通过以下技术实现电网现代化IoT

科特从汽车到卡车、公共汽车、住宅、割草机，甚至吹叶机，我们与客户一起见证了整个世界的电气化进程。

为了满足所有这些需求，到 2030 年，我们的输电系统需要增加 60% 的容量。纵观当今的电网，70% 的电网基础设施至少已有 25 年的历史。而公用事业公司在投资设备时，希望这些投资能持续 30 年。因此，我们面临着挑战。

政府挺身而出，为电网现代化专项投资 650 亿美元。这是我们 1.2 万亿美元基础设施法案中的一部分。

但我们的电网并不是为分布式能源而设计的。它是为大型集中式发电而设计的。因此，我们在我们的客户群和他们所在的州看到的是，需要做出改变。

我们看到，在加利福尼亚这样对可再生能源政策非常前卫的地方，他们正在为电网创造不同的需求：太阳能系统和逆变器、电池存储系统和电动汽车。如今，所有这些也都位于电表或企业后面。而电网的设计并不是为了接受或管理来自这些能源的电力。

因此，这些 DER（即分布式能源资源）如今可以自主运行。但它们确实需要成为可管理系统的一部分。

在加利福尼亚州，有一种叫做 "规则 21 "的东西，始于 2012 年。目前，这项工作仍在继续，并在 IEEE 1547 标准的基础上不断完善。这是一种将这些资产连接到电网并对其进行监控、管理和控制的方式。因此，我们确实需要一个系统来整合所有这些资产。这就促使我们对可靠、安全的双向通信进行投资，将这些资产引入系统。

这促使我们的客户比以往任何时候都更愿意投资互联系统。我们看到，许多大型投资者拥有的公用事业公司都在探索、评估、测试或部署专用蜂窝网络。这些投资并不小。要知道，这些投资可能高达 1 亿到 4 亿美元，因此，这些都是对电网升级的巨大投资。

科特我认为，我们看到的一个现象是，很多投资都是为了使网络更加安全。20 年来，我们一直在公共网络上提供蜂窝解决方案，同时也在非授权频率上提供 Zigbee、智能家居和智能能源等解决方案。

当我看到蜂窝网络方面的情况时，我还没有发现我们的客户通过这些网络受到过任何攻击，这很有趣。但是，我们看到客户对网络的关注和重视，我们看到勒索软件和网络安全等问题正在被整合到IT技术中，而这些技术已经在客户的业务运营网络中使用了多年。

我们再看看私人蜂窝网络，这也是他们从公共网络中剥离出来的一个领域，使其成为一个完全私人的、非共享的网络，用于管理他们的电网。

本：我们还看到，随着通信流变得越来越重要，人们正在寻找实施特定应用数据流控制的方法。我们提供的一些设备能够以编程方式将这种功能添加到数据流中，这样你就拥有了本质上的数据二极管，当数据流不应该鼓励数据流时，它可以防止数据流相互隔离，从而防止在不需要时访问设备，或者只允许数据流朝一个方向流动。

艾力克：我认为，所有这些技术都必须保持并符合 NERC CIP 和现有的安全协议，这一点也很重要，例如，我们今天看到的很多勒索软件攻击和其他攻击，实际上一般都归因于社会工程学，有人在本地获得了特定设备的访问权限，并能够输入闪存驱动器和其他东西，然后开始攻击系统。因此，重要的是要确保所有这些信息，如本所说，都被隔离并存放在 DMZ 中。这些信息可以进出系统，但要以安全的方式进出，不能同时攻击整个系统。

艾力克：资产监控实际上是其中的一个关键环节。正如我们已经谈到的，现在有很多新能源正在进入电网。监测这些能源有多少可用以及如何将其输送到需要的地方非常重要。因此，不仅要具备输电能力，了解能源在哪里产生并将其输送到正确的地点也很重要。因此，负荷管理是当今能源管理的一个重要方面，我认为可以直接使用能够监控资产的产品来解决这个问题。

科特我们刚刚作为参展商参加了 DISTRIBUTECH 2023 展会。今年在系统监控、安装传感器方面的关注度非常高，比我以前看到的都要高，特别是在中压领域，他们在线路上安装了很多传感器，并安装了仪表，同时还安装了能主动进行实时监控的系统。

