Komunikační technologie
pro chytré sítě v energetice
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti
chytrých sítí
doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D.
12.5.2016
Osnova
• Smart Grid, Smart Metering a Power Line
Communication
• Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart
Metering či Smart Grids
• Závěr a možnosti spolupráce
Smart Grids (SG)
• Největší nástup sítí SG je dnes v oblasti energetiky.
• Nestabilita, nemožnost bezpečně řídit
 výpadek (blackout).
• Rekonfigurace energetické sítě a
začlenění telekomunikačních
technologií  budování Smart Grids.
Stávající distribuční soustava:
• centralizovaná výroba,
• menší počet zdrojů velkých výkonů,
• jednosměrný tok energie.
Změny v distribuční soustavě:
• alternativní zdroje elektrické energie,
• decentralizovaná výroba,
• větší počet zdrojů malých výkonů.
Smart Metering (SM)
Dílčí koncepty Smart Grids: Smart Home, Smart Building, Smart Cities, Smart
Metering.
Smart Metering:
• dálkový odečet, vypínaní a zapínání
odběru el. energie,
• dálkové a inteligentní řízení a regulace
spotřeby a dodávky el. energie.
• spolehlivá dodávka el.
energie,
• snížení tzv. obchodních ztrát
(neoprávněných odběrů).
přechod od
pouhého měření
k řízení
Zajistit obousměrnou komunikaci s koncovými zařízeními
• Možné využít pro systémy výroby a rozvodu tepla, vody a
plynu.
• Itálie - blackout v 2003 - nyní osazeno více než 30 milionů měřicích míst.
Smart Metering v ČR - HDO
Hromadné dálkové ovládání (HDO)
• první systém využívající pro přenos informace silnoproudá vedení energetické sítě,
• domácnosti  elektřina k topení a ohřevu vody  nízký tarif.
• jednosměrná komunikace bez zpětné vazby o
provedení povelu,
• povelování z centra je vždy určeno určité
skupině přijímačů.
„Žrouti“ energie
60-80 % vytápění
15 % ohřev vody
10 % PC/TV/malé
spotřebiče
8 % vaření
• HDO nebude
časem dostačující.
Smart Grid
Klíčové aspekty rozvoje chytrých sítí:
• vývoj a budování komunikační infrastruktury,
• kybernetická bezpečnost.
1. Přenosy po vedeních
• Optická vedení
• Metalická vedení
• Účastnická – xDSL, ISDN
• Silnoproudá – PLC
• Slaboproudá – kabelová TV
2. Bezdrátové přenosy
• Rádiové
• Pozemské sítě
• GSM/GPRS, UMTS, LTE
• WiMax – licencované
• R-LAN – licencované
• RF Mesh – nelicencované ISM
• Low Power Wide Area (LPWA)
• Směrové spoje
• Satelitní spoje
• Optické
Komunikační technologie pro SG
7/33
Řešení vhodná pro SG a SM:Přehled prostředků pro budování SG sítí:
Měření
spotřeby
elektrické
energie Měření
kvality
Indikace
poruch
Optická vedení
xDSL
GSM, UMTS, LTE
WiMax
R-LAN
LPWA
PLC
RF Mesh
GSM/UMTS/LTE
LPWA
Transportní síť (WAN)
Přístupová síť (MAN a LAN)
Centrální řídící
stanice (SCADA)
Koncentrátor
dat v
trafostanici
Komunikační technologie pro SG
8/33
40%
40%
10%
10%
Technologie pro Smart Metering přístupovou
část sítě (last mile)
PLC Radio Mobile MESH
Role PLC v procesu zavádění SM
• Smart Metering s PLC v Evropě
• Smart Metering s PLC v ČR
• Plošné zavádění ne
• negativní studie přínosů a nákladů
 HDO
• Technologické ověření ano
• Pilotní projekty:
• ČEZ: Vrchlabí, Pardubice
• E.ON: Komořany 9/33Zdroj: europa.eu, smart-metering-deployment-european-union
rozsáhlé zavádění - více než 80 % rollout
• Smart Metering v Evropě (80 % do 2020)
Zajímavosti
• V současné době (např. E.ON Germany)
• využití širokopásmové PLC pro Smart Metering a Smart Grid,
• požadavky na větší šířku pásma.
