نظراً لأنّ المرافق تنشر بشكل متزايد المزيد من الأجهزة المدارة على أنظمة النقل والتوزيع الخاصة بها فهناك حاجة متزايدة لشبكة اتصالات أكثر موثوقية وأمانًا وقابلية للتشغيل البيني، هذا هو المكان الذي تظهر فيه الحاجة إلى نظام اتصالات قوي، ويمكن القول إن شبكة منطقة المجال (FAN) هي الجزء الأكثر تعقيدًا في شبكة الاتصالات، حيث إنّها مسؤولة بشكل أساسي عن توفير اتصالات “الميل الأخير” للأجهزة الطرفية، وتم نشر FANs لخدمة غرض محدود وفقط لأتمتة التوزيع أو أتمتة المحطات الفرعية.
ما هي شبكات منطقة المجال FAN
شبكة (FAN): هي شبكة تُعد بأنّها مكون مهم في تمكين تحقيق فوائد برامج تحديث الشبكة، ومع قدرة شبكة منطقة المجال على الاتصال مباشرة بأجهزة الشبكة الذكية، وستعمل (FAN) أيضاً على تقليل تكرار انقطاع الخدمة ومدتها وتعزيز الأمن وتحسين رؤية الشبكة وتوفير تكامل أفضل لموارد الطاقة الموزعة.
- “FAN” هي اختصار لـ “Field-Area-Network”.
أساسيات شبكة FAN
تُعد الاتصالات في الوقت الفعلي ضرورية أيضاً لشبكات “الإصلاح الذاتي”، حيث تستخدم العديد من تقنيات (FAN) الحديثة التعلم الآلي والخوارزميات المتقدمة لمنع أي حدث وتنشيطه بسرعة أكبر بعده، وبالإضافة إلى ذلك تمنح (FAN) الأدوات المساعدة القدرة على إجراء تشخيصات أكثر تقدمًا لتحديد مشكلات المعدات في الميدان، حيث أثناء حدث انقطاع التيار وبدلاً من إرسال طاقم لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها يمكن استخدام (FAN) لتشخيص مشكلة عن بُعد، وإرسال الطاقم المناسب إلى الموقع الصحيح المجهز لإصلاح المشكلة على الفور.
مع تزايد عدد حالات الاستخدام، قامت العديد من المرافق بتوسيع شبكات (FAN) الخاصة بها لدعم الأجهزة الجديدة ممّا قد يؤثر على توفر النظام وموثوقيته، كما يمكن أن يتطلب توسيع (FAN) لدعم المزيد من حالات الاستخدام التي لم يتم تصميمها في الأصل الاستثمار في محطات قاعدة إضافية، وإعادة تكوين بنية الشبكة.
تشهد المرافق تنوعاً أكبر في الأجهزة المتصلة، حيث يدعم العديد منها أنظمة مثل البنية التحتية للقياس المتقدمة (AMI)، وتحديد موقع الأعطال والعزل واستعادة النظام (FLISR) وتحسين (VVO) ونظم إدارة موارد الطاقة الموزعة (DERMS) وتطبيقات المجتمع الذكية، وتشمل المجموعة الواسعة من الأجهزة أجهزة إعادة الإغلاق ومؤشرات الدوائر المعطلة وأجهزة استشعار الخط، والصمامات الذكية ومنظمات الجهد والمحولات الذكية وموارد الطاقة الموزعة (DERs)، ومحطات شحن المركبات الكهربائية الكبيرة (EV) والوصول إلى الإنترنت في المناطق الريفية وعدد لا يحصى من من أجهزة الاستشعار.
يشكل تنوع الأجهزة التي تدعمها (FANs) تحدياً مع واجهات مادية مختلفة وتقنيات النقل والتطبيقات الخلفية، حيث يكون لكل نوع مجموعة من المتطلبات والقيود الخاصة به مثل النطاق الترددي وتكرار الاستقصاء ومقدار المساحة المتاحة وامدادات الطاقة المتاحة.
على نحو متزايد تقوم المرافق بنشر الأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs) وغيرها من الأجهزة الذكية في المحطات الفرعية، وعلى طول مغذيات التوزيع بالإضافة إلى تزويد العاملين الميدانيين بأجهزة الكمبيوتر المحمول والكمبيوتر اللوحي وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وغالباً ما يتم تسمية هذه التقنيات بالشبكة الذكية وإنّها تتيح تطبيقات قيّمة مثل البنية التحتية للقياس الآلي (AMI)، وأتمتة المحطات الفرعية وأتمتة التوزيع وإدارة الانقطاع وسفك الأحمال تلقائياً والقدرة على إدارة مصادر الطاقة البديلة.
تربط اتصالات الشبكة الذكية ثنائية الاتجاه الأشخاص والأجهزة في الميدان بالبرامج في المحطات الفرعية ومركز عمليات المرافق، ممّا يتيح التطبيقات التي تقدم تحسينات هائلة في الكفاءة والأمان والموثوقية والمرونة، ومن الأفضل أن يتم تمديد الاتصال من مركز التحكم في المحطة الفرعية إلى ساحة المحطة الفرعية وعلى طول مغذيات التوزيع باستخدام شبكات الاتصالات الميدانية اللاسلكية.
- “IED” هي اختصار لـ “intelligent-electronic-devices” و”AMI” هي اختصار لـ “Automated-measurement-infrastructure”.
- “DER” هي اختصار لـ “distributed-energy-resources” و”FLISR” هي اختصار لـ “fault-location-isolation-and-service-restoration”.
- “EV” هي اختصار لـ “Electron-vehicle” و”DERMS” هي اختصار لـ “distributed-energy-resources-management-system”.
