Reti elettriche: le tecnologie Wide Area Network più utilizzate

Il presente articolo riguarda i grandi sistemi elettrici BULK ELECTRICAL POWER SYSTEM. Si completa così la panoramica generale sulle applicazioni delle tecnologie di telecomunicazione alle reti elettriche analizzate nei precedenti articoli pubblicati a partire dal livello post contatore (HAN – Home Area Network), passando per le tecnologie di accesso e le soluzioni LAN (Local Area Network):
o Smart grid, il ruolo delle tecnologie di telecomunicazione [pubblicato il 6 maggio 2013]
o Smart Grid, il nuovo approccio progettuale della telecomunicazione[pubblicato il  3 maggio 2013]
o Smart Grid: vantaggi e svantaggi delle tecnologie impiegate nelle reti di comunicazione HAN e Access Technology [pubblicato il 3 giugno 2013]
o Reti energetiche: le tecnologie Local Area Network più utilizzate nelle Smart Grid [pubblicato ottobre 2013]

Wide Area Network
Per una società elettrica nazionale e/o un operatore di trasmissione elettrica (TSO – Transmission system operator), il sistema WAN (Wide Area Network) è l’asset fondamentale del business. La WAN consente infatti la gestione degli aspetti tecnici e operativi (automazione, regolazione, controllo, sicurezza, affidabilità, etc.) e delle politiche commerciali (misurazioni e accounting). La WAN assicura inoltre le comunicazioni interne anche dal punto di vista delle comunicazioni voce tra gli operatori e della condivisione di applicativi specifici.
La rete WAN è abitualmente costituita da connessioni ad altissima velocità e tipicamente su grandi distanze, questo significa un largo impiego di cavi, fibra ottica ma anche sistemi radio quali satellite, WiMAX, ponti radio, etc.

Fibre ottiche (Synchronous Optical)
SONET (Synchronous Optical Network) e SDH (Synchronous Digital Hierarchy) basato su SONET, sono standard di trasmissione su fibra ottica largamente utilizzati a supporto delle reti elettriche in particolare per la realizzazione delle dorsali principali e per tutte le tratte ad elevata criticità.
SONET e SDH assicurano ottime performance in termini di stabilità e affidabilità e costituiscono la struttura di base per i servizi TDM (Time-division multiplexing) es. servizi voce; inoltre il supporto del protocollo IP (Internet Protocol) assicura un’amplissima interoperabilità. Attualmente IP è largamente utilizzato nelle WAN delle reti elettriche.
Da notare che sia SDH che SONET possono essere usate per trasportare direttamente dati Ethernet (EoS – Ethernet over SONET/SDH).

Multiplexing
Attraverso le fibre ottiche è possibile anche trasmettere dati differenti contemporaneamente e a differenti velocità. La tecnologia WDM (Wave Division Multiplexing) consente di sfruttare questa opportunità legata alla possibilità di utilizzare diverse lunghezza d’onda su una stessa fibra ottica. Come tale WDM costituisce un possibile estensione dell’infrastruttura SDH, senza bisogno di costruire una nuova rete ma solamente aggiornando l’esistente. In particolare la tecnologia DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) consente di moltiplicare i segnali portando la velocità di trasmissione a 2,5 Gbps e oltre fino a 10 o 20 Gbps. Questo tipo di reti è in grado di trasmettere nei formati IP, ATM, SONET / SDH, Ethernet.

Satellite
Le tecnologie satellitari hanno varie applicazioni nelle reti elettriche a livello WAN, ad esempio per i sistemi voce e dati tra operatori, o i server, e per lo scambio dati “da” e “per” le sottostazioni. Il sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) può avvalersi in modo efficiente anche del satellite come sistema di trasmissione. L’evoluzione dei sistemi di trasmissione satellitare ha portato ulteriori vantaggi e possibilità rispetto al suo utilizzo nell’ambito delle reti elettriche, in particolare per quanto riguarda i miglioramenti delle performance sul trasporto dati che può raggiungere alcuni Mbps, e soprattutto il fatto che sono possibili anche trasmissioni bidirezionali sia dati che voce, o immagini.

I sistemi Vsat (Very Small Aperture Terminal) consentono di utilizzare anche dispositivi di trasmissione/ricezione di piccole dimensioni garantendo ugualmente prestazioni pari e superiori ai sistemi tradizionali, inoltre i dispositivi di ricezione lavorano su protocollo IP con tutte le opportunità derivanti. Tutto questo rende Vsat idoneo all’impiego sulle sottostazioni, da notare che i terminali consentono di raccogliere la posizione in coordinate GPS e di sincronizzare i dati, una funzionalità utilissima se si pensa ad esempio alle rilevazioni e ai possibili interventi sulle PMU (Power Management Unit) relative a sottostazioni, carichi e altri elementi critici della rete, operando sulle quali è possibile variare la topologia stessa della rete (es. una diversa architettura di connessioni/disconnessioni di reti,  o interruzioni di carichi).

Microonde
Le reti basate su microonde (Wi-fi – Wireless fidelity) hanno una tale flessibilità in termini di operabilità e di prestazioni che può applicarsi in casi particolari anche alle WAN. Le prestazioni radio non raggiungono certo quelle della fibra ottica ma sono comunque solide nell’ordine anche di qualche centinaio di Mbps su media distanza (nell’ordine di km). Il ricorso a queste tecnologie radio può essere un utile soccorso in condizioni limite laddove le altre tecnologie su cavo sono particolarmente ostacolate o rese onerose ad esempio dalla morfologia del territorio (es. rispetto al cavo) o dalle prestazioni richieste in rapporto al costo (es. rispetto al satellite).
Le tecnologie radio WiMAX e ancor di più le Hiperlan possono essere ampiamente adeguate in termini di prestazioni e relativamente poco onerose sia come costruzione che come gestione.

Autori: Ferruccio Giornelli e Pasquale Motta (DeMEPA), Sergio Levrino (ItAsiaLtd – Hong Kong), Gianluca Colombo (oneoff) e Diego Bernini (Università Bicocca). Le attività sintetizzano ricerche condotte in collaborazione anche con Riccardo Avigni e Fabio Leopaldi