Broadband over Power Line (BPL) jest technologią umożliwiającą przesył informacji po istniejących przewodach, w tym m.in. w budynkach, oraz po liniach niskich i średnich napięć. Jest naturalnym rozszerzeniem innych technik określanych w skrócie PLC oraz DLC. O ile PLC na ogół specyfikowane są dla częstotliwości do 200 kHz (DLC do 500 kHz), o tyle BPL zajmują pasmo do około 40 MHz. Należy zaznaczyć, że zastosowanie wyższych częstotliwości „nośnych” przekłada się na możliwość przesyłu większej liczby informacji. Transfer w technologiach BPL może sięgać 200Mb/s, podczas gdy w klasycznych PLC, znanych nam choćby z aplikacji testowych i skomercjalizowanych już na potrzeby AMI, nie przekracza na ogół 200 kb/s.
W rozwój technologii BPL zaangażowane były IBM, Google, Open PLC European Research Alliance (OPERA – współfinansowana przez Komisję Europejską), HomePlugAV oraz około 35 innych kooperantów i 10 uniwersytetów (niestety żaden z Polski). Zakładano, że pierwszy standard, ogłoszony przez OPERA już w 2006 roku, przyspieszy rozwój dostępu do usług szerokopasmowych, głosowych i wideo oraz uprości wprowadzanie nowych systemów kontroli sieci energetycznych. Publikacja otwartej specyfikacji miała zmienić zdecydowanie sposób postrzegania BPL na rynku europejskim. W praktyce na rynku istnieje nadmiar urządzeń pracujących w różnych standardach, gdyż w ich opracowanie zaangażowały się jeszcze dwie duże grupy producentów. Pierwszą jest United Powerline Association (w skład której wchodzą m.in. Ascom i Corinex Communication), natomiast druga to CE-Powerline Communication Alliance (np. Panasonic, Mitsubishi czy Sony). Ponadto w standaryzację BPL włączyła się też IEEE Standard Association ze swoim IEEE P1901 noszącym nazwę „Łączność szerokopasmowa w sieciach energetycznych: MAC i dostęp fizyczny do medium” – ten standard jest ciągle dopracowywany.
Podsumowując: technologia BPL pomyślana była jako alternatywa dla bezprzewodowej WiFi i sieci komputerowych wymagających klasycznego osobnego okablowania. Rolę koncentratora w sieci BPL pełni instalacja energetyczna. Zapewnić trzeba jedynie połączenie karty sieciowej komputera (lub innego „skomputeryzowanego” urządzenia) z linią elektryczną za pomocą specjalizowanego adaptera. Adapter taki funkcjonuje jako oddzielne urządzenie sieciowe z własnym adresem i hasłem. Istnieje możliwość zabezpieczenia hasłem całej sieci, aby zminimalizować prawdopodobieństwo podłączenia się do niej „sąsiada” mającego podobne lub identyczne rozwiązanie oraz włamań użytkowników niepożądanych. O możliwościach technologii BPL świadczy fakt, że popularne i tanie adaptery o przepustowości 85Mb/s wystarczają do stworzenia lokalnej sieci Internetu dla 10 urządzeń przy zasięgach dochodzących do 200 m.
Oczywiście bardziej specjalizowane i wyrafinowane technicznie są urządzenia PLC i BPL przewidziane do obsługi smart metering i smart grid energetyki.
System BPL, dzięki szerokopasmowej technologii, jest predestynowany i gotowy do budowy inteligentnych sieci smart grid. W systemie BPL wszystkie dane mogą być przekazywane otwartym protokołem IP z każdego urządzenia pomiarowego poprzez sieć energetyczną w formatach odpowiednich dla przechowywania danych i systemów bilingowych i to dwukierunkowo w czasie rzeczywistym. Dostępne są liczne interfejsy, takie jak dla wąskopasmowego PLC (metering), czy różne terminale radiowe. Producenci zapewniają, że system BPL jest dostosowany do standardów operacyjnych dystrybutorów energii i nie zakłóca pracy sieci energetycznej, a dynamiczny routing między poszczególnymi jednostkami funkcjonalnymi podłączonymi do sieci BPL zapewnia zawsze optymalną jakość połączenia, nawet podczas procesów przełączania w sieci dystrybucji.
Profesjonalne urządzenia umożliwiają przesył danych z szybkością do 200 Mb/s po liniach niskiego (240/400 V) oraz średniego (nawet do 36kV) napięcia na odległość do kilkuset metrów.
