PTPiREE - Konferencja Naukowo Techniczna

PTPiREE - Konferencja Naukowo Techniczna Pomiary i diagnostyka w sieciach elektroenergetycznych Komunikacja szerokopasmowa w sieci SN oraz nn dla rozwiązań Smart Grid / AMI doświadczenia z wdrożeń, bezpieczeństwo, kompatybilność EMC i odporność na zakłócenia w sieci elektroenergetycznej PTPiREE, Kołobrzeg, 28-29 maj 2019

Agenda Wdrożenie komunikacji BPL dla ESK Zakłócenia w sieci elektroenergetycznej Zagadnienie EMC dla systemu BPL Bezpieczeństwo i szyfrowanie w sieciach BPL BPL z punktu widzenia OSD Oferta Mikroniki 2

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Obszar wiejsko miejski (10x10km 100km 2 ) Pięć stacji 110/15kV Kilkadziesiąt stacji SN 15/0,4kV (docelowo około 70 SN) Około 1600 (docelowo 2500) liczników u indywidualnych odbiorców energii Około 200 liczników u przemysłowych odbiorców energii Trzy systemy: AMR, NMS, SSiN 3

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Komunikacja BPL: Sieć niskiego napięcia 100% BPL Istniejąca sieć średniego napięcia 100% BPL Nowa sieć średniego napięcia łącza światłowodowe Sieć wysokich napięć łącza światłowodowe 4

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Podsumowanie: Skuteczność odczytu liczników praktycznie 100% - jedyną przyczyną braku odczytu jest awaria licznika energii Kontakt z licznikiem online opóźnienia poniżej 100ms możliwość wdrożenia prepaid Przeźroczysta łączność z licznikiem energii brak pośredniego gromadzenia danych licznikowych komunikacja w natywny protokole licznika Szybkość komunikacji MDM licznik kilka Mbps (nie mniej niż 1Mbps) Odczytywane dane: 15 minutowe profile energii, rejestry alarmowe, stany liczydeł energii (pełna konfigurowalność, MDM może odczytać wszystkie rejestry licznika) Jednoczesny odczyt wszystkich liczników (do 3 minut) Wyzwalanie odczytu co 4 godziny Konfiguracja systemu definiowana centralnie (brak konieczności konfigurowania koncentratorów pośrednich). 5

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Funkcje aplikacji AMR/AMI Typ danych o o Dane pomiarowe z liczników energii Dane o stanie komunikacji z urządzeń BPL (system NMS) Gromadzenie danych pomiarowych w bazie Analizy i raportowanie Wymiana danych z innymi systemami np.: biling, SCAD SSiN Inne systemy korzystające z komunikacji BPL System Dyspozytorski SSiN (Dane o stanie komunikacji BPL oraz informacje ze stacji SN) System IVVC (w planach) wspomaganie instalacji PV (nasycenie 95%) Możliwość przesyłania danych z urządzeń pomiarowych do MDM w sposób spontaniczny w trybie online Alarmy (ingerencja w układ pomiarowy, sygnały sterujące dla systemu IVVC, strażnik mocy ) 6

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Link komunikacyjny Długość linku Prędkość transmisji GPZ ST3 (SN) 800m 39 Mbps ST3 ST10 (SN) 905m 29 Mbps ST10 ST9 (SN) 525m 30 Mbps GPZ ST9 (SN) 2230m 9,4 Mbps GPZ ZKP10.5.6 1005m 10 Mbps GPZ ZKP9.6.5 2330m 5,75 Mbps ZKP10.5.6 ST10 100m 14 Mbps GPZ miejsce podłączenia BPL do backbone (światłowód) Stacja SN/nN miejsce połączenia BPL SN z BPL niskiego napięcia Konferencja Smart Power Grids-Polska 7

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Zalety łączności BPL Łączność online opóźnienia poniżej 100ms Stabilność działania odporność na zakłócenia Przeźroczysta łączność z protokołem TCP/IP daje możliwość zestawienia dowolnej ilości jednoczesnych połączeń klient-serwer. Jednocześnie z systemem Smart Metering BPL może obsługiwać inne systemy Z licznikiem energii może komunikować się wielu klientów np.: system MDM oraz sterownik stacyjny systemu IVVC Duża szybkość komunikacji rzędu kilku Mbps (nie mniej niż 1Mbps) Możliwość jednoczesnej pracy wielu systemów korzystających z komunikacji BPL Możliwość wbudowania dodatkowych interfejsów np.: WMBUS, Ethernet, M-BUS, RS232/485 do komunikacji z innymi urządzeniami (wodomierz, miernik jakości energii) Niskie koszty modułów komunikacyjnych (koszty porównywalne z techniką wąskopasmową PLC) Łączność BPL w sieci średniego napięcia (nie ma praktycznej możliwości realizacji za pomocą wąskopasmowego PLC) 8

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Zewnętrzny moduł BPL do licznika energii (rozwiązanie przyjęte w Kleszczowie) Licznik energii elektrycznej Interfejsy: BPL, RS485, MBUS and WMBUS, RJ45 ETH, Miernik gazu Wodomierz Opcja Miernik jakości energii 9