我看到有很多仪器技术的投资都在电网之上，观察着正在发生的一切。正如艾力克所说，对分布式世界中新事物的整体监控至关重要。我认为，这与我们在加利福尼亚州看到的 "21 号规则 "和其他类似情况有关。

本：因此，这确实是当今发电、输电和配电领域所有公用事业公司面临的巨大挑战。对于 Curt 前面提到的问题，有许多不同的法律正在出台，而且这些法律经常在变化。

因此，随着实现这一点的工具以及通信标准和法律的不断变化，我认为重要的是你可以依靠一家公司，比如 Digi，它可以提供设备，以安全的方式支持这些通信方面。

特别是在电动汽车领域，有一种名为 GreenPHY 的新标准正被用于连接和通信从汽车本身传输数据，一直到实际电网的所有设备。所有这些元素都必须协同工作，以解决这些问题，并为道路上的电动汽车提供有价值的充电资产。在商用电动汽车充电器领域和家庭自动化领域都是如此。因此，制定一定的标准非常重要。

如今，太阳能电池板领域也在发生着巨大的变化，需要更新的技术来应对。这也是一个横跨整个商业、工业、太阳能和风能企业，以及个人消费者家庭的领域，我们将如何监控这种环境下的电力和数据传输。

面对所有这些挑战，现在比以往任何时候都更重要的是，公用事业部门必须拥有一个智能、互联的网络，能够收集这些信息并将其标准化，使其成为 SCADA 系统或自身运营中的可操作项目。因此，这种网络连接必须非常可靠，以满足公用事业领域的关键任务需求。一般来说，这些设备可以通过有线连接和/或通用射频产品连接到更广泛的生态系统。

因此，我们今天讨论的一些技术包括蜂窝技术，包括公共和专用技术，以及900 兆赫兹和2.4 千兆赫兹技术，如蓝牙、Matter、Wi-SUN 和 Wi-Fi。为了覆盖如此广泛的频谱，将这些技术集成到产品中非常重要，以便能够收集所有数据并以安全的方式进行传输。

同样重要的是，这些信息的可用性必须掌握在网络运营商的手中。这意味着整合所有这些设备非常重要，这样您就可以专注于您的关键目标，即为客户提供可靠的网络。Digi 提供了大量产品，可以创建一个智能系统来处理所有这些问题，并成为所有这些项目（如协议和无线技术）的主题专家。

科特如今，我们看到蜂窝网络被用于管理和监控典型的配电资产，如电容器组、重合器和变电站。我们在商业和工业领域也有许多应用。这些应用包括计量、电能质量管理、需求响应和甩负荷。正如艾力克所提到的，还有所有新的可再生能源的连接，无论是商业还是住宅。

我们相信，随着公用事业公司部署私人蜂窝网络，部分 AMI 网络有可能被蜂窝网络取代。不过，目前的 AMI 网络投资巨大，可能还会存在一段时间。

Alec：对于 Curt 的观点，我们看到现在很多配电公用事业公司都在使用我们的设备来处理甩负荷问题。大家都知道，接入当前的联网设备生态系统是一个非常大的挑战。实施蜂窝网络和客户可以选择的甩负荷智能开关是一个非常可行的解决方案，可以快速管理网络能力，并确保网络上没有过多的负荷。

科特首先，让我们从公共网络说起，在过去 20 年里，我们的客户一直在使用公共网络。其中一个好处是，公共网络无处不在，企业无需任何资本投资即可使用。

在过去 20 年中，我们看到的一件事是，随着我们购买越来越多的智能手机，这些网络变得越来越大、越来越快、越来越可靠。因此，我们的企业客户（如公用事业公司）能够利用这种投资，是一件非常好的事情。

但它们是公共的，因此是共享的。在交通高峰期，比方说在大都市地区的下午晚些时候，每个人都开车回家，都在使用手机，服务就会下降。因此，这些网络存在一些不可预测性。

还有一种看法是，公共网络的安全性较低，或者说人们认为公共网络的安全性较低。正如我与大家分享的那样，我们在过去 20 年中的经验是，我们的公用事业客户在公共蜂窝网络上确实没有遇到过任何安全问题。但在专用网络上，客户确实可以控制 SIM 卡，从而接入网络。因此，能够打开或关闭 SIM 卡肯定会增加一些安全性。