• Heterogenní sítě
• Studie nákladů a přínosů zavádění Smart Metering v Německu:
1. PLC pro 80 %, UMTS 20 %,
2. PLC pro 20 %, UMTS 80 % - o 0,6 biliónů Euro dražší než varianta 1.
Smart Meter
ETH
wireless
SCADA
PLC
modem
Wireless
modem
RS485
LV
PLC-wireless
modem
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
Metodika hodnocení pilotních PLC projektů
• Ověření možnosti využití různých PLC technologií.
• E.ON Česká Republika, s.r.o. Robustnost a velký dosah
komunikace
Vysoká přenosová
rychlost
Trafostanice
22/0.4kV
Trafostanice
110/22kV
max. 1500 m
max. 300 m
WiMAX
UMTS/LTE
Optika
Úzkopásmová PLC
komunikace
(po NN vedení)
PLCkomunikacepoVN
Radiovétechnologie Centrální řídící
stanice (SCADA)
Opakovač
Koncentrátor
1.úrovně
Koncentrátor
2.úrovně
WiMAX
UMTS/LTE
Optika
Rádiové technologie
Rádiové technologie
Širokopásmová PLC
komunikace
(po NN vedení)
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
12/33
TCP/IP
GSM /
GPRS
TCP/IP
Datakoncentrátor
Univerzální monitor
Komunikační
jednotka MEg 202.2
Sběr dat a dlouhodobé
vyhodnocování
Návrh a implementace výpočetně náročně asymetrické
kryptografie (PKI) do nízkoenergetických výkonově omezených
komunikačních zařízení
• AES-128 společně s kompletním řešením protokolů pro PKI
(Diffie–Hellman na eliptických křivkách)
• MEgA - Měřící Energetické Aparáty, a.s.
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
13/33
Rádiový modem na bázi chipu Telit LE70-868.
• komunikace v nelicenčním pásmu (868 MHz),
• využitelný pro indikátory poruchových stavů na VN či VVN.
• dosahy cca 250 metrů městka zástavba
• 7 km přímá viditelnost
• Výzkum ve spolupráci s naším partnerem, firmou SEWIO
s.r.o.
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
14/33
Smart Multi-Purpose Home gateway (Symphony 1.0)
• Multi-funkční brána pro účely Smart Home a Smart Building
• Propojení mnoha různých platforem, jako například Wireless
M-Bus, IEEE 802.1, Zigbee, Bluetooth, Ethernet, IMS, 3G/4G
broadband aj.
• Plně OpenSource
• ve spolupráci s Telekom Austria Group
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
Využití různých typů „Long-Range“
komunikačních technologií
Spolehlivost
Bezpečnost
Cena
Spotřeba
LPWA
NB-IoT
LTE
LTE
Parametr Hodnota
Bezpečnost
Spolehlivost
Spotřeba
Cena
NB-IoT
Parametr Hodnota
Bezpečnost
Spolehlivost
Spotřeba
Cena
LPWA
Parametr Hodnota
Bezpečnost
Spolehlivost
Spotřeba
Cena
Dalšími parametry může být například
rychlost, chybovost, odolnost na rušení atd.
Aktivity ústavu Telekomunikací v oblasti Smart Metering či
Smart Grids
Další aktivity:
• Vývoj algoritmů pro predikci spotřeby
• Modelování a simulace (např. Radio
Mobile či NS-3)
Bezpečnostní skupina (doc. Hajný)
• Testování systémů při extrémní zátěži za použití zařízení
Spirent
• http://crypto.utko.feec.vutbr.cz/
• crypto@feec.vutbr.cz
Závěr
Problematika chytrých sítí je velmi široká
• jedno pracoviště neobsáhne vše
• Česká akademická expertní skupina
Možnosti spolupráce:
• Zakázky pro distribuční společnosti
• Projekty (např. OPVVV, MVČR)
Děkuji za pozornost.
doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D.
12.5.2016