作者：康纳·奥尼尔 , 国家可再生能源实验室
无论是巧合还是精心策划，电力系统和电信的基础设施都在朝着相似的方向发展：走向边缘。屋顶上的太阳能电池板就像社区中的 5G 塔一样，在这两种情况下，分布式资产越来越多地支撑这些重要系统。
为了研究最新一代的无线通信及其提供的电力系统，国家可再生能源实验室 (NREL) 在复制的军用微电网内构建了一个 5G 研究平台，并对其进行了弹性场景和网络攻击，并在题为“ 5G 安全供电且具有弹性。”他们发现 5G 功能可以支持电力系统的分布式控制以及可配置的安全性和弹性。
该项目是 FutureG 计划的一部分，旨在让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围：NREL 展示了公用事业公司如何利用 5G 来提高网络安全、恢复和成本。现在，借助 NREL 的真实通信测试场，合作伙伴可以确保公用事业在竞争环境中最需要的时候正常运行。
没有电线，没问题
在流传输过程中，一点点的延迟很烦人，但在关键的能源操作过程中，它可能会让人衰弱。自动恢复供电的目标速度是 8 毫秒，速度非常快。硬连线光纤是首选替代方案，但随着分布式能源设备的不断增长，在整个微电网中铺设光纤很快就会变得成本高昂。相反，项目团队探索了 5G 超低延迟如何填补这一空白。
NREL 高级研究员兼项目负责人托尼·马克尔 (Tony Markel) 表示：“从电网集成的角度来看，许多设备需要低延迟和高可靠性才能成功协调。” “4G 和 5G 之间的根本区别在于数据移动的方式；数据资源可以更接近边缘。如果我们利用边缘计算的力量并减少延迟，使网格组件成为更有效的系统，会怎么样？”
NREL 研究人员通过设计微电网来维持通信和关键负载的电力，从而实现了 5G 的部分有效性。这包括通过使用边缘控制器来维持微电网组件运行而添加的弹性层，即使某些通信不可用。
由于弹性和能源管理对 NREL 和 DOD 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 的一些优势
为了在可靠的运行条件下评估 5G，NREL 对其微电网进行了建模，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、车辆充电器和保护设备均通过 5G 网络的接口进行建模。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涉及控制电网和微电网以实现弹性，还涉及为 5G 网络本身供电。如果我们能够保持电网运行以提供弹性电力，反过来又可以保持通信网络的运行，”布莱恩·米勒 (Brian Miller) 说道，电力系统工程主管。
这些场景包括蜂窝塔故障、微电网控制器崩溃和恢复、不安全的外国运营网络流量以及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 功能时表示：“边缘计算、网络流量优先级和私有切片都已解决。” “我们可以在这个网络上完美运行；例如，即使通信流量达到最大，优先级也使我们能够抢占先机，这就像对关键系统进行专用访问一样。”
然而，延迟就不那么令人印象深刻了。也许利用毫米波 5G 频段，研究人员可以显着加快数据交换速度，但地理位置分散的微电网需要更长范围的 6 GHz 以下频段。延迟很低，但还不够低，无法顺利协调电源恢复，甚至不会出现电源中断的情况，正如电池备份单元通常提供的那样。
在安全方面，研究人员专注于每个 5G 组件，发现了许多方法可以让网络更安全地抵御有立足点的攻击者。由于 5G 建立在商用服务器硬件以及虚拟化工具和功能的基础上，因此每个组件都需要进行彻底的网络评估和调整，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的安全是能够信任 5G 未来使用分布式资产的第一步。
更多信息： 5G 安全供电且具有弹性：任务 2 和 3 进度报告。 www.nrel.gov/docs/fy24osti/87180.pdf
由...提供 国家可再生能源实验室
