Współczesna energetyka stoi przed coraz większymi wyzwaniami, które wynikają z rosnącego zapotrzebowania na energię, integracji odnawialnych źródeł energii oraz konieczności zapewnienia nieprzerwanego zasilania. W kontekście tych zmian, precyzyjna synchronizacja czasu oraz niezawodna transmisja danych stały się fundamentem nowoczesnych sieci energetycznych. Bez tych zaawansowanych technologii, niemożliwe byłoby zapewnienie skutecznego zarządzania rozproszonymi zasobami, monitorowania stanu infrastruktury oraz zapobiegania awariom. W artykule omówimy, dlaczego technologie synchronizacji czasu i transmisji danych są kluczowe dla branży energetycznej oraz jak firma BitStream wspiera ten sektor swoimi innowacyjnymi rozwiązaniami.

Dlaczego precyzyjna synchronizacja czasu jest kluczowa w energetyce?

W energetyce i jej krytycznej infrastrukturze transmisyjnej precyzyjna synchronizacja czasu jest kluczowa dla wdrożenia mechanizmów stabilizacji i monitorowania sieci przesyłowych i dystrybucyjnych w czasie rzeczywistym opartych na koncepcji monitorowania szeroko-obszarowego WAMS.

Obecnie na wydajność i działanie systemów elektroenergetycznych ma znaczący wpływ pojawienie się odnawialnych źródeł energii (OZE), wprowadzając nowe wyzwania i nieprzewidziane problemy na poziomie całego systemu.

W sieci przesyłowej ważną kwestią jest nieciągły charakter OZE, skutkujący wysokim poziomem zmienności stanu systemu, a także zmienność stanu systemu, jak również niepewność działania w czasie rzeczywistym, co może powodować nienormalne odchylenia częstotliwości i problemy ze stabilnością. Dodatkowo, złożoność i szybka reakcja przekształtnikowych generatorów sprzężonych generacji OZE wprowadziły nowe rodzaje problemów ze stabilnością. Rozwój rozproszonych odnawialnych źródeł energii, wymoże potrzebę aktywnej koordynacji ich działania. Stąd powstaje koncepcja aktywnych sieci dystrybucyjnych. Dodatkowo, zmieniający się charakter obciążeń, ma coraz większy wpływ na ogólną dynamikę systemu elektroenergetycznego. Niezbędnym staje się więc wielopunktowe, monitorowanie parametrów napięcia, prądu, fazy, częstotliwości (U,I,f,ϕ) oraz jej zmienności oraz korelacja przestrzenno-czasowa tych parametrów. Bez precyzyjnej synchronizacji czasu nie jest to możliwe do wykonania.

Dzięki precyzyjnej synchronizacji, operatorzy sieci mogą wdrożyć nowe technologie i uzyskać nową jakość danych. Pozwala to natychmiast reagować na nieprawidłowości zapobiegając awariom. Analiza najwyższej jakości danych po awarii pozwala uczyć się algorytmom i obsłudze zachowań systemu. To kluczowe nie tylko dla zachowania stabilności sieci, ale także dla minimalizowania strat w zasobach energetycznych.

Rysunek 1. Struktura komunikacji na stacji elektroenergetycznej z zaznaczonymi przykładami wymiany komunikatów.

Zaawansowane technologie synchronizacji czasu – PTP i synchroniczny Ethernet

Dwie technologie szczególnie wyróżniają się w kontekście synchronizacji czasu: PTPv2 (Precision Time Protocol) oraz synchroniczny Ethernet. PTPv2, zgodny ze standardem IEEE 1588v2, umożliwia precyzyjne przesyłanie czasu w sieciach Ethernet z dokładnością do nanosekund. Jest to niezwykle istotne w energetyce, gdzie każda operacja musi być zsynchronizowana, aby zapewnić spójność i stabilność pracy systemów. Istotą jest zrozumienie, że dla potrzeb energetyki zostały stworzone specjalnie profile tj. PTP Power Profile, Utility Profile nie używane w telekomunikacji i automatyce i nie operacyjne z nimi. Ważne jest więc używanie sprawdzonych i dedykowanych dla energetyki rozwiązań.