Gdy sięgniemy do pierwszych rozwiązań z lat 1995-2005 opartych na relatywnie wolnych technikach PLC i przyjrzymy się pierwszym aplikacjom w smart meteringu, to trzeba stwierdzić, że po kosztownych próbach prowadzonych przez spółki dystrybucyjne w Niemczech i Wielkiej Brytanii, optymizm był bardzo umiarkowany.
Wręcz w niektórych krajach wycofywano się z realizacji koncepcji. Dopiero europejska polityka wspólnotowa wymusiła powrót do idei i tym samym dalszy rozwój mediów niezbędnych do realizacji sieci inteligentnych w energetyce. W Polsce proces ten trwa od kilku lat, a poprzedzały go różne pilotaże w terenie, które w zasadzie zmierzały do potwierdzenia przydatności dopracowanych technik PLC różnych firm. Tymczasem rozwój mikroelektroniki, wprowadzenie nowoczesnych technik modulacyjnych widma rozproszonego, aplikacje bardzo czułych detektorów umożliwiających wyłowienie informacji z sygnałów na poziomie niższym od pikowoltów (a takie są w praktyce ich poziomy na obciążonej linii energetycznej pod napięciem po kilkuset metrach) umożliwiły skokowy postęp i zaistnienie technik BPL. W naszym kraju, zresztą nie tylko, mamy więc zjawisko pewnej inercji i niechęci do radykalnych zmian w dopracowanej, a jeszcze nie wdrożonej koncepcji. Należy założyć, że techniki BPL się obronią i też znajdą wkrótce zastosowanie po weryfikacji przez OSD potrzeb w zakresie szerokopasmowego przesyłu lokalnego. Oczywiście wymagać to będzie wyjścia poza ograniczenia narzucone przez zalecane pasmo Cenelec A i występujące w specyfikacjach dla AMI (URE). Ograniczenie poniżej 150 kHz dla urządzeń PLC (komunikacja w sieciach elektroenergetycznych nn jest uregulowana prawnie w zakresie częstotliwości od 3 do 148,5 kHz) wynikało z uzasadnionej obawy, że dla wyższych częstotliwości, przy ich masowym użytkowaniu, odczuwalny byłby, zwłaszcza w budynkach, wzrost poziomu zakłóceń radiowych emitowanych przez „druty” na falach długich (Pr I PR – 225 kHz), średnich i krótkich.
Właściwą drogą postępowania dla firm oferujących sprzęt BPL wydaje się uzyskanie świadectwa zgodności z normami i ewentualna certyfikacja pod kątem zejścia poniżej poziomów zakłóceniowych dla sygnałów potencjalnie emitowanych (do 35 MHz). Pozostaje jednak obawa, że znaczne obniżanie mocy sygnału „pompowanego w przewód energetyczny” nie jest możliwe, gdyż w sposób naturalny ograniczy to zasięg użyteczny systemu BPL. Z kolei wycięcie zbyt wielu nośnych składających się na sygnał całkowity ograniczy przepływność systemu, co jest przecież jego główną zaletą.
Nie mamy w Polsce jednoznacznych norm dla tych systemów, gdyż ich nie było, a dotychczas obowiązuje doktryna zabraniająca emitowania w eter i do sieci energetycznych wszelkich niepożądanych sygnałów i nakazująca wyłączanie urządzeń je generujących. Niestety BPL wysyłają zakłócenia, gdyż gołe przewody są dość dobrymi antenami. Zakłócenia te skutecznie mogą tłumić jedynie przewody izolowane (specjalna guma o dużej stratności) lub wręcz ekranowane. Paradoksalnie urządzenia BPL dla domowego użytku i tworzenia komputerowych bądź alarmowych sieci mieszkaniowych oraz dla firm są w handlu powszechnie dostępne. Należy jednak stwierdzić, że ich pasma są zdefiniowane, a moc ograniczona. Ponadto pracują one po stronie końcowego użytkownika, a granicą jest licznik energii.
Zdjęcie: Adobe Stock, Seventyfour
Jeżeli jednak w niedalekiej przyszłości okaże się, że technika BPL dla smart grid w naszym kraju jest jednak niezbędna, to proces usunięcia ewentualnych przeszkód formalnoprawnych ograniczających stosowanie tych urządzeń będzie wymagał stworzenia precyzyjnych norm dla ich użytkowania i certyfikowania.
Dodatkowym problemem sygnalizowanym przez użytkowników (OSD) jest wysoka cena urządzeń, których liczba przy budowaniu sieci rozległych jest znaczna. Dochodzi jeszcze koszt ciągłego optymalizowania i serwisowania tak powstałej sieci.
MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE
