چگونه اختلال جی‌پی‌اس می‌تواند بر روی شبکه برق تاثیر بگذارد؟

3 هفته پیش

0 69,436 خواندن این مطلب 3 دقیقه زمان میبرد

نقش حیاتی GPS در زیرساخت‌های آمریکا

وقتی صحبت از GPS به میان می‌آید، معمولاً به یاد مسیریابی خودرو یا پیدا کردن موقعیت روی نقشه می‌افتیم؛ اما باید بدانید که ماهواره‌های GPS وظیفه‌ای بسیار مهم‌تر نیز دارند: ارسال سیگنال‌های زمانی دقیق. این زمان‌بندی دقیق در بخش‌های مختلف زیرساخت‌های برق، مخابرات و سیستم‌های مالی ایالات متحده به کار می‌رود و به همین خاطر، اختلال در GPS می‌تواند عواقب جدی‌تری از مشکلات مسیریابی به همراه داشته باشد.

شبکه برق شامل تعداد زیادی نیروگاه، خطوط انتقال و تجهیزات پراکنده در نقاط مختلف است که باید وضعیت آن‌ها به‌طور هم‌زمان اندازه‌گیری و با یکدیگر مقایسه شود. برای این منظور، تجهیزات PMU یا واحد اندازه‌گیری فازور، داده‌های ولتاژ و جریان را با برچسب‌های زمانی بسیار دقیق ثبت می‌کنند. این اطلاعات در مراکز کنترل جمع‌آوری می‌شود تا اپراتورها بتوانند وضعیت شبکه را تقریباً به‌صورت بلادرنگ مشاهده کرده و در صورت بروز مشکل، سریع‌تر واکنش نشان دهند.

دقت مورد نیاز در این سیستم‌ها به حدی است که باید در میلی‌ثانیه و حتی میکروثانیه باشد.

طبق گزارش NIST، این PMU‌ها به همگام‌سازی در حدود ۲٫۶ میکروثانیه نیاز دارند و وضوح زمانی آن‌ها باید به یک میکروثانیه برسد. اهمیت این دقت به دلیل اندازه‌گیری اختلاف فاز میان موج‌های ۶۰ هرتزی شبکه در نقاط مختلف است؛ کوچک‌ترین خطای زمانی می‌تواند به خطا در محاسبه زاویه فاز منجر شود.

اینجاست که GPS به کمک می‌آید. ماهواره‌های GPS یک مرجع زمانی مشترک فراهم می‌کنند که تجهیزات پراکنده شبکه می‌توانند از آن بهره‌برداری کنند. نسل جدید تجهیزات شبکه، به‌ویژه PMU‌ها، معمولاً از ابتدا با تکیه بر قابلیت زمان‌سنجی GPS طراحی شده‌اند؛ این وابستگی ممکن است مستقیم یا از طریق شبکه‌های زمانی مانند PTP باشد.

آیا قطع GPS به معنای قطع برق است؟

نه، این نکته شاید مهم‌ترین بخش داستان باشد. شبکه برق قدیمی‌تر الزام‌های زمانی سخت‌گیرانه‌ای که تجهیزات جدید دارند را ندارد و بسیاری از سامانه‌ها می‌توانند مدتی بدون دریافت سیگنال GPS به کار خود ادامه دهند. همچنین، تجهیزات دارای ساعت‌های محلی و قابلیت Holdover هستند تا پس از قطع مرجع زمانی، برای مدتی دقت خود را حفظ کنند. NIST نیز اعلام کرده که اختلال GPS در شرایط فعلی لزوماً شبکه را از کار نمی‌اندازد؛ اما می‌تواند عملیات آن را پیچیده‌تر، پرهزینه‌تر و کم‌اثرتر کند.

اختلال طولانی در GPS و عواقب آن

مشکل زمانی جدی‌تر می‌شود وقتی که اختلال طولانی‌مدت باشد یا سیگنال GPS تنها قطع نشود، بلکه دست‌کاری یا جعل شود. در این شرایط، PMU ممکن است زمان یا زاویه فاز اشتباهی دریافت کند و داده‌های اندازه‌گیری‌شده در نقاط مختلف شبکه دیگر به‌درستی هم‌تراز نباشند. NIST هشدار داده که چنین خطایی می‌تواند بر سامانه‌های کنترلی و تصمیم‌گیری‌های مبتنی بر داده‌های شبکه تأثیر بگذارد.

اقدامات نهادهای آمریکایی برای مقابله با اختلال GPS

اهمیت این موضوع باعث شده که نهادهای آمریکایی سال‌ها روی منابع جایگزین زمان دقیق کار کنند. NIST تأکید می‌کند که یکی از راه‌های کاهش ریسک، استفاده از چند مرجع زمانی مستقل و داشتن ساعت‌هایی با قابلیت ادامه کار در زمان از دست رفتن سیگنال مرجع است. با این حال، پیدا کردن جایگزینی که هم دقت GPS را داشته باشد و هم پوشش و دسترسی مشابهی ارائه دهد، کار آسانی نیست.

هزینه‌های اقتصادی ناشی از قطع GPS

وابستگی به GPS تنها یک نگرانی نظری نیست. مطالعه‌ای که NIST با استفاده از برآوردهای RTI International به آن اشاره کرده، زیان اقتصادی ناشی از قطع ۳۰ روزه GPS را در بخش برق آمریکا حدود ۲۱۱٫۶ تا ۳۳۸ میلیون دلار برآورد کرده است. این عدد به از دست رفتن خدمات PNT و پیامدهای آن مربوط می‌شود و نباید آن را به معنای خاموشی کامل شبکه در تمام این مدت در نظر گرفت.

وقتی شبکه‌ای به بزرگی شبکه برق آمریکا باید وضعیت صدها یا هزاران تجهیز را در نقاط مختلف با یک مقیاس زمانی مشترک مقایسه کند، حتی چند میکروثانیه هم اهمیت پیدا می‌کند. به همین دلیل، اختلال GPS بیشتر از آنکه مستقیماً «چراغ‌ها را خاموش کند»، می‌تواند بخشی از چشم‌ها، ساعت‌ها و سامانه‌های هماهنگ‌کننده شبکه را با مشکل مواجه کند.