristics. Limits and methods of measurement. Part 2: Modems for access networks 27

Transmisja szerokopasmowa PLC normy CENELEC (5) http://sklep.pkn.pl/pn-en-50561-1-2013-12e.html 28

Profil EMC dla szerokopasmowej komunikacji PLC pasmo 0 (411 nośnych) pasmo 0 & PN-EN50561-1: wykluczenia statyczne + 3 nośne marginesu (266 nośnych) 1 1 0 0,02 2,47 4,91 7,35 9,79 12,23 częstotliwość [MHz] 0 1,00 101,00 201,00 301,00 401,00 501,00 częstotliwość [MHz] pasmo 1 (131 nośnych) 1 pasmo 1 & PN-EN50561-1: wykluczenia statyczne + 3 nośne marginesu (62 nośne) 1 0 0,02 2,47 4,91 7,35 9,79 12,23 częstotliwość [MHz] 0 1,00 101,00 201,00 301,00 401,00 501,00 częstotliwość [MHz] 31

Zakłócenia w sieciach niskiego napięcia wpływ zakłóceń na sygnał szerokopasmowy 32

Ramy stosowania norm i standardów oznaczenie CE jako deklaracja producenta spełnienia dyrektyw Nowego Podejścia UE ocena zgodności przez niezależne instytucje: Jednostki Notyfikowane (najczęściej laboratoria posiadające odpowiednie certyfikaty) tzw. strona trzecia kraje członkowskie UE nie mogą zakazać wprowadzenia na swój rynek wyrobu z oznakowaniem CE (o ile inne szczegółowe przepisy nie wprowadzają wykluczenia konkretnego wyrobu) 34

Ramy stosowania norm i standardów standardy techniczne nie stanowią prawa, więc ich zastosowanie jest wolnym wyborem zamawiającego (czyli spółek dystrybucyjnych) powołanie na Polską Normę w przepisie prawnym nie zmienia jej dobrowolnego statusu, chyba że ustawodawca świadomie chce ten status zmienić, co jest możliwe przez wyraźne wskazanie tylko w postanowieniach innej ustawy przykłady orzecznictwa: 35

Ramy stosowania norm i standardów równe traktowanie państw w ramach Unii Europejskiej (zasada równości i zasada niedyskryminacji artykuły 34-36 Traktatu o Unii Europejskiej i Traktatu o funkcjonowaniu Unii Europejskiej (2012/C 326/01): art. 34: Ograniczenia ilościowe w przywozie oraz wszelkie środki o skutku równoważnym są zakazane między Państwami Członkowskimi art. 35: Ograniczenia ilościowe w wywozie oraz wszelkie środki o skutku równoważnym są zakazane między Państwami Członkowskimi art. 36: Postanowienia artykułów 34 i 35 nie stanowią przeszkody w stosowaniu zakazów lub ograniczeń przywozowych, wywozowych lub tranzytowych, uzasadnionych względami moralności publicznej, porządku publicznego, bezpieczeństwa publicznego, ochrony zdrowia i życia ludzi i zwierząt lub ochrony roślin, ochrony narodowych dóbr kultury o wartości artystycznej, historycznej lub archeologicznej, bądź ochrony własności przemysłowej i handlowej. Zakazy te i ograniczenia nie powinny jednak stanowić środka arbitralnej dyskryminacji ani ukrytych ograniczeń w handlu między Państwami Członkowskimi. 36

Gama produktów na rynku UE bazujących na BPL * obrazy produktów za: www.ppc-ag.com, www.corinex.com, www.sagemcom.com na jakiej podstawie powyższe produkty (mające CE) nie mogłyby być użytkowane w Polsce? 37 * module for 3-phase meter: December 2017

Certyfikaty CE dla IEEE P1901.1 (Huawei PLC-IoT) 38 * module for 3-phase meter: December 2017

Perspektywy użytkowania systemów PLC technologie wąskopasmowego PLC: dobrze unormowane, ale oferują niską przepływność (kbps) i pracują w pasmach częstotliwości, które mimo wyłączności nie są chronione przed zakłóceniami (poziomy kompatybilności elektromagnetycznej są porównywalne z poziomem sygnału PLC i dodatkowo są podnoszone - stąd skuteczność będzie nieustannie maleć) technologie szerokopasmowe PLC (BPL): rozwiązują dwa podstawowe problemy: oferują pracę w częstotliwościach, gdzie wpływ zakłóceń jest dużo niższy oraz zapewniają znacznie wyższe przepływności (Mbps) rozwiązania BPL są zgodne z regulacjami i standardami Europejskimi: istnieją normy europejskie definiujące wymagania EMC dla urządzeń BPL istnieje możliwość uzyskania certyfikatu CE na produkty BPL w Jednostkach Notyfikowanych istnieją rozwiązania BPL bazujące na międzynarodowych standardach (np. IEEE P1901.1) 40

THANK YOU Copyright 2016 Huawei Technologies Co., Ltd. All Rights Reserved. The information in this document may contain predictive statements including, without limitation, statements regarding the future financial and operating results, future product portfolio, new technology, etc. There are a number of factors that could cause actual results and developments to differ materially from those expressed or implied in the predictive statements. Therefore, such information is provided for reference purpose only and constitutes neither an offer nor an acceptance. Huawei may change the information at any time without notice.