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维持恒定的电力传输是复杂且具有挑战性的。公用事业公司不仅必须履行这一主要责任，还必须应对不断扩大的压力。发电正在向可持续资源发展。随着太阳能电池板的普及，消费者正在生产和消费能源。经济力量、安全威胁和自然灾害进一步增加了公用事业的压力。
为了应对这些挑战，公用事业公司正在进行数字化转型。让我们来分析一下数字电网现代化的组成部分，看看无线专用网络是如何助力公用事业公司在前进的每一步实现其目标。
优化世界上最复杂的机器
有人称电网为世界上最复杂的机器。电网基础设施管理必须平衡发电量和电力消耗量，因为电网不稳定会导致停电。以前，只有消费变化。今天，随着太阳能和风能等可持续资源的增长，发电量和消耗量都出现了变化。确保输入电网的电力始终与电网消耗保持平衡需要精心设计。为了生存，公用事业必须采用数字解决方案。
这就是专用网络发挥作用的地方。 向蜂窝网络演进为公用事业公司带来了一个庞大而快速发展的全球传感器和设备生态系统的优势。而无线网络质量的安全性、可靠性和独立性设计对公用事业尤其有价值。
从发电厂到家的旅程
为了为无线在电网现代化中的作用奠定基础，让我们首先简要了解电网的主要功能方面（图 1）。
电网的每个组件都必须与其他组件通信，随着公用事业公司在电网现代化方面取得进展，这项任务变得越来越重要。无线专用网络使公用事业公司能够在旅程的每一步实现其目标。
在变电站互连发电和配电
输电变电站控制从发电厂到配电网的电力输入。它们可以位于远离控制中心的偏远地区。长距离无线提供输电变电站和监控电网的已建立广域网之间的连接。可以使用远程微波等无线技术代替昂贵的光纤升级或低速链路，从而改善延迟和性能。
配电变电站根据需求和故障检测/隔离切换电源，确保工业、商业和住宅用电的连续性和可靠性。它们通常更靠近人口中心，因此更靠近消费。专用 LTE 网络增强或扩展现有数据连接和产品。无线还为监视和控制变电站所需的操作通信增加了一层可靠性。其中许多设备已经依赖备用公共无线网络。现在可以用设计更好、预测性更好的专用无线网络来取代它。
无线网络——用于网格管理和用例融合
电网现代化包括智能视频监控等用例，这些用例需要提高性能特征——最好由先进的无线网络提供。此外，提供卓越性能的同一私有无线系统还允许公用事业公司将员工设备与私有企业功能集成在一起。随着传感器和变电站智能电子设备 (IED)、远程终端单元 (RTU) 和中继系统向无线迁移，电网管理和企业通信也将集成到相同的移动设备中。随着 IT 和 OT 世界的紧密联系，公用事业公司的运营复杂性将显着降低。
远程保护也通过无线增强。远程保护监控电网状况，隔离故障并防止损坏电网的关键部分。快速反应至关重要。无线 4G/5G 低延迟解决方案的正确组合，可以将远程保护的范围从本地变电站扩展到更中心的位置。人工智能/机器学习 (AI/ML) 的使用将允许主动故障隔离。面向 5G NR 等无线技术的设备生态系统的发展将进一步推动关键任务交换基础设施的远程控制等进步。
消除铜线
今天的变电站对每个主要控制元件都有铜线驱动的专用线路，一次运行一个用例。为了扩展变电站的能力，公用事业公司必须增加接线并升级将开关站连接到控制室的电缆沟。除了笨重之外，这些系统还是模拟的。
变电站的转型始于将通信基础设施从模拟升级到数字，并将开关站和控制室之间的传输升级为光纤和无线的正确组合。随着无线电网现代化的实施，我们可以持续收集更多、更精细的数据并主动管理中断。
在控制室，室内无线 LTE 与市民宽带无线电服务优先接入许可证 (CBRS PAL) 等中频频谱相结合，为视频监控、高抖动和高吞吐量流量提供更高的吞吐量。室内无线 LTE 可以与室外宏 LTE 网络无缝集成。控制室内的员工通信甚至可以与电网的网络集成。
