Introducción

La industria energética actual se enfrenta a numerosos retos debido a la creciente demanda de energía, la necesidad de un uso eficiente de la misma y la integración de fuentes renovables. El proceso de integración puede realizarse eficazmente mediante soluciones basadas en las definidas en el conjunto de normas IEC 61850. Las soluciones clave se basan en métodos de muestreo digital, en los que la sincronización temporal precisa es un elemento indispensable. Su precisión determina la calidad y fiabilidad de los datos de medición y es extremadamente importante. En las subestaciones, suele adquirirse mediante sistemas de sincronización del Sistema Mundial de Navegación por Satélite (GNSS) y transportarse a través de protocolos como IEEE 1588 PTPv2. Es extremadamente importante diseñar la adquisición del tiempo de precisión y su transporte de forma que estos procesos sean lo más controlables y fiables posible.

BITSTREAM S.A. - líder en tecnología de sincronización horaria para la industria energética

BitStream lleva 18 años proporcionando soluciones fiables a empresas energéticas polacas e internacionales. Como líder del sector, ofrecemos dispositivos innovadores que mejoran la conectividad, la comunicación y la gestión en el sector energético. Hasta la fecha, hemos completado con éxito más de 1.000 implantaciones, que abarcan la gestión de subestaciones, empresas energéticas y recursos energéticos distribuidos.
Nuestras soluciones dan soporte a procesos clave de la industria energética, permitiendo la supervisión y gestión de redes en tiempo real. Trabajamos con los líderes del mercado para ofrecer tecnologías que marcan nuevas pautas en el sector.

Sincronización horaria precisa como base de la fiabilidad

Las soluciones de muestreo digital en tiempo real, como las unidades de medición de fasores (PMU) o los valores muestreados (SV), requieren una sincronización temporal con una precisión de micro o nanosegundos. El muestreo digital de PMUs y SVs está diseñado para permitir la monitorización por zonas de procesos dinámicos, permitiendo una respuesta rápida ante sobrecargas, transitorios o incluso la predicción de fallos en los equipos. Además, el formato de los datos y su etiquetado permiten muy bien el uso de métodos de aprendizaje automático con supervisión o basados en grafos para controlar la red.
Hay un requisito previo clave para lograr las tareas previstas y es una sincronización temporal precisa a niveles de submicrosegundos. Cabe mencionar que su precisión es un factor importante para poder utilizar los datos de la manera más eficiente. No es menos importante que la diferencia en la precisión de la sincronización entre dispositivos tampoco sea superior a unos cientos de nanosegundos, ya que éste será el principal factor que determine la idoneidad de los datos para el análisis. Por lo tanto, es razonable y muy recomendable obtenerlos de una fuente central y transportarlos utilizando protocolos de red desarrollados y dispositivos dedicados. Un ejemplo de solución utilizada en estos casos es IEEE 1588 PTPv2. La implementación de la industria energética del protocolo PTP v.2, denominada Perfil de Potencia y Perfil de Utilidad, conlleva una serie de características de protocolo específicas necesarias en su generación en fuentes de tiempo, así como en el transporte. Las soluciones BITSTREAM, desde los servidores de tiempo HYPERION-500 y QUAZAR-700 hasta los conmutadores de bus de proceso HYPERION 402 , son compatibles con toda la gama de requisitos normativos IEC61850 para implementaciones PTP v.2 compatibles y se ha comprobado su interoperabilidad con las soluciones para subestaciones de la mayoría de los principales fabricantes.

Las tecnologías GNSS como fuente de tiempo fiable

Tradicionalmente se aceptaba referirse a los sistemas de posicionamiento y cronometraje como sistemas GPS, lo que se asociaba al primer y en cierto modo más popular sistema de tiempo y posición, el Sistema de Posicionamiento Global. A éste le siguieron los receptores GPS y Glonass (sistema ruso). El desarrollo de la tecnología y la situación geopolítica y los ataques asociados a la señal de radio GPS han creado una condición en la que la implementación de receptores basados en un único sistema GPS es altamente arriesgada. En el mundo de la extracción de la hora atómica a partir de las señales de radio, nos encontramos en una situación en la que, además del GPS, existen ahora sistemas como Gallileo (el Sistema Europeo y Único de Posicionamiento y Hora Civil), Beidou, QZSS. Además, en cada uno de ellos parece que la transmisión se realiza simultáneamente en bandas de frecuencias diferentes (Fig.1), lo que hace mucho más difícil la interferencia de las señales mediante métodos de Jamming y Spoofing.

Fig. 1. Sistemas y bandas de señales de radio GNSS disponibles

Por eso, si utilizamos dispositivos de adquisición de tiempo de precisión de última generación, como los relojes de cronometraje de referencia primaria (PRTC), podemos gestionar fácilmente el riesgo y aumentar la resistencia del sistema a los ataques.

Este tipo de receptores GNSS están integrados en los dispositivos HYPERION-500 y QUAZAR-700 de BITSTREAM, entre otros. Al poder utilizar señales de sistemas disponibles y diversificar las bandas de frecuencia para los relojes primario y de reserva, podemos aumentar significativamente la resistencia del sistema. Si a esto añadimos los algoritmos de análisis, autenticación y supervisión de señales incorporados, aumenta aún más el conocimiento del estado de la sincronización.

