維持恒定的電力傳輸是復雜且具有挑戰性的。公用事業公司不僅必須履行這一主要責任，還必須應對不斷擴大的壓力。發電正在向可持續資源發展。隨著太陽能電池板的普及，消費者正在生產和消費能源。經濟力量、安全威脅和自然災害進一步增加了公用事業的壓力。

為了應對這些挑戰，公用事業公司正在進行數字化轉型。讓我們來分析一下數字電網現代化的組成部分，看看無線專用網絡是如何助力公用事業公司在前進的每一步實現其目標。

優化世界上最復雜的機器

有人稱電網為世界上最復雜的機器。電網基礎設施管理必須平衡發電量和電力消耗量，因為電網不穩定會導致停電。以前，只有消費變化。今天，隨著太陽能和風能等可持續資源的增長，發電量和消耗量都出現了變化。確保輸入電網的電力始終與電網消耗保持平衡需要精心設計。為了生存，公用事業必須采用數字解決方案。

這就是專用網絡發揮作用的地方。

向蜂窩網絡演進為公用事業公司帶來了一個龐大而快速發展的全球傳感器和設備生態系統的優勢。而無線網絡質量的安全性、可靠性和獨立性設計對公用事業尤其有價值。

從發電廠到家的旅程

為了為無線在電網現代化中的作用奠定基礎，讓我們首先簡要了解電網的主要功能方面（圖 1）。

圖 1：電網

電網的每個組件都必須與其他組件通信，隨著公用事業公司在電網現代化方面取得進展，這項任務變得越來越重要。無線專用網絡使公用事業公司能夠在旅程的每一步實現其目標。

在變電站互連發電和配電

輸電變電站控制從發電廠到配電網的電力輸入。它們可以位于遠離控制中心的偏遠地區。長距離無線提供輸電變電站和監控電網的已建立廣域網之間的連接。可以使用遠程微波等無線技術代替昂貴的光纖升級或低速鏈路，從而改善延遲和性能。

配電變電站根據需求和故障檢測/隔離切換電源，確保工業、商業和住宅用電的連續性和可靠性。它們通常更靠近人口中心，因此更靠近消費。專用 LTE網絡增強或擴展現有數據連接和產品。無線還為監視和控制變電站所需的操作通信增加了一層可靠性。其中許多設備已經依賴備用公共無線網絡。現在可以用設計更好、預測性更好的專用無線網絡來取代它。

無線網絡——用于網格管理和用例融合

電網現代化包括智能視頻監控等用例，這些用例需要提高性能特征——最好由先進的無線網絡提供。此外，提供卓越性能的同一私有無線系統還允許公用事業公司將員工設備與私有企業功能集成在一起。隨著傳感器和變電站智能電子設備 (IED)、遠程終端單元 (RTU) 和中繼系統向無線遷移，電網管理和企業通信也將集成到相同的移動設備中。隨著 IT 和 OT世界的緊密聯系，公用事業公司的運營復雜性將顯著降低。

遠程保護也通過無線增強。遠程保護監控電網狀況，隔離故障并防止損壞電網的關鍵部分。快速反應至關重要。無線 4G/5G 低延遲解決方案的正確組合，可以將遠程保護的范圍從本地變電站擴展到更中心的位置。人工智能/機器學習 (AI/ML)的使用將允許主動故障隔離。面向 5G NR 等無線技術的設備生態系統的發展將進一步推動關鍵任務交換基礎設施的遠程控制等進步。

消除銅線

今天的變電站對每個主要控制元件都有銅線驅動的專用線路，一次運行一個用例。為了擴展變電站的能力，公用事業公司必須增加接線并升級將開關站連接到控制室的電纜溝。除了笨重之外，這些系統還是模擬的。

變電站的轉型始于將通信基礎設施從模擬升級到數字，并將開關站和控制室之間的傳輸升級為光纖和無線的正確組合。隨著無線電網現代化的實施，我們可以持續收集更多、更精細的數據并主動管理中斷。

在控制室，室內無線 LTE 與市民寬帶無線電服務優先接入許可證 (CBRS PAL) 等中頻頻譜相結合，為視頻監控、高抖動和高吞吐量流量提供更高的吞吐量。室內無線 LTE 可以與室外宏 LTE 網絡無縫集成。控制室內的員工通信甚至可以與電網的網絡集成。