将电网安全、便利和融合带到最后一公里
随着公用事业继续采用电网现代化，LTE 无线引入的可靠性和安全性将从配电扩展到电力输送基础设施的最后一英里。最后一公里是电力进入消费者领域的地方。这也是安全和安保变得至关重要的地方。
许多具有环保意识和成本意识的消费者在家中投资太阳能电池板。消费者现在可以将能量送回电网并近乎实时地跟踪它。曾经传统的单向现在是双向的，客户在从电网消耗电力的同时将一些电力返回到电网。“生产消费者”或生产消费者的新现实需要实时反馈，以确保公用事业公司能够成功地平衡发电和需求。
小区新面孔——实时监控
LTE 无线为最后一公里的电网管理提供了一个新优势：实时数据。最后一公里的 LTE 无线实时反馈使公用事业公司能够确保电网安全，并更主动地领先于附近电网的潜在故障：
变电站接收隔离附近电网较小部分所需的信息，避免较大电网中的不稳定和停电。
通过主动监测受天气影响的基础设施来提高安全性。
对消耗和产消者发电的实时分析允许更有效地在电网中的输配电变电站中加入配电能源。
确保最后一公里有足够的带宽
最后一公里也是来自智能手机和固定无线的消费者流量与电网设备的公用事业流量竞争的地方。由于这里对互联网访问的需求达到最大，因此在消费者智能手机网络上为电网运行关键设备可能既不可靠又昂贵。用于电网的专用专用 LTE 网络可确保电网的可靠性不受竞争消费设备占用的容量的影响。
随着人口快速向郊区迁移，公用事业公司正在竞相扩建现有的最后几公里的电力基础设施。郊区电网上新电网设备的互联网连接激活时间使用无线最快，并且使用许可的 LTE 无线最可靠。
专用 LTE 网络提供安全、可靠的最后一英里
拥有太阳能电池板的产消者只是电力公司运营格局复杂转变的一个方面。公用事业公司在问：我们如何在产消者世界中维持生产和消费之间微妙的双向对话？我们如何才能快速且经济高效地扩展我们的基础架构以服务新客户并更好地服务于现有客户？当我们向产消者开放电网时，我们如何确保关键任务电网的安全？
正如我们所见，LTE 无线支持新技术并提高效率，从而解决公用事业面临的许多挑战。随着公用事业继续采用电网现代化，LTE 无线引入的可靠性和安全性将从配电扩展到电力输送基础设施。
最后一跳的连通性：融合蜂窝毛细管网络
我们已经看到，基于蜂窝技术的无线专用网络从电厂到最后一公里都很好地服务于公用事业。现在我们到达了最后一公里的最后一跳——各种多用途、非 3GPP 设备（例如智能电表）等待着我们。在新兴的智能电网中，更多的应用也承诺管理更多的设备。今天的发电和用电双向报告将很快萌芽本地天气报告、视频监控等应用。
今天的电网包含许多专门构建的毛细管网络，每个网络都针对单个用例进行了优化。毛细管网络由毛细管网关 (CGW) 和由该网关提供服务的许多设备组成。性能、可靠性和整合要求在最后一跳中使用多用途网络。合乎逻辑的下一步是通过融合蜂窝毛细管网络利用私有 LTE 提供的通用核心基础设施来合并这些接入网络。
将毛细管网络连接到全球通信基础设施可以通过蜂窝网络实现，蜂窝网络可以是广域网或室内蜂窝解决方案。当通过 SIM 启用网关时，蜂窝网络和网状毛细管网络之间的网关就像任何其他用户设备一样。
无线连接使智能电网成为可能
随着互联世界向无线互联网世界发展，越来越多的连接选项将可供公用事业使用。无线技术为扩大发电和配电互联的控制、规模和可靠性开辟了新机遇。通过采用正确的频谱、设备生态系统和技术，无线还将允许整合关键任务故障定位、隔离和恢复。
随着电力行业努力实现现代化以响应不断增长的需求和业务需求，关键任务无线网络将在使公用事业成功实现电网现代化方面发挥关键作用。例如，爱立信正在与公用事业公司合作，提供连接电网每个组件的解决方案，从发电到您家中的智能电表。
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