无论是巧合还是精心规划，电力系统和电信的基础设施都朝着同一个方向发展:走向边缘。屋顶上的太阳能电池板就像社区里的5G塔——在这两种情况下，分布式资产越来越多地支撑着这些重要的系统。
为了研究最新一代无线通信及其提供的电力系统，美国国家可再生能源实验室(NREL)在一个复制的军用微电网中建立了一个5G研究平台，并对其进行了弹性场景和网络攻击，并在一份题为“5G安全通电和弹性”的报告中公布了他们的研究结果。他们发现，5G功能可以支持电力系统的分布式控制和可配置的安全性和弹性。
该项目是FutureG计划的一部分，该计划旨在使国家为下一代电信平台做好准备，特别是在安全、自动化和弹性方面。但结果远远超出了防御范畴:NREL展示了公用事业如何利用5G来提高网络安全、恢复和成本。现在，在NREL有了一个现实的通信试验场，合作伙伴可以确保公用事业在竞争激烈的环境中最需要的时候能够正常运行。
没有电线，没有问题
在传输过程中，一点延迟是令人烦恼的，但在关键的能源操作期间，它可能会使人衰弱。自动电源恢复的目标速度是8毫秒——这是非常快的。硬连线光纤是替代方案，但随着分布式能源设备的增长，在微电网中铺设光纤的成本很快就会变得过高。相反，项目团队探索了5G超低延迟如何填补这一空白。
“从电网集成的角度来看，许多设备将需要低延迟和高可靠性才能成功协调，”NREL高级研究员兼项目负责人Tony Markel说。“4G和5G的根本区别在于数据传输的方式;数据资源可以更接近边缘。如果我们利用边缘计算的力量和减少延迟，使网格组件成为一个更有效的系统呢?”
NREL的研究人员通过设计微电网来保持通信和关键负载的电力，实现了5G的一些有效性。这包括一层弹性，通过使用边缘控制器来维持微电网组件的运行，即使某些通信不可用。
由于弹性和能源管理对NREL和国防部的任务至关重要，这项工作发现5G、分布式控制和基于可再生能源的微电网的结合是一个强大的组合。
网络弹性、优先流量和私有切片:5G的一些好处
为了在可靠的运行条件下评估5G, NREL模拟了其微电网，以反映加利福尼亚州的一个军事基地。相同的太阳能电池阵列、电池系统、汽车充电器和保护设备通过5G网络建模。测试了许多场景，包括电网中断和各种网络入侵。
“我们的测试场景不仅是关于控制电网和微电网的弹性，而且是关于为5G网络本身供电。如果我们能保持电网的弹性电力运行，这反过来又能保持通信网络的运行，”电力系统工程主管布莱恩·米勒说。
这些场景包括蜂窝塔故障、微电网控制器崩溃和恢复、外国操作的不安全网络流量以及来自其他网络设备的拥塞。
米勒在讨论他们在测试微电网中实现的5G功能时说:“边缘计算、网络流量优先级和私有切片都成功了。”“有了这个网络，我们可以完美地运作;例如，即使在通信流量达到最大的情况下，优先级也能让我们抢占先机，这就像对关键系统有专门的访问一样。”
然而，延迟就没那么令人印象深刻了。也许使用毫米波5G频段，研究人员可以实现更快的数据交换，但地理上分散的微电网需要更长的6 ghz以下频段。延迟很低，但还没有低到能够像电池备用单元通常提供的那样，在没有电源中断的情况下顺利协调电源恢复。
在安全方面，研究人员专注于5G的每个组件，并找到了许多方法来使网络更加安全，以抵御攻击者。由于5G建立在商用服务器硬件和虚拟化工具和功能的基础上，每个组件都需要进行彻底的网络评估和调优，以防止威胁行为者更改数据或读取能源系统的参数。了解网络组件和数据流是安全的，这是能够信任5G在未来使用分布式资产的第一步。
新的实验室能力
这种5G实验室能力体现了政府机构之间的合作，以实现相互适应的技术。5G对国防部特别重要，因为它有可能支持许多快速部署场景，如远征空军基地作战、敏捷作战就业等。通过进一步的测试，这些结果将作为军事部门加强基础设施的基础。从更广泛的角度来看，5G研究有助于增强美国本土电网的弹性和美国的创新。
“我们计划将该项目作为研究能力的开发平台，可以在综合能源系统高级研究(ARIES)网络范围中复制，”Markel说。“5G核心、多接入边缘计算、私有切片——为可再生能源大规模安全集成的研究计划提供了基础。”
ARIES是理想的研究环境，可供公用事业、设备开发商、能源服务提供商和任何电网研究人员部署自己的系统并验证5G解决方案，而不受直接在公共电网上进行测试的限制。
马克尔说:“工业界通过规划模块化和开放的5G架构来引领这些努力，我们正在研究在电网中使用其功能的新方法。”“数以百万计的能源设备将相互连接，我们的研究显示了在5G基础上实现分布式、弹性、安全和节能运营的途径。”
更多信息:5G安全供电和弹性:任务2和3进展报告。www.nrel.gov/docs/fy24osti/87180.pdf由国家可再生能源实验室提供引文:研究人员利用5G沙盒探索微电网5G的设置和安全性(2024,6月3日)，检索自2024年6月10日https://techxplore.com/news/2024-06-explore-setup-5g-microgrids-sandbox.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