將電網安全、便利和融合帶到最后一公里

隨著公用事業繼續采用電網現代化，LTE 無線引入的可靠性和安全性將從配電擴展到電力輸送基礎設施的最后一英里。最后一公里是電力進入消費者領域的地方。這也是安全和安保變得至關重要的地方。

許多具有環保意識和成本意識的消費者在家中投資太陽能電池板。消費者現在可以將能量送回電網并近乎實時地跟蹤它。曾經傳統的單向現在是雙向的，客戶在從電網消耗電力的同時將一些電力返回到電網。“生產消費者”或生產消費者的新現實需要實時反饋，以確保公用事業公司能夠成功地平衡發電和需求。

小區新面孔——實時監控

LTE 無線為最后一公里的電網管理提供了一個新優勢：實時數據。最后一公里的 LTE 無線實時反饋使公用事業公司能夠確保電網安全，并更主動地領先于附近電網的潛在故障：

• 變電站接收隔離附近電網較小部分所需的信息，避免較大電網中的不穩定和停電。
• 通過主動監測受天氣影響的基礎設施來提高安全性。
• 對消耗和產消者發電的實時分析允許更有效地在電網中的輸配電變電站中加入配電能源。

確保最后一公里有足夠的帶寬

最后一公里也是來自智能手機和固定無線的消費者流量與電網設備的公用事業流量競爭的地方。由于這里對互聯網訪問的需求達到最大，因此在消費者智能手機網絡上為電網運行關鍵設備可能既不可靠又昂貴。用于電網的專用專用 LTE 網絡可確保電網的可靠性不受競爭消費設備占用的容量的影響。

隨著人口快速向郊區遷移，公用事業公司正在競相擴建現有的最后幾公里的電力基礎設施。郊區電網上新電網設備的互聯網連接激活時間使用無線最快，并且使用許可的 LTE 無線最可靠。

專用 LTE 網絡提供安全、可靠的最后一英里

擁有太陽能電池板的產消者只是電力公司運營格局復雜轉變的一個方面。公用事業公司在問：我們如何在產消者世界中維持生產和消費之間微妙的雙向對話？我們如何才能快速且經濟高效地擴展我們的基礎架構以服務新客戶并更好地服務于現有客戶？當我們向產消者開放電網時，我們如何確保關鍵任務電網的安全？

正如我們所見，LTE 無線支持新技術并提高效率，從而解決公用事業面臨的許多挑戰。隨著公用事業繼續采用電網現代化，LTE 無線引入的可靠性和安全性將從配電擴展到電力輸送基礎設施。

最后一跳的連通性：融合蜂窩毛細管網絡

我們已經看到，基于蜂窩技術的無線專用網絡從電廠到最后一公里都很好地服務于公用事業。現在我們到達了最后一公里的最后一跳——各種多用途、非 3GPP設備（例如智能電表）等待著我們。在新興的智能電網中，更多的應用也承諾管理更多的設備。今天的發電和用電雙向報告將很快萌芽本地天氣報告、視頻監控等應用。

今天的電網包含許多專門構建的毛細管網絡，每個網絡都針對單個用例進行了優化。毛細管網絡由毛細管網關 (CGW)和由該網關提供服務的許多設備組成。性能、可靠性和整合要求在最后一跳中使用多用途網絡。合乎邏輯的下一步是通過融合蜂窩毛細管網絡利用私有 LTE提供的通用核心基礎設施來合并這些接入網絡。

將毛細管網絡連接到全球通信基礎設施可以通過蜂窩網絡實現，蜂窩網絡可以是廣域網或室內蜂窩解決方案。當通過 SIM 啟用網關時，蜂窩網絡和網狀毛細管網絡之間的網關就像任何其他用戶設備一樣。

無線連接使智能電網成為可能

隨著互聯世界向無線互聯網世界發展，越來越多的連接選項將可供公用事業使用。無線技術為擴大發電和配電互聯的控制、規模和可靠性開辟了新機遇。通過采用正確的頻譜、設備生態系統和技術，無線還將允許整合關鍵任務故障定位、隔離和恢復。

隨著電力行業努力實現現代化以響應不斷增長的需求和業務需求，關鍵任務無線網絡將在使公用事業成功實現電網現代化方面發揮關鍵作用。例如，愛立信正在與公用事業公司合作，提供連接電網每個組件的解決方案，從發電到您家中的智能電表。