Wdrożenie Kleszczów Smart Grid (SCADA + Smart Metering) Moduł komunikacyjny BPL do licznika energii elektrycznej Moduł BPL Licznik energii z wbudowanym modułem BPL Możemy opracować i dostarczyć moduł BPL dla każdego licznika energii elektrycznej 10 10

Zakłócenia widmo zakłóceń w sieci niskiego napięcia 107 db, 45kHz 75 db, 100kHz 50 db, 10MHz 40 db 40dB 90 db, 25kHz 3kHz 150kHz 2MHz 150kHz 30MHz Konferencja Smart Power Grids-Polska 12

dbuv Zakłócenia widmo sygnału w sieci niskiego napięcia 120 dbuv 100 dbuv 100 dbuv 30dBuV 90 dbuv 60 dbuv 3kHz 150kHz 150kHz 30MHz 2MHz PLC max sygnał EN50065-1 vs. BPL max sygnał EN50561-1 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Częstotliwość MHz Konferencja Smart Power Grids-Polska 13

Zakłócenia widmo zakłóceń w sieci niskiego napięcia 3kHz 150kHz 150kHz 30MHz Konferencja Smart Power Grids-Polska 14

Zakłócenia widmo sygnału BPL w sieci niskiego napięcia Szum Sygnał użyteczny 3kHz 150kHz 150kHz 30MHz Konferencja Smart Power Grids-Polska 15

Zakłócenia widmo zakłóceń w sieci niskiego napięcia 150kHz 500kHz 1000kHz 2MHz Konferencja Smart Power Grids-Polska 16

PLC vs. BPL Parametr PLC BPL Poziom zakłóceń w sieci max 110 dbµv avr 70 dbµv min 50 dbµv max avr min 50 dbµv 40 dbµv 30 dbµv Poziom sygnału użytecznego 120 dbµv 100 dbµv Charakter zakłóceń Odporność na zakłócenia Zakres częstotliwości pasma Koegzystencja z innymi systemami typu power line communication Konferencja Smart Power Grids-Polska Zmienny Ze względu ma małą ilość nośnych zakłócenie może zakłócić całe użyteczne pasmo 3-148,5kHz pasmo prywatne 500kHz pasmo publiczne Z PLC TAK Z innymi BPL TAK (w myśl standardu IEEE1901-2012) Komunikacja radiowa - TAK Stały Zakłócenie nigdy nie zajmuje całego użytecznego pasma częstotliwości Auto dostosowanie do aktualnych parametrów w sieci (praca na około 1000 częstotliwościach) 1MHz 30MHz pasmo publiczne Z innymi PLC NIE Z BPL - TAK 17

BPL z punktu widzenia OSD - Dlaczego BPL nie jest sprawdzany, testowany i porównywany z innymi technikami przez polskich OSD BPL SILNE STRONY PLC Odporność na zakłócenia Oline nowość, małe opóźnienia Masowe stosowanie w AMR Większy zasięg pkt. pkt. Praktycznie stosowany TCP-IP Prywatne pasmo (CENELEC A) Powielanie sygnału Mały pobór mocy < 4W (regulowany automatycznie) Duża przepustowość (Mbps) Koegzystencja Auto-dopasowanie do warunków w sieci szumy, ARW Łatwa implementacja Zaawansowane systemowe szyfrowanie danych Niski koszt BPL SŁABE STRONY PLC Nie stosowany masowo w AMR Pasmo publiczne (tak jak FCC) Duże tłumienie sygnału (zasięg) Mała odporność na zakłócenia Ograniczony online, opóźnienia Brak TCP-IP w praktyce Ograniczone powielanie sygnału Mała przepustowość (kbps) Brak koegzystencji BPL SZANSE PLC Rozwój BPL w innych zastosowaniach np. w przemyśle motoryzacyjnym, komunikacji Duża przepustowość danych daje alternatywę technikom LPWAN BPL jako zamiennik światłowodu Wielokanałowe medium komunikacyjne BPL ZAGROŻENIA PLC Zagrożony technikami radiowymi LPWAN 20

Oferta Mikroniki Smart Meter Gateway Projektowanie sprzętu, oprogramowania oraz integracja IT BPL & inne Techniki Komunikacyjne Usługi SMGW z wbudowanym Ethernet Mobile (GPRS, LTE) BPL Hybrydowe rozwiązanie LTE-BPL Interoperability testowana z licznikami oraz urządzeniami CLS Projektowanie hardware & software BPL and M2M Network Management System dla komunikacji WAN System SCADA dla nadzoru systemu Smart Metering / Smart Grid System akwizycji danych pomiarowych z liczników i innych urządzeń Moduły BPL zintegrowane z licznikiem Projektowanie urządzeń BPL oraz innych technologii komunikacyjnych (LTE, ) pod wymagania użytkownika Rozwiązania BPL dla sieci średniego napięcia Koncepcja wdrożenia Koncepcje WAN Planowanie, zarządzanie projektem Doradztwo dla IT i imsys Szkolenie dla WAN i imsys Wsparcie operacyjne, usługi hostingu i aktualizacji Szkolenia i warsztaty praktyczne z zakresu techniki BPL imsys = Intelligent Metering Systems SMGW = Smart Meter Gateway CLS = Controllable Local System 22

Dziękuję za uwagę Jacek Koźbiał jacek.kozbial@mikronika.pl