El desarrollo de la tecnología en este ámbito y su uso en las soluciones BITSTREAM permite utilizar nuestras soluciones PRTC en aplicaciones de infraestructuras críticas.

Conmutador Ethernet industrial gestionado foto modular con función de servidor de sincronización horaria PTPv2 y 4 interfaces Hyperion 500 de 1/2,5/10 Gbps.

Control y transporte del tiempo de precisión

La exactitud del tiempo de precisión en los equipos de potencia afectará a la capacidad de detectar cambios de fase, frecuencia, cambios en los niveles de potencia activa y reactiva indicados, niveles de señales armónicas y muchas otras lecturas. La falta de sincronización horaria entre dispositivos o su elevada inexactitud (diferencia de tiempo respecto al atómico y entre dispositivos) provocará el bloqueo de las protecciones y disparos erróneos. Por lo tanto, resulta racional y necesario supervisar constantemente la calidad y fiabilidad de la sincronización horaria del sistema de los dispositivos estacionarios y no estacionarios que dependen de él. La monitorización puede ser polifacética y puede estar relacionada con la comparación horaria directa en diferentes puntos del sistema o con el análisis indirecto de las señales generadas. Esta supervisión debe llevarse a cabo de forma continua mediante soluciones específicas que recopilen datos históricos para su posterior análisis. A efectos de mantenimiento, el sistema debe permitir la alarma directa de los umbrales y ajustes superados con indicación interactiva de la causa y la ubicación de la alarma. Este tipo de soluciones se han implementado en QUAZAR-700 y en el software QuazarNeT. El sistema permite la supervisión directa y el mantenimiento de la calidad de la sincronización horaria precisa en la infraestructura de la estación, tal como se muestra en la figura 2.

Figura 2: Arquitectura de estación IEC 61850 para transmisión y sincronización horaria con supervisión basada en soluciones BITSTREAM S.A.

Las soluciones BITSTREAM en la práctica

Las soluciones BITSTREAM ofrecen relojes y conmutadores de tiempo de precisión multisistema y multifrecuencia con monitorización y admiten los estándares de sincronización de tiempo IEEE 1588 PTPv2 Power Profile y Utility Profile en puertos Ethernet en configuraciones Parallel Redundancy Protocol (PRP) y High Availability Seamless Redundancy Protocol (HSR). Los dispositivos ofrecen matrices de conmutación y velocidades de puerto de 10 Gbit/s, lo que es importante en el caso de la gran cantidad de tráfico de difusión especificado en las normas IEC 61850. Nuestros dispositivos admiten eficazmente funciones de redundancia de transmisión de datos tanto en la capa L2 de Ethernet como en la capa L3 avanzada. Los mecanismos PRP/HSR ofrecen redundancia sin pérdidas y las soluciones de redundancia conformes con ITU-T G.8032 garantizan tiempos de conmutación inferiores a 20 ms, lo que minimiza el riesgo de tiempo de inactividad en sistemas de alimentación críticos. Las soluciones PoE++ IEEE802.3bt integradas permiten alimentar dispositivos periféricos como cámaras o sensores. Basadas en las soluciones BITSTREAM, las soluciones de redes tecnológicas como el Sistema de Protección Técnica (SOT) pueden realizarse de forma segura.

Foto: Sonda de control de calidad de sincronización de red gestionada con función de servidor horario Quazar-700.

El futuro de la sincronización horaria en la industria energética

Las tecnologías de sincronización horaria de precisión desempeñarán un papel cada vez más importante en el desarrollo de la industria energética. Es importante recordar que el marcado de muestras con marcas de tiempo de precisión es un supuesto fundamental de las soluciones IEC61850 más sofisticadas. Por lo tanto, debido al desarrollo de los procesos de aprendizaje automático e inteligencia artificial (IA), la calidad de los datos y el procesamiento paralelo serán fundamentales para los procesos de automatización en la industria energética.
BITSTREAM, con su experiencia y tecnologías avanzadas, quiere apoyar los cambios en la industria energética moderna proporcionando soluciones que ayuden a construir un futuro energético más sostenible. Como fabricante líder en el campo de la sincronización temporal y la transmisión de datos, nuestro plan para el futuro es seguir desarrollando soluciones innovadoras para redes sensibles al tiempo que satisfagan las demandas del futuro.

Resumen

Las tecnologías de sincronización horaria de precisión GNSS y los dispositivos de BITSTREAM S.A. permiten un funcionamiento fiable y eficiente de las redes eléctricas. Hoy en día, la sincronización horaria de precisión se está convirtiendo en la base de soluciones innovadoras acordes con los requisitos del mercado moderno, que contribuyen a un mundo más sostenible y seguro. En BITSTREAM S.A., esto es una prioridad para nosotros, por lo que nuestros dispositivos, diseñados para condiciones extremas, se mejoran constantemente y se utilizan en infraestructuras energéticas críticas de todo el mundo. Con las soluciones de BITSTREAM S.A., el futuro de la energía puede hacerse realidad hoy mismo.

Magdalena Oleszko
Especialista sénior en marketing Bitstream
www.bitstream.pl