Synchroniczny Ethernet (SyncE), z kolei zapewnia, że wszystkie urządzenia w sieci działają na tym samym zegarze, co poprawia jakość czasu PTP w łańcuchu synchronizacji. Technologie te są szczególnie ważne w aplikacjach takich jak sterowanie stacjami energetycznymi, gdzie synchronizacja pomiędzy urządzeniami jest kluczowa dla zapewnienia niezawodnej pracy całej infrastruktury. BitStream wdraża te technologie w swoich urządzeniach, gwarantując tym samym najwyższy poziom precyzji i bezpieczeństwa.

Transmisja danych w nowoczesnej energetyce

Równie ważna jak synchronizacja czasu jest niezawodna i deterministyczna, gwarantująca minimalne opóźnienia i fluktuacje pakietów transmisja danych. Współczesne sieci energetyczne opierają się na danych zbieranych z rozproszonych sensorów, liczników i urządzeń kontrolnych. Aby system działał sprawnie, dane te muszą być przesyłane w czasie rzeczywistym, bez opóźnień i zakłóceń.
Technologie transmisji danych, takie jak Ethernet oraz światłowody, umożliwiają przesyłanie dużych ilości danych z wysoką przepustowością i minimalnym opóźnieniem. W sieciach energetycznych redundancja, czyli zdublowanie kluczowych połączeń, jest niezbędna, aby w razie awarii jednego z połączeń dane mogły być natychmiast przekierowane inną ścieżką. BitStream oferuje rozwiązania z wbudowanymi mechanizmami redundancji, które zapewniają nieprzerwaną pracę nawet w przypadku uszkodzenia połączeń. Stąd, stosowanie szybkich nawet 10Gbit/s rozwiązań transmisji danych oraz protekcji z zerową utratą pakietów takich jak PRP (Parallel Redundancy Protocol PRP czy HSR (High Availability Seamless Redundancy) jest już wymogiem obligatoryjnym.

BitStream jako dostawca rozwiązań dla branży energetycznej

BitStream od lat dostarcza zaawansowane rozwiązania dedykowane dla branży energetycznej. Przełączniki serii HYPERION oraz multipleksery światłowodowe są zaprojektowane z myślą o najbardziej wymagających aplikacjach, takich jak stacje energetyczne, farmy wiatrowe czy systemy Smart Grid. Urządzenia te zapewniają nie tylko precyzyjną synchronizację czasu, ale także bezpieczną i niezawodną transmisję danych w trudnych warunkach przemysłowych zgodna a nawet przewyższającą wymogi IEC61850.
Na przykład, przełączniki HYPERION-500 obsługują z powodzeniem wymagane w tym bezstratne redundancję połączeń oraz wykorzystują protokoły bezpieczeństwa, takie jak MACsec, zapewniając szyfrowaną transmisję danych i precyzyjną synchronizację czasu. Zintegrowany z przełącznikiem serwer czasu precyzyjnego PTP i SyncE wyposażony w multisystemowy i wieloczęstotliwościowy odbiornik czasu precyzyjnego GNSS z zaawansowaną detekcją zdarzeń typu jamming i spoofing pozwala stabilnie i bezpiecznie synchronizować urządzenia zainstalowane w infrastrukturze. Ponadto, taka koncepcja redukuje jeden poziom testów interoperacyjności. Inne innowacyjne i opatentowane rozwiązania dodatkowo zabezpieczają pewność synchronizacji i transmisji danych. Dzięki takim rozwiązaniom, systemy energetyczne mogą działać nieprzerwanie, nawet w obliczu występowania narażeń otoczenia.

Rysunek 2. Przykładowa architektura komunikacji na stacji elektroenergetycznej i pomiędzy stacjami elektroenergetycznymi.

Przyszłość systemów synchronizacji i transmisji danych w energetyce

Technologie związane z precyzyjną synchronizacji czasu oraz transmisji danych będą odgrywać coraz większą rolę w rozwoju branży energetycznej. Wraz z rosnącą ilością odnawialnych źródeł energii oraz integracją nowych technologii, takich jak IoT (Internet of Things), konieczne będzie jeszcze bardziej precyzyjne zarządzanie i monitorowanie sieci.