专用网络确实需要巨额投资。我曾说过，建立一个专用网络可能需要数亿美元。这是用于获取频率许可证（非常昂贵）和建设基础设施。然后，最常被忽视的一项重大投资可能就是运行专用网络的持续运营成本。

因此，从本质上讲，如果你建立了自己的专用网络，你就成了移动运营商。就像运行电网一样，你需要一年 365 天、全天候地运行、监控和管理电网，因此成本和责任都很大。

不过，专用网络可以提供可靠、可预测和确定性的性能，这对控制电网等工作非常有利。因此，当你的网络上没有其他人，只有你自己的资产时，你将拥有更高水平的性能、吞吐量和更低的延迟，更重要的是，通信会话的中断和重试次数也会减少。有了专用网络，你还能控制不同应用的不同服务水平。因此，您可以将通信传输到变电站，并赋予其比住宅网络抄表更高的优先级。

但另一个问题是，蜂窝网络也有混合方式。不一定非要全部使用公共网络或全部使用专用网络。实际上，你可以将两者结合起来使用。我们的大多数客户都会这样做，因为他们永远不会建立起完整的网络覆盖。

但公共运营商也有像AT&T FirstNet 这样的网络，我们很多投资者拥有的公用事业目前都在使用，这是一个公共网络，专为非常特殊的关键任务应用而建，这样你的应用就不会与网络上的所有公共流量竞争。因此，这是一种混合方法，可以让您获得两全其美的效果--出色的性能和安全性，但使用的是无需投资的共享资产。

正如我所分享的，我们所有的客户都在考虑建立专用网络。如果他们建立了专用网络，他们仍将使用公共网络，可能是为了备份和恢复，因为网络确实会出现故障。他们会在设备中使用双 SIM 卡或 SIM 卡，这些 SIM 卡经过编程，可以从专用网络故障切换到公共网络，并在专用网络恢复时返回专用网络。

艾力克：我还没听说过今天有哪个客户或哪个地方对这个问题进行了如此程度的监管。我知道这是一个一直在讨论的问题，因为它有可能为客户提供更好的服务。但我认为，这将导致整个电网的重组，对IoT 来说是一个巨大的挑战。

Alec：所以，基本上你的判断是广域网，比如蜂窝网络与局域网。Digi 不提供 Sigfox 解决方案，但我们提供一些低功耗 LP 广域网专用解决方案。

我们的OEM解决方案业务部门拥有 LoRaWAN连接等解决方案以及其他解决方案，您可以在其中创建自己的本地网络，例如我们的XBee 解决方案和XBee 智能边缘控制器，然后连接到网关，该网关可以位于单独的位置，为这些内部资产提供广域网连接。

科特我想补充一点，Sigfox 在北美已经停业了。我想他们在欧洲还在运营，可能是法国，但这种商业模式并不成功。

对于艾力克的观点，我们确实提供了一些使用许可频率的解决方案，这些解决方案适用于 902.4 千兆赫的区域，并使用我们的技术，如LoRaWAN标准和我们专有的DigiMesh 产品。

科特这真是个好问题。我看了我们参与的很多工作。与其说是控制，不如说是监控和管理。例外情况是与变电站等的通信。但是，你知道，我认为我们所做的很多事情都与监控有关。

显然，指挥是一种控制功能。艾力克之前谈到过，无论是住宅用户还是商业用户，都可以选择加入需求响应计划，让电力公司控制他们的用电量。

艾力克：是的，我完全赞同你的说法，科特。从我们在 OEM 方面看到的情况来看，目前监控和诊断的比例大概在 75% 到 80%。一般来说，这是一种预测性维护活动，对电网内的传感器和其他项目进行监控，以确定何时需要维护。

我们确实看到，正如我给出的方案之一，正在实施一些控制方面的措施。我相信，许多正在实施监控的客户，还没有在设备层面实施控制的实际技术。但这是将来有可能通过这些通信技术实现的。因此，我想说的是，我们并没有禁止任何人通过这些技术进入这一领域，更多的只是现在需要这样做的设备。