- “VVO” هي اختصار لـ “Volt-VAR”.
متطلبات شبكة منطقة المجال FAN
تملأ شبكات (FAN) فجوة الاتصال بين شبكات وأجهزة المستوى 1 الأساسية وكذلك الأفراد في الميدان وغالباً ما يتم تنفيذ شبكات (FAN) باستخدام تقنيات الشبكات اللاسلكية، نظراً لأنّ مناطق التغطية الجغرافية الكبيرة والعدد الكبير من الأجهزة المتصلة، والحاجة إلى دعم العاملين الميدانيين المتنقلين تجعل تنفيذها باستخدام التقنيات السلكية أمراً غير عملي تقنيًا واقتصاديًا.
تتضمن تقنيات الشبكات اللاسلكية المستخدمة في شبكات (FAN) الشبكات الخلوية والنطاق الضيق من نقطة إلى عدة نقاط (PTMP)، وشبكات النطاق العريض (PTMP) والشبكات اللاسلكية ذات النطاق العريض، ولدعم العديد من التطبيقات في نفس الوقت، يجب أن تفي (FANs) بالمتطلبات الشاملة لجميع تطبيقات الشبكة الذكية الحالية والمستقبلية.
- “PTMP” هي اختصار لـ “Point-to-Multipoint”.
1- موثوقية عالية
- الاتصالات هي الأكثر أهمية أثناء الانقطاعات.
- يجب أن تعمل (FANs) حتى عندما تعطل الأحداث الشبكة الكهربائية.
- من الناحية المثالية ستدمج الشبكة اللاسلكية برنامج راديو معرفي يمكنه، وعلى سبيل المثال التوجيه تلقائياً حول التداخل والفشل والازدحام.
- يجب أن تكون أجهزة الاتصال الفردية متينة ومقاومة للعوامل الجوية وتوفر بطارية احتياطية.
2- القابلة للتطوير
- يجب أن تتسع شبكات اتصالات المنطقة الميدانية لتغطي مناطق جغرافية كبيرة، ومن المحتمل أن تكون منطقة خدمة المرافق بأكملها.
- يجب عليهم أيضًا التوسع لدعم ملايين الأجهزة المتصلة ، بشكل مباشر أو عبر شبكات (NAN).
- في الوقت نفسه نظراً لأنّ المرافق قد تختار طرح شبكاتها الذكية بشكل تدريجي، يجب أن تكون (FAN) اقتصادية للتنفيذ على نطاق صغير، على سبيل المثال في محطة فرعية واحدة أو على طول وحدة تغذية توزيع واحدة.
ملاحظة:“NAN” هي اختصار لـ “Near-Area-Network”.
3- أداء عالي
تقليدياً ترسل تطبيقات المرافق القليل من البيانات وتتلقاها، وبالتالي قامت المرافق عموماً بتركيب شبكات منخفضة السعة، ونظراً لتكاثر العبوات الناسفة وغيرها من الأجهزة الميدانية الذكية وتصبح أكثر ذكاءً وتجمع المزيد من المعلومات، تتغير احتياجات السعة ومطلوب شبكات عالية السعة لأنّ المزيد من التطبيقات والأجهزة تستخدم (FAN) وتقوم بإرسال واستقبال المزيد من البيانات، ومطلوب قدرة إضافية لدعم تطبيقات القوى العاملة المتنقلة.
العديد من التطبيقات في نظام التوزيع ليست حساسة لوقت الاستجابة، ومع ذلك فإنّ القليل منها بما في ذلك تطبيقات الحماية والسلامة أمر بالغ الأهمية، ونظراً لأنّه يجب أن تدعم (FAN) الموحدة متطلبات جميع التطبيقات التي تم نشرها فإنّ زمن الوصول المنخفض ضروري، وبسبب هذه العوامل يجب أن توفر شبكات (FAN) للمرافق سعة كافية لدعم جميع تطبيقات الشبكة الذكية الحالية والمستقبلية في وقت واحد، وتوفير زمن انتقال منخفض بما يكفي لدعم التطبيق الأكثر حساسية للتأخير.
4- إمكانية التنقل
- يتطلب توفير الاتصالات للأطقم الميدانية أن تدعم (FAN) التنقل.
5- متعدد التطبيقات
- قد يبدو من الحشو أنّ الشبكة التي يمكنها دعم العديد من التطبيقات يجب أن تقدم دعمًا متعدد التطبيقات.
- ومع ذلك فإنّ دعم التطبيقات المتعددة على الشبكة يقود بعض المتطلبات الفنية المحددة مثل الحاجة إلى توفير شبكات المنطقة المحلية الافتراضية (VLANs) وجودة الخدمة (QoS).
ملاحظة:“VLAN” هي اختصار لـ “Virtual-Local-Area-Network” و”QoS” هي اختصار لـ “Quality-of-service”.
6- المرونة
- لدعم أكبر مجموعة متنوعة من التطبيقات والأجهزة، يجب أن تكون (FAN) مبنية على معايير الصناعة مثل (IP/TCP) أو (UDP) أو () و(802.11 (Wi-Fi)) و(802.3 (Ethernet)).
- لدمج الأجهزة الميدانية القديمة بشكل أفضل وتجنب الأصول التي تقطعت بها السبل، يجب أن تدعم (FAN) أيضاً اتصالات الشبكة الآمنة بالأجهزة، والتي تستخدم الروابط التسلسلية وبروتوكولات الأتمتة.
ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol” و”UDP” هي اختصار لـ “User-Datagram-Protocol”.
ملاحظة:“TCP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol” و”Wi-Fi” هي اختصار لـ “Wireless-Fidelity”.