Przyszłość energetyki to inteligentne sieci (Smart Grid), które wymagają ciągłej wymiany danych w czasie rzeczywistym. Synchronizacja czasu stanie się jeszcze bardziej istotna, gdyż pozwoli na pełną automatyzację procesów i szybsze reagowanie na zmiany w sieci. BitStream, jako wiodący producent w dziedzinie synchronizacji czasu i transmisji danych, będzie kontynuować rozwój innowacyjnych rozwiązań dla sieci wrażliwych czasowo, które sprostają wymaganiom przyszłości.

Nieustannie się rozwijamy, a dowodem na to jest nasza ostatnia nowość – MOD-RTR.1, nowy moduł routera do switcha Hyperion 500. Moduł jest gotowy w 90%, a mimo to wzbudza już bardzo duże zainteresowanie, szczególnie pod kątem zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa. Jego kluczowe funkcje to prędkość komunikacji między switchem, a routerem na poziomie 1Gb/s, temperatura pracy od -40 do +85°C, obsługa dynamicznych protokołów routingu, takich jak RIP, OSPF, BGP oraz szybki protokół routingu RAY. Ponadto MOD-RTR.1 oferuje zaawansowane zabezpieczenia, w tym IPSEC, VPN i Firewall, a także wsparcie dla protokołów VRRP, VRF, funkcji Load Balancing i technologii Zeropacketloss dla warstwy L3, co czyni go doskonałym rozwiązaniem dla wymagających aplikacji sieciowych.

Fot. Bitstream

Aktywność BitStream w branży energetycznej

BitStream nie tylko dostarcza najnowocześniejsze technologie, ale także aktywnie uczestniczy w życiu branży energetycznej oraz branżach powiązanych, biorąc udział w licznych targach i konferencjach. Jeszcze w tym roku zaprezentujemy nasze rozwiązania m.in. na takich wydarzeniach jak Konferencja SPIN w Ustrzykach Dolnych, Konferencja KAE w Warszawie, Konferencja InSec w Warszawie, Konferencja ITSF w Sewilli, Konferencja SIWE w Wiśle oraz Energetics w Lublinie.

Ponad to w tym roku, w dniach 26-27 czerwca już zorganizowaliśmy Warsztaty Techniczne dla Projektantów Sektora Elektroenergetycznego w Hotelu Arche w Lublinie. Były to dwa intensywne dni, pełne wartościowej wiedzy i praktycznych umiejętności. W wydarzeniu uczestniczyli specjaliści z branży elektroenergetycznej, którzy mieli okazję poszerzyć swoją wiedzę oraz zdobyć nowe kompetencje niezbędne w codziennej pracy. Uczestnicy szczególnie docenili praktyczne podejście do omawianych zagadnień. Program szkolenia obejmował szeroki zakres tematów, od prezentacji produktów Hyperion i Quazar, przez technologie IEC 61850, aż po bezpieczną komunikację z systemami rozproszonych zasobów energetycznych.

Podsumowanie

Synchronizacja czasu i transmisja danych stanowią fundament współczesnych sieci energetycznych, zapewniając niezawodność i bezpieczeństwo operacji. Dzięki technologiom takim jak PTPv2 oraz synchroniczny Ethernet, systemy energetyczne mogą funkcjonować z najwyższą precyzją i stabilnością. Firma BitStream odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu zaawansowanych rozwiązań, które spełniają potrzeby najbardziej wymagających aplikacji przemysłowych. Nasze urządzenia, zaprojektowane z myślą o ekstremalnych warunkach, znajdują zastosowanie w krytycznych infrastrukturach energetycznych na całym świecie. Nieustannie udoskonalamy nasze technologie, a nasza obecność na targach i konferencjach branżowych tylko umacnia pozycję BitStream jako wiodącego producenta rozwiązań synchronizacji czasu i transmisji danych dla sektora energetycznego – zarówno w Polsce, jak i na rynkach międzynarodowych.

Magdalena Oleszko
Specjalista ds. Marketingu Bitstream
www.bitstream.pl