本：在媒体报道中，5G 的初期推广主要集中在高带宽、低延迟的应用上，如自动驾驶汽车的视频和通信。但实际上，5G的真正目的是提供跨多个不同频段的差异化解决方案，并具有更强的根据优先级划分数据的能力。我认为这与刚才提出的关于监控与监测的问题不谋而合。

虽然目前的 5G 部署仍集中在为人口密集地区和高带宽应用提供服务，但未来的无线电芯片组将开始问世。我们现在已经开始看到它们的样品。它们可能会在未来一到两年内上市，将为许多不同的关键基础设施提供具有成本效益的连接，并能够使用较低的频率来获得更好的穿透力和范围，以及区分不同的东西，允许不同类型的通信相互分割。这将为实现这类功能提供很大的灵活性。

Digi 支持一种我们称之为 CORE 模块的技术，这是一种插入式调制解调器，可以灵活部署特定地点当前可用的任何技术，作为基础设施的支持。因此，正如我们之前所说的那样，许多这些实施方案都是为了在现场使用 10 到 20 年而设计的。

显然，手机技术更新换代很快。因此，这样就可以更新蜂窝技术，而不会对通信方式产生深远的影响，这又与我们之前提出的一些安全问题有关。因此，同样的技术允许在纯公共通信或 CBRS 专用蜂窝网络之间轻松切换。

FirstNet 或现有的 5G 或新的 5G 技术只需更换无线电即可实现，无需重新配置设备的通信方式。

科特我想补充一点。我们的大多数客户都是从 2G 和 3G 起步的，他们的许多应用甚至都不需要 4G。对于电网应用来说，速度和延迟都绰绰有余。通常情况下，我们会提取电表数据或状态数据。

有时，正如我们所说的那样，只需一个简单的命令就能改变状态，而这并不需要太多的带宽。但变电站等资产是个例外，在这些资产中，有更多的设备和下游传输责任。它们可以从更高的速度和更低的延迟中获益。

让我感到有趣的是，我们有很多客户使用了我们的设备，他们已经使用了 10、13、14 年，却从未升级过。公用事业公司不喜欢对正常运行的设备进行改动，但移动运营商关闭了他们的 2G 或 3G 网络，迫使他们进行升级，导致他们不得不更换设备。

我们之前讨论过公共网络与专用网络的好处。专用网络的一个好处是，你可以确定哪些东西需要改变。如果不需要改变，也可以保持不变。移动运营商也不会强迫你。因此，我认为我们参与的大多数项目，在大多数情况下都不需要 5G。

Alec：尤其是在IoT 和公用事业领域，我们还没有真正看到对 5G 速度的需求。但我认为，你刚才提到的地方才是真正有需求的地方。通常情况下，这些蜂窝产品的寿命大约为 10 年，具体取决于使用地点，对吗？

我们现在看到的是，2G 和 3G 基本上已经完全被塔式技术淘汰。最终，4G LTE 也将如此。但 LTE（Long-Term Evolution 的缩写，即长期演进）的好处是，他们实际上已经为IoT 设备制定了相关计划，而且 3GPP 规范已经将 5G 纳入其中，以便在未来将 LTE 网络、低速IoT 网络（如 LTM 和 NB-IoT ）纳入其中。

因此，我认为，随着一代又一代人的成长，我们仍将看到这些IoT 网络的延续，并且仍将需要这些低功耗、低带宽的设备。

科特我认为两者都有可能。我可能还没有看到电力公司大量使用卫星。我们在很多其他垂直领域都看到了卫星的应用，尤其是石油和天然气、采矿、林业、海事等领域，但在电网领域还不多。

艾力克：我同意这个观点。通常情况下，卫星会受到限制，因为卫星会有延迟，而且安装基础设施的潜在成本也很高。不过，如今一些公司已经在一定程度上解决了这一问题。

但我想说的是，一般来说，我们确实可以看到那些低功耗网络使用像我们的 XBee 这样的设备将信息传回网关。特别是在太阳能和风能发电厂，我们看到这种方式非常成功，因为这些发电厂位于非常偏远的地区，它们都可以将信息传输回具有蜂窝连接功能的单一网关。

