Interoperacyjność? OFDM? Zapomnij o tym (na razie)

Wcześniej realizowano masowe wdrożenia zweryfikowanych systemów, czyli rozwój wyprzedzał praktykę. Dziś sytuacja jest odwrotna. Energetyka czeka na rozwój techniczny, aby bezpiecznie stawić czoła wszystkim stanom operacyjnym. Sytuacja jest poważna. Na przykład awaria systemu elektroenergetycznego w Europie Środkowej trwająca dłużej niż 10 dni mogłaby bardzo poważnie zagrozić funkcjonowaniu całej Unii Europejskiej. Można więc powiedzieć, że do pewnego stopnia energetyka w Europie stale wyprzedza o pięć dni ogłoszenie stanu wyjątkowego, ze wszystkimi jego skutkami.

Mamy więc do czynienia z napiętą sytuacją w zakresie równowagi, a ponadto pojawiają się nowe wymagania dotyczące wdrażania automatycznych pomiarów i kontroli obciążenia. Pomimo tego pozytywnego kroku, mającego korzystny wpływ na środowisko, nie jest on wystarczający do poprawy sytuacji w zakresie bilansu energetycznego. Po pierwsze, systemy te nie są w stanie reagować na sytuację wystarczająco szybko. Po drugie, wdrożenia na dużą skalę będą stanowić obciążenie finansowe dla systemu i prawdopodobnie staniemy w obliczu braku środków na wdrożenie bezpieczniejszych (i być może bardziej wymagających finansowo) technologii.

Pierwsze wnioski można wyciągnąć w oparciu o już zrealizowane pilotaże/rollouty. Wykorzystanie operatora publicznego (tj. transmisja danych przez GPRS) jest problematyczne. Operatorzy nie są w stanie zagwarantować bezpieczeństwa czasowego transmisji. Pokazało to załamanie transmisji podczas świąt Bożego Narodzenia (SMS-y były dostarczane z dużym opóźnieniem, połączenia telefoniczne nie mogły być realizowane z powodu przeciążenia sieci). Jeśli głównym kryterium jest ekonomia działania, to o obsłudze całego obszaru można mówić jedynie na poziomie teoretycznym.

Istniejące linie energetyczne są zatem jedynym rozsądnym rozwiązaniem do przesyłania danych. Pozytywne aspekty komunikacji PLC zdecydowanie przeważają, ale należy wziąć pod uwagę dwa inne aspekty. Po pierwsze, istnieją ograniczenia prawne (poziom napięcia modulacji i przypisane pasmo częstotliwości), a po drugie, istnieje możliwość przesyłania danych za pośrednictwem kanału komunikacyjnego, jakim jest linia energetyczna, ze wszystkimi jej fizycznymi skutkami.

Prawda jest taka, że rządy stały się świadome napiętej sytuacji w branży energetycznej, co wyraźnie widać po wydaniu wielu dotacji i grantów, aby przynieść pożądane rozwiązanie. Jednak projekty te miały tę wadę, że nie działały z fizycznego punktu widzenia lub były bardzo drogie. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest jedna rzecz: interoperacyjność.

Interoperacyjność jest zdecydowanie pożądanym celem. Dzisiejsze systemy wymiany danych między licznikami, które nie odzwierciedlają charakterystyki kanału komunikacyjnego i które są technicznie przestarzałe, są nieodpowiednie, a ich wymagania dotyczące charakterystyki kanału komunikacyjnego są niemal zabójcze. Tak było w przypadku systemów wykorzystujących szerokopasmową modulację OFDM do przesyłania danych. Dyskusyjne jest stosowanie tego sposobu modulacji w dedykowanym zakresie częstotliwości 9-132 kHz, gdzie pojedyncze podnośne są zgniatane jedna po drugiej i nie zakłócają się wzajemnie tylko ze względu na ortogonalność systemu.

Wdrożenie standardu DLMS oznacza, że wszystkie podnośne przesyłają pojedyncze części danych przesyłanej wiadomości. Istnieje prawie 100% prawdopodobieństwo, że jakieś zakłócenie uderzy w częstotliwość podnośnej, co prowadzi do utraty całej wiadomości.

Taki system jest bardzo wrażliwy na zakłócenia, co wynika z testów i pomiarów porównawczych oraz pierwszych instalacji systemów opartych na technologii OFDM, takich jak PRIME, czy G3. W prezentacjach brakuje wielu ważnych informacji, np. opisu warunków transmisji (typ kanału komunikacyjnego – kablowy, napowietrzny, mieszany, wiek itp.), liczby komunikacji z pojedynczymi licznikami elektronicznymi (transfer profili 15 m, opóźnienie realizacji poleceń) oraz wyników rolloutu.

Pomiary wykazały, że systemy z taką komunikacją OFDM są (zwłaszcza w liniach mieszanych ze starymi instalacjami) znacznie gorsze w porównaniu z komunikacją wąskopasmową. Jeśli zastosuje się powszechne metody stosowane w innych systemach OFDM (większa odległość podnośnych i redundancja wiadomości danych lub ich części), jest to właściwa droga. Jednak znaczny spadek szybkości transmisji jest nieuniknionym rezultatem.

Konieczne jest udzielenie odpowiedzi na kluczowe pytanie: Czy potrzebujemy niezawodnej i solidnej, czy szybkiej komunikacji? Oba stany w tak ograniczonym kanale komunikacyjnym wzajemnie się wykluczają. Jeśli respektujemy fizyczną charakterystykę kanału fizycznego, musimy zastanowić się, jakie wielkości będziemy przesyłać. Przesyłanie wszystkich informacji do centrum kontroli i podejmowanie przez nie decyzji jest utopijnym pomysłem. Jeśli weźmiemy pod uwagę zasady fizyczne, konieczne jest wybranie przeciwnego podejścia: dystrybucja kontroli na najniższy możliwy poziom. Liczniki elektroniczne i kontrolujące je koncentratory danych nie powinny wysyłać pojedynczych danych, ale raczej raporty do centrum kontroli. Zgodnie z przygotowanymi scenariuszami powinny one pomóc systemowi utrzymać bezpieczny stan operacyjny.

Badania i rozwój są drogą do postępu i oceny błędów. Konieczne jest odejście od jednego rozwiązania i precyzyjne zdefiniowanie podstawowych wymagań w celu zaspokojenia wszystkich potrzeb uczestników systemu energetycznego, przy jednoczesnym poszanowaniu wymogów niezawodności przesyłu i stabilności systemu. Jeśli spojrzymy na tworzenie systemu w przypadku innych towarów, możemy zauważyć, że żądanie interoperacyjności pojawia się na samym końcu, po rozwiązaniu wszystkich wymagań technicznych. Energetyka będzie musiała zmierzyć się z podobnym procesem: przede wszystkim konieczne jest stworzenie systemu transmisji danych, który odzwierciedla charakterystykę transmisji używanego kanału i żądania czasowe stanów operacyjnych sieci energetycznej. System ten może stać się standardem. Niestety, oczywiste jest, że nie jest możliwe pójście w przeciwnym kierunku.