Ben：我们已经开始关注时敏网络。随着我们迈向 5G 分段，时敏网络与蜂窝网络的整合将变得更加可行。最大的问题是要有连续的路径来确定数据的优先级。

因此，是的，我们正在研究这些技术。对于这类应用，这并不是我们看到的核心功能，但这是我们正在追求和监测的东西。

科特我认为，对于这些类型的应用，我们确实提供了很多产品。对于本的观点，5G 提供了极高的速度和低延迟。我们也知道，现在的网络，很多有线网络都不太可靠。因此，如果有人没有将光纤连接到变电站或资产，而是使用有线连接，那么无线网络可能会更可靠，成本效益也更高。

如今，我们确实有支持 5G 的产品，并且支持 5G 双无线电。因此，我们确实提供了一定程度的弹性，你可以使用两个连接，比如一个在公共网络上，一个在专用网络上，或者两个连接都在不同的公共网络上。我们还在这两个连接上提供流量绑定功能，以提高吞吐量并降低延迟。因此，这些类型的应用有一些解决方案。

科特如果你在我们的网站上查看我们的产品，你会看到像Digi TX54和TX64 5G这样提供双蜂窝的产品。我们所有的蜂窝产品--正如我所说，我们是这方面的先驱--都提供每个蜂窝无线电双 SIM 卡。我们在很久以前就推出了一项名为Digi SureLink®的技术，这项技术被许多其他公司效仿，它提供了在一个网络到另一个网络或一个 SIM 卡到另一个 SIM 卡之间进行故障切换的功能。

在我们拥有双蜂窝无线电和设备的情况下，我们有两个无线电 SIM 卡，因此你最多可以拥有四个 SIM 卡。这样，你就可以在四个不同的网络（无论是公共网络还是专用网络）之间进行故障切换。

因此，你可以获得很大的弹性和灵活性。当然，这一切都需要成本。这是一种更昂贵的设备。如果你使用的是公共网络，你需要为多个服务计划付费。如果使用专用网络，则没有任何经常性费用。你是网络的运营商。因此可以节省一些费用。

事实上，这也是我没有提到的专用网络的另一个好处，那就是免除服务费。事实上，在极少数情况下，这也是公用事业公司投资专用蜂窝网络的理由之一，即省去了他们今天向移动运营商支付的经常性费用。

艾力克：我想这里已经提到过几次了，但这其中很大一部分将来自监管。各州要确保所有设备都具有互操作性，并能在设备之间实现互联互通，对吗？

如今，制造太阳能电池板的公司和实际运行太阳能电池板电网并将其引入智能电网的公司是不同的实体。随着标准和互操作性法规提出这些要求，这很可能会成为协调这一切的东西，使每个人都必须合作，而不是每个人都在努力争取一定比例的市场份额。

科特是的，我认为我们看到的另一件事--我们在这一领域有一些客户，我们也在这一领域探索合作伙伴关系--是一些公司开发了过去不存在的软件，这些软件将所有这些设备的通信汇聚到电网中，然后向这些设备提供通信，以实现所需的控制功能。

因此，有一批新兴公司正在开发终端软件，这些软件可以安装在 Digi 设备上，也可以嵌入到逆变器中。还有聚合软件。如今，很多软件都是基于云的，也有一些是基于企业的，很多公司同时提供这两种软件。它们进行聚合，然后通过应用程序接口（API）集成到公用事业的控制系统中。

科特我们与新型分布式能源合作的大部分项目，无论是微电网、太阳能发电场，还是人们家中的设施，都是在大型集中式发电设施中进行的。连接这些资产的通信基础设施主要是公用事业光纤网络。因此，Digi 通常不参与这些类型的应用。

本：这也与科特刚才提到的问题有关。现在有很多设备，无论是基荷发电厂还是传统的调峰电厂，或是中间变电站和配电线路监控设备。其中有些设备有网络堆栈，但很多设备仍然使用串行端口，因为它们还能工作。

其中一个大问题是，嵌入式网络堆栈往往不容易在现场更新。如果使用的是任务关键型设备，就必须进行大量的测试和验证，而这些都是关键设备。脱机维护既有风险又费时费力。

而使用我们提供的网关和连接解决方案，可以将通信功能委托给更易于维护和管理的设备。Digi 采取了非常积极的态度来解决当前的问题，提供集中管理功能，即使现场有数千台设备，也能非常容易地进行更新，而不会影响电网的运行。

因此，能够与所有这些关键资产建立连接，并保持现有应用解决方案的连接性，意味着您可以提高信息访问的可靠性，增加访问方式的灵活性，将这些连接引入专用网络，并在需要时将其转移到 5G，而不必不断更新关键的重要设备。

由于我们产品的特性，我们能够确保我们有能力承担这些产品数十年的部署费用，保持与所有关键基础设施设备的连接，与开始部署的新设备集成，帮助满足 NERC CIP 要求（安全性、最佳实践），保持通信路径的安全和隔离，将边缘智能应用于现场，帮助监控、警报、报警、反应和集成不同年代的设备，并使所有这一切与运营机构无缝衔接。

科特我们最近在产品中增加了很多边缘计算功能，尤其是在操作系统中。我们现在有一种叫做容器的东西。因此，我们支持 Linux 容器。

利用边缘计算可以做的事情之一是，例如，可以在边缘监控状态数据，只有当情况发生变化或超出范围时才发送数据。因此，它能让你在连接中断的情况下继续运行，同时通过在边缘增加智能来限制通过网络发送的流量。

艾力克：这是一个很好的答案。我们所有的产品都包含了这一功能。即使是我们的 XBee 产品，也通过板载 MicroPython 实现了边缘智能功能，以便能够查询数据，并只在必要时发送。

还有一点需要注意的是，确定某些数据需要采取哪些安全措施，而其他数据可能不需要，这一点很重要，因为总要权衡利弊，对吧？你可以通过非常简短的 UDP 协议在蜂窝网络上发送数据，你知道，这些数据并不一定需要安全级别来防止他人获取。但也有一些数据需要非常安全。你需要 TCP 套接字连接和 VPN 连接，对吗？

因此，确定数据在这些数据桶中的位置非常重要，而 Digi 设备都可以帮助您通过这些不同的渠道发送数据。

本：接着说，我们还有专业服务和实施工程小组，可以帮助与运营机构和 SCADA 系统集成商合作，以确保根据正在实施的系统的业务目标，遵循最佳实践。

艾力克：今天，我们面临的最大挑战是标准刚刚确定。这是互操作性的挑战。现在有很多不同的标准，从 Wi-SUN、Matter、LoRaWAN、Sigfox、Wi-Fi、BLE 到蜂窝，对不对？这些都是可以用来传输信息的不同技术和协议。

我认为，重要的是要注意到我刚才提到的那些今天已经存在的绝大多数产品。您可以使用 Digi 产品，而不必成为主题专家。您只需部署适合您所需操作场景的协议和产品，然后您就可以专注于自己的专业知识以及对您而言重要的数据。

科特我的回答是，人可能是最大的挑战。纵观多年来与我们合作的客户，很多在IoT 发展初期与我们合作的人，很多都即将退休。你知道，我想每个人都知道，在技术领域，我们缺少工人。招人越来越难。

在公共网络向专用网络迁移的过程中，公用事业公司正在建立自己的网络并成为移动运营商，他们非常非常依赖于顾问和外部机构来帮助他们实现这一目标，同时还要经历招标阶段、试点阶段、工程设计阶段、部署阶段以及运行阶段。他们非常依赖拥有人才的外部机构来完成这些工作。因此，最大的挑战是人员、培训人员、雇用人员以及对人力资本的依赖。

本：我倾向于同意两位同事的评价。我倾向于将其表述为与时俱进的技术。技术的更新速度在不断加快，我们只需跟踪不同的选择以及最有意义的选择。

因此，在这种情况下，最明智的做法就是找一个熟悉所有技术的合作伙伴，从最古老、最成熟的方法到最新、最有趣的技术，这个合作伙伴要了解连接性如何在各种不同的选择中发挥作用，并了解如何将其融入代表我们现有电网，特别是我们为未来建设的电网的复杂基础设施系统中。

因此，Digi 就是这样的公司。几十年来，我们一直在为各种关键基础设施提供跨各种网络的通信服务。这也是我们努力拓展业务的原因，以确保在人们努力实现电网现代化以满足未来需求的过程中，我们能够帮助他们解决